CN218066736U - 一种复合传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合传感器，包括：外壳、振动敏感组件、振动冲击敏感组件、水平电路板、线缆锁紧结构及线缆，外壳的侧面设置线缆孔，线缆锁紧结构安装于线缆孔，振动敏感组件与振动冲击敏感组件分别与水平电路板连接，振动冲击敏感组件、振动敏感组件、水平电路板均设置于外壳内，振动敏感组件与振动冲击敏感组件连接，线缆穿过线缆锁紧结构与水平电路板连接。通过分别设置振动敏感组件和振动冲击敏感组件以实现分别监测机械设备单向冲击及三向振动，并通过水平电路板和线缆实现信号传输；此外，振动冲击敏感组件具有一致性可调的特性，解决了冲击信号一致性较差且不可调节的问题。

Description

一种复合传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，更具体地说，涉及一种复合传感器。

背景技术

轨道交通用复合传感器安装在车辆下方，位于轴箱、电机、齿轮箱等位置，由于安装位置较为局限，对传感器体积要求较高，且需求同时监测多方向信号。

对于方向信号需求，常用方案为采用多片敏感芯片或多组压电晶片，而多片压电晶片占用空间大，生产工艺复杂；多片敏感芯片成本高，冲击信号一致性较差且不可调节。

综上所述，如何解决现有传感器内信号检测芯片占用空间大、成本高、冲击信号一致性差且不可调节的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种复合传感器，该复合传感器的体积小、成本低，解决了冲击信号一致性较差且不可调节的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种复合传感器，包括：外壳、振动敏感组件、振动冲击敏感组件、水平电路板、线缆锁紧结构及线缆，所述外壳的侧面设置线缆孔，所述线缆锁紧结构安装于所述线缆孔，所述振动敏感组件与所述振动冲击敏感组件分别与所述水平电路板连接，所述振动冲击敏感组件、所述振动敏感组件、所述水平电路板均设置于所述外壳内，所述振动敏感组件与所述振动冲击敏感组件连接，所述线缆穿过所述线缆锁紧结构与所述水平电路板连接。

优选地，所述振动敏感组件包括敏感芯片及用于安装敏感芯片的竖直电路板。

优选地，所述水平电路板与所述竖直电路板通过镀金铜针连接，所述振动冲击敏感组件通过柔性电路板与所述水平电路板连接。

优选地，所述外壳包括盖板及底座，所述盖板设置于所述底座的顶部开口，所述水平电路板与所述底座的底板平行，所述竖直电路板与所述底座的底板垂直。

优选地，所述竖直电路板的下端面与所述底座的底板贴合，所述竖直电路板的上端面与所述水平电路板的一端的下表面贴合，所述水平电路板的另一端与所述底座的侧壁连接。

优选地，所述底座的侧壁设置向上的台阶，所述水平电路板的一端搭放于所述台阶上，另一端搭放于所述竖直电路板的上端面，所述台阶的台阶面与所述竖直电路板的上端面处于同一平面。

优选地，所述底座底面设置向上凸起的隔板，所述隔板的两端分别与所述外壳的两侧壁贴合连接，所述振动冲击敏感组件和所述竖直电路板分别设置于所述隔板的两侧。

优选地，所述水平电路板靠近所述竖直电路板的一端设置缺口，所述竖直电路板所在的所述隔板的一侧灌封环氧树脂胶，所述环氧树脂胶的顶面高度高于所述敏感芯片，所述环氧树脂胶的顶面高度低于所述隔板的顶面高度。

优选地，还包括设置于所述盖板与所述水平电路板之间的橡胶垫；

所述盖板与所述底座过盈配合后激光焊接。

优选地，所述水平电路板上设置用于处理所述敏感芯片和所述振动冲击敏感组件采集到的振动信号的振动信号调理电路、以及用于处理所述振动冲击敏感组件采集的冲击信号的冲击信号调理电路；所述竖直电路板上设置有电源电路和编码芯片。

优选地，所述线缆锁紧结构包括压盖、橡胶塞套、压紧块及压紧螺母，所述压紧螺母与所述压盖螺纹连接，所述压紧块径向向内压紧所述橡胶塞套，所述压紧螺母轴向压紧所述压紧块，所述压盖与所述线缆孔过盈配合激光焊接。

