专利名称：非接触式列车光电速度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种列车运行监控数据的采集装置，尤其是指一种列车速度检测数据的采集装置。主要用于直接向列车运行监控装置提供准确的信号。可以用于从轴上进行采集各种列车速度、定位等信号。
背景技术：
列车速度传感器是列车安全运行控制装置的重要部件。主要用于直接向列车运行监控装置提供准确的速度信号，以防止列车以高于道岔允许的最高速度通过岔区；以防止列车以高于运行区段线路允许的最高速度运行；以防止高于机车、车辆构造允许的最高速度运行；以防止在特殊条件下高于规定的速度运行它，如调车作业、列车倒溜及在自动闭塞区间，当关闭地面信号时等情况下；当列车速度超过上述规定的允许值时，发出报警提示及常用制动或紧急制动指令，因此速度传感器也是列车安全运行装备的重要部件之一。多年来，铁路相关科研部门及企业对列车速度传感器做了大量的研究和改进工作。目前采用的有四种类型的光电速度传感器(其它磁电速度传感器、永磁式速度传感器由于其可靠性、准确性等原因已被淘汰，此后不再叙述)，可以互换使用。最新型的有两种，即TQG9型和TQG15型光电速度传感器。这几种速度传感器在原理、结构上基本相同，这些速度传感器的基本原理是用一个光源(发光二极管)经由随车轮一起转动的光栅盘变为均匀的断续光，致使光断续器中的光敏二极管通断运行，经电路的放大整形后，输出与转速成比例的方波脉冲序列。速度传感器由支撑结构、转轴及万向联轴机构和光电转换电路系统三部分组成。光栅盘固定在转轴轴伸端部，转轴由轴承支撑在底座上，轴承润滑采用锂基润滑脂。靠光栅轴伸端，转动部分采用机械横竖迷宫密封结构；静止部分采用可塑密封胶密封；转轴为万向联轴节的单叉节，万向轴共设有8个滚针轴承，保证转动的灵活性，万向联轴节输出端机械接口为带弹性方榫万向联轴节。光敏探头安置在光栅盘两侧，并安装在底座上，电缆引出线固定在底座上并用耐油橡胶管防护，护管与底座采用冲压箍紧帽密封。传感器安装在安装座上即机车轴箱外盖开孔处。万向联轴节输出弹性榫插入车轮方孔座中。安装时，在车轮轮轴4轴端方孔四壁均匀涂一薄层润滑脂，以保证弹性方榫四滑板与方孔座四壁滑动灵活。但现有光电转速传感器尚存在一些不足。目前采用的光电转速传感器其万向联轴传动机构、光电转换电路系统基本相同，这两部分也是光电转速传感器的核心部分。这两部分的可靠性、技术性决定了传感器性能的优劣。从目前运用效果来看四种类型的光电转速传感器普遍存在以下四个方面的问题
1.机械故障较多这类光电转速传感器采用万向联轴传动机构，其万向联轴节输出弹性方榫插入车轮方孔座中连接转动。由于车轮惯量较大，当轮对高速旋转和通过曲线、道岔、轨缝等情况时，轮对会发生横向移动(最大移动量为30mm)，径向跳动、纵向冲击时，易造成带弹性方榫万向联轴节、支撑轴承、转轴等机械部件发生损坏，尤其是在线路条件较差的情况下，机械故障率会大幅度上升。通常情况下，还要加强对弹性方榫的检查和添加插入部分的润滑脂，否则也会增加机械故障率。总之采用这种万向联接传动机构必然会导致传感器发生机械故障甚至损坏(传感器难以承受轮对的冲击惯量)。
2.光源污染严重这类光电传感器是用一个光源经随轮轴转动的光栅盘变为断续光，由于是万向联轴节，这种传动机构直接与车轮轴箱内腔联通，在结构上无法实现全密封状态，光栅盘的污染会使光信号失真，相互产生污染。首先是0.2mm的光槽极易受到污染，其次是光栅盘也易受到污染。
3.输出波形失真度大光电转换电路系统，是由光断路器中的光敏二极管通断运行，经电路的放大整形后，输出与转速成比例的方波脉冲序列。由于光栅盘、转轴的加工精度造成方波脉冲失真，因此在放大整形电路中采用电位器或可变电阻进行调整，其精度难以保证。
4.功能扩展性差一是采用万向联动机构难以满足列车提速的要求，这种结构本身易造成机械故障，最高转速为1000r/min时，列车速度为198～235km/h，当列车速度达到300km/h左右时，传感器转速为1300～1500r/min，此时对传动机构的要求更高，这种传感器难以满足要求。
二是速度信号是列车安全运行、性能控制采用最广泛的信号之一，应有多路脉冲信号输出，受原结构和电路限制最多输出四路脉冲信号，如要扩散难度较大。
