一种基于电磁感应原理的单侧计轴传感器的制作方法

本发明涉及的是列车轨道监控领域，具体是一种以电磁感应原理为基础的单侧计轴传感器。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，铁路运输已经成为国民经济不可或缺的重要运输方式，对铁路运输的安全要求也随之增高，而传统的铁路占用检测设备已经不能保证高运输量时列车的安全运行。因此，研发一种具有技术先进、功能全面、可靠性高的轨道占用检测设备对保证铁路运输安全高效、推进我国铁路事业发展具有重要的意义。目前市场上的主流检测设备为双侧计轴传感器，该设备主要存在以下不足：(1)结构复杂，成本高；(2)安装条件苛刻，维护困难；(3)当列车超过一定的速度时会丢失计轴脉冲；(4)易受牵引电流磁场干扰而发生计轴错误。

技术实现要素：

本发明是为了解决传统计轴设备-双侧计轴传感器结构复杂、安装条件苛刻、高速列车易丢脉冲、易受牵引电流磁场影响等问题，进而提出了一种新型的计轴传感器-单侧计轴传感器。

本发明具体采用的技术方案如下所示：

一种基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，包括集中在一个壳体内的第一感应线圈、第二感应线圈、励磁线圈和铁芯；所述铁芯的轴向方向设置为与铁轨平行，所述励磁线圈缠绕在所述铁芯上；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈对称设置在所述铁芯的两侧，且所述第一感应线圈的轴线和所述第二感应线圈的轴线与所述铁芯位于同一个平面内。

根据本发明提出的基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，其中，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的放置角度相对于所述铁芯的轴向方向分别呈45度和135度。

根据本发明提出的基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，其中，所述励磁线圈的材料为20股丝包线，线径0.5mm，线圈绕制单层，线圈匝数为30，线圈直径为30mm。

根据本发明提出的基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，其中，所述第一感应线圈和所述第二感应线圈的材料为20股丝包线，线径为0.5mm，线圈绕制双层，单侧匝数为20。

根据本发明提出的基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，其中，所述铁芯为圆柱形铁氧体，直径为10mm，长度为100mm。

根据本发明提出的单侧计轴传感器，其中，所述单侧计轴传感器的安装位置为：距离单根铁轨的中轴线为92mm宽，距离单根铁轨的下底面为45mm高。

本发明集计轴、方向检测、速度检测等功能于一体，具有结构简单、可靠性高、功能强大、成本低等优点。将励磁线圈与感应线圈密封到一个壳体内的设计，有利于单侧计轴传感器的安装、维护、升级，对加强列车运行的安全性、提高铁路的运营效率、加速我国铁路事业的发展有着积极的推动作用。

附图说明

图1为本发明的单侧计轴传感器中各元件的空间位置关系示意图。

图2为本发明的单侧计轴传感器装附于铁轨上时的空间位置示意图。

图3为本发明的单侧计轴传感器装附于铁轨上时的侧面示意图。

图4为有车时车轮、铁轨与单侧计轴传感器的空间位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4。单侧计轴传感器由感应线圈1、感应线圈2、励磁线圈3、铁芯4组成。励磁线圈3缠绕在铁芯4外，铁芯的轴线与铁轨平行；感应线圈1与感应线圈2分布在励磁线圈3两侧，两个感应线圈1、2的轴线与铁芯4的轴线在一个平面上，且感应线圈的轴线与铁芯的轴线垂直，将这些部件密封在一个壳体内，如图1所示。励磁线圈3的材料为20股丝包线、线径为0.5mm、线圈绕制单层、线圈匝数为n1＝30、线圈直径d为30mm；感应线圈1、2的材料为20股丝包线、线径为0.5mm、线圈绕制双层、单侧匝数为n2＝20、感应线圈的放置角度θ1＝45°、θ2＝135°；铁芯4为铁氧体铁芯，圆柱形铁氧体的直径d为10mm，长度h为100mm。励磁线圈3、铁芯4、感应线圈1、2装于铁轨上的示意图如图2所示。图3为图2所示结构的侧面示意图，其中，l为92mm，h为45mm。

利用本发明的传感器进行的计轴方法是通过有限元软件来完成的，具体实施方式为：

s1：在有限元仿真软件中建立无车轮经过时的仿真模型，模型包括铁轨、感应线圈1、感应线圈2、励磁线圈3、铁芯4，如图2所示；

s2：无车时，在励磁线圈3中通以一定的电流i＝acos(ωt)，其中，a为励磁电流的幅值，ω为励磁电流角频率，这里忽略励磁电流相位的影响；

s3：通过有限元仿真软件计算无车时感应线圈1和感应线圈2中的感应电动势ε，峰值为εmin，此时两个感应线圈中的感应电动势相等；

s1、s2与s3称为无车时的静态有限元计算，目的是得到无车轮时感应线圈1、2的感应电动势ε及峰值εmin。

s4：在有限元软件中建立有车轮经过时的仿真模型，模型包括车轮、铁轨、感应线圈1、感应线圈2、励磁线圈3、铁芯4，如图4所示；

s5：有车时，在励磁线圈3中通以一定的电流i＝acos(ωt)，其中，a为励磁电流的幅值，ω为励磁电流角频率，这里忽略励磁电流相位的影响；

s6：随着车轮的移动，感应线圈1、2的感应电动势发生不同程度的变化，当感应线圈1的感应电动势峰值达到最小时，记此时感应线圈1的感应电动势为ε11；

s7：当感应线圈2的感应电动势峰值达到最小时，记此时感应线圈2的感应电动势为ε22；

s8：定义εδ1＝ε11-εmin、εδ2＝ε22-εmin，当εδ1与εδ2都大于20％·εmin时，则认为有车轮经过。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开一种基于电磁感应原理的单侧计轴传感器，包括集中在一个壳体内的第一感应线圈、第二感应线圈、励磁线圈和铁芯；所述铁芯的轴向方向设置为与铁轨平行，所述励磁线圈缠绕在所述铁芯上；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈对称设置在所述铁芯的两侧，且所述第一感应线圈的轴线和所述第二感应线圈的轴线与所述铁芯位于同一个平面内。本发明集计轴、方向检测、速度检测等功能于一体，具有结构简单、可靠性高、功能强大、成本低等优点。将励磁线圈与感应线圈密封到一个壳体内的设计，有利于单侧计轴传感器的安装、维护、升级，对加强列车运行的安全性、提高铁路的运营效率、加速我国铁路事业的发展有着积极的推动作用。

技术研发人员：金显吉;佟为明;李中伟;林景波;李凤阁;刘延龙
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2017.03.14
技术公布日：2017.08.01