优选地，所述壳体的下部外周两侧分别设置弧形槽，所述外壳的下部外侧及所述底座的底面均设置粘接剂。

优选地，所述振动冲击敏感组件为压电组件，所述压电组件包括质量块、安装螺钉、压电晶片、第一绝缘件及第二绝缘件，所述柔性电路板包括柔性电路板第一连接部和柔性电路板第二连接部，所述压电晶片设置于所述柔性电路板第一连接部和所述柔性电路板第二连接部之间，所述安装螺钉向下依次穿过所述质量块、所述第一绝缘件、所述柔性电路板第一连接部、所述压电晶片、所述柔性电路板第二连接部及所述第二绝缘件并与所述外壳的底部连接，所述柔性电路板与所述水平电路板连接。

优选地，所述安装螺钉的头部凸出所述质量块或沉入所述质量块。

优选地，所述第一绝缘件和所述第二绝缘件均为绝缘垫片。

优选地，所述底座中部设置向上的凸台，所述凸台的中心设置安装孔，所述安装螺钉的下部插入所述安装孔中。

优选地，所述第一绝缘件为第一绝缘套，所述第二绝缘件为第二绝缘套，所述第一绝缘套包裹于所述质量块的外周，所述第二绝缘套的下部套装于所述凸台的外周，所述第一绝缘套和/或所述第二绝缘套套装于所述安装螺钉外周。

本申请所提供的复合传感器通过在外壳内同时分别设置振动敏感组件和振动冲击敏感组件以实现分别监测机械设备单向冲击及三向振动，并通过水平电路板和线缆实现信号传输，振动敏感组件在外壳内的占用空间小、重量较轻，具有良好的工艺性及经济性，振动冲击敏感组件的信号检测精度高；此外，振动冲击敏感组件具有一致性可调的特性，解决了冲击信号一致性较差且不可调节的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的复合传感器的爆炸图；

图2为本实用新型所提供的复合传感器的立体图；

图3为本实用新型所提供的底座的内部结构图；

图4为本实用新型所提供的水平电路板和竖直电路板的立体图；

图5为本实用新型所提供的未安装盖板的复合传感器的立体图；

图6为本实用新型所提供的压电组件的截面图；

图7为本实用新型所提供的柔性电路板的示意图；

图8为本实用新型所提供的线缆锁紧结构的爆炸图；

图9为本实用新型所提供的复合传感器的内部结构图。

图1-9中：

1-盖板、2-橡胶垫、3-水平电路板、4-压电组件、5-线缆锁紧结构、6- 线缆、7-竖直电路板、8-底座、9-弧形槽、10-线缆孔、11-隔板、12-凸台、 13-缺口、14-安装螺钉、15-质量块、16-第一绝缘件、17-柔性电路板第一连接部、18-柔性电路板第二连接部、19-第二绝缘件、20-柔性电路板、21-压电晶片、22-压盖、23-橡胶塞套、24-压紧块、25-压紧螺母、26-台阶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种复合传感器，该复合传感器的体积小、成本低，解决了冲击信号一致性较差且不可调节的问题。

请参考图1～9，一种复合传感器，包括：外壳、振动敏感组件、振动冲击敏感组件、水平电路板3、线缆锁紧结构5及线缆6，外壳的侧面设置线缆孔10，线缆锁紧结构5安装于线缆孔10，振动敏感组件与振动冲击敏感组件分别与水平电路板3连接，振动冲击敏感组件、振动敏感组件、水平电路板3均设置于外壳内，振动敏感组件与振动冲击敏感组件连接，线缆6 穿过线缆锁紧结构5与水平电路板3连接。

需要说明的是，振动敏感组件用于监测机械设备水平方向的振动变化情况，振动冲击敏感组件用于监测机械设备竖直方向的振动、冲击的变化情况。线缆锁紧结构5不但可以提升线缆6安装的稳定性，还可以提升线缆孔10的密封性。振动冲击敏感组件采集的信号通过振动敏感组件传输至线缆6，再由线缆6输出。水平电路板3用于与振动冲击敏感组件的信号处理电路布局及与电缆连接。

