叠层式多功能传感器及轴承状态无线监测系统的制作方法

本实用新型涉及传感器，尤其是叠层式多功能传感器及轴承状态无线监测系统。

背景技术：

列车的轴承在长期的运转过程中，由于轴承老化磨损，轴承有可能出现保持架断裂、滚动体破碎等轴承故障，导致轴承温度升高、振动异常等情况，轻则导致机车运行不稳，重则发生严重的行车事故。

目前，对列车轴承检测主要由检修人员采用超声波发射的手持仪器，在列车入库检修时，对列车轴承进行手动检测。这种检测方式采用人工检测方式，耗时耗力，而且无法实时监测轴承运转的状态。

也有一些单位开始采用在列车轴承上加装有线振动传感器和温度传感器的方式，对列车轴承进行实时监测，但是现有的振动传感器和温度传感器往往是单独设置在列车轴上，一来需要更大的安装空间，二来传感器往往安装在轴承表面位置，传感器与轴承内的滚动体的距离较大，影响了振动和温度检测的精度。

同时有线传感器需要在列车上布置采集电缆，布线成本高，采集与分析设备成本较高，难以大规模应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种叠层式多功能传感器及轴承状态无线监测系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

叠层式多功能传感器，包括壳体，所述壳体内设置有用于供电的电池以及电连接且层叠设置的温度传感器、振动传感器、信号处理电路板、嵌入式MCU及数据输入输出装置。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述壳体包括一体化形成的电池仓及圆柱形的安装体，所述安装体的外表面具有螺纹。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述数据输入输出装置包括无线收发PCB板。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述无线收发PCB板连接显露在所述电池仓外的片状天线。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述片状天线通过激光雕刻形成于电池仓的盖板表面，所述盖板为非金属板。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述温度传感器、振动传感器、信号处理电路板、嵌入式MCU及无线收发PCB板由下至上依次设置在所述安装体内。

优选的，所述的叠层式多功能传感器中，所述温度传感器、振动传感器、信号处理电路板、嵌入式MCU及无线收发PCB板通过插针电连接。

轴承状态无线监测系统，包括上述任一的叠层式多功能传感器，所述叠层式多功能传感器螺接在列车轴承外圈上的安装孔中且通过无线网络连接用户终端和/或云端。

优选的，所述的轴承状态无线监测系统中，所述叠层式多功能传感器与所述安装孔之间的间隙填充有固定胶。

本实用新型技术方案的优点主要体现在：

本方案设计精巧，结构简单，将温度传感器、振动传感器、信号放大电路、MCU和无线收发电路采用叠层安装的方式，并通过插针的方式实现叠层电路板之间的供电和通信，提高了整个传感器的集成度，充分利用了轴向空间，为在狭小空间内安装多个电路组件实现提供了可能，同时使整个传感器整体呈现为螺栓状，并具有外螺纹，便于进行组装。

通过将振动传感器和温度传感器集成到传感器螺栓体内部，可以让传感器尽可能接近轴承的外圈，从而更加灵敏和准确的测量到轴承滚动体的振动信号，对轴承温度变化也可以有更加快速的响应。

采用无线通信的方式进行数据传输，有效的解决了有线连接布线成本大，不利于大规模应用的问题，应用灵活性大、成本低，同时在电池仓盖板上平面化制作无线收发天线，替代了普通棒状天线外露的安装方式，避免棒状天线在安装和使用过程中，意外碰撞造成损伤的风险，提高了传感器的可靠性和防护等级。

附图说明

图 1 是本实用新型的多功能传感器的示意图；

图 2 是本实用新型的轴承状态无线监测系统。

具体实施方式

本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。

在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。

下面结合附图对本实用新型揭示的叠层式多功能传感器进行阐述，如附图1所示，其包括壳体1，所述壳体1包括一体化形成的电池仓11及圆柱形的安装体12，所述安装体12的外表面具有螺纹13，从而所述叠层式多功能传感器可以整体螺接到待测部件上，便于进行安装和拆卸。

