[发明专利]列车走行部状态监测用电流型多参量传感器

说明书

本发明公开了一种列车走行部状态监测用电流型多参量传感器，由振动敏感与检测电路组件、温度敏感组件、外封装总成、信号连接组件、监测电路等部分组成。本发明的有益效果在于：振动敏感与检测电路组件形成一个屏蔽层，外封装总成形成一个屏蔽层，可有效抑制列车运行工况下的辐射电磁干扰；敏感元件采用环形剪切压电陶瓷晶体并由热缩环进行固定，解决现有列车运行状态监测传感器存在的温度漂移、工作温度限制的问题；传感器可同时提取被监测对象的振动、冲击、温度三种状态参量，解决了列车走行部安装空间受限的问题；传感器检测电路采用双电荷放大、对绞线电流输出方式，有效抑制信号传输过程中的传导干扰和信号线上的共模干扰。

技术领域

本发明涉及列车运行状态监测与故障诊断的专用传感器，尤其涉及一种用于列车走行部状态监测的电流型多参量传感器。

背景技术

列车运行安全状态监测是铁路行车安全保障信息系统的重要组成部分，它通过车载传感器、监测装置等实现对运行中列车运行状态的实时监测，能够及时发现运行状态不良的车辆或零部件，为机车车辆检修提供第一手数据资料，对保障铁路行车安全和提高机车车辆的检修水平具有重要意义。传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术。传感器类似于人类为了获取外界信息所必须借助的感觉器官，是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是实现自动检测和自动控制的首要环节。一般来说一个传感器只能测量一个物理量，为了能准确全面的认识对象和环境，以进一步进行监测或控制，往往需要多个传感器来同时测量多个物理量，使得系统结构庞大而复杂，降低其可靠性和稳定性。

列车走行部长期处于高速、重载的工作状态，由于其工作面接触应力的长期反复作用，极易引起轴承疲劳、裂纹和压痕等故障，导致轴承发热、车轴断裂，给机车车辆带来额外的冲击振动，继而产生“热轴”或者其他故障；为此，必需对列车走行部进行状态监测与故障诊断。由于列车运行工况复杂，工作环境恶劣、干扰因素繁多，常易受到冲击、摩擦等外部作用，这是列车状态监测传感器的设计与制作中难以解决的问题。在列车运行状态监测中，每一节车体走行部都需要进行监测，如果传感器数量过多，会导致监测系统结构复杂、信息采集分散、信号传输过程易受干扰，这就给列车走行部的状态监测和故障诊断带来了一定的困难。

现有列车走行部状态监测方法主要有：温度监测、振动冲击监测、温度与振动综合监测三种方法，监测系统中的振动冲击监测大都由压缩型压电式加速度传感器拾取信号，该类传感器采用压电元件—质量块—弹簧系统装在与基座连接的圆形中心支柱上的结构，这种结构有高的共振频率，然而基座与监测对象连接时，如果基座有变形则将直接影响拾振器输出；此外，监测对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移，导致监测信号失真；而这类传感器一般是单端输出信号方式，难以满足列车轮对运行工况要求，常因复杂的电磁干扰而出现误诊、漏诊，严重时造成监测装置或传感器损坏。 基于温度升高是某些部件出现故障后并临近引起事故的一种外在特征表现，我国旅客列车大都采用了列车轴温监测报警装置；但并不是所有的故障都必然导致温度升高（如齿轮故障、踏面故障和部分的轴承工作面损伤），因此，对于铁路机车通常采用温度与振动综合监测的方法。实践表明，单独的轴温监测报警是不全面的、也是不完备的，虽然通过温度与振动综合监测的方法使监测效果得到一定的改善，但还存在一些问题：振动冲击监测传感器会因强烈电磁干扰影响而导致误诊误判，同时避免不了因敏感元件失效而造成的误诊或漏诊。为此，希望尽可能把几种敏感元器件制作在一起，使一个多参量传感器能同时测量几个参数、具有多种功能，不但便于列车状态监测设备的安装与维护，同时也提高了监测系统的稳定性和可靠性。

多参量传感器在满足了各参数监测的功能基础之上，优化了监测系统结构，提高了系统的稳定性和可靠性；一定程度上减少了列车监测系统的安装成本、人力资源、财力资源，可为监测系统提供大量而且全面的监测数据，使列车走行部的故障诊断更加准确可靠，对保证列车运行安全具有重要意义。因此，开发一种用于列车轮对状态监测的多参量传感器非常必要。

发明内容