一种动车组用横向加速度传感器及其灌胶方法与流程

1.本发明涉及灌胶技术领域，具体而言，涉及一种动车组用横向加速度传感器及其灌胶方法。


背景技术：

2.高速动车组发挥着高速、安全、大批量运输的重要作用，对高速动车组的安全和系统化有很高的要求。传感器是将测量参数按一定规律变换成电信号或其他所需形似的信息输出的设备，是整个轨道交通行业安全控制系统中不可或缺的重要部分，同时高速列车谱系化与健康管理平台的融合机制，形成面向故障预测与健康管理(prognostics and health management，phm)的高速列车谱系化产品技术平台也非常依赖传感器的实时监测。目前，通过在高速动车组的转向架安装横向加速度传感器，利用横向加速度传感器对高速动车组进行实时的监控，确保了列车运行在正常状态或最佳状态。但是，当横向加速度传感器出现故障后，动车组需限速甚至停车，对运营造成了较大影响，也对后期健康管理的规划造成影响。
3.目前，横向加速度传感器出现故障的原因最为常见的是在长时间的运行过程中横向加速度传感器内部的电路元器件发生电性故障，如元件发生短路或者断路，特别是受制于温度的变化，使得在不同的季节的故障的发生概率不同，因此，需要提供一种对横向加速度传感器质量进行改进的方式，提高横向加速度传感器的使用寿命，进而提高动车的安全性。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种动车组用横向加速度传感器的灌胶方法，通过所述灌胶方法能够使传感器在低温环境下保持其原有功能，故障率大幅下降。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：所述灌胶方法包括如下步骤：
6.(1)第一次灌胶：调整待灌胶的横向加速度传感器的位置，使所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；在第一注胶点进行灌胶，至所述传感器的电路板底部渗出胶体，停止灌胶并进行第一次静置；
7.(2)第二次灌胶：控制所述传感器的位置，使所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；在所述第一注胶点进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳底面的最高点时，停止灌胶并进行第二次静置；
8.(3)第三次灌胶：调整所述传感器的底面使其与水平面保持平行；在第二注胶点进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳内侧的顶部时，停止灌胶并进行第三次静置；
9.(4)第四次灌胶：调整所述传感器的底面使其与水平面保持平行；进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳的外侧顶部时，停止灌胶并进行第四次静置；
10.其中，所述第一注胶点为靠近所述传感器的金属壳顶面的最低点，所述第二注胶
点为靠近步骤(3)中所述传感器的胶面的最高点。
11.优选地，所述预设夹角为3
°
～15
°
；更优选地，所述预设夹角为5
°
～8
°
。
12.优选地，所述第一次静置的时间为2min～5min，进行所述第一次静置时所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；
13.优选地，所述第二次静置的时间为2min～5min，进行所述第二次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行；
14.优选地，所述第三次静置的时间为2min～5min，进行所述第三次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行；
15.优选地，所述第四次静置的时间为20h～25h，进行所述第四次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行。
16.优选地，在步骤(1)前，将所述传感器置于夹持组件内，所述夹持组件包括灌胶槽；更优选地，将所述传感器固定于所述灌胶槽内。
