一种复合传感器的制作方法

本实用新型涉及监测设备领域，更具体地说，特别涉及一种复合传感器。

背景技术：

动车组亦称多动力列车组合(Multiple Units，MU电力动车组叫做EMU内燃动车组，比如说日本的KIHA系列叫做DMU)，是铁路列车的一种。目前而言，动车组主要有两种牵引动力的分布方式，一是动力分散，二是动力集中，其中，动力分散型为真正现代意义的动车组。该类型动车组的动力效率较高，特别是在斜坡上，动车组车卡的重量放置在各个带动力的车轮上，而不会成为拖在机车后面无用的负重；同时，动车组上的动力轴对路轨黏著力的要求较低，每轴的载重亦较少，因此选用动车组的高速铁路路线，对路线的土木工程及路轨的要求都较为低；此外，动车组因为有较多的电动机，所以再生制动效率高且调速性能好，制动减速度大，尤其适合用于限速区段较多的线路，因此，动车组已逐渐成为现代流行的快速交通运输工具之一。

实际操作中，由于动车组行走速度极快，动车组高速运动的走行旋转部件故障很容易出现温度过高、振动冲击过大；轮轨磨损、失圆，脱轨等引起振动、冲击变化，这些都将影响动车组的行车安全。为实现高速动车组走行旋转部件故障、轮轨故障、脱轨等的诊断，防止动车组走行部件出现故障而影响行车安全，现有技术中，往往要在动车组走行部件处安装专门的传感器以实时监测其工作状态。

附图1即提供了公告号为CN202974488U的一种高密封铂电阻温度传感器，该传感器信号输送电缆08穿过固定座电连接于置入金属护管02内端的铂电阻传感芯，金属护管内灌封导热绝缘树脂胶03，密封固定连接在固定座上；信号输送电缆的固定座穿入段密封设置，固定座工艺安装孔为螺孔，与固定座同材质的丝堵05旋入该工艺安装孔中，丝堵内的固定座内腔灌注有柔性绝缘耐温硅橡胶。该高密封铂电阻温度传感器虽然能实现温度的监测，但是对引发故障的振动冲击完全无法监测。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题为提供一种复合传感器，该复合传感器通过其结构设计，能够有效实现动车组走行旋转部件温度、振动冲击参数的监测，极大提高动车组的行车安全性。

一种复合传感器，包括基座，所述基座内腔设置有第一电路板，所述第一电路板用于振动与冲击信号的接收传递，所述第一电路板上安装有振动冲击敏感器件，所述基座侧部设置有温度探针，所述温度探针内设置有温度敏感器件，所述第一电路板与所述温度敏感器件上连接有信号传输线。

优选地，所述信号传输线的另一端连接有第二电路板，所述第二电路板用于振动、冲击、温度信号的接收传递与归一化处理，所述第二电路板外部套设有电连接器。

优选地，所述基座内设置有用于所述第一电路板与所述振动冲击敏感器件安装的安装腔，所述基座侧壁设置用于所述信号传输线穿插的第一安装孔与用于所述温度探针穿插的第二安装孔，所述第一安装孔及所述第二安装孔均与所述安装腔相导通。

优选地，所述第一电路板与所述基座为螺钉连接，其中，所述基座侧壁上设置有工艺孔，所述工艺孔内设置有用于所述第一电路板固定限位的螺钉，所述螺钉外部设置有圆盖板，所述基座另一处侧壁上设置有开口，所述开口上设置有方盖板。

优选地，所述第一电路板与所述基座为焊接连接，其中，所述安装腔的两侧及前端处均设置有卡槽，所述第一电路板包括敏感器件部分和调理板部分，所述敏感器件部分与所述安装腔两侧的卡槽匹配，所述调理板部分与所述安装腔前端的卡槽匹配。

优选地，所述第一电路板包括基板、所述基板上设置有电路块，所述电路块外部环设有屏蔽罩。

优选地，所述振动冲击敏感器件为三轴振动冲击敏感器件，所述三轴振动冲击敏感器件可检测立体空间中X、Y、Z三个维度的振动冲击。

优选地，所述信号传输线外部套设有护套，所述护套为铠装金属软管护套或橡胶软管护套，所述护套与所述基座之间设置有螺纹堵头或锁紧盖帽，所述螺纹堵头或所述锁紧盖帽外设置有转接座或嵌管。

