带自检功能的磁电式速度传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种带自检功能的磁电式速度传感器，包括位于外壳内部的内芯组件，内芯组件包括连接支架、感应元件、线圈、永磁体、电路板，连接支架的前部固定感应元件，连接支架中段外围固定线圈，连接支架内腔中设置永磁体，连接支架的后部固定电路板，电路板内集成信号处理电路、电源电路，感应元件、线圈分别与电路板电连接，感应元件感应到线圈通电后产生的磁场变化并经电路板内集成的电路处理后输出方波信号。本发明无需拆卸即可自检其功能及检测信号链是否正常而且操作简单方便，结构紧凑。
【专利说明】带自检功能的磁电式速度传感器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及磁电式速度传感器。
【背景技术】
[0002]磁电式速度传感器一般包括感应元件、永磁体、供电电源、信号处理电路、传感器壳体组件等，测速原理如图1所示，传感器壳体中的磁钢或其它永磁体产生磁场，磁场中设置感应元件，被测速齿轮为导磁材料，具有导磁性，齿轮转动过程中，齿轮的轮齿、齿槽交替接近传感器中的感应元件，引起感应元件周围的磁场强度发送交替变化，感应元件感应到磁场变化，信号处理电路处理感应兀件感应到的磁场变化信号，并输出方波信号，方波信号的频率与齿轮的转速成正比，根据方波频率、齿轮的齿数可计算出齿轮的转速。
[0003]现有磁电式速度传感器一般只具备测速功能，装有速度传感器的机车运行前，无法检测速度传感器测速功能及机车速度检测信号链是否正常，不利于预防故障的发生，间接增大了机车运行后的故障率，并且速度传感器在使用一段时间后，如果要检测测速功能是否正常，一般情况下是将速度传感器送回原厂或计量检测中心，安装在相应的测试台上进行功能测试，这给速度传感器的使用、检测造成很大的不便。
[0004]现有具备自检功能的磁电式速度传感器，其中一种自检方式采用通过冗余设计，装置两套相同的速度传感器，通过比较两传感器的测速结果是否一致来判断速度传感器是否正常，这种方式只能在传感器投入运行的条件下对比；另外一些自检方式是通过检测除速度信号外的机械信号，例如通过检测因磁场变化引起的磁铁吸引或释放衔铁的规律，通过比较机械信号与传感器的测速信号来判断传感器是否正常。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种带自检功能的磁电式速度传感器，不仅可在该传感器投入使用前检测其功能及检测信号链是否正常，而且在投入使用后，无需拆卸即可对其进行自检。
[0006]本发明解决上述问题所采用的技术方案为:带自检功能的磁电式速度传感器，包括位于外壳内部的内芯组件，内芯组件包括连接支架、感应元件、线圈、永磁体、电路板，连接支架的前部固定感应元件，连接支架中段外围固定线圈，连接支架内腔中设置永磁体，连接支架的后部固定电路板，电路板内集成信号处理电路、电源电路，感应元件、线圈分别与电路板电连接，感应元件感应到线圈通电后产生的磁场变化并经电路板内集成的电路处理后输出方波信号。
[0007]优选的连接支架结构:包括感应元件安装座、圆柱形线圈骨架、安装支架；线圈骨架外部套装线圈；线圈骨架前端固定感应元件安装座，感应元件安装座上开有安装槽，安装槽内嵌入感应元件；线圈骨架后端固定安装支架，电路板固定于安装支架的末端，线圈骨架、安装支架内部空腔中放置永磁体。
[0008]为起到聚磁作用，线圈骨架、安装支架内部空腔中还放置铁芯。[0009]进一步优化的连接支架结构:感应元件安装座、安装支架的侧面开有多条走线槽，走线槽内布设感应元件的引线及线圈的引线，安装支架的末端开有卡槽，电路板的连接端开有豁口，卡槽与豁口配合使电路板固定在安装支架的末端。
[0010]上述电路板上还集成有浪涌防护电路、防反接电路、滤波电路。
[0011]上述外壳包括头部壳体、安装座、尾部壳体、管接头，头部壳体与尾部壳体固定连接在安装座上，头部壳体与尾部壳体内部容纳内芯组件并灌有密封胶，管接头固定连接在尾部壳体的另一端。
[0012]上述感应元件可以是霍尔元件，也可以是基于磁阻效应的敏感元件，较好的为霍尔元件。
[0013]上述永磁体集成在霍尔元件上，这样结构更简单。