17.优选地，在步骤(1)前，烘干处理所述夹持组件；更优选地，所述烘干处理依次包括：在60℃～90℃的热风下烘干3min～10min，冷却2min～5min后，再次热风烘干3min～10min，冷却5min～10min，而后进行步骤(1)。
18.优选地，在步骤(1)前，对所述传感器进行抽真空处理。
19.优选地，在步骤(1)中，在灌胶过程中对所述传感器进行振动处理；更优选地，所述振动处理的频率为25hz～60hz；更优选地，进行所述振动处理1min～2min，而后静止2min～5min，循环进行所述振动处理和所述静止，直至第一次灌胶结束。
20.优选地，所述传感器的金属壳面上设置有若干排气孔。
21.本发明的第二目的在于提供一种所述的动车组用横向加速度传感器的灌胶方法制备得到的动车组用横向加速度传感器。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过将灌胶过程从常规的二次注胶优化为四次进行，在第一和第二次注胶时保持预设角度下的斜度状态，使得传感器内部的所有空气更容易从传感器的顶端一侧排出；同时对四次注胶的注胶点、截止位置和静置方式都作了明确的限定。本发明通过改进优化灌胶工艺最大限度地将可能于灌胶过程产生的气泡略去或去除，将横向加速度传感器产品在灌胶工艺中产生气泡的概率降到最低甚至零气泡产生，进而避免了灌胶完成后横向加速度传感器的金属壳内气泡的产生，解决了因为灌胶过程的异常导致元件附近的胶体有气泡，造成元件焊点损坏，最终导致元件开路的问题，降低了横向加速度传感器的失效概率，有效地提高了横向加速度传感器的使用寿命。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的一种夹持组件的结构图；
25.图2为本发明提供的一种夹持组件的使用示意图；
26.图3为本发明提供的一种横向加速度传感器的结构图；
27.图4为本发明实施例中第一次灌胶示意图；
28.图5为本发明实施例中第二次灌胶示意图；
29.图6为本发明实施例中第三次灌胶示意图；
30.图7为本发明实施例中第四次灌胶示意图。
具体实施方式
31.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.动车组在长时间的运行过程中横向加速度传感器内部的电路元器件发生电性故障，如元件发生短路或者断路，特别是受制于温度的变化，使得在不同的季节的故障的发生概率不同。在对横向加速度传感器失效的原因进行分析可知：其失效的表现方式是元器件发生短路或者断路，但短路或者断路的根本原因是传感器电路板上胶体的气泡，导致这一现象的根本原因在于：常规状态下电路板上的元器件被灌胶材料所包裹，但由于不同金属元件和胶材存在不同的热膨胀系数，元件可能会受到力的作用。当灌胶情况正常时，横向加速度传感器的电路板(或其他金属元件)被胶材料完全包覆形成有效粘连，电路板与胶之间不存在相对延展或收缩的力。但当灌胶情况不佳(如胶体中存在气泡、或胶质不均匀、或胶体与电路板没有有效接触等情况)时，如果存在部分的金属元件未与胶材料包覆，基于热膨胀则会导致力作用于焊点；长此以往，焊点受力后可能会在胶体上出现裂缝。综上可以总结得知：由于灌胶过程的异常，在热应力的影响下部分元件的焊点受影响失效，进而引起元件开路和横向加速度传感器的电性故障。
35.横向加速度传感器在生产的灌胶工艺阶段所使用的胶体通常为聚氨酯胶粘剂，是由含羟基化合物(主剂)和异氰酸酯(固化剂)以4：1的体积比例混合而成。而在灌胶过程中通常会出现气泡，主要原因有两个方面：第一，异氰酸酯与空气中的水分反应会产生二氧化碳气体；第二，灌胶过程中产品内部的空气未完全排出。本领域技术人员清楚的是：对于黏度较低的胶体，气体很容易被排出；然而胶体中的异氰酸酯含量越低，固化过程产生的气泡
就越少，但是粘结强度也就越低。为保证产品性能，异氰酸酯的含量必须要控制在适度的范围。传感器使用的胶体在25℃下的混合粘度为1300mpa
·
s，静置后混合粘度到达5000mpa
·
s的时间为25分钟，通常凝胶时间为70分钟，在室温下完整固化周期为24小时。发明人在对灌胶过程进行了分析后发现：通过灌胶工艺技术的改进可以改善在传感器电路板和胶体接合面产生气泡的问题，尤其是工序节点时间以及对胶量的控制对于传感器内部气体的排出至关重要。
36.基于此，有必要针对如何避免长时间的运行过程中横向加速度传感器内部的电路元器件发生电性故障的技术问题，提供一种动车组用横向加速度传感器的灌胶方法，使传感器的质量得到改进；具体而言，本发明是通过如下实施方式进行的：