通过上述描述，可以得知现有的速度传感器尚存在一些不足，因此很有必要对此加以改进。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对现有光电转速传感器的数据采集方法的不足，提出一种机械故障少，光源污染轻的新型列车检测数据的采集装置，尤其是一种列车速度检测数据的采集装置。
根据本实用新型的目的所提出的技术实施方案是包括列车速度数据输出装置与速度数据传感器检测装置，在列车速度数据输出装置与速度数据检测装置之间采用非接触式传动方式连接，在列车速度数据输出装置与速度数据传感器检测装置之间有一用于传递列车速度数据的非接触式传动装置。传感器数据采集是通过非接触式传动装置到列车速度数据输出装置上通过非接触式传动方式采集到的。其具体方式是在列车检测数据发生装置与速度数据传感器检测装置之间设置一非接触式传动装置，非接触式传动装置可以是一种磁力传动机构，主要分为两大类传动方式，一是磁力偶合方式，二是磁力驱动方式。磁力传动机构这两种传动方式均使轮轴与传感器处于非接触状态，使得列车检测数据通过非接触式传动装置传递到速度数据传感器检测装置，速度数据传感器检测装置可以是常规的光栅脉冲机构，但速度数据传感器检测装置的光栅部分是采用全密封结构。这样轮轴的巨大惯量无法传递到传感器上，传感器转动部分的载荷极小，机械故障几乎为零，可以有效解决万向联轴传动机构造成机械故障率频繁的弊端，并使大幅度提高传感器转速成为可能。其可靠性将大幅度提高。
本实用新型采用非接触式传动装置连接列车检测数据发生装置与速度数据传感器检测装置，有效解决了现有传感器频繁发生的机械故障，在保持新产品的先进性、技术性的前提下，又能满足既有产品的通用性、互换性，磁传动机构的外部接口与所有转速传感器外接口保持一致。同时，由于采用非接触式传动机构，传感器部分可以完全密封，所以对于检测数据采集装置采用全密封结构，无论轴箱内腔的污染源还是外界污染源都将无法侵入传感器内部，克服了光源污染的难题。它将会在铁路的各个领域产生深远影响，也必将为迅猛发展的高速铁路提供有力的技术支持。
图1非接触式传动装置原理结构示意图；图2磁力偶合方式原理示意图；图3磁力驱动方式原理示意图；图4磁偶合传动方式实施例结构示意图。
图中1、列车检测数据发生装置；2、非接触式传动装置；3、速度数据传感器检测装置；4、轴箱外盖；5、轮轴；6、磁力传动机构与轮轴连接部分；7、磁力偶合器；8、传感器轴；9、磁引力传动机构；10、大磁铁部件(车轴端磁铁)；11、防尘罩；12、小磁铁部件(传感端磁铁)；13、壳体；14、传动轴；15、轴承；16、密封圈；17、密封垫；18、光栅盘；19、模块；20、集成芯片；21、外罩。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
从附图1可以看出，本实用新型是一种列车速度检测数据的采集装置，包括列车速度数据输出装置1和速度数据传感器检测装置3，在列车速度数据输出装置1与速度数据传感器检测装置3之间采用非接触式传动方式连接，在列车速度数据输出装置1与速度数据传感器检测装置3之间有一用于传递列车速度数据的非接触式传动装置2。传感器数据采集是通过非接触式传动装置2到列车速度数据输出装置1上通过非接触式传动方式采集到的。其具体方式是在列车检测数据发生装置1与速度数据传感器检测装置3(即转速传感器)之间设置一用于传递列车速度数据的非接触式传动装置2，使得列车检测数据通过非接触式传动装置2传递到速度数据传感器检测装置3，所述的非接触式传动装置2主要分为两大类传动方式，一是磁力偶合方式(见附图2)，二是磁力驱动方式(见附图3)。这两种传动方式均使轮轴与传感器处于非接触状态传感器数据采集装置3为光栅脉冲机构，采用两个以上光源(发光二极管)列车检测数据发生装置1与传感器数据采集装置3之间的非接触式传动装置2使光栅盘变为断续光，致使转速传感器内光断续器中的光敏二极管通断运行，经智能集成芯片(IC)将两路脉冲变换为四路(或多路)脉冲，再经CAN总线输出。这样可以解决万向联轴传动机构造成机械故障率频繁的弊端，此种状态中的非接触式传动机构不受轮对巨大惯量的冲击，转轴负载较小，机械故障率几乎为零，并使大幅度提高传感器转速成为可能。且磁传动机构的外部接口与所有转速传感器外接口保持一致，这样在保持新产品的先进性、技术性的前提下，又能满足既有产品的通用性、互换性。同时，由于采用非接触式传动机构，转速传感器仍套装在轴箱端部4上，但传感器部分可以完全密封，所以对于捡测数据采集装置采用全密封结构，无论轴箱内腔的污染源还是外界污染源都将无法侵入传感器内部，克服了光源污染的难题。此外，还采用智能集成芯片和现场总线(CAN)输出，有效解决了方波脉冲失真度和脉冲输出通道受限的困难。
