电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的制作方法

本实用新型涉及高速列车平稳性检测技术领域，特别是关于一种电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备。

背景技术：

近年中国铁路事业发展迅速，高速列车运行速度不断提高，轨道激扰频率增加，车轮磨损加剧，车辆稳定问题凸显。铁道车辆转向架的横向、垂向和纵向稳定性是指车辆以较高的速度在平直路上运行，某一振型的振幅随着时间的延续而不断扩大，这时就出现横向、垂向和纵向失稳。列车在平直轨道上运行时，应具有良好的横向稳定性，如发生剧烈失稳，会产生很大的轮轨作用力，对线路造成破坏，造成车轴轴承过热或损坏，甚至可能造成脱轨事故，严重影响列车运行安全及乘客舒适度。

为了确保列车的行车安全，除了定期进行保养维修，及时更换部件外，对列车关键部位进行实时在线监测也极为重要。为了判定车辆系统是否具备运行稳定性与舒适性，需要实时监测构架的横向、垂向和纵向加速度来评定车辆的横向、垂向和纵向稳定性。

常用的加速度传感器类型有压电式加速度传感器和MEMS加速度传感器。压电式加速度传感器非线性较大，低频测量误差很大，不能实现零频响，并且压电式加速度传感器不能实现自检，无法判别其工作状态。MEMS加速度传感器可实现零频响，温度特性好，而且体积小、集成度高，还有自检功能，适合作为平稳性检测设备的敏感元件。

测量高速列车构架横向加速度的传感器安装于列车转向架构架上，其工作环境非常恶劣，列车高速运行车会卷起碎石等对传感器及其线缆造成撞击损坏，并且列车雨天运行对传感器密封要求也较高。

因高速列车平稳性检测设备对性能、可靠性和防护等级要求非常高，国外公司设计的传感器大都结构复杂，成本极高；便携式车辆振动监测装置及传感器可以用来对车辆运行的线路进行测试，但不能对车辆本身的固有特性进行判断。

综上，现有的车辆平稳性检测设备的缺陷在于：

1.很多传感器都是针对性临时测量车辆振动情况，无法对车辆进行连续的实时在线监测。

2.很多传感器没有自检功能，无法在使用的过程中获得传感器的工作状态。

3.一些国外的用于高速列车实时平稳性检测的传感器，为了达到高速列车严格的使用要求和防护等级，其结构设计非常复杂，成本很高。

4.现在应用的平稳性检测设备信号输出型式大都是电压型的，电压型信号传输过程中容易受到干扰，影响检测精度。

技术实现要素：

本实用新型提供一种电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备，以实现传感器的零点和灵敏度调整，精确测量高速列车的加速度，并提高抗冲击强度和防护等级，以确保在恶劣环境下可靠的工作。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备，所述的高速列车转向架平稳性检测设备包括：传感器外壳、检测电路板、电缆、宝塔接头、橡胶塞、锁紧螺母、三轴加速度计、调理电路、电压输出转换电路、电连接器及外壳盖板；

所述传感器外壳上设有一具有螺纹的连接孔，并且所述传感器外壳的内部设有用于支撑所述外壳盖板的支撑部，所述外壳盖板与所述支撑部固定连接；所述三轴加速度计、调理电路及电压输出转换电路设置在所述检测电路板上；所述电缆的一端依次穿过所述宝塔接头、橡胶塞的通孔、锁紧螺母及连接孔后，焊接在所述检测电路板上，另一端连接所述电连接器，所述电连接器连接至信号采集设备；

所述宝塔接头的尾部具有内螺纹孔及外螺纹，所述橡胶塞置于所述内螺纹孔中，所述锁紧螺母的螺纹与所述内螺纹孔连接以夹紧所述橡胶塞；所述的外螺纹与所述的连接孔的螺纹连接；