优选地，所述信号传输线包括第一电缆与第二电缆，所述第一电缆与所述第二电缆相互屏蔽绝缘，所述第一电缆为镀银铜线电缆且所述第一电缆与所述温度探针内的温度敏感器件连接，所述第二电缆为镀锡铜线电缆且所述第二电缆与所述第一电路板连接。

优选地，所述温度探针为杆状结构，所述温度探针内腔顶端设置有至少两个温度敏感器件，所述温度敏感器件与所述温度探针内壁之间以及不同的所述温度敏感器件之间均设置有耐压绝缘膜。

优选地，所述温度敏感器件上设置有具有远程测温能力的热电阻或热电偶。

优选地，所述第二电路板与所述电连接器之间设置有固定座，所述电连接器外部设置有用于密封隔绝所述电连接器内外的双孔橡胶塞。

优选地，所述电连接器为圆形电连接器或矩形连接器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的该复合传感器具体实施时，将该设备安装在待监测的动车组走行旋转部件处，通过振动冲击敏感器件监测外部振动冲击值，然后将相关信号传递至第一电路板，第一电路板进而将相关信息传递至信号传输线，同时，温度敏感器件会同步监测外部温度值并将相关信息传递至信号传输线，信号传输线最后将相关信号传递至外部控制器而实现信号的输出判断，从而能够有效实现动车组走行旋转部件温度、振动冲击参数的监测，极大提高动车组的行车安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术一种高密封铂电阻温度传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例1所公开的复合传感器的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例1所公开的复合传感器的轴向剖视图；

图4为本实用新型实施例2螺钉连接时基座内部剖视图；

图5为本实用新型实施例2螺钉连接时复合传感器的爆炸示意图；

图6为本实用新型实施例3焊接连接时第一电路板的结构示意图；

图7为本实用新型实施例3焊接连接时基座内部剖视图；

图8为本实用新型实施例3焊接连接时复合传感器的爆炸示意图；

图9为本实用新型实施例4所公开的第一电路板的俯视图；

图10为本实用新型实施例4所公开的第一电路板的主视图；

图11为本实用新型实施例5所公开的铠装金属软管护套的结构示意图；

图12为本实用新型实施例5所公开的橡胶软管护套的结构示意图；

图13为本实用新型实施例6所公开的信号传输线的径向剖视图；

图14为本实用新型实施例7所公开的温度探针的结构示意图；

图15和图16为本实用新型实施例8所公开的第二电路板与电连接器的连接示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1：

参见图2至图3，图2至图3提供了本实用新型复合传感器的一种具体实施例，其中，图2为本实用新型实施例1所公开的复合传感器的整体结构示意图；图3为本实用新型实施例1所公开的复合传感器的轴向剖视图。

如图2至图3所示，本实施例提供的复合传感器能同时实现振动冲击与温度的监测。本实施例提供的该复合传感器包括基座1，第一电路板2，振动冲击敏感器件3，温度探针4，温度敏感器件5，信号传输线6。

本方案中，复合传感器包括基座1，基座1用于给第一电路板2 与温度探针4等的安装提供支撑空间，基座1的具体结构根据需要进行选择设计，本实施例附图提供的基座1选用了六角基座。具体使用中，基座1一般安装在外部待监测部位。例如，安装在待监测的动车组走行旋转部件的待监测点上。

基座1内腔设置有第一电路板2，第一电路板2用于振动与冲击信号的接收传递。

第一电路板2上安装有振动冲击敏感器件3，振动冲击敏感器件3 用于外部振动冲击物理量的敏感，同时将相关信号传递给第一电路板 2。具体地，动车组走行部故障产生的机械振动通过安装接口传递至基座1的安装面，然后再传递至第一电路板2及其上的振动冲击敏感器件3上，从而激起振动冲击敏感器件3敏感对应振动及广义共振引起的冲击输出。

其中，振动冲击敏感器件3可利用压电式、电容式、压阻式等敏感原理，其安装方式采用表面贴装工艺焊接在第一电路板2上，可通过调整第一电路板2焊盘方向而实现多安装方向振动冲击的检测的需求(如轴箱端敏感方向垂直温度探针4、齿轮箱和电机端敏感方向平行温度探针4)，而且振动冲击敏感器件3可采用多轴器件同时进行多轴向检测，满足走行部故障监测诊断及脱轨诊断、轨面检测等振动、冲击信号的提取需求。本实施例中，所述振动冲击敏感器件3优选为三轴振动冲击敏感器件，所述三轴振动冲击敏感器件可检测立体空间中X、Y、Z三个维度的振动冲击。当然，也可以选择在不同轴向检测位置均安装只可以检测一个方向振动冲击的单轴振动冲击敏感器件。

