複合傳感器的製作方法
2023-05-19 11:49:41
專利名稱：複合傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種複合傳感器，特別涉及一種受感溫度與振動的複合傳感器。特別適合安裝在火車輪對軸承座上為車載故障監測診斷設備提取有關軸承溫度、軸承滾動工作面、踏面損傷等信息。
現有產品中，已有單獨的振動傳感器或溫度傳感器，尚未見有振動溫度複合傳感器。
本實用新型目的就是提供一種能夠受感振動和溫度這兩種物理量，由受感部和信號處理器兩部分組成的複合傳感器受感部的振動和溫度兩種信息的輸出既可以單獨各用兩條線A1、B1和A2、B2輸出，也可以將A1和A2、B1和B2並聯成A、B兩條線輸出；相應的信號處理器的四個輸入埠與傳感器受感部的輸出對應，可以相應分別與上述兩種信息的四條信號線A1、B1和A2、B2聯接成獨立工作的兩個體系，或並聯成兩個輸入埠相應分別與受感部已並聯成A、B的兩條信號輸出線聯接——實現複合傳感器兩線制信號的傳輸、分離和對受感部器件的供電。
本實用新型技術方案如下。
複合傳感器受感部殼體1內對殼體絕緣地裝設有振動敏感器件4和溫度敏感器件5，其特徵是敏感器件4、5分別採用具有極大直流阻抗的壓電型振動敏感器件和具有極大交流阻抗的直流恆流型溫度敏感器件。這樣，前者對後者的直流信號和後者對前者的交流信號都具有極大的阻抗。因此兩種信號可以並聯傳輸而互不損耗。
附
圖1、圖2分別給出了傳感器受感部一實施例的基本結構和器件電聯接的各種情況。
金屬殼體1下底內表面上裝有對殼體絕緣的振動敏感器件4—壓電晶片。殼體內設有溫度敏感器件安裝座2。溫度敏感器件5採用AD590類型的半導體溫度敏感器件，對殼體絕緣地裝設其上。殼體上端聯接有壓線器或插座3。為增加振動敏感器件的附加質量與阻尼，殼體下底與安裝座2間填充矽橡膠，在壓線器或插座3與安裝座2之間則填充高強度密封膠。
殼體下端有受感部安裝固定件6。如圖1所示的是螺紋端頭，將它安裝到機器的安裝螺孔中，並將本受感部下部頂頭壓緊於安裝孔底的端面，接受機器的振動及故障引起的衝擊波信息，傳遞到底面內裝設的振動敏感器件4。溫度則經殼體1、安裝座2傳遞到溫度敏感器件5。根據不同的使用要求，安裝固定件6也可以設計為壓套或壓環壓緊殼體凸環用螺紋件安裝聯結，或其它的安裝聯接方式。
振動、溫度敏感器件4、5分別各有兩條輸出線A1、B1和A2、B2，可以將A1、A2並聯，B1、B2並聯成A、B兩線制輸出，如圖2-B。
為使複合傳感器具有更好的低頻振動測量特性，也可以不將兩種信息並聯起來傳輸，而各自單獨是兩條線輸出，如圖2-A。
當溫度敏感器件是有極性器件時，如AD590，為了免除極性接反，可增設橋式整流器8，將四端橋式整流器8的正、負極性端分別接溫度敏感器件5的正、負端，而將橋式整流器8的兩個無極性端作為A2、B2直接輸出，或與無極性的振動敏感器件4的兩個輸出端並聯起來成為兩線制輸出如圖2-C，圖2-D。
本實用新型的信號處理器信號處理器的各輸入埠與受感部的信號輸出線對應聯接，含有一個能隔離直流信號、分離出振動交流信號的振動交流放大器10和一個對溫度敏感器件供電、並能阻止交流信號、分離出溫度信號的溫度測量電路9。
交流放大器10和溫度測量電路9各有兩個輸入埠共四個輸入埠，與傳感器受感部信號輸出情況對應，這四個輸入埠可分別與受感部A1、B1，A2、B2四條信號輸出線對應聯接，也可以並聯成兩個埠分別與受感部已並聯成A、B的兩條信號輸出線對應聯接。
圖3、圖4分別給出了本實用新型的信號處理器的電路框圖和一實施例的電路結構圖。
圖3表示信號處理器的振動交流放大器10和溫度測量電路4均可以是單端型(3A)或雙端型(3B)電路。
信號處理器的溫度測量電路9主要是一個能完成所述供電、阻流、分離任務並將直流恆流溫度信號變換為電壓溫度信號的直流並聯電壓負反饋放大器，還可含有一個直流吸收電路。