主要技术条件和参数所有技术条件满足TB的相关条件并优于原传感器的各项技术参数，其中转速测试范围可达到0～3000r/min(原指标为0～1000y/min)。
实施方式一采用磁力偶合方式，该种方法是采用轮轴5作为列车检测数据发生装置1，且速度数据传感器检测装置3是套装在轴箱外盖4上的，非接触式传动装置2为通过分别安装在与轮对5相接的磁力传动机构与轮轴连接部分6和传感器轴8上的磁力偶合器7构成。用新型的永磁材料(钕铁錋)按照4、6、8、12、16…的极对数组成磁力偶合器7，如图2所示。大端磁套安装在与轮对5相接的磁力传动机构与轮轴连接部分6上，小端磁力轴安装在传感器轴8上。当车轮旋转时，在磁扭力的作用下，驱动传感器轴与轮轴非接触式同步旋转。主要技术条件车轮轴与传感器转轴不同心度≤6mm，轮轴自由横向移动量＞30mm。
实施方式二采用磁力驱动方式，该种方法与实施方式一不同的是，非接触式传动装置2为非接触式磁引力传动机构9，磁引力传动机构9是通过分别安装在磁力传动机构与轮轴连接部分端面和传感器轴端面上的平面磁块构成。用永磁材料(钕铁錋)按照2.4极对数面对面直接驱动(如图3所示)。驱动磁块分别安装在轮对轴与传感器轴的两边的连接部件端面上，安装在轮轴端的磁极对数与安装在传感器轴端的磁极对数相等，当轮轴旋转时，在磁引力的作用下，带动传感器端的转轴与轮轴非接触式同步旋转。主要技术条件面对面的磁距离为10～80mm；两轴的不同心度≤6mm。
具体实施例一图4给出了一种磁偶合传动方式的具体实施例，从附图中可以看出本实施例的非接触式列车光电速度传感器主要包括大磁铁部件(车轴端磁铁)10、防尘罩11、小磁铁部件(传感端磁铁)12、壳体13、传动轴14、轴承15、密封圈16、密封垫17、光栅盘18、模块19、集成芯片20、外罩21。采用磁力实现非接触式传动，两个(或多个)光源(发光二极管)经车轴与轴箱间的磁力传动机构使光栅盘变为断续光，致使光断续器中的光敏二极管通断运行，经智能集成芯片(IC)将两路脉冲变换为四路(或多路)脉冲，再经CAN总线输出。大磁铁部件10安装在带有方轴的磁铁托上，方轴插入车轴端部的方孔内并由胀紧方式胀紧。传动轴14一端安装小磁铁部件12，另一端安装光栅盘18；传动轴14由两个不同型号的轴承15支撑在壳体13内。起止口作用的防尘罩11将小磁铁部件12和传感器轴等密封在壳体13的左端。外罩21将光栅盘18和摸块19等密封在壳体13的右端。当车轴转动时，带动大磁铁部件10转动；由于大、小磁铁间的磁力偶合作用，使小磁铁随大磁铁同步转动，致使小磁铁12、传动轴14、光栅盘18一起转动，并与大磁铁部件为非接触状态。由于大、小磁铁在轴向始终有足够的磁铁搭接量，故大小磁铁的磁力偶合作用始终存在而且大、小磁铁始终同步转动。大磁铁部件与传感器壳体的轴向有效间隙设计值为24-26mm，大磁铁部件与小磁铁部件的轴向有效间隙设计值为24-26mm(考虑机车轮对与轴箱的最大横动量为±15mm)(轴箱盖外端距轴端70±5mm)，径向有效间隙半径设计值为5-8mm；保证了轴端传动部分和传感端传动部分始终为非接触状态。总装配除大磁铁部件以外，传感器完全密封为一体，壳体13内部完全与外界隔离，小磁铁部件12、传动轴14、轴承15、光栅盘18、模块20及壳体13内部不受外界雨水、粉尘等的干扰。集成芯片20安装在外罩21内部，线路输出接口与原传感器接口一致。该传感器采用智能模块电路系统作为数据传输装置。
本实用新型的基本原理是智能模块将脉冲生成部分产生的两路互差900电角度的不规则矩形脉冲，经过变换，形成4路测速方波脉冲，用现场总线(CAN)输出。用串行通讯的方式直接输出运行速度的数值、行驶方向并检测本传感器的运行或故障状态，具有很强的智能化功能。
