專利名稱：抗干擾車輪傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器，尤其是一種用于檢測車輛在軌道上運(yùn)行狀態(tài)的抗干擾車輪傳感器。
背景技術(shù)：
鐵路部門為了檢測車輛在軌道上的運(yùn)行狀態(tài)，使用車輪傳感器感應(yīng)車輪的通過，以檢測鐵路列車到達(dá)及行車速度等運(yùn)行參數(shù)。車輪傳感器通常由殼體、充磁U形鐵、感應(yīng)線圈及防水絕緣充填物組成。充磁U形鐵在軌道側(cè)面形成磁場，當(dāng)列車通過時，車輪改變磁通密度，使感應(yīng)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成表示車輪通過的電壓信號并輸出，供各種自動檢測、自動控制裝置采集。近年來，隨著電氣化鐵路的大量改造和新建，在電力牽引區(qū)段，由于軌道回流形成的交變電場使車輪傳感器的感應(yīng)線圈產(chǎn)生干擾感應(yīng)電動勢，嚴(yán)重干擾了車輪傳感器的輸入信號，甚至出現(xiàn)錯誤的車輪信號。
為克服上述干擾，本申請人的一項(xiàng)專利號為98202926.8的實(shí)用新型專利公開了一種包括兩組感應(yīng)線圈，將其相位互相反接，并將其中一個線圈的鐵芯不充磁來達(dá)到抗干擾目的車輪傳感器，這種抗干擾的車輪傳感器的抗干擾能力與兩組線圈的參數(shù)一致性有很大關(guān)系，在生產(chǎn)工藝中不易控制。另外，它與以往的傳統(tǒng)傳感器同樣存在一個缺點(diǎn)，即在車速低于4KM/小時的情況下采集不到傳感信號、不能適用于低車速的信號采集。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾車輪傳感器，可以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、且適于任何低車速檢測(可適應(yīng)車速范圍0-300Km/小時)、以保證列車行車安全的抗干擾車輪傳感器，傳感器的輸出信號為線性電壓，以兼容當(dāng)前應(yīng)用于鐵路的傳統(tǒng)傳感器。
為此，本實(shí)用新型提出的一種抗干擾車輪傳感器，包括一個殼體，在所述殼體內(nèi)設(shè)有一柱形永磁鐵，所述柱形永磁鐵內(nèi)設(shè)有一磁傳感元件，在所述殼體內(nèi)還設(shè)有與所述磁傳感元件電連接的信號處理電路，所述殼體具有一個封閉的底板。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述柱形永磁鐵為一空芯體，抵鄰設(shè)置在所述殼體的上端，所述磁傳感元件位于所述柱形永磁鐵的空芯內(nèi)，并設(shè)置在所述空芯的上部。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述柱形永磁鐵為一棱柱狀體或圓柱狀體。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述信號處理電路被設(shè)置在安裝盒內(nèi)，在所述殼體內(nèi)填充設(shè)置防水絕緣物。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述信號處理電路包括一磁傳感器單元，所述磁傳感器單元與一信號放大與調(diào)整電路連接，一電源轉(zhuǎn)換器分別連接所述的磁傳感器單元和信號放大與調(diào)整電路。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述磁傳感器單元為一霍爾傳感器，一個二次穩(wěn)壓電路連接所述霍爾傳感器。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述磁傳感器單元為橋式磁阻傳感器。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述信號放大與調(diào)整電路包括一信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路和串接的信號平衡放大輸出電路。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路具有其一端連接所述磁傳感器單元輸出的第一電阻，所述第一電阻的另一端連接第一運(yùn)算放大器的正向輸入端，同時連接一由第八電阻和第九電阻構(gòu)成的分壓電路，所述第八電阻和第九電阻的連接端串接一第一電容器，所述第一電容器連接到一第二運(yùn)算放大器的反向輸入端，并串接第四電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端串接第三電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第二運(yùn)算放大器的正向輸入端連接所述第九電阻的另一端，并串接一第二電容器接地，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端反饋連接到其反向輸入端，并串接一第三電容器接地。