圖4所示實例信號處理器的溫度測量電路9的則是一個含有交流自舉功能的直流並聯電壓負反饋放大器，含有電阻RT0～RT2、電容C3、運放N0、N1；電阻RT0的一端接溫度測量電路9相應的輸入埠A2，RT0的另一端接電阻RT1的一端，RT1的另一端接N1的負輸入端和RT2的一端，RT2的另一端接N1的輸出端；自舉電容C3的正端接RT0、RT1的連接端，負端接N0的輸出端；N0的正輸入端接溫度測量電路9相應的輸入埠A2，N0的負輸入端接其輸出端；圖示為雙端溫度測量電路時，運放N1的正輸入端接地，作為單端溫度測量電路時，N1的正輸入端接至一高於5V的、使溫度敏感器件有足夠工作電壓的穩定的電位上，並將溫度測量電路另一輸入埠B2接地。
圖4所示實例信號處理器的溫度測量電路9還含有一個交流自舉直流吸收電路，含有電阻RT3、RT4，電容C6，運放N5；電阻RT3的一端與N5的正輸入端聯接並接溫度測量電路9相應的輸入埠B2，RT3的另一端接RT4，RT4的另一端接負電源V-，電容C6的正端接RT3、RT4的聯接點，負端接N5的輸出端，N5的負輸入端接其輸出端。
圖4所示實例信號處理器的溫度測量電路9，當振動信號頻率較高時，可以不設電容C3、運放N0和電容C6、運放N5構成的相應交流自舉電路部分。
圖4所示實例信號處理器的振動交流放大器10是一雙端型差動交流放大器，含有電容C1、C2、C4、C5，電阻R1～R6，運放N2、N3、N4，電容C1、C2的負端分別接振動交流放大器10的兩個相應輸入埠A1、B1，C1正端接運放N2的負輸入端和R1與C4的並聯支路，R1、C4並聯支路另一端接運放N2的輸出端；C2正端接運放N3的負輸入端和R2與C5的並聯支路，R2、C5並聯支路另一端接運放N3的輸出端；運放N2的輸出經電阻R3接運放N4的正輸入端，電阻R4一端接N4正輸入端，另一端接地，運放N3的輸出經電阻R5接運放N4的負輸入端，運放N2、N3的正端接地，電阻R6的兩端分別與運放N4的負輸入端和輸出端聯接。
本信號處理器應用運放N1的反饋電阻RT2經自舉電阻RT1、RT0對溫度敏感器件5供電，供電電流通過溫度敏感器件後經B2再經RT3、RT4流到負電源或經B2入地。在兩種敏感器件並聯輸出時，電阻RT1、RT0與運放N0、電容C3結合形成的交流自舉電路，能增大電阻RT0的視在交流阻抗，有對交變振動信號阻流的作用，使壓電敏感器件的交變電荷信號只被極低輸入阻抗的N2負輸入端「虛地」，經藕合電容C1被接收；同樣，電阻RT3、RT4、運放N5、電容C6結合形成的自舉電路，能增大電阻RT3的視在交流阻抗，有對交變振動信號阻流的作用，使壓電敏感器件的交變電荷信號只被極低輸入阻抗的N3負輸入端「虛地」，經藕合電容C2接收，而不被RT3、RT4接收；電容C1、C2則對溫度敏感器件的直流信號隔離，使之只能流向N1而不能流向N2、N3。從而達到分離交、直流振動、溫度信號的目的。
當被檢測的振動信號的頻率很低造成溫度測量電路的輸入電阻RT0、RT3影響振動電路的頻率特性時，可以將溫度信號與振動信號分開各用兩條線傳輸。
本實用新型複合傳感器，主要是針對鐵路車輛車載故障診斷系統的需求而設計的。已製作出少量成品並通過有關試驗取得了十分滿意的良好效果。
權利要求1.一種複合傳感器，由受感部和信號處理器構成，受感部含有殼體(1)及對殼體絕緣裝設在殼體內的敏感器件，殼體上端有插座或壓線器(3)，殼體下端有受感部安裝固定件(6)，其特徵是所述敏感器件為具有極大直流阻抗的壓電型振動敏感器件(4)和具有極大交流阻抗的直流恆流型溫度敏感器件(5)。
2.按權利要求1所述的複合傳感器，其特徵在於直流恆流型溫度敏感器件(5)是有極性的，其輸出經橋式整流器(8)整流為無極性的輸出。
3.按權利要求1所述的複合傳感器，其特徵是其振動敏感器件(4)和溫度敏感器件(5)的輸出經並聯後成為兩線制輸出。
4.按權利要求2所述複合傳感器，其特徵是振動敏感器件(4)的輸出和溫度敏感器件(5)經整流後的輸出，並聯成為兩線制輸出。
5.按權利要求1或2或3或4所述的複合傳感器，其特徵是振動敏感器件(4)為壓電晶片，裝設在殼體下底內表面上，溫度敏感器件(5)採用AD590類型的半導體溫度敏感器件，經安裝座(2)裝設在殼體內中部。殼體內部振動敏感件(4)與安裝座(2)間填充矽橡膠，在插座或壓線器(3)與安裝座間填充高強度密封膠。
6.一種複合傳感器，由受感部和信號處理器構成，其特徵是信號處理器含有一個能隔離直流信號、分離出振動交流信號的振動交流放大器(10)和一個可對溫度敏感器件供電，並能阻止交流信號、分離出溫度信號的溫度測量電路(9)，信號處理器的各輸入埠與受感部的信號輸出線對應聯接。