权利要求1.非接触式列车光电速度传感器，包括列车速度数据输出装置(1)和速度数据传感器检测装置(3)，在列车速度数据输出装置(1)与速度数据传感器检测装置(3)之间采用非接触式传动方式连接，在列车速度数据输出装置(1)与速度数据传感器检测装置(3)之间有一用于传递列车速度数据的非接触式传动装置(2)。
2.如权利要求1所述的非接触式列车光电速度传感器，其特征在于所述的非接触式传动装置(2)是磁力偶合方式，采用轮轴(5)作为列车检测数据发生装置(1)，且速度数据传感器检测装置(3)是套装在轴箱外盖(4)上的，非接触式传动装置(2)为通过分别安装在与轮对(5)相接的磁力传动机构与轮轴连接部分(6)和传感器轴(8)上的磁力偶合器(7)构成。
3.如权利要求1或2所述的磁传动列车光电速度检测方法，其特征在于所述的磁力偶合方式是用永磁材料，按照4、6、8、12、16的极对数组成磁力偶合器(7)，大端磁套安装在与轮对(5)相接的磁力传动机构与轮轴连接部分(6)上，小端磁力轴安装在传感器轴(8)上，当车轮旋转时，传感器轴与轮轴非接触式同步旋转。
4.如权利要求1所述的非接触式列车光电速度传感器，其特征在于所述的非接触式传动装置(2)是磁力驱动方式，采用轮轴(5)作为列车检测数据发生装置(1)，且速度数据传感器检测装置(3)是套装在轴箱外盖(4)上的，非接触式传动装置(2)为非接触式磁引力传动机构(9)，磁引力传动机构(9)是通过分别安装在磁力传动机构与轮轴连接部分端面和传感器轴端面上的平面磁块构成。
5.如权利要求1或4所述的非接触式列车光电速度传感器，其特征在于所述的磁力驱动方式是用永磁材料，按照2、4极对数面对面直接驱动，驱动磁块分别安装在轮对轴与传感器轴的两边的连接部件端面上，安装在轮轴端的磁极对数与安装在传感器轴端的磁极对数相等，当轮轴旋转时，传感器端的转轴与轮轴非接触式同步旋转。
6.如权利要求1所述的非接触式列车光电速度传感器，其特征在于所述的非接触式列车光电速度传感器包括大磁铁部件(10)、防尘罩(11)、小磁铁部件(12)、壳体(13)、传动轴(14)、轴承(15)、密封圈(16)、密封垫(17)、光栅盘(18)、模块(19)、集成芯片(20)、外罩(21)，采用磁力实现非接触式传动，大磁铁部件(10)安装在带有方轴的磁铁托上，方轴插入车轴端部的方孔内并由胀紧方式胀紧，传动轴(14)一端安装小磁铁部件(12)，另一端安装光栅盘(18)；传动轴(14)由两个不同型号的轴承(15)支撑在壳体(13)内；起止口作用的防尘罩(11)将小磁铁部件(12)和传感器轴等密封在壳体(13)的左端；外罩(21)将光栅盘(18)和摸块(19)等密封在壳体(13)的右端；当车轴转动时，带动大磁铁部件(10)转动，且由于大、小磁铁间的磁力偶合作用，使小磁铁随大磁铁同步转动，致使小磁铁(12)、传动轴(14)、光栅盘(18)一起转动，并与大磁铁部件为非接触状态。
7.如权利要求1或6所述的非接触式列车光电速度传感器，其特征在于所述的大磁铁部件与传感器壳体的轴向有效间隙设计值为24-26mm，大磁铁部件与小磁铁部件的轴向有效间隙设计值为24-26mm，径向有效间隙半径设计值为5-8mm，总装配除大磁铁部件以外，传感器完全密封为一体，壳体(13)内部完全与外界隔离；集成芯片(20)安装在外罩(21)内部，线路输出接口与原传感器接口一致。
专利摘要非接触式列车光电速度传感器，包括列车速度数据输出装置与速度数据传感器检测装置，在列车速度数据输出装置与速度数据检测装置之间采用非接触式传动方式连接，在列车速度数据输出装置与速度数据传感器检测装置之间有一用于传递列车速度数据的非接触式传动装置。传感器数据是通过非接触式传动装置到列车速度数据输出装置上通过非接触式传动方式采集的。非接触式传动装置可以是磁力传动机构，主要分为两大类传动方式，一是磁力耦合方式，二是磁力驱动方式。磁力传动机构使得列车检测数据通过非接触式传动装置传递到速度数据传感器检测装置，速度数据传感器检测装置可以是常规的光栅脉冲机构，且速度数据传感器检测装置的光栅部分为全密封结构。
文档编号G01D5/244GK2906557SQ20062005105
公开日2007年5月30日 申请日期2006年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者左立民, 冯嘉莉, 屈圭, 冯葆励, 张佰民, 罗芳 申请人:株洲天利铁路机车车辆配件有限公司