如上所述的抗干擾車輪傳感器，所述信號平衡放大輸出電路具有一第三運(yùn)算放大器，其正向輸入端連接到所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，其反向輸入端串接一第七電阻連接一第四運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的正向輸入端接地，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端串接一第六電阻反饋連接到其反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端串接一第五電阻反饋連接到其反向輸入端。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是由于本傳感器采用了磁場檢測的原理，在磁場與信號的轉(zhuǎn)換方法上將傳統(tǒng)的電感線圈改為磁傳感器，利用磁傳感器的輸出信號不受外部電場變化的干擾、且其感應(yīng)精度較高的特性，使得本實(shí)用新型能從根本上克服在傳統(tǒng)的車輪傳感器中抗干擾能力差、且不適用于低車速檢測的缺陷，磁傳感器的頻率響應(yīng)特性為0-10Kc，故進(jìn)而滿足了時速0-300Km/小時的檢測要求，提高了鐵路列車運(yùn)行參數(shù)的檢測精度、保證列車行車安全。
此外，本實(shí)用新型采用柱形磁鐵結(jié)構(gòu)，其磁場范圍較小，為柱形橫截面的大小，因此其輪軸位置表示準(zhǔn)確，進(jìn)一步提高了檢測精度。


圖1為本實(shí)用新型的車輪傳感器一內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2為圖1中去除底板后的仰視示意圖；圖3為本實(shí)用新型的車輪傳感器另一內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖4為圖3中去除底板后的仰視示意圖；圖5為本實(shí)用新型安裝于軌道上的示意圖；圖6為本實(shí)用新型的信號處理電路單元的電路框圖；圖7為本實(shí)用新型的信號處理電路單元的電路圖；
圖8為本實(shí)用新型的另一信號處理電路單元的電路圖；圖9A為圖2電路中A點(diǎn)的輸出信號圖；圖9B為圖2電路中B點(diǎn)的輸出信號圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖就本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器的具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實(shí)施例一如圖1所示，本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器包括一個殼體1，在所述殼體內(nèi)設(shè)有一柱形永磁鐵2，所述柱形永磁鐵2內(nèi)設(shè)有一磁傳感元件3，在所述殼體1內(nèi)還設(shè)有與所述磁傳感元件電連接的信號處理電路，所述磁傳感器單元為一霍爾傳感器，一穩(wěn)壓電路連接所述霍爾傳感器。所述柱形永磁鐵可以是棱柱體，如為一方形柱狀體。
所述信號處理電路被設(shè)置在安裝盒4、41、411中，如安裝盒4可以為一個塑料盒，內(nèi)部裝有電源穩(wěn)定電路，以保證供電電源的穩(wěn)定性及降低電源噪聲，起到保護(hù)的作用。所述殼體1具有一個可封閉的底板5，底板5可隨時打開以便于工作檢修。在殼體1的空余部分由防水絕緣充填物6充填。