本申请所提供的复合传感器通过在外壳内同时分别设置振动敏感组件和振动冲击敏感组件以实现分别监测机械设备单向冲击及三向振动，并通过水平电路板3和线缆6实现信号传输，振动敏感组件在外壳内的占用空间小、重量较轻，具有良好的工艺性及经济性，振动冲击敏感组件的信号检测精度高；此外，振动冲击敏感组件具有一致性可调的特性，解决了冲击信号一致性较差且不可调节的问题。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，振动敏感组件包括敏感芯片及用于安装敏感芯片的竖直电路板7，竖直电路板7用于敏感芯片及其附属电路的布局，竖直电路板7上仅安装一片敏感芯片即可监测机械设备的水平方向的振动，简化了结构，减小了占用空间。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，水平电路板3与竖直电路板7通过镀金铜针连接，以保证信号传输的稳定性，振动冲击敏感组件通过柔性电路板20与水平电路板3连接。柔性电路板20与水平电路板3 的组合便于振动冲击敏感组件的安装，减少了电子元件的使用，简化了电路板的结构，延长了使用寿命。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，外壳包括盖板1及底座8，盖板1设置于底座8的顶部开口，水平电路板3与底座8的底板平行，竖直电路板7与底座8的底板垂直。底座8为长方体的槽状结构，盖板1为平板，水平电路板3、振动冲击敏感组件及竖直电路板7均设置于底座8内，待所有部件安装于底座8内后，通过盖板1将底座8的上口封口。外壳结构简单，便于内部部件的安装。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，竖直电路板7的下端面与底座8的底板贴合，竖直电路板7的上端面与水平电路板3的一端的下表面贴合，水平电路板3的另一端与底座8的侧壁连接。竖直电路板7直接设置于底座8的底板上，以提升竖直电路板7上的敏感芯片的信号检测精度，竖直电路板7可以为水平电路板3提供支撑，水平电路板3的另一端与底座8的侧壁连接，可以保证水平电路板3安装的稳定性。

关于水平电路板3与底座8的连接方式，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，底座8的侧壁设置向上的台阶26，水平电路板3的一端搭放于台阶26上，另一端搭放于竖直电路板7的上端面，台阶26的台阶面与竖直电路板7的上端面处于同一平面。台阶26的结构可以为水平电路板3提供平稳的支撑性，且便于加工。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，底座8底面设置向上凸起的隔板11，隔板11的两端分别与外壳的两侧壁贴合连接，振动冲击敏感组件和竖直电路板7分别设置于隔板11的两侧；隔板11的设置使底座8 的内底面在隔板11的两侧形成两个槽状结构，竖直电路板7设置于隔板11 一侧的槽状结构中，振动冲击敏感组件设置于隔板11的另一侧的槽状结构中，以保证竖直电路板7和振动冲击敏感组件的安装的可靠性。

为了优化敏感芯片的性能，需要用环氧树脂胶将敏感芯片灌封，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，水平电路板3靠近竖直电路板7 的一端设置缺口13，竖直电路板7所在的隔板11的一侧灌封环氧树脂胶，环氧树脂胶的顶面高度高于敏感芯片，环氧树脂胶的顶面高度低于隔板11 的顶面高度。缺口13设置于竖直电路板7上方的位置，以使环氧树脂胶可沿缺口13灌封至竖直电路板7周围，环氧树脂灌胶封的高度高于敏感芯片而低于隔板11高度，确保环氧树脂胶不影响振动冲击敏感组件。

由于复合传感器的工作环境振动和冲击较大，在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，还包括设置于盖板1与水平电路板3之间的橡胶垫2；通过橡胶垫2隔离水平电路板3与盖板1，避免水平电路板3上的焊点与盖板1接触。盖板1可以向下压缩橡胶垫2使橡胶垫2压缩变形，从而提升水平电路板3的固定效果。盖板1与底座8过盈配合后激光焊接，以提升盖板1与底座8连接的稳定性。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，水平电路板3上设置用于处理敏感芯片和振动冲击敏感组件采集到的振动信号的振动信号调理电路、以及用于处理振动冲击敏感组件采集的冲击信号的冲击信号调理电路；竖直电路板7上设置有电源电路和编码芯片。水平电路板3上分别设置用于传输振动信号和冲击信号的电路，可以提升信号输出的准确性，避免相互干扰，电源电路为敏感芯片供电。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，线缆锁紧结构5包括压盖22、橡胶塞套23、压紧块24及压紧螺母25，压紧螺母25与压盖22螺纹连接，压紧块24径向向内压紧橡胶塞套23，压紧螺母25轴向压紧压紧块24，压盖22与线缆孔10过盈配合激光焊接。压紧螺母25在拧紧时，对压紧块24施加轴向的压紧力，橡胶塞套23的前端外径大于压紧块24的前端外径，使得压紧块24在轴向向前运动时，会对橡胶塞套23的前端外周施加径向向内的分力，从而使橡胶塞套23径向抱紧线缆6，达到锁紧的目的。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，壳体的下部外周两侧分别设置弧形槽9，外壳的下部外侧及底座8的底面均设置粘接剂。壳体的下部及底座8的底面通过粘接剂粘接于待测机械设备，为提高传感器粘接的可靠性，传感器粘接时还会在四周涂抹粘接剂，因此在壳体外周设置了弧形槽9，部分粘接剂可流入弧形槽9固化，提高抗拉及抗剪能力。采用胶粘的形式安装传感器方便快速，无需在安装位置打孔，可随时加装。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，振动冲击敏感组件为压电组件4，压电组件4包括质量块15、安装螺钉14、压电晶片21、第一绝缘件16及第二绝缘件19，柔性电路板20包括柔性电路板第一连接部17和柔性电路板第二连接部18，压电晶片21设置于柔性电路板第一连接部17 和柔性电路板第二连接部18之间，安装螺钉14向下依次穿过质量块15、第一绝缘件16、柔性电路板第一连接部17、压电晶片21、柔性电路板第二连接部18及第二绝缘件19并与外壳的底部连接，柔性电路板20与水平电路板3连接。

