CRH5型动车组集成传感器速度测试装置的制作方法

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种CRH5型动车组集成传感器速度测试装置。

背景技术：

目前在线运营的CRH5型动车组车辆轴端集成传感器速度传感技术设计均采用NXP公司的KMI 15系列传感芯片，该芯片工作原理是磁阻效应，采用电桥获取磁场变化信号，经过信号放大、温度补偿，然后经过施密特触发器，输出数字电流信号。

该传感技术设计存在以下不足之处，降低了产品工作的稳定性。

1)信号处理IC与传感元件不是处于同一基板上，有一段信号传输距离，信号易受外界电磁干扰，产品电磁兼容性能较差。

2)传感器内置一小块铁氧体磁铁作为背磁，即使芯片中有温度补偿电路，但却无法对背磁因温度变化而变化影响输出信号这一因素进行补偿。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种输出信号稳定、抗电磁干扰能力强、工作更可靠的CRH5型动车组集成传感器速度测试装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，包括传感器、EMC防护装置，所述的传感器由速度传感单元和温度传感单元于一体，该传感器连有EMC防护装置；所述的EMC防护装置内设有速度传感元件SS1、速度传感元件SS12、温度敏感元件TS1、温度敏感元件TS12；该速度传感元件SS1、速度传感元件SS12与传感器中的速度传感单元相连接，该温度敏感元件TS1、温度敏感元件TS12与传感器中的温度传感单元相连接；所述的EMC防护装置内还设有高频去耦电容，其中速度传感元件SS1、速度传感元件SS12设有RC低通滤波电路、电源第一级保护电路和电源第二级保护电路。

作为优选，所述的高频去耦电容为电容C1、电容C12、电容C2、电容C22，该电容C1并联于速度传感元件SS1上，电容C12并联于速度传感元件SS12上，电容C2并联于温度敏感元件TS1上，电容C22并联于温度敏感元件TS12上。

作为优选，所述的RC低通滤波电路由电阻R1和电阻R2并联、电阻R12和电阻R22并联两路电路构成，其中电阻R1和电阻R2并联与电容C1组成速度传感元件SS1的RC低通滤波电路，电阻R12和电阻R22并联与电容C12组成速度传感元件SS12的RC低通滤波电路。

作为优选，所述的电源第一级保护电路内设有压敏电阻RV1和压敏电阻RV2，压敏电阻RV1与速度传感元件SS1并联，压敏电阻RV2与速度传感元件SS12并联。

作为优选，所述的电源第二级保护电路内设有瞬态电压抑制器V1和瞬态电压抑制器V12，瞬态电压抑制器V1与速度传感元件SS1并联，瞬态电压抑制器V12与速度传感元件SS12并联。

本实用新型的有益效果为：1)、信号处理IC与传感元件处于同一基板上，信号传输距离短，同时采用了差分运算、自动增益控制(AGC)、自动偏差调整(AOA)等信号处理技术，输出信号稳定、抗电磁干扰能力强；2)、传感器无需工作背磁，工作更可靠。

附图说明

图1是本实用新型的电路功能方框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1、2所示，本实用新型包括传感器、EMC防护装置，所述的传感器由速度传感单元和温度传感单元于一体，速度传感单元是基于磁阻效应或霍尔效应的工作原理，温度传感单元是利用热电阻的工作机理，为机车车辆的制动系统、监测系统等速度或温度记录系统提供稳定可靠的信号。该传感器连有EMC防护装置，使传感器能胜任恶劣的电磁环境。所述的EMC防护装置内设有速度传感元件SS1、速度传感元件SS12、温度敏感元件TS1、温度敏感元件TS12；该速度传感元件SS1、速度传感元件SS12与传感器中的速度传感单元相连接，该温度敏感元件TS1、温度敏感元件TS12与传感器中的温度传感单元相连接；所述的EMC防护装置内还设有高频去耦电容，其中速度传感元件SS1、速度传感元件SS12设有RC低通滤波电路、电源第一级保护电路和电源第二级保护电路。

所述的高频去耦电容为电容C1、电容C12、电容C2、电容C22，该电容C1并联于速度传感元件SS1上，电容C12并联于速度传感元件SS12上，电容C2并联于温度敏感元件TS1上，电容C22并联于温度敏感元件TS12上。

