机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法
【专利摘要】本发明公开了一种机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法，传感器包括：感应组件和处理电路板，处理电路板包括电源处理电路和信号处理电路。来自外部的电源输入信号经过电源处理电路处理后，分别为感应组件和信号处理电路供电。感应组件包括两组以上的双通道霍尔元件，感应组件将感应到的随测速齿轮转动变化的脉冲信号送至信号处理电路，由信号处理电路对脉冲信号放大、整形后，将四路以上经过处理的信号输出至上位机。本发明解决了现有技术存在的不能满足动车组高速测速要求，通道数少，在机车低速时无信号输出的问题，与测速齿轮无接触和磨损，生产调试工艺简单、安装方便、感应气隙大、测速范围宽、温度适应范围广、抗振性和抗干扰性能强。
【专利说明】机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器装置及其安装方法，尤其是涉及一种应用于机车、动车、高铁列车等轨道交通车辆测速的多通道非接触式霍尔转速传感器及其安装方法。
【背景技术】
[0002]随着当今国内火车车速和承载能力日益增长，安全行车也越来越得到广泛的关注和重视。这就要求列车必须准确可靠地接收到当前运行速度信号。目前，应用于机车测速的传感器主要是采用光电转速传感器、霍尔转速传感器和磁电转速传感器。
[0003]现有的光电转速传感器安装在机车轴端，为机车提供运行速度及运行方向，传感器输入轴和机车被测轮轴连接，被测轮轴带动传感器输入轴旋转，其转速比为1: 1，利用光电效应的原理，产生频率与轮轴转速成正比的电脉冲信号，提供给机车安全列控系统实现测速。但是机车在运行的过程中，轮对轴承的振动较大，污物较多，光电转速传感器长期在振动、冲击、污物的环境中工作，使得传感器信号受到严重的影响，存在通道无信号、丢脉冲、相位差超差等现象，大大降低了其可靠性。
[0004]现有的霍尔转速传感器安装在机车齿轮端盖上，其传动模式为无接触式，该传感器由安装法兰、霍尔元件、磁铁、外壳以及输出电缆组成，虽然克服了光电转速传感器接触式传动模式的不足，但是现有技术的霍尔转速传感器通道数为两通道，不能够很好的满足铁路信号冗余设计的要求。为了满足列控系统冗余设计的要求，需要安装多个两通道霍尔转速传感器，这样给机车布线、维护以及检修带来极大的不便。
[0005]现有的磁电转速传感器安装在机车齿轮端盖上，其传动模式为无接触式，磁电转速传感器由感应线圈、磁铁、安装法兰、外壳以及输出电缆组成，传感器随着齿轮转动输出频率与转速成正比的正弦波信号，但是在转速较低的条件下，磁电转速传感器无信号输出，导致机车列控系统在机车低速时无法读取磁电转速传感器速度信号。
[0006]因此，综上，现有应用于机车测速的光电转速传感器、双通道的霍尔转速传感器以及磁电转速传感器，存在着如下缺点:
[0007](I)光电转速传感器安装在机车轮对轴承的轴端，其传动模式为接触式，无法满足现有机车尤其是动车组高速电机的测速要求；
[0008](2)双通道的霍尔转速传感器安装在齿轮端盖上，其传动模式为无接触式，但是双通道的霍尔转速传感器并不能满足列控系统的冗余要求，而安装多个双通道霍尔元件又给机车布线、维护以及检修带来极大的不便；如果安装方式相同，而只是使用多个两通道的霍尔转速传感器，传感器输出电缆线自然也就增加，传感器的布线、维护、检修就需要安装或拆卸多根电缆；
[0009](3)磁电转速传感器安装在齿轮端盖上，因为现有机车尤其是动车组电机转速高、要求速度传感器通道数多，因而此类传感器在机车低速时无信号输出，导致低速状态下机车列控系统无速度显示，而目前单一的速度传感器无法满足现有机车的要求。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机车测速多通道霍尔转速传感器及其安装方法，解决现有技术存在的不能满足动车组高速电机的测速要求，通道数过少，同时在机车低速时无信号输出的技术问题。
[0011]为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种机车测速多通道霍尔转速传感器的技术实现方案，一种机车测速多通道霍尔转速传感器，包括:感应组件和处理电路板，所述处理电路板包括电源处理电路和信号处理电路。来自外部电源的电源输入信号经过所述电源处理电路处理后，分别为所述感应组件和信号处理电路供电。所述感应组件包括两组以上的双通道霍尔元件，所述感应组件将感应到的随测速齿轮转动变化的脉冲信号传送至所述信号处理电路，由所述信号处理电路对所述脉冲信号进行放大、整形处理后，将四路以上经过处理的信号输出至上位机。