柔性电路板第一连接部17和柔性电路板第二连接部18分别与压电晶片21的上下面连接，压电晶片21监测的竖直方向的振动冲击信号通过柔性电路板第一连接部17和柔性电路板第二连接部18传输至水平电路板3，第一绝缘件16套装于安装螺钉14的外周，避免压电晶片21与安装螺钉14 接触，保证压电晶片21与外界的绝缘性。压电晶片21上下两极通过柔性电路板20与水平电路板3连接，便于压电组件4在外壳内的布置。

振动冲击敏感组件通过安装螺钉14直接与底座8连接，使振动冲击敏感组件与底座8固定为一个整体，当底座8受到的振动、冲击时，振动冲击敏感组件同步振动、冲击，使振动冲击敏感组件可以感受振动冲击信号，提升振动冲击敏感组件监测信号的准确性。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，安装螺钉14的头部凸出质量块15或沉入质量块15。质量块15用于提升压电组件4安装的稳定性，质量块15的中心设置螺纹孔，安装螺钉14穿过质量块15并与外壳的底板螺纹连接。安装螺钉14的头部嵌入质量块15中可以使耐压效果得到提升，并提升安装稳定性。

为了简化第一绝缘件16和第二绝缘件19的结构，第一绝缘件16和第二绝缘件19均为绝缘垫片。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，底座8中部设置向上的凸台12，凸台12的中心设置安装孔，安装螺钉14的下部插入安装孔中。安装孔为螺纹孔，与安装螺钉14连接。通过在凸台12上设置安装孔可以便于安装螺钉14的连接，也便于对压电组件4的定位。

在上述实施例的基础上，作为进一步的优选，第一绝缘件16为第一绝缘套，第二绝缘件19为第二绝缘套，第一绝缘套包裹于质量块15的外周，第二绝缘套的下部套装于凸台12的外周，第一绝缘套和/或第二绝缘套套装于安装螺钉14外周。

质量块15设置于第一绝缘套的上部凹槽内，第一绝缘套的底面贴合于柔性电路板第一连接部17，第二绝缘套的顶面贴合于柔性电路板第二连接部18，避免柔性电路板第一连接部17和柔性电路板第二连接部18与外部静电接触。

当第一绝缘套套装于安装螺钉14的外周时，第一绝缘套与第二绝缘套的中心均设置通孔，第一绝缘套的通孔上端面设置第一环形凸台12，并伸入质量块15的底部凹槽内；第一绝缘套的通孔下端面设置第二环形凸台12，第二环形凸台12插入第二绝缘套的通孔中。第二绝缘套的通孔上端面设置第三环形凸台12，第二环形凸台12外侧的第一绝缘套的底部设置凹槽，第三环形凸台12插入凹槽中，安装螺钉14穿过质量块15和第一绝缘套的通孔，以避免安装螺钉14与压电晶片21、柔性电路板第一连接部17和柔性电路板第二连接部18接触。第二绝缘套的下部套装于凸台12的外周，以提升传感器的耐压能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的复合传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (17)

1.一种复合传感器，其特征在于，包括：外壳、振动敏感组件、振动冲击敏感组件、水平电路板(3)、线缆锁紧结构(5)及线缆(6)，所述外壳的侧面设置线缆孔(10)，所述线缆锁紧结构(5)安装于所述线缆孔(10)，所述振动敏感组件与所述振动冲击敏感组件分别与所述水平电路板(3)连接，所述振动冲击敏感组件、所述振动敏感组件、所述水平电路板(3)均设置于所述外壳内，所述振动敏感组件与所述振动冲击敏感组件连接，所述线缆(6)穿过所述线缆锁紧结构(5)与所述水平电路板(3)连接。

2.根据权利要求1所述的复合传感器，其特征在于，所述振动敏感组件包括敏感芯片及用于安装敏感芯片的竖直电路板(7)。

3.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，所述水平电路板(3)与所述竖直电路板(7)通过镀金铜针连接，所述振动冲击敏感组件通过柔性电路板(20)与所述水平电路板(3)连接。