所述柱形永磁鐵2為一空芯體，抵鄰設(shè)置在所述殼體1的上端，形成一個磁場，所述磁傳感元件3位于所述柱形永磁鐵2的空芯內(nèi)，并設(shè)置在所述空芯的上部。請同時參見圖2和圖5，本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器殼體1具有安裝槽7，安裝時，如圖5所示，本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器設(shè)置于軌道8的一側(cè)，可通過螺栓慣穿所述安裝槽7將車輪傳感器與夾持件9相固定，并藉由該夾持件9將相本實(shí)用新型固定安裝在軌道8的鋼軌軌頭下部并靠近軌腰81處，并令車輪10的輪緣101對應(yīng)于柱形永磁鐵2的上方。
參見圖6，所述信號處理電路包括一磁傳感器單元，所述磁傳感器單元與一信號放大與調(diào)整電路連接，一電源轉(zhuǎn)換器分別連接所述的磁傳感器單元和信號放大與調(diào)整電路。所述信號放大與調(diào)整電路包括一信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路和串接的信號平衡放大輸出電路。
圖7表示了基于圖6的本實(shí)用新型的信號處理電路單元的電路圖。
所述信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路具有其一端連接所述磁傳感器單元輸出端的第一電阻R1，所述第一電阻R1的另一端連接第一運(yùn)算放大器JC1的正向輸入端，同時連接一由第八電阻R8和第九電阻R9構(gòu)成的分壓電路，所述第八電阻R8和第九電阻R9的連接端串接一第一電容器C1，所述第一電容器C1連接到一第二運(yùn)算放大器JC2的反向輸入端，并串接第四電阻R4連接到所述第一運(yùn)算放大器JC1的反向輸入端，所述第一運(yùn)算放大器JC1的輸出端串接第三電阻R3連接到所述第一運(yùn)算放大器JC1的反向輸入端，所述第二運(yùn)算放大器JC2的正向輸入端連接所述第九電阻R9的另一端，并串接一第二電容器C2接地，所述第二運(yùn)算放大器JC2的輸出端反饋連接到其反向輸入端，并串接一第三電容器C3接地。在本實(shí)施例中，如圖7所示，磁傳感器3為霍爾傳感器。
所述信號平衡放大輸出電路具有一第三運(yùn)算放大器JC3，其正向輸入端連接到所述第一運(yùn)算放大器JC1的輸出端，其反向輸入端串接一第七電阻R7連接一第四運(yùn)算放大器JC4的反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器JC4的正向輸入端接地，所述第三運(yùn)算放大器JC3的輸出端串接一第六電阻R6反饋連接到其反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器JC4的輸出端串接一第五電阻R5反饋連接到其反向輸入端。圖7中的其它輔助電路如圖中所描繪。
本實(shí)用新型的工作過程是；當(dāng)列車通過時，車輪10的輪緣101改變柱形永磁鐵2的磁通密度，使得磁傳感器3感應(yīng)到磁場強(qiáng)度和方向的改變，進(jìn)而使其輸出端A的電信號發(fā)生變化；然后信號放大與調(diào)整電路對A端信號進(jìn)行處理，并于輸出端B輸出電信號；通過檢測本實(shí)用新型的信號處理電路單元的輸出端B點(diǎn)的電信號，就可檢測鐵路列車到達(dá)、通過時的計(jì)軸及行車速度等運(yùn)行參數(shù)。
在本實(shí)用新型中，該信號處理電路單元的電源轉(zhuǎn)換器為DC-DC電源轉(zhuǎn)換器中，外部總電源采用直流電源，DC-DC轉(zhuǎn)換器將直流電源轉(zhuǎn)換成±12V雙路電源供內(nèi)部各部分電路工作，±12V直流電源經(jīng)二次穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓濾波后輸送給磁傳感器，磁傳感器單元內(nèi)的磁傳感器3對于通過鐵路軌道上的車輪產(chǎn)生電輸出信號的變化，在圖7中A點(diǎn)為磁傳感器單元的信號輸出端，在車輪通過時的A點(diǎn)的信號輸出特征見圖9A所示，由于磁傳感器3受大地或安裝環(huán)境的影響，會在靜態(tài)時輸出一個電壓，即有一個偏置電壓，為使在無車輪信號時本信號處理電路單元的輸出電平為0V，以便于于本實(shí)用新型的后接裝置采集信號，所以在本信號放大與調(diào)整電路中具有抵消零點(diǎn)偏移的作用，使車輪通過時產(chǎn)生一個過零的正向反向信號，而信號越過零點(diǎn)的位置就對應(yīng)車輪的中心位置。此外，該信號放大與調(diào)整電路具有信號放大功能，可根據(jù)現(xiàn)場使用情況——如車輪與傳感器之間的距離及后續(xù)裝置的信號接口需要——對放大器的放大倍率進(jìn)一步設(shè)定，在本實(shí)施例中，B點(diǎn)輸出信號的峰值可由放大器的電阻器R3、R4和R5、R6、R7的比值進(jìn)行調(diào)整，圖9B為B點(diǎn)輸出信號的示意圖。