所述三轴加速度计采集的振动信号经过所述电压输出转换电路转换为模拟电压信号，所述模拟电压信号通过所述电连接器及信号采集设备传输至上位机；

所述调理电路包括：第一电阻、零点调节电阻、运算放大器、第二电阻及增益调节电阻；所述稳压电路通过所述第一电阻连接所述运算放大器的同相输入端，所述零点调节电阻的一端连接在所述第一电阻与所述运算放大器之间，另一端接地；所述三轴加速度计通过所述第二电阻连接所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的输出端连接所述电压输出转换电路，所述增益调节电阻的一端连接在第二电阻与所述运算放大器之间，另一端连接在所述运算放大器的输出端。

一实施例中，所述述传感器外壳的内部设有用于固定所述检测电路板的台阶部。

一实施例中，所述盖板与所述支撑部的接触处涂有硅橡胶，并通过沉头螺钉将所述盖板固定于所述支撑部上。

一实施例中，所述检测电路板通过螺钉固定在所述台阶部上。

一实施例中，所述电缆外套设橡胶护线管，一端套在所述宝塔接头的头部。

一实施例中，所述宝塔接头的头部有倒刺，所述橡胶护线管一端的内壁与所述倒刺接触。

一实施例中，所述橡胶护线管的两端通过喉箍锁紧。

一实施例中，所述传感器外壳具有两个侧耳，所述侧耳上设有安装孔。

一实施例中，所述三轴加速度计为MEMS三轴加速度计。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

电气方面：

采用MEMS三轴加速度计，利用调理电路实现传感器的零点和灵敏度调整，检测精度较高，可实现低频加速度的精确测量，还具有硬件自检功能；同时电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备用电压基准(稳压电路)供电，减少温飘，提高了输出精度；电流型信号输出形式，大大提高了采集信号的抗干扰能力。

机械方面：

电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备通过简单的机械结构实现了较高的防护性能，包括外壳强度、抗冲击能力、线缆锁紧、防水防火等性能。传感器部件较少，整体组装方便，降低了生产成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的整体示意图；

图3为本实用新型实施例的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的宝塔接头示意图；

图4为本实用新型实施例的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的工作原理图；

图5为本实用新型实施例的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备检测电路板中调理电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1及图2所示，本实用新型实施例提供一种电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备，该高速列车转向架平稳性检测设备包括：传感器外壳101、检测电路板 102、电缆103、宝塔接头104、橡胶塞105、锁紧螺母106、电连接器201及设置在检测电路板102上的三轴加速度计、调理电路及电压输出转换电路。该电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备结构简单，安装方便，具有较高的抗冲击强度和防护等级，并确保在恶劣环境下可靠的工作。

三轴加速度计采集的振动信号(横向、垂向和纵向加速度信号，为电压信号)经过电压输出转换电路转换为模拟电压信号，通过模拟电压信号电连接器201及信号采集设备传输至上位机。

如图1所示，传感器外壳101的内部设有台阶部107，检测电路板102与台阶部 107固定连接，检测电路板102安装于传感器外壳内部，其他外部组件都是为了实现检测电路板102的保护和信号输出。

另外，传感器外壳101上还设有一具有螺纹的连接孔108，电缆103穿过宝塔接头104、橡胶塞105的通孔、锁紧螺母106及连接孔108。电缆103的一端焊接在检测电路板102上，另一端连接电连接器201，电连接器201连接至信号采集设备。

该传感器外壳101可以为不锈钢外壳，本实用新型不以此为限。

宝塔接头104的尾部具有内螺纹孔及外螺纹109，橡胶塞105置于内螺纹孔中，锁紧螺母106的螺纹113与内螺纹孔连接，通过拧紧螺纹，可以锁紧橡胶塞105。宝塔接头104的外螺纹109与连接孔108的螺纹连接，以将电缆103与传感器外壳101 固定。

一实施例中，传感器外壳101上设有密封槽115，密封槽115放置密封圈116，传感器外壳101与宝塔接头连接时，密封圈116可起到密封作用。

检测电路板102的固定方式有很多种，一实施例中，可以在检测电路板102的各个角(一般为4个)上打孔，通过螺钉(如圆头螺钉)将检测电路板102固定在台阶部107上。