[0012]优选的,所述感应组件包括三组双通道霍尔元件,所述双通道霍尔元件包括霍尔元件一和霍尔元件二。所述多通道霍尔转速传感器由外部电源提供三路独立的直流电源给所述电源处理电路，然后将处理后的电源供给所述感应组件的三组双通道霍尔元件和所述信号处理电路。当所述测速齿轮转动时，所述感应组件将感应到随齿轮转动变化的脉冲信号传送至所述信号处理电路进行放大、整形处理，最后将六路信号输出至上位机。
[0013]优选的，所述多通道霍尔转速传感器还包括大定位块和安装器座，所述感应组件设置在所述大定位块的安装孔中，所述感应组件的感应面与所述大定位块的弧面处于同一弧面，所述大定位块通过所述安装器座设置在机车轴箱端盖上。
[0014]优选的，所述双通道霍尔元件还包括卡口、屏蔽管头、信号采集板和小定位块。所述霍尔元件一和霍尔元件二安装在所述小定位块内，所述小定位块上设置有两个定位小圆柱，所述信号采集板穿过所述霍尔元件一和霍尔元件二的引脚安装在所述小定位块上，并通过所述定位小圆柱固定在所述小定位块上。所述霍尔元件一和霍尔元件二的引脚和采集信号输出线焊接在所述信号采集板上。上述霍尔元件一、霍尔元件二、信号采集板和小定位块的组合体安装在所述屏蔽管头中。
[0015]优选的，所述多通道霍尔转速传感器还包括输出电缆部件、锁紧螺母、密封圈、端盖和线缆。所述信号采集板上的引出线连接至所述处理电路板，由所述处理电路板通过所述线缆对外输出。所述线缆穿过所述安装器座中的孔，所述线缆的一端通过输出电缆部件穿出所述安装器座的一侧，所述输出电缆部件通过所述锁紧螺母固定安装在所述安装器座上。所述锁紧螺母与所述安装器座之间进一步设置有密封圈，所述密封圈采用双面锥型密封圈结构，用于所述线缆的防水。
[0016]优选的，所述线缆包括18根芯线，每一组所述双通道霍尔元件包括6根芯线，分别为:电源正I根，电源负I根，两个通道信号各I根，两个通道信号备份各I根，所述输出电缆部件采用19芯密绕式线簧连接器。
[0017]优选的，相邻的两组所述双通道霍尔元件之间的安装夹角Θ根据以下公式进行计算:
[0018]D=(z+2)m
[0019]HI = —+ η
2
【权利要求】
1.一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于，所述多通道霍尔转速传感器(10)包括:感应组件(5)和处理电路板(2)，所述处理电路板(2)包括电源处理电路(3)和信号处理电路(4)，来自外部电源(20)的电源输入信号经过所述电源处理电路(3)处理后，分别为所述感应组件(5)和信号处理电路(4)供电；所述感应组件(5)包括两组以上的双通道霍尔元件(1)，所述感应组件(5)将感应到的随测速齿轮(30)转动变化的脉冲信号传送至所述信号处理电路(4)，由所述信号处理电路(4)对所述脉冲信号进行放大、整形处理后，将四路以上经过处理的信号输出至上位机。
2.根据权利要求1所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述感应组件(5 )包括三组双通道霍尔元件(I),所述双通道霍尔元件(I)包括霍尔元件一(101)和霍尔元件二(102);所述多通道霍尔转速传感器(10)由外部电源(20)提供三路独立的直流电源给所述电源处理电路(3)，然后将处理后的电源供给所述感应组件(5)的三组双通道霍尔元件(I)和所述信号处理电路(4)，当所述测速齿轮(30)转动时，所述感应组件(5)将感应到随齿轮转动变化的脉冲信号传送至所述信号处理电路(4)进行放大、整形处理，最后将六路信号输出至上位机。
3.根据权利要求1或2所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述多通道霍尔转速传感器(10)还包括大定位块(6)和安装器座(7)，所述感应组件(5)设置在所述大定位块(6)的安装孔(19)中，所述感应组件(5)的感应面与所述大定位块(6)的弧面处于同一弧面，所述大定位块(6)通过所述安装器座(7)设置在机车轴箱端盖上。
4.根据权利要求3所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述双通道霍尔元件(I)还包括卡口(14)、屏蔽管头(15)、信号采集板(16)和小定位块(17)，所述霍尔元件一(101)和霍尔元件二( 102)安装在所述小定位块(17)内，所述小定位块(17)上设置有两个定位小圆柱(18)，所述信号采集板(16)穿过所述霍尔元件一(101)和霍尔元件二(102)的引脚(21)安装在所述小定位块(17)上，并通过所述定位小圆柱(18)固定在所述小定位块(17)上，所述霍尔`元件一(101)和霍尔元件二( 102)的引脚和采集信号输出线焊接在所述信号采集板(16)上，上述霍尔元件一(101)、霍尔元件二( 102)、信号采集板(16)和小定位块(17)的组合体安装在所述屏蔽管头(15)中。