在信號放大與調(diào)整電路中A點(diǎn)信號往往帶有一定的靜態(tài)偏移電壓，信號經(jīng)電阻器R8、R9對電容器C1、C2充電，通過選取適當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)在放大器JC2的輸出端就跟隨保存了靜態(tài)偏移電壓，再通過電阻器R4將這個電壓加在放大器JC1的反向輸入端上，而正向向輸入端輸入的帶有偏移電壓的動態(tài)信號以反向輸入端為基準(zhǔn)點(diǎn)，偏移電壓就被抵消了，只剩下動態(tài)信號電壓經(jīng)放大器JC1放大送至后級平衡輸出放大器JC3、JC4，信號在JC1中放大時增益＝1+(R3/R4)，后級平衡放大器是將單端(共地)信號變成不共地平衡輸出信號，以便不同場合變換信號正向、反向端的需要，后級放大器也可調(diào)整增益倍率＝1+(R6/R7)。
在本實(shí)用新型中，將信號放大與調(diào)整電路的所有部件采用模塊電路封裝的形式裝設(shè)于磁鐵2的外側(cè)；采用金屬外殼封裝，具有屏蔽作用，有利于抗干擾，如圖1所示。而DC-DC電源轉(zhuǎn)換器則可采用外插模塊的形式，其中磁傳感器3本身如前所述設(shè)置于一磁傳感器安裝盒內(nèi)，并伸進(jìn)柱形磁鋼中心孔內(nèi)，而磁傳感器單元則被置于柱形磁鋼下方。
因鐵路上的車輪感測器的干擾源主要來自于電場干擾，而安裝于磁傳感器單元的磁傳感器的輸出信號不受外部電場變化的干擾，當(dāng)本實(shí)用新型用于軌道電路或電力牽引路段時，軌道電路信號電流或軌道回流形成的交變電場不會對本傳感器的檢測產(chǎn)生任何干擾；而且，磁傳感器安裝維修簡便，不需繞設(shè)線圈；同時，又由于磁傳感器對動態(tài)磁場和穩(wěn)定磁場都能檢測，而不像線圈感應(yīng)需一定的電動勢(即一定的速度)，故本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器的檢測范圍可達(dá)0-300JKm/小時之間，不論多低的車速都會檢測到，即使車速低至4Km/小時以下，也不影響本實(shí)用新型的使用，同時其輸出信號的大小與車速無關(guān)。
實(shí)施例二如圖3所示，本實(shí)用新型的抗干擾車輪傳感器包括一個殼體1，在所述殼體內(nèi)設(shè)有一柱形永磁鐵2，所述柱形永磁鐵2內(nèi)設(shè)有一磁傳感元件3，在所述殼體1內(nèi)還設(shè)有與所述磁傳感元件電連接的信號處理電路，所述磁傳感器單元為一霍爾傳感器，并連接一穩(wěn)壓電路連接所述霍爾傳感器，其中所述柱形永磁鐵為圓柱形體。圖4為圖3中本實(shí)用新型的車輪傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)仰視圖。
其它結(jié)構(gòu)和電路設(shè)置與實(shí)施例一相同，在此不一一贅述。
實(shí)施例三如圖6和圖8，所述信號處理電路包括一磁傳感器單元，所述磁傳感器單元與一信號放大與調(diào)整電路連接，一電源轉(zhuǎn)換器分別連接所述的磁傳感器單元和信號放大與調(diào)整電路。所述信號放大與調(diào)整電路包括一信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路和串接的信號平衡放大輸出電路。所述磁傳感器單元為一橋式磁阻傳感器。
其它結(jié)構(gòu)和電路設(shè)置與實(shí)施例一相同，在此不一一贅述。其中，在本實(shí)施例中，所述殼體內(nèi)設(shè)有的柱形永磁鐵2也可以采用實(shí)施例二中的圓柱形體。
權(quán)利要求1.一種抗干擾車輪傳感器，其特征在于包括一個殼體，在所述殼體內(nèi)設(shè)有一柱形永磁鐵，所述柱形永磁鐵內(nèi)設(shè)有一磁傳感元件，在所述殼體內(nèi)還設(shè)有與所述磁傳感元件電連接的信號處理電路，所述殼體具有一個封閉的底板。
2.如權(quán)利要求1所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述柱形永磁鐵為一空芯體，抵鄰設(shè)置在所述殼體的上端，所述磁傳感元件位于所述柱形永磁鐵的空芯內(nèi)，并設(shè)置在所述空芯的上部。