所述的RC低通滤波电路由电阻R1和电阻R2并联、电阻R12和电阻R22并联两路电路构成，其中电阻R1和电阻R2并联与电容C1组成速度传感元件SS1的RC低通滤波电路，电阻R12和电阻R22并联与电容C12组成速度传感元件SS12的RC低通滤波电路；速度传感单元的电源端采用了RC低通滤波电路，削除了电源高频干扰信号，进一步提升了速度传感元件的工作电源品质。

所述的电源第一级保护电路内设有压敏电阻RV1和压敏电阻RV2，压敏电阻RV1与速度传感元件SS1并联，压敏电阻RV2与速度传感元件SS12并联；其电源端采用了抗浪涌干扰设计，作为电源第一级保护，吸收能级较高但频率较低的干扰信号。

所述的电源第二级保护电路内设有瞬态电压抑制器V1和瞬态电压抑制器V12，瞬态电压 抑制器V1与速度传感元件SS1并联，瞬态电压抑制器V12与速度传感元件SS12并联；其电源端采用了抗电快速瞬变脉冲群干扰设计，作为电源第二级保护，吸收能量较低但频率较高的干扰信号。

本实用新型的测速范围为：

CRH5(A)动车组最高运行时速为250km/h，转向架轮径(mm)：890/810mm。

为了保证传感器应用时有适当的安全裕度，将列车时速提高2倍，转向架轮径以最小轮径810mm进行计算，检测的轮速最高为：n＝500*1000000/(π*810*60)≈3275(r/min)。

由于轮子每转一周产生80个脉冲信号，因此当列车以500km/h运行时，传感器的工作频率为：f＝3275*80/60≈4367(Hz)。

环形磁铁速度检测专用芯片工作速度为0Hz～8kHz，模拟信号带宽不小于20kHz，因此满足测速范围要求。

速度传感单元的各项指标要求如下：

工作电源电压

标称电压值：14Vdc。可工作于12Vdc～16Vdc

环形磁铁速度检测专用芯片，最大工作电压为28Vdc，满足工作电源电压要求。

输出波形

环形磁铁速度检测专用芯片输出电流型脉冲信号，因此满足要求。

输出脉冲幅值

电流信号：7mA±10％(低位)、14mA±10％(高位)。

环形磁铁速度检测专用芯片具有宽输出摆幅，输出低电流为7mA，输出高电流为14mA，满足电流信号幅值要求。

EMC防护装置的各项指标要求如下：

(1)电源端采取压敏电阻作为防浪涌一级保护。

根据标准GB/T 24338.4，线－线浪涌为1kV，线－线阻抗为2Ω，由于可以推算出浪涌电流峰值为500A，结合传感器最大工作电压为16Vdc，在选择压敏电阻时，压敏电压应大于1.6*16＝25.6V，最大脉冲电流值应大于500A。

产品设计选用的压敏电阻，压敏电压为47V，最大脉冲电流值为1200A，满足要求。

(2)电源端采取TVS管作防电快速瞬变脉冲群二级保护。

TVS管V1主要用于保护后续的传感元件，传感元件最大工作电压为28V，因此TVS管的额定反向关断电压V_WM应大于或等于28V。

产品设计选用的TVS管，额定反向关断电压V_WM为30V，满足要求。

(3)电源端采取RC滤波措施。

RC滤波设计经验值：电阻取50Ω～100Ω，电容取0.01uF～0.1uF。

温度传感单元的各项指标要求如下：

感温元件

元件测温范围：-40℃～+200℃。

温度芯片为Pt1000元件，测温范围为-70℃～+500℃，因此满足要求。

工作电流

≤0.3mA。

温度芯片工作电流0.1mA～mA，因此满足要求。

标称阻值

在0℃下，零功率的标称阻值为1000Ω。

温度芯片为Pt1000元件，在0℃下，零功率的标称阻值为1000Ω，因此满足要求。

允差

±0.5％R(t)Ω。

温度芯片的允差等级为A级(EN60751)，允差为±(0.15+0.002|t|)℃，满足要求。

热响应时间

0.4m/s的水中测试时，τ_0.5≤4.5s，τ_0.9≤10s。

HERAEUS公司的温度芯片在0.4m/s的水中测试时，τ_0.5≤0.05s，τ_0.9≤0.15s，满足要求。

本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。