基座1侧部设置有温度探针4，所述温度探针4内设置有温度敏感器件5，温度敏感器件5用于外部温度的测量。

第一电路板2与温度敏感器件5上连接有信号传输线6，信号传输线6用于信号的传递。

如此，信号传输线6在接收到第一电路板2与温度敏感器件5传递的信号后，信号传输线6便可以将相关信号传递至外部控制器而实现信号的输出判断，从而能够有效实现动车组走行旋转部件温度、振动、冲击参数的监测，以及轮轨工况、防脱轨所需振动、冲击参数的监测。

本实施例中，信号传输线6的另一端连接有第二电路板7，第二电路板7用于振动、冲击、温度信号的接收传递与归一化处理。归一化处理是一种简化计算的方式，即将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为标量。归一化是一种无量纲处理手段，使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，从而简化计算，缩小量值。等外接计算器的各种运算都结束后，再实时反归一化处理变可以将一切都复原。具体地，第二电路板7可以将振动和冲击等的灵敏度调整至同一范围，即对同一故障具有相同的输出响应，可以有效满足该复合传感器现场安装的互换。

本实施例中，为进一步方便本设备的连接与信号外输传递，第二电路板7外部套设有电连接器8，电连接器8一般与外部控制器或计算器连接，从而将该复合传感器所监测到的振动冲击信号与温度信号向外传递，进而由外部控制器或计算器判断待监测设备的运行情况。具体地，温度、振动和冲击信号也可以直接通过信号传输线6(例如电缆)输出，或者采用圆形电连接器或矩形电连接器方式输出，亦可以接线端子方式直接输入至外部采样系统端子排中。

本方案器具体实施时，将该复合传感器安装在外部待监测的动车组走行旋转部件或承受大振动的轴箱处，通过振动冲击敏感器件3监测外部振动冲击值，然后将相关信号传递至第一电路板2，第一电路板2进而将相关信息传递至第二电路板7，同时，温度敏感器件5会同步监测外部温度值并将相关信息传递至第二电路板7，第二电路板 7会对振动、冲击、温度信号进行接收传递与归一化处理，最后通过电连接器8连接外部控制器而实现信号的输出判断，从而能够有效实现动车组走行旋转部件温度、振动冲击参数的监测以及轮轨工况、防脱所需轨振动冲击参数的监测，极大提高动车组的行车安全性。

实施例2：

参见图4和图5，图4和图5提供了复合传感器内部采用螺钉连接的具体实施例，图4为本实用新型实施例2螺钉连接时基座内部剖视图；图5为本实用新型实施例2螺钉连接时复合传感器的爆炸示意图。

如图4和图5所示，本实施例中，为进一步方便基座1与外部待监测设备之间的连接，同时方便基座1与第一电路板2之间的连接，所述基座1优选为六角基座，所述六角基座与所述第一电路板2之间为螺钉连接这种刚性连接方式。当然，所述六角基座与所述第一电路板2之间也可以采用焊接连接或者其他刚性连接方式。

下面，以螺钉连接为例具体介绍本方案，该方式能够在狭小的基座内腔实现多机构的巧妙布局，从而将高速动车运动中振动、冲击、温度测量所需的芯片全部集成到一个小小的基座了，解决现有技术中传感器安装受限的问题。

本实施例中，该复合传感器的基座1内设置有用于所述第一电路板2与所述振动冲击敏感器件3安装的安装腔101，所述基座1侧壁设置用于所述信号传输线6穿插的第一安装孔102与用于所述温度探针4穿插的第二安装孔103，所述第一安装孔102及所述第二安装孔 103均与所述安装腔101相导通。

当第一电路板2与所述基座1为螺钉连接时，其中，所述基座1 侧壁上设置有工艺孔104，所述工艺孔104内设置有用于所述第一电路板2固定限位的螺钉105，所述螺钉105外部设置有圆盖板106，所述基座1另一处侧壁上设置有开口107，所述开口107上设置有方盖板108。