如附图1所示，所述壳体1的电池仓11内设置有用于为整个叠层式多功能传感器供电的电池2，所述电池2可以是各种可行的电池，如干电池、锂电池、蓄电池等，优选其采用大容量的锂电池，其供电时间在3年左右；当然，在其他实施例中，所述电池2也可以是蓄电池，可以通过设置充电接口对其进行充电，此处为已知技术不再赘述。

如附图1所示，所述壳体1内还设置有电连接且层叠设置的温度传感器3、振动传感器4、信号处理电路板5、嵌入式MCU6及数据输入输出装置，所述数据输入输出装置包括无线收发PCB板7，所述无线收发PCB板7连接显露在所述电池仓11外的片状天线8。

具体来说，如附图1所示，所述温度传感器3、振动传感器4、信号处理电路板5、嵌入式MCU6及无线收发PCB板7由下至上依次设置在所述安装体12内部的圆柱空间内，这是由于，当所述温度传感器3和振动传感器4位于下方时，它们与待检测件的距离越接近，从而能够更加准确的检测到温度和振动以保证检测的准确性和灵敏性，将信号处理电路板5设置在中间，能够减少信号传输距离，提高处理速度，将无线收发PCB板7设置在最高位，从而能够有效的减少无线收发PCB板7和片状天线8之间的走线。

另外，如附图1所示，所述温度传感器3、振动传感器4、信号处理电路板5、嵌入式MCU6及无线收发PCB板7通过插针9电连接，从而能够方便的实现温度传感器3、振动传感器4、信号处理电路板5、嵌入式MCU6及无线收发PCB板7在小空间内的安装、固定、供电及通信。

同时，为了保证壳体的强度，壳体主要由具有一定硬度的金属或合金等制成，因此其会对位于其内的无线收发PCB板7的信号收发产生屏蔽作用，影响使用的稳定性，因此将所述片状天线8设置于电池仓11的表面，具体所述片状天线8通过激光雕刻形成于电池仓11的盖板表面，所述盖板为非金属板，例如其可以是工程塑料或亚克力板等。

本实用新型同时还揭示了一种轴承状态无线监测系统，尤其是用于列车轴承的检测，如附图2所示，其包括上述的叠层式多功能传感器10，所述叠层式多功能传感器10螺接在列车轴承20外圈上的安装孔中且通过无线网络30连接用户终端40和/或云端50，所述用户终端40可以是装有相应控制软件的电脑、智能设备，如手机、PDA等；所述叠层式多功能传感器10与所述安装孔之间的间隙填充有固定胶（图中未示出），从而能够有效的保证叠层式多功能传感器10与轴承连接的牢固性，同时可以对叠层式多功能传感器10进行一定的防护，降低其受损的风险。

并且，所述叠层式多功能传感器10具有关机模式、休眠模式和工作模式，其通过无线网络连接所述列车的控制中心电脑，常态下，所述叠层式多功能传感器10处于休眠状态，当所述控制中心向所述叠层式多功能传感器10发出列车发动机处于工作状态的信号时，所述叠层式多功能传感器10切换到工作状态，从而电池为叠层式多功能传感器10的中的所有用电部件供电，供电，反之，所述叠层式多功能传感器10处于休眠状态，以节约电能，从而延长电池的使用寿命。

因此，当列车未启动时，所述叠层式多功能传感器10处于休眠模式，列车启动后，所述叠层式多功能传感器10进入工作模式，所述温度传感器3、振动传感器4采集待检测件的温度和振动信号，经所述信号处理电路板5处理后发送给所述嵌入式MCU6进行进一步处理，所述嵌入式MCU6将温度数据和振动数据通过无线收发PCB板7、片状天线8及网络发送给用户端（列车的控制中心电脑）和/或云端，当数据异常时，通过控制中心的报警设备进行报警进行提醒或通过控制中心电脑控制制动设备制动保证运行安全。

本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。