一实施例中，为了保护电路板，可以为传感器外壳101设置盖板110，具体实施时，可以在传感器外壳的内部设置支撑部111，盖板110与支撑部111固定连接，以将所述检测电路板封住。

盖板111具体安装时，为了实现盖板密封，可以在检测电路板102固定在台阶部 107之后，先在传感器外壳101与盖板11接触的支撑部111的台阶面上涂上适量硅橡胶，盖上盖板11，然后通过沉头螺钉将盖板固定到传感器外壳上101的支撑部111 上。

为了保护电缆103不受损坏，可以在电缆103之外套设橡胶护线管202，橡胶护线管202的一端一般套在宝塔接头104的头部112上。

一实施例中，为了防止橡胶护线管202从宝塔接头104的头部112脱落，可以在宝塔接头104的头部112设置倒刺301，如图3所示。橡胶护线管202一端的内壁与倒刺301接触，倒刺310也可以起到一定的密封作用。另外，为了更好的防止橡胶护线管202从宝塔接头104的头部112脱落，使密封效果更好，可以橡胶护线管202的两端通过喉箍203锁紧。

一实施例中，传感器外壳101上设置有两个侧耳114，在侧耳114上设有安装孔 117，通过螺钉或螺栓可将传感器外壳101固定在列车底部车架上。

一实施例中，三轴加速度计为MEMS三轴加速度计，与压电式三轴加速度计相比，MEMS三轴加速度计调理电路简单，抗干扰能力强，该传感器可实现横向加速度信号输出，对高速列车横向加速度精确测量，同时可以测量静态重力加速度，以及运动、冲击或振动引起的动态加速度，可实现传感器状态自检，还可精确检测低频振动。

另外，MEMS三轴加速度计的供电通过基准电压源实现，因为基准电压源与普通电源模块相比具有低噪声、高精度和低温度漂移的特性，保证其检测的准确性和可靠性。

检测电路板102是电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备的核心部件，通过检测电路板102上的MEMS三轴加速度计、稳压电路、调理电路和电压输出转换电路，可以实现加速度信号的采集、调理和电流信号输出，请参见平稳性检测设备的原理图4。调理电路是由运算放大器构成的调零和放大电路，实现传感器的零点和灵敏度调整。如图5所示，所述调理电路包括：第一电阻R1、零点调节电阻R3、运算放大器、第二电阻R2及增益调节电阻R4。稳压电路通过第一电阻R1连接运算放大器的同相输入端，零点调节电阻R3的一端连接在第一电阻R1与运算放大器之间，另一端接地。三轴加速度计通过第二电阻R2连接运算放大器的反相输入端，运算放大器的输出端连接电压输出转换电路，增益调节电阻R4的一端连接在第二电阻R2与运算放大器之间，端连接在运算放大器的输出端。

本实用新型的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备采集到的模拟信号经过调理校正后，经电连接器连接输出至信号采集设备，由信号采集设备上传至上位机进行数据分析，判定高速列车转向架平稳性状态。电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备具有自检功能，可以在使用过程中检测并报告传感器状态，同时由于其为电压输出型传感器，信号传输时抗干扰能力强。

综上所述，利用本实用新型的电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备，可以实现如下功能：

电气方面：

采用MEMS三轴加速度计，检测精度较高，可实现低频加速度的精确测量，还具有硬件自检功能；同时电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备用电压基准供电，减少温飘，提高了输出精度；电流型信号输出形式，大大提高了采集信号的抗干扰能力。

机械方面：

电压输出型高速列车转向架平稳性检测设备通过简单的机械结构实现了较高的防护性能，包括外壳强度、抗冲击能力、线缆锁紧、防水防火等性能。传感器部件较少，整体组装方便，降低了生产成本。

本实用新型中应用了具体实施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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。