实施例3：

参见图6至图8，图6为本实用新型实施例3焊接连接时第一电路板的结构示意图；图7为本实用新型实施例3焊接连接时基座内部剖视图；图8为本实用新型实施例3焊接连接时复合传感器的爆炸示意图；

如图6至图8所示，本实施例中，为进一步方便基座1与外部待监测设备之间的连接，同时方便基座1与第一电路板2之间的连接，所述基座1同样可以优选为六角基座，所述六角基座与所述第一电路板2之间为焊接连接这种刚性连接方式。当然，所述六角基座与所述第一电路板2之间也可以采用螺钉连接或者其他刚性连接方式。

下面，以焊接连接为例具体介绍本方案，该方式能够在狭小的基座内腔实现多机构的巧妙布局，从而将高速动车运动中振动、冲击、温度测量所需的芯片全部集成到一个小小的基座了，解决现有技术中传感器安装受限的问题。

本实施例中，当第一电路板2与所述基座1为焊接连接时，其中，所述安装腔101的两侧及前端处均设置有卡槽109，所述第一电路板 2包括敏感器件部分201和调理板部分202，所述敏感器件部分201 与所述安装腔101两侧的卡槽109匹配，所述调理板部分202与所述安装腔101前端的卡槽109匹配。

实施例4：

参见图9和图10，图9和图10提供了第一电路板的一种具体实施例，其中，图9为本实用新型实施例4所公开的第一电路板的俯视图；图10为本实用新型实施例4所公开的第一电路板的主视图。

如图9和图10所示，本实施例中，为进一步方便第一电路板2 对振动与冲击信号的接收传递，优选地，所述第一电路板2包括基板 201、所述基板201上设置有电路块202，所述电路块202外部环设有屏蔽罩203。如此，本实用新型提供的第一电路板2可以与信号传输线6(本实施例选用电缆)的屏蔽编织层导通，可以实现第一电路板 2电路与电缆芯线的整体屏蔽，另外，再采用灌封工艺将振动冲击敏感器件3、第一电路板2屏蔽罩203、信号传输线6形成整体，便可以实现极高的可靠性和较强的抗电磁干扰屏蔽功能。

实施例5：

参见图11和图12，图11和图12提供了两种护套的具体实施例，其中，图11为本实用新型实施例5所公开的铠装金属软管护套的结构示意图；图12为本实用新型实施例5所公开的橡胶软管护套的结构示意图；

如图11和图12所示，本实施例中，为进一步确保信号传输的稳定性，防止信号传输出现干扰，优选地，所述信号传输线6外部套设有护套9，所述护套9为铠装金属软管护套或橡胶软管护套，所述护套9与所述基座1之间设置有锁紧盖帽10，所述锁紧盖帽10外设置有嵌管11。当然，锁紧盖帽10也可以选用螺纹堵头或其他相类似功能结构替代，嵌管11也可以用转接座或其他相类似功能结构替代。

具体地，图11中，所述护套9为铠装金属软管护套，采用了金属软管加铠装连接工艺。图12中，所述护套9为橡胶软管护套，采用了橡胶软管加压接连接工艺。其中，螺纹堵头或锁紧盖帽10分别用于可靠连接金属软管或橡胶软管；转接座或嵌管11用于护套9和基座1 的可靠连接，通过以上连接工艺，可使本实用新型提供的该复合传感器的抗拉强度达到大于500N以上，进而可以有效保护护套9内部的信号传输线6(例如电缆)。

实施例6：

参见图13，图13提供了一种信号传输线的具体实施例，其中，图13为本实用新型实施例6所公开的信号传输线的径向剖视图。

如图13所示，本实施例中，为进一步方便信号的有效传输，防止信号之间相互干扰，增强信号传输能力，优选地，所述信号传输线6 包括第一电缆601与第二电缆602，所述第一电缆601与所述第二电缆602单独屏蔽、相互绝缘，所述第一电缆601为镀银铜线电缆且所述第一电缆601与所述温度探针4内的温度敏感器件5连接，所述第二电缆602为镀锡铜线电缆且所述第二电缆602与所述第一电路板2 连接。

具体地，本实施例第一电缆601与第二电缆602为多芯屏蔽电缆，其中连接温度探针4内温度敏感器件5的第一电缆601芯线导体采用镀银铜线，从而可以有效减小电缆线阻抗。与所述第一电路板2连接的第二电缆602芯线导体采用镀锡铜线，从而可以有效传输振动、冲击信号。两根电缆在六角基座1内分开而在护套9内合并输出，以便于操作和耐受强振动冲击；两根电缆分别单独屏蔽，并在复合传感器连接器端导通连接于后级屏蔽层接地端，结合第二电路板7的屏蔽结构，对电磁干扰具有较强的屏蔽。