[0014]本发明的优点在于:1、连接支架上固定感应元件、线圈，线圈内通入交流电后产生交变磁场，需要自检时，线圈内输入已知频率的交流电，线圈外围产生交变磁场，感应元件感应到交变磁场，经信号处理后输出方波信号，通过比较交流电的频率与方波信号的频率是否一致判断传感器是否正常，也就是通过交流电激励产生的交变磁场模拟齿轮转动引起的磁场变化，更接近真实使用情况下的自检，检测的精准，而且可以实现传感器在安装前、安装后使用前、或者使用一段时间后不需拆卸传感器即可进行功能自检，操作简单方便。2、采用交流电激励线圈产生交变磁场，采用铁芯聚磁，交变磁场产生装置结构简单，易于实现，并且通过合理设计线圈的圈数、单个线圈间的距离，可提高磁场的均匀性，根据使用条件可选择合适圈数、单个线圈间距的线圈。3、内芯组件依靠连接支架将霍尔元件或基于磁阻效应的敏感元件、永磁体、电路板等用于测速的装置及线圈、铁芯等用于自检的装置集成在一起，结构紧凑，实现模块化设计，利于批量化生产，连接支架可由感应元件安装座、线圈骨架及安装支架一体式制成，制造方便，感应元件安装座、安装支架上开有布设感应元件及线圈引线的走线槽，安装支架的末端还开有卡槽，电路板的连接端开有豁口，方便电路板定位，使整体结构紧凑，便于装配使用。4、电路板上集成信号处理电路、电源电路，还集成有浪涌防护电路、防反接电路、滤波电路，使其具有多级抗干扰保护功能、输出短路保护、电源反接保护等功能。5、采用集成有磁钢的霍尔元件作为感应元件，集成度更高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是磁电式速度传感器测速原理示意图。
[0016]图2是本发明实施例一中传感器的结构剖视图。
[0017]图3是图2中内芯组件的组装图。
[0018]图4是图2中内芯组件的结构分解图。
[0019]图5是图2中外壳的组装图。
[0020]图6是图2中外壳的结构分解图。
[0021 ]图7是本发明实施例的电路原理图。
[0022]图8是本发明实施例的原理框图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。[0024]实施例一:
如图2所示带自检功能的磁电式速度传感器，包括外壳1、置于外壳I内部的内芯组件2。
[0025]内芯组件2的结构如图3、图4所示，内芯组件2包括连接支架21、霍尔元件22、线圈23、电路板24、磁钢25、铁芯26以及连接线路。
[0026]连接支架21由三段组成，三段结构分别为感应元件安装座211、圆柱形线圈骨架212、圆柱形安装支架213，连接支架21为一体式制成。感应元件安装座211上开有安装槽，安装槽内嵌入霍尔元件22，方便精准定位霍尔元件22的安装位置，保证产品整体的感应距离；中间外径较小一段为线圈骨架212，线圈骨架212内部为空腔，外部套装线圈23 ;尾段为安装支架213，其内部也为空腔且与线圈骨架212内的空腔相通，空腔中可放置磁钢25、铁芯26，电路板24可插入安装支架213的一端，电路板24为印制电路板，集成有信号处理电路、电源电路等，霍尔元件22通过引线221与电路板24电连接，线圈23通过引线与电路板24电连接。
[0027]感应元件安装座211、安装支架213的侧面开有多条走线槽214，走线槽214内布设霍尔元件22的引线221及线圈23的引线。
[0028]安装支架213的末端还开有卡槽，电路板24的连接端开有豁口，卡槽与豁口配合使电路板24安装在安装支架213的末端。
[0029]永磁体采用磁钢，铁芯26对线圈23产生的磁场起到聚磁作用。
[0030]电路板24上设有连接外接电源的引脚、信号输出的引脚，电路板24上集成的电路包括电源电路、信号处理电路、感应电路等。电源电路实现DC-DC转换为传感器提供工作电源；信号处理电路可将霍尔元件22输出的信号进行处理输出符合一定参数要求的方波信号。电路板24上还集成有浪涌防护电路、防反接电路、滤波电路组成的电磁兼容性防护电路(EMC防护电路)，提高了传感器的抗干扰和抗破坏的能力。电路板24内的电路连接原理如图7所示。
[0031]外壳I的结构如图5、图6所示，包括头部壳体11、安装座12、尾部壳体13、管接头
14。头部壳体11的一端开口，尾部壳体13两端开口，头部壳体11、尾部壳体13固定连接在安装座12上，并且开口对接，内部容纳组装后的内芯组件2，其中霍尔元件22所在的一端位于头部壳体11的底端，电路板24位于尾部壳体13内，管接头14固定连接在尾部壳体13的另一端。内芯组件2装入外壳I后，外壳I内灌注密封胶，提高内芯组件2的防水防尘性能及传感器的整体抗震性。
[0032]该传感器的工作过程及原理如图8所示，其工作过程是:
测速过程中，磁钢25作为永磁体提供磁场，霍尔元件22作为感应元件位于该磁场内，导磁材料制成的齿轮转动时，轮齿与齿槽交替接近霍尔元件22所处的磁场，致使霍尔元件22周围的磁场强度发生交替变化，霍尔元件22可感应到磁场强度的变化并将感应信号发送至信号处理电路，经过处理输出频率与齿轮转速成正比的方波信号，根据方波频率、齿轮的齿数可计算出齿轮的转速。测速过程中，线圈23内无需通入电流。
[0033]需要检测传感器是否正常时，齿轮停止转动，线圈23、铁芯26及其连接电路组成自检功能模块，其中线圈23作为可产生交变磁场的装置，交流电流作为激励线圈23的交变信号，自检时，线圈23内通有已知频率的交流电流，线圈23接通交变电流后，会在线圈23周围产生交变磁场，霍尔兀件22位于该交变磁场内，可感应到线圈23产生的交变磁场并输出与交变频率相关的信号，再经信号处理电路输出方波信号，通过比较方波信号的频率是否与交流电流的已知频率是否一致判断传感器是否正常，如果两者一致，则说明霍尔元件22、信号处理电路等检测信号链正常，如不一致，则说明感应元件或信号处理电路异常。
[0034]实施例二:
采用基于磁阻效应的敏感元件代替实施例一中的霍尔元件22，其它结构与原理与实施例一相同。测速时，基于磁阻效应的敏感元件可感应到因齿轮转动引起的磁场变化，通过信号处理输出与齿轮转速相关的方波信号；自检时，基于磁阻效应的敏感兀件可感应到自检功能模块产生的交变磁场，通过信号处理输出方波信号。
[0035]实施例三:
一种带自检功能的霍尔速度传感器，采用集成有磁钢的霍尔元件代替实施例一中的霍尔元件22，集成的磁钢可代替实施例一中的磁钢25，集成磁钢作为永磁体提供测速时的磁场，因此可省去实施例一内芯组件2中的磁钢25,其它结构与原理与实施例一相同。
【权利要求】
1.带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述传感器包括位于外壳内部的内芯组件，内芯组件包括连接支架、感应元件、线圈、永磁体、电路板，连接支架的前部固定感应元件，连接支架中段外围固定线圈，连接支架内腔中设置永磁体，连接支架的后部固定电路板，电路板内集成信号处理电路、电源电路，感应元件、线圈分别与电路板电连接，感应元件感应到线圈通电后产生的磁场变化并经电路板内集成的电路处理后输出方波信号。
2.根据权利要求1所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述连接支架包括感应元件安装座、圆柱形线圈骨架、安装支架；线圈骨架外部套装线圈；线圈骨架前端固定感应元件安装座，感应元件安装座上开有安装槽，安装槽内嵌入感应元件；线圈骨架后端固定安装支架，电路板固定于安装支架的末端，线圈骨架、安装支架内部空腔中放置永磁体。
3.根据权利要求1或2所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述线圈骨架、安装支架内部空腔中还放置铁芯。
4.根据权利要求3所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述线圈骨架、安装支架内部空腔中还放置铁芯。
5.根据权利要求1或2所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述感应元件安装座、安装支架的侧面开有多条走线槽，走线槽内布设感应元件的引线及线圈的引线，安装支架的末端开有卡槽，电路板的连接端开有豁口，卡槽与豁口配合使电路板固定在安装支架的末端。
6.根据权利要求1或2所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述外壳包括头部壳体、安装座、尾部壳体、管接头，头部壳体与尾部壳体固定连接在安装座上，头部壳体与尾部壳体内部容纳内芯组件并灌有密封胶，管接头固定连接在尾部壳体的另一端。
7.根据权利要求1或2所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述感应元件为霍尔元件。
8.根据权利要求7所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述永磁体集成在霍尔元件上。
9.根据权利要求1或2所述的带自检功能的磁电式速度传感器，其特征在于:所述电路板上还集成有浪涌防护电路、防反接电路、滤波电路。
【文档编号】G01P3/48GK103884859SQ201410068676
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】杨敏, 叶明盛, 陈增贤, 张燕亮, 王飞, 倪大成 申请人:宁波南车时代传感技术有限公司