37.(1)第一次灌胶：调整待灌胶的横向加速度传感器的位置，使所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；在第一注胶点进行灌胶，至所述传感器的电路板底部渗出胶体，停止灌胶并进行第一次静置；(2)第二次灌胶：控制所述传感器的位置，使所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；在所述第一注胶点进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳底面的最高点时，停止灌胶并进行第二次静置；(3)第三次灌胶：调整所述传感器的底面使其与水平面保持平行；在第二注胶点进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳内侧的顶部时，停止灌胶并进行第三次静置；(4)第四次灌胶：调整所述传感器的底面使其与水平面保持平行；进行灌胶，至胶体高度达到所述传感器的金属壳的外侧顶部时，停止灌胶并进行第四次静置；其中，所述待灌胶的横向加速度传感器是指外面由金属壳包裹，内部为电路板上焊接有元件的未经过灌胶封装的传感器半成品；所述第一注胶点为靠近所述传感器的金属壳顶面的最低点，所述第二注胶点为靠近步骤(3)中所述传感器的胶面的最高点。
38.作为一种优选的实施方式，所述预设夹角包括但不限于：3
°
、4
°
、5
°
、6
°
、7
°
、8
°
、9
°
、10
°
、11
°
、12
°
、13
°
、14
°
、15
°
。
39.对于第一次灌胶而言：由于所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角，意味着所述传感器处于常规意义上的倾斜状态；当满足于所述预设夹角时，可以保证胶水一次性覆盖较为广泛的面积。本步骤中对注胶点和截止位置的选择均是在多次试验下总结出的优化工艺，目的是利用待灌胶传感器的结构特点，利用重力和空气压强的作用，在倾斜的状态下可以使得在第一次注胶过程中产生的气泡，会浮出第一次灌浆胶的液面，而定义截止位置就是为气泡浮出液面提供机构上的优势，避免第一次灌浆胶过深而气泡不能浮出液面。
40.对于第二次灌胶而言：由于所述传感器的底面与水平面形成的夹角依旧满足预设夹角，同样地能够较好地利用灌浆胶的重力以及空气压强的作用将灌胶过程可能产生的气泡进行转移。
41.对于第三次灌胶而言：从临近第一注胶点位置进行第三次灌胶，可以在原有灌浆胶的基础上进一步增加灌浆胶液体，形成较好的延续。第三次灌胶的截止位置为传感器金属壳顶部可知：当这一过程产生气泡时，静置后的胶体液面可能并不会到达金属壳顶部，而在本次灌胶中定义截止位置为传感器的金属壳顶部，就是为了使得液面在存在气泡时经过第三次静置后液面实际低于金属壳顶部，以便于更好的完成第四次注胶，同时也是为了使在这过程中可能产生的气泡能接触金属壳并在静置后消散。
42.对于第四次灌胶而言：在本次灌胶中未严格限定注胶的点位；作为一种可选的实施方式，可以同时从多个不同高度、不同位置的点位进行注胶，只要保证胶体高度达到所述传感器的金属壳的外侧顶部(即胶体能够将所述传感器的金属壳完全包裹)即可。这样实施的目的在于：一方面可快速地完成第四次灌胶，同时在注胶过程对灌浆胶造成力学上的适当冲击，形成微震荡，以将可能残存在灌浆胶内部的气体进行提升转移进而使气泡消散。本步骤也保持所述传感器与水平面平行，目的是避免在第四次灌胶过程产生不必要的干扰因素，以更好更快地完成本次灌胶作业。
43.作为一种优选的实施方式，对于各步骤中的所述静置分别存在有不同的时间和放置角度，具体地包括有如下特征：
44.(a)所述第一次静置的时间包括但不限于2min、3min、4min、5min，和/或，进行所述第一次静置时所述传感器的底面与水平面形成的夹角满足预设夹角；利用重力和空气压强的作用，在第一次静置过程中所浮出液面的气泡，随着静止时间的推移，该气泡会因气泡表面浆液的稀释而破碎，从而该气泡消散在第一次静置下的液面；而这一过程中需要持续保持预设夹角的限定，也就是保持由电路板以及焊接在电路板上的元件组成的未封装传感器为倾斜状态，以使得第一次灌浆胶的胶液随着时间的推移而逐渐的侵入电路板以及焊接在电路板上的元件的周围，形成较好的封装效果；可以理解的是，经过第一次灌胶和第一次静置后，传感器金属壳的底部以及部分电路板均为灌浆胶包裹。