7.按權利要求6所述的複合傳感器，其特徵是振動交流放大器(10)是一個差動交流放大器。
8.按權利要求6或7所述的複合傳感器，其特徵是溫度測量電路(9)是一個能完成所述供電、阻流、分離任務並將直流恆流溫度信號變換為電壓溫度信號的直流並聯電壓負反饋放大器。
9.按權利要求8所述的複合傳感器，其特徵是溫度測量電路(9)的直流並聯電壓負反饋放大器，是一個交流自舉直流並聯電壓負反饋放大器。
10.按權利要求9所述的複合傳感器，其特徵是溫度測量電路(9)含有一個交流自舉直流吸收電路。
11.按權利要求10所述的複合傳感器，其特徵是振動交流放大器(10)的差動交流放大器，含有電容C1、C2、C4、C5，電阻R1～R6，運放N2、N3、N4，電容C1、C2的負端分別接振動交流放大器(10)的兩相應輸入埠A1、B1，C1正端接運放N2的負輸入端和R1與C4的並聯支路，R1、C4並聯支路另一端接運放N2的輸出端；C2正端接運放N3的負輸入端和R2與C5的並聯支路，R2、C5並聯支路另一端接運放N3的輸出端；運放N2的輸出經電阻R3接運放N4的正輸入端，電阻R4一端接N4正輸入端另一端接地，運放N3的輸出經電阻R5接運放N4的負輸入端，運放N2、N3的正端接地，電阻R6的兩端分別與運放N4的負輸入端和輸出端聯接；溫度測量電路(9)的交流自舉直流並聯電壓負反饋放大器，含有電阻RT0～RT2、電容C3、運放N0、N1；電阻RT0的一端接溫度測量電路(9)相應的輸入埠A2，RT0的另一端接電阻RT1的一端，RT1的另一端接N1的負輸入端和RT2的一端，RT2的另一端接N1的輸出端；自舉電容C3的正端接RT0、RT1的連接端，負端按N0的輸出端；N0的正輸入端接溫度測量電路(9)相應的輸入埠A2，N0的負輸入端接其輸出端；運放N1的正輸入端接地；溫度測量電路(9)的交流自舉直流吸收電路，含有電阻RT3、RT4，電容C6，運放N5；電阻RT3的一端與N5的正輸入端聯接並接溫度測量電路(9)相應的輸入埠B2，RT3的另一端接RT4，RT4的另一端接負電源V-，電容C6的正端接RT3、RT4的聯接點，負端接N5的輸出端，N5的負輸入端接其輸出端。
12.按權利要求9所述的複合傳感器，其特徵是振動交流放大器(10)的差動交流放大器，含有電容C1、C2、C4、C5，電阻R1～R6，運放N2、N3、N4，電容C1、C2的負端分別接振動交流放大器(10)的兩相應輸入埠A1、B1，C1正端接運放N2的負輸入端和R1與C4的並聯支路，R1、C4並聯支路另一端接運放N2的輸出端；C2正端接運放N3的負輸入端和R2與C5的並聯支路，R2、C5並聯支路另一端接運放N3的輸出端；運放N2的輸出經電阻R3接運放N4的正輸入端，電阻R4一端接N4正輸入端另一端接地，運放N3的輸出經電阻R5接運放N4的負輸入端，運放N2、N3的正端接地，電阻R6的兩端分別與運放N4的負輸入端和輸出端聯接；溫度測量電路(9)的交流自舉直流並聯電壓負反饋放大器，含有電阻RT0～RT2、電容C3、運放N0、N1；電阻RT0的一端接溫度測量電路(9)相應的輸入埠A2，RT0的另一端接電阻RT1的一端，RT1的另一端接N1的負輸入端和RT2的一端，RT2的另一端接N1的輸出端；自舉電容C3的正端接RT0、RT1的連接端，負端接N0的輸出端；N0的正輸入端接溫度測量電路(9)相應的輸入埠A2，N0的負輸入端接其輸出端；運放N1的正輸入端接至一高於5V的穩定電位上，並將溫度測量電路另一輸入埠B2接地。
專利摘要一種由受感部和處理器組成的複合傳感器,受感部有高直流阻抗的壓電型振動敏感器件和高交流阻抗的直流恆流型溫度敏感器件,兩種敏感器件的信號可以並聯成兩線輸出。與受感部相配的處理器則可以完成對溫度敏感器件的供電和分離振動、溫度的交、直流信號。本實用新型可用於對機器進行溫度和振動監測,特別適合鐵路車輛車載故障診斷系統用於提取軸承溫度、軸承滾動體工作面、車輪踏面等損傷故障信息。
文檔編號G01D5/12GK2377521SQ98230758
公開日2000年5月10日 申請日期1998年5月21日 優先權日1998年5月21日
發明者唐德堯, 王巍松, 段中海, 胡志鋼, 王定曉 申請人:中國航空工業總公司第六○八研究所