5.根据权利要求4所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述多通道霍尔转速传感器(10)还包括输出电缆部件(8)、锁紧螺母(9)、密封圈(11)、端盖(12)和线缆(13)，所述信号采集板(16)上的引出线连接至所述处理电路板(2)，由所述处理电路板(2)通过所述线缆(13)对外输出；所述线缆(13)穿过所述安装器座(7)中的孔，所述线缆(13)的一端通过输出电缆部件(8)穿出所述安装器座(7)的一侧，所述输出电缆部件(8)通过所述锁紧螺母(9)固定安装在所述安装器座(7)上，所述锁紧螺母(9)与所述安装器座(7)之间进一步设置有密封圈(11)，所述密封圈(11)采用双面锥型密封圈结构，用于所述线缆(13)的防水。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述线缆(13)包括18根芯线，每一组所述双通道霍尔元件(I)包括6根芯线，分别为:电源正I根，电源负I根，两个通道信号各I根，两个通道信号备份各I根，所述输出电缆部件(8)采用19芯密绕式线簧连接器。
7.根据权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:相邻的两组所述双通道霍尔元件(I)之间的安装夹角Θ根据以下公式进行计算: 其中，D为所述测速齿轮(30)的齿顶圆直径，z为所述测速齿轮(30)的齿数，m为所述测速齿轮(30)的模数，Hl为所述双通道霍尔元件(I)感应面分布圆的半径，L为所述大定位块(6)中安装孔(19)的直径，η为所述双通道霍尔元件(I)的气隙，02和03分别为所述大定位块(6)感应面的偏移角，Θ i为所述测速齿轮(30)的中心到所述大定位块(6)感应面的垂线与所述测速齿轮(30)的中心到感应面两端连线的夹角。
8.根据权利要求7所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器，其特征在于:所述测速齿轮(30)的齿数z为I~3，所述测速齿轮(30)的模数m为60~200，当所述双通道霍尔元件(I)的气隙η为0.3~2.0mm时，所述大定位块(6)感应面的偏移角为13.35°~13.59。。
9.一种对权利要求5-8所述的机车测速多通道霍尔转速传感器进行安装的方法，其特征在于，所述安装方法包括以下步骤: S10:卡住所述双通道霍尔元件(I)上的卡口(14)位置,旋转所述双通道霍尔元件(I)的角度来调整每组通道的相位差； S11:相位差调节完成后，采用快速固定胶水将所述双通道霍尔元件(I)与所述大定位块(6)进行固定； S12:将所述处理电路板(2)与所述双通道霍尔元件(I)采用导线连接后安装在所述大定位块(6)内，用螺钉进行固定，所述处理电路板(2)通过所述线缆(13)引出信号； S13:将所述线缆(13)穿过所述安装器座(7)中的孔，所述大定位块(6)与所述安装器座(7)之间采用配合压装后采用螺钉进行固定； S14:所述线缆(13)通过输出电缆部件(8)穿出所述安装器座(7)的一侧，所述输出电缆部件(8)通过所述锁紧螺母(9)压紧固定在所述安装器座(7)上。
10.根据权利要求9所述的一种机车测速多通道霍尔转速传感器安装方法，其特征在于，在所述步骤SlO之前还包括所述双通道霍尔元件(I)的安装步骤，所述安装步骤包括:先将所述霍尔元件一(101)和霍尔元件二( 102)安装在所述小定位块(17)内，接着将所述信号采集板(16)穿过所述霍尔元件一(101)和霍尔元件二(102)的引脚(21)安装在所述小定位块(17)上，并通过所述小定位块(17)上的两个小圆柱(18)定位，然后将所述霍尔元件一(101)和霍尔元件二( 102)的引脚(21)和采集信号输出线焊接在所述信号采集板(16)上，最后将上述霍尔元件一(101)、霍尔元件二( 102)、信号采集板(16)和小定位块(17)的组合体安装在所述屏蔽管头(15)内形成所述双通道霍尔元件(I)。
【文档编号】G01P3/44GK103487598SQ201310481535
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】彭建红, 贺雄, 李苏红 申请人:湖南湘依铁路机车电器股份有限公司