45.(b)所述第二次静置的时间为2min、3min、4min、5min，和/或，进行所述第二次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行；当所述传感器完成第二次注胶后调整了其相对于水平面的角度，将原有呈现倾斜的状态调整为水平状态。实际上，在所述第一次灌胶及第一次静置中保持倾斜状态，其已经能利用重力和空气压强将灌胶过程可能产生的气泡进行浮出；但是，在本发明中为了更好的将气泡消散，采用第二次灌胶后调整夹具相对操作平台的角度的方式，使得第二次灌浆胶在调整的过程中得到晃动，而这一晃动的过程可将气泡在液体内做一次抬升，从而更好地将气泡浮出液面而后进行静置消散。可以理解的是，在本次静置中，在调整角度的过程时，由于灌浆胶依然为液态形式，第一次灌胶所得到的胶也会在此调整的过程中流动，而该流动可进一步地将可能残存的气泡进行挤压，进而其挤压到液面上方从而消散。
46.(c)所述第三次静置的时间为2min、3min、4min、5min，和/或，进行所述第三次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行；由于第三次灌胶的截止位置为传感器金属壳顶部，当第三次灌胶产生气泡时，气泡将随着时间的推移而消散在灌浆胶的液面，此时液面的高度将低于传感器金属壳顶部。而如果第三次灌胶过程中没有产生气泡，随着时间的推移，灌浆胶的液面高度不变，还是在传感器金属壳顶部。
47.(d)所述第四次静置的时间为20h、21h、22h、23h、24h、25h，和/或，进行所述第四次静置时所述传感器的底面与水平面保持平行；实际上，在完成第四次灌胶后在未静止20至25小时之前，灌浆胶依然为液态形式，只有进行长时间静止后灌浆胶才会凝固成固态形式；而本次长时间的静置再次地利用重力和空气压强对可能残存的气泡进行消除(但是一般在进行本次静置前灌浆胶内基本无气泡存在)。
48.作为一种优选的实施方式，本发明所记载的所述灌胶方法通过夹持组件进行实施，所述夹持组件至少包含有灌胶槽；所述灌胶槽用于收容所述传感器，以通过所述灌胶槽
聚集灌浆胶，待冷却后即可将电路板以及焊接在电路板上的元器件一并灌胶封装。
49.作为一种更优选的实施方式，所述夹持组件还可以包括：手持部(如握把、手柄等)、支撑所述灌胶槽的支撑部、连接所述手持部与所述灌胶槽的连接部等；在本发明中不对夹持组件的具体结构进行限定，在不影响对所述传感器进行灌胶的情况下能够实现对所述传感器的夹持、固定作用即可，其能够避免在灌胶过程中传感器发生移动而对灌胶质量或效率造成影响。图1给出一种可行的所述夹持组件，包括有灌胶槽和握把。
50.作为一种更优选的实施方式，本发明所记载的所述灌胶方法通过灌胶装置进行实施；所述灌胶装置集成有用于灌胶的设备、操作平面和至少一个所述夹持组件；作为一种可选的实施方式，由图2所示，通过在所述灌胶装置的操作平面上平行放置若干个所述夹持组件，以实现批量化大规模生产。
51.作为一种更优选的实施方式，在步骤(1)前，烘干处理所述夹持组件，以去除所述夹具表面的水分。也就是通过烘干作业对所述夹持组件进行水分的去除，以避免水分残存在夹具中时注入灌浆胶，而灌浆胶凝固后水分蒸发导致气泡产生。
52.作为进一步优选的实施方式，所述烘干处理依次包括：在60℃～90℃的热风下烘干3min～10min，冷却2min～5min后，再次热风烘干3min～10min，冷却5min～10min；热风一方面可以加热夹具(特备是加热夹具的灌胶槽的底部、侧壁等位置)，使得附着在灌胶槽的底部、侧壁等位置的水分蒸发，而另一方面流动的热风可以带动蒸发的水分离开夹具，从而完成形成对夹具的烘干。采用两次热风烘干的方法是因为：一次加热通风时难免会导致部分水分因为各种原因而残存在灌胶槽的底部、侧壁等位置，进而无法彻底去除水分(水汽)，通过两次热风烘干不仅提高了烘干效率，也间接地提高了注胶工艺的良率。
53.作为一种优选的实施方式，在步骤(1)前，对所述传感器进行抽真空处理，以排出夹具中混杂在空气中的水分。受所述传感器的储存环境或所述夹持组件自身含有的空气影响，尤其是其空气中的水分含量较高时，依然会造成对灌浆胶的混杂；当空气湿度较大时，空气中的水分也会影响灌浆胶凝固后的质量，也即会产生气泡，为避免这样的问题出现，可采用本实施方式，并在相对干燥的环境实施本发明的所述灌胶方法。