3.如權(quán)利要求1或2所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述柱形永磁鐵為一棱柱狀體或圓柱狀體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述信號處理電路被設(shè)置在安裝盒內(nèi)，在所述殼體內(nèi)填充設(shè)置防水絕緣物。
5.如權(quán)利要求1或2所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述信號處理電路包括一磁傳感器單元，所述磁傳感器單元與一信號放大與調(diào)整電路連接，一電源轉(zhuǎn)換器分別連接所述的磁傳感器單元和信號放大與調(diào)整電路。
6.如權(quán)利要求5所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述磁傳感器單元為一霍爾傳感器，一個二次穩(wěn)壓電路連接所述霍爾傳感器。
7.如權(quán)利要求5所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述磁傳感器單元為橋式磁阻傳感器。
8.如權(quán)利要求5所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述信號放大與調(diào)整電路包括一信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路和串接的信號平衡放大輸出電路。
9.如權(quán)利要求8所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述信號零點(diǎn)偏移調(diào)整及放大電路具有其一端連接所述磁傳感器單元輸出的第一電阻，所述第一電阻的另一端連接第一運(yùn)算放大器的正向輸入端，同時連接一由第八電阻和第九電阻構(gòu)成的分壓電路，所述第八電阻和第九電阻的連接端串接一第一電容器，所述第一電容器連接到一第二運(yùn)算放大器的反向輸入端，并串接第四電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端串接第三電阻連接到所述第一運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第二運(yùn)算放大器的正向輸入端連接所述第九電阻的另一端，并串接一第二電容器接地，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端反饋連接到其反向輸入端，并串接一第三電容器接地。
10.如權(quán)利要求8所述的抗干擾車輪傳感器，其特征在于所述信號平衡放大輸出電路具有一第三運(yùn)算放大器，其正向輸入端連接到所述第一運(yùn)算放大器的輸出端，其反向輸入端串接一第七電阻連接一第四運(yùn)算放大器的反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的正向輸入端接地，所述第三運(yùn)算放大器的輸出端串接一第六電阻反饋連接到其反向輸入端，所述第四運(yùn)算放大器的輸出端串接一第五電阻反饋連接到其反向輸入端。
專利摘要一種抗干擾車輪傳感器，其包括一個殼體，在所述殼體內(nèi)設(shè)有一柱形永磁鐵，所述柱形永磁鐵內(nèi)設(shè)有一磁傳感元件，在所述殼體內(nèi)還設(shè)有與所述磁傳感元件電連接的信號處理電路，所述殼體具有一個封閉的底板。由于本傳感器采用了磁場檢測的原理，在磁場與信號的轉(zhuǎn)換方法上將傳統(tǒng)的電感線圈改為磁傳感器，利用磁傳感器的輸出信號不受外部電場變化的干擾、且其感應(yīng)精度較高的特性，使得本實(shí)用新型能從根本上克服在傳統(tǒng)的車輪傳感器中抗干擾能力差、且不適用于低車速檢測的缺陷，磁傳感器的頻率響應(yīng)特性為0－10Kc，故進(jìn)而滿足了時速0－300Km/小時的檢測要求，提高了鐵路列車運(yùn)行參數(shù)的檢測精度、保證列車行車安全。
文檔編號B61K9/00GK2661525SQ200320121760
公開日2004年12月8日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者徐大年 申請人:徐大年