实施例7：

参见图14，图14提供了一种温度探针的具体实施例，其中，图14为本实用新型实施例7所公开的温度探针的结构示意图。

如图14所示，本实施例中，优选地，所述温度探针4为杆状结构，所述温度探针4内腔顶端设置有至少两个温度敏感器件5，所述温度敏感器件5与所述温度探针4内壁之间以及不同的所述温度敏感器件 5之间均设置有耐压绝缘膜。所述温度敏感器件5上设置有具有远程测温能力的热电阻或热电偶。

具体地，本方案的温度探针4优先选用为带法兰的细长的杆状结构，温度探针4内部顶端含有1只或多只中高温温度敏感器件5，温度敏感器件5采用热电阻或热电偶等具有远程测温的器件以敏感 -55℃至250℃范围的温度。温度敏感器件5与温度探针4壳体或多只温度敏感器件5之间可以通过薄桶型、高耐压的耐压绝缘膜隔离，并采用导热绝缘胶灌封，可有效实现良好的温度响应及高绝缘特性；温度敏感器件5与电缆之间采用压接或焊接，电缆屏蔽编制层和电缆外的护套9延伸至温度探针4顶部，并将电缆与温度探针4的中部和根部(法兰端)壳体间通过高强度密封胶灌封，实现了严实密封和强抗拉。

另外，温度探针4可灵活配置多种探针长度，多路温度检测，多接线方式输出，满足不同被测安装位置深度、温度检测路数及固定长度的要求。具有测温范围宽、热响应好、高绝缘和密封、强抗拉、输出配置灵活、高可靠性。

实施例8：

参见图15和图16，图15和图16提供了第二电路板与电连接器连接的具体实施例，其中，图15和图16为本实用新型实施例8所公开的第二电路板与电连接器的连接示意图。

如图15和图16，配合上述图3所示，本实施例中，优选地，所述第二电路7与所述电连接器8之间设置有固定座12，所述电连接器 8外部设置有用于密封隔绝所述电连接器8内外的双孔橡胶塞13。所述电连接器8优选为圆形电连接器或矩形连接器。

具体地，本实施例提供的电连接器8可采用圆形电连接器或矩形连接器等，电连接器8内部均安装有第二电路板7，以实现对振动冲击进行归一化调节。

第二电路板7安装方式主要包括两类：第一类，第二电路板7焊接于焊接座上，不仅可实现电连接器8的插针与第二电路板7的电气连接，而且可实现固定第二电路板7，具有工艺简单方便及高可靠性；第二类，第二电路板7固定在固定座12内，其中，第二电路板7与电连接器8的插针通过多股软导线实现电气连通，再安装到嵌入在上壳内的固定座12卡槽中。从而在实现第二电路板7与电连接器8的插针连通的基础上，可提高电连接器8内部绝缘强度2倍以上。

整体而言，本实用新型提供的该复合传感器具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的该复合传感器壳体为六角基座和探针结构，可以有效满足现有温度传感器安装接口，其内部具有温度敏感器件可以检测-55℃～250℃高温，同时安装有振动冲击敏感器件以检测走行部故障产生的振动和广义共振引起的冲击，实用新型了一种集温度、振动和冲击复合检测的传感器；

2、本实用新型提供的该复合传感器可以通过第一电路板及振动冲击敏感器件的不同原理及不同安装方式，实现了不同方向的、多轴向的振动冲击检测，满足走行部故障监测诊断、脱轨诊断及轨面检测对振动冲击提取的需求；

3、本实用新型提供的该复合传感器可以通过第一电路板屏蔽结构和双屏蔽电缆连接导通，对电磁干扰具有较强的屏蔽；

4、本实用新型提供的该复合传感器可以通过螺钉安装、激光焊接、灌封、机械连接等制造工艺，具有高可靠性；该复合传感器组成为通用材料，如不锈钢、低烟无卤电缆、电缆护套、连接器等，结合易制造的组装工艺，在实现多种配置的情况下，具有较高的性能价格比。

以上对本实用新型所提供的一种复合传感器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。