54.作为一种优选的实施方式，在步骤(1)中，在灌胶过程中对所述传感器进行振动处理；作为一种更优选的实施方式，所述振动处理的频率为25hz～60hz；进行所述振动处理1min～2min，而后静止2min～5min，循环进行所述振动处理和所述静止，直至第一次灌胶结束。本实施方式可以加速小气泡的消散速度，以将注胶过程产生的小气泡进行抬升上浮在灌浆胶液面上进而消散。
55.作为一种更优选的实施方式，对于上述振动处理，在步骤(1)的灌胶过程中，当所述传感器的底面与水平面形成的所述预设夹角为不同的参数值时，优选使用不同的振动工艺参数。
56.具体而言：当所述预设夹角为6
°
时：振动时间为1分钟，振动频率为50赫兹，振动完成后，静置3分钟。当所述预设夹角为5
°
时：振动时间为1分钟，振动频率为60赫兹，振动完成后，静置5分钟。当所述预设夹角为8
°
时：振动时间为2分钟，振动频率为25赫兹，振动完成后，静置2分钟。可以理解的是：振动持续时间、振动频率以及振动后静置时间可以根据具体的操作环境而定，例如当第一次灌胶的胶水的注入过程较为顺和时，可理解该注胶过程小气泡的产生概率较小，或者说小气泡产生的数量较小，此时可采用振动时间短、振动频率低
以及振动后静置时间短等操作进行振动作业，以此类推。
57.作为一种优选的实施方式，由于待灌胶的传感器由金属壳裹在外侧，而灌胶完成后灌浆胶也将所述金属壳进行包裹，为提高注胶过程中气泡的排出效率，所述传感器的金属壳面上设置有若干排气孔。
58.作为一种更优选的实施方式，所述排气孔的直径小于常规传感器的金属壳上的孔洞的直径。作为另一种更优选的实施方式，所述排气孔分布于所述金属壳的顶面和侧面。作为另一种更优选的实施方式，所述排气孔呈现矩阵式的规律性分布。图3给出了一种可行的传感器结构：电路板与金属壳连接，金属壳将焊接在电路板上的元件进行了覆盖；金属壳的圆形排气孔设置为多个，分别位于金属壳的顶部以及侧部，呈矩阵的规律排布。通过对于传感器内部金属壳进行优化，通过改变金属壳通气孔的大小和数量提高其透气能力，避免灌胶时气泡产生。
59.实施例
60.步骤1：将待灌胶传感器放置在如图1所示的夹具上，所述夹具放置在操作平台的平面上，所述操作平台的平面与水平面平行。
61.步骤2：将所述夹具相对于所述操作平台的平面的角度调整为预设夹角，所述预设夹角为6
°
。
62.步骤3：从所述夹具的靠近所述操作平台的一端的注胶点进行第一次注胶，待胶体从所述待灌胶传感器的电路板的底部渗出时停止注胶。如图4所示给出了注胶点和本次注胶后的胶相液位。
63.步骤4：当完成第一次注胶后，保持所述夹具相对于所述操作平台的平面为6
°
，静置3分钟。
64.步骤5：保持所述夹具的角度关系(6
°
)，从所述待灌胶传感器的靠近所述操作平台的一端的注胶点进行第二次注胶，待胶体高度达到传感器金属壳底侧的顶部位置时停止注胶。如图5所示给出了注胶点和本次注胶后的胶相液位。
65.步骤6：当所述待灌胶传感器完成第二次注胶后，将所述夹具相对于所述操作平台的平面的角度调整为0
°
，静置3分钟。
66.步骤7：保持所述夹具的角度关系(0
°
)，从所述夹具的底部临近已有的注胶点位置进行第三次注胶，待胶体高度达到传感器金属壳顶部位置时停止注胶。如图6所示给出了注胶点和本次注胶后的胶相液位。
67.步骤8：当所述待灌胶传感器完成第三次注胶后，保持所述夹具的角度关系(0
°
)，静置3分钟。
68.步骤9：保持所述夹具的角度关系(0
°
)，从所述夹具的底部、中部以及顶部的位置的注胶点分别进行第四次注胶，待胶体高度达到传感器金属外壳顶边时停止注胶。如图7所示给出了注胶点和本次注胶后的胶相液位。
69.步骤10：当完成第四次注胶后，保持所述夹具的角度关系(0
°
)，静置24小时。
70.尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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
脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。