4.根据权利要求3所述的复合传感器，其特征在于，所述外壳包括盖板(1)及底座(8)，所述盖板(1)设置于所述底座(8)的顶部开口，所述水平电路板(3)与所述底座(8)的底板平行，所述竖直电路板(7)与所述底座(8)的底板垂直。

5.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，所述竖直电路板(7)的下端面与所述底座(8)的底板贴合，所述竖直电路板(7)的上端面与所述水平电路板(3)的一端的下表面贴合，所述水平电路板(3)的另一端与所述底座(8)的侧壁连接。

6.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，所述底座(8)的侧壁设置向上的台阶(26)，所述水平电路板(3)的一端搭放于所述台阶(26)上，另一端搭放于所述竖直电路板(7)的上端面，所述台阶(26)的台阶面与所述竖直电路板(7)的上端面处于同一平面。

7.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，所述底座(8)底面设置向上凸起的隔板(11)，所述隔板(11)的两端分别与所述外壳的两侧壁贴合连接，所述振动冲击敏感组件和所述竖直电路板(7)分别设置于所述隔板(11)的两侧。

8.根据权利要求7所述的复合传感器，其特征在于，所述水平电路板(3)靠近所述竖直电路板(7)的一端设置缺口(13)，所述竖直电路板(7)所在的所述隔板(11)的一侧灌封环氧树脂胶，所述环氧树脂胶的顶面高度高于所述敏感芯片，所述环氧树脂胶的顶面高度低于所述隔板(11)的顶面高度。

9.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，还包括设置于所述盖板(1)与所述水平电路板(3)之间的橡胶垫(2)；

所述盖板(1)与所述底座(8)过盈配合后激光焊接。

10.根据权利要求2所述的复合传感器，其特征在于，所述水平电路板(3)上设置用于处理所述敏感芯片和所述振动冲击敏感组件采集到的振动信号的振动信号调理电路、以及用于处理所述振动冲击敏感组件采集的冲击信号的冲击信号调理电路；所述竖直电路板(7)上设置有电源电路和编码芯片。

11.根据权利要求1至10任意一项所述的复合传感器，其特征在于，所述线缆锁紧结构(5)包括压盖(22)、橡胶塞套(23)、压紧块(24)及压紧螺母(25)，所述压紧螺母(25)与所述压盖(22)螺纹连接，所述压紧块(24)径向向内压紧所述橡胶塞套(23)，所述压紧螺母(25)轴向压紧所述压紧块(24)，所述压盖(22)与所述线缆孔(10)过盈配合激光焊接。

12.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，所述外壳的下部外周两侧分别设置弧形槽(9)，所述外壳的下部外侧及所述底座(8)的底面均设置粘接剂。

13.根据权利要求4所述的复合传感器，其特征在于，所述振动冲击敏感组件为压电组件(4)，所述压电组件(4)包括质量块(15)、安装螺钉(14)、压电晶片(21)、第一绝缘件(16)及第二绝缘件(19)，所述柔性电路板(20)包括柔性电路板第一连接部(17)和柔性电路板第二连接部(18)，所述压电晶片(21)设置于所述柔性电路板第一连接部(17)和所述柔性电路板第二连接部(18)之间，所述安装螺钉(14)向下依次穿过所述质量块(15)、所述第一绝缘件(16)、所述柔性电路板第一连接部(17)、所述压电晶片(21)、所述柔性电路板第二连接部(18)及所述第二绝缘件(19)并与所述外壳的底部连接，所述柔性电路板(20)与所述水平电路板(3)连接。

14.根据权利要求13所述的复合传感器，其特征在于，所述安装螺钉(14)的头部凸出所述质量块(15)或沉入所述质量块(15)。

15.根据权利要求13所述的复合传感器，其特征在于，所述第一绝缘件(16)和所述第二绝缘件(19)均为绝缘垫片。

16.根据权利要求13所述的复合传感器，其特征在于，所述底座(8)中部设置向上的凸台(12)，所述凸台(12)的中心设置安装孔，所述安装螺钉(14)的下部插入所述安装孔中。

17.根据权利要求16所述的复合传感器，其特征在于，所述第一绝缘件(16)为第一绝缘套，所述第二绝缘件(19)为第二绝缘套，所述第一绝缘套包裹于所述质量块(15)的外周，所述第二绝缘套的下部套装于所述凸台(12)的外周，所述第一绝缘套和/或所述第二绝缘套套装于所述安装螺钉(14)外周。

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