專利名稱：低速中心觸發(fā)車輪傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型是用于交通運輸列車中計軸、計輛、軸溫探測的裝置。
目前，國內外流行的鐵路列車車輪傳感器有無源和有源傳感器。無源車輪傳感器是繞在的鋼軌構成磁路用“U”型磁鋼上的線圈。當車輪通過“U”型磁鋼上面時，由于改變磁通量，產生磁感應電動勢；這種傳感器列車行駛速度5公里/小時以下不能使用，而且在電氣化鐵路區(qū)段上受由鋼軌回流電流所產生的干擾磁場的影響，只適用于車輪改變磁通量所產生的有用電信號高于干擾信號區(qū)段。有源車輪傳感器是把霍爾開關集成電路放置在特定磁路中間，當車輪通過其磁路上面時，霍爾開關集成電路受磁場的作用，輸出脈沖電信號，霍爾開關集成電路一般在低溫條件下不能工作，而且磁場變化10-2特斯拉數量級的條件下才能工作。還有一種是利用互感的原理提供初級線圈某一固定信號，次數感生同一頻率的信號，當車輪通過時改變原回路的外部耦合條件，導致次級線圈回路相位或頻率的變化，后級的鑒相器或鑒頻器即可分離出車輪信號。這種有源車輪傳感器雖有較好的低速性能，但不能給出中心觸發(fā)信號。
本實用新型的目的是提出一種低速中心觸發(fā)車輪傳感器，在磁芯和線圈骨架上，繞有初級和次級線圈，磁鋼固定在線圈骨架兩端構成一個磁路，并把它固化封裝在非導磁材料的殼體內，與其相配套的電路板是由振蕩放大、倍頻濾波、全波整流、偏置、補償、輸出自動穩(wěn)零、過零比較等電路組成，克服無源車輪傳感器在低速區(qū)段漏軸和電氣化區(qū)段抗干擾差等不足，實用于行速0-180公里/小時，不受電氣化區(qū)段鋼軌回流電流干擾的影響，并能精確測量車輪中心位置的低速中心觸發(fā)車輪傳感器。
本實用新型是由殼體1、磁鋼2、線圈骨架3、磁芯4、初級線圈5、次級線圈6、電纜7和由振蕩電路、偏置磁場電路、交流放大電路、倍頻濾波電路、全波整流電路、自動穩(wěn)零電路、直流放大電路、補償電路、超門限過零比較組成的電路，組成低速中心觸發(fā)車輪傳感器。如圖1、4、5所示。其特征在于磁芯4置于線圈骨架3中間，初級線圈5、次級線圈6套裝在線圈骨架3上，同向磁極的磁鋼2固定在線圈骨架3的兩端，并置于殼體1內，初、次級線圈5、6用電纜線7與振蕩電路、偏置磁場電路、交流放大電路、倍頻濾波電路、全波整流電路、自動穩(wěn)零電路、直流放大電路、補償電路、超門限過零比較組成的電路聯接，組成低速中心觸發(fā)車輪傳感器。其中磁芯4是軟磁合金材料制成的多晶、非晶軟磁合金條形狀、膜片狀；磁芯4可用一條、幾條。
本實用新型利用多晶或非晶軟磁合金絲(或薄膜片)為磁芯的磁通量閘門原理，用繞在一根或多根磁芯上的初級和次級線圈所制成的高分辨率磁探測器，同磁鋼構成一個磁路，并把它固化封裝在非導磁材料的殼體內制成，用電纜與它本配套的驅動電路板是由振蕩、放大、倍頻濾波、全波整流、偏置、補償、輸出自動穩(wěn)零、過零比較等電路相聯接而組成。其中圖2是在用一根多晶或非晶軟磁合金絲(或膜片)為磁芯4和線圈骨架3上繞初級線圈5和次級線圈6，在線圈骨架3兩端上各貼一塊同向磁極的磁鋼2，用電纜7與圖4驅動電路框圖相聯接；圖3是用在兩根多晶或非晶軟磁芯合金絲(或膜片)和線圈骨架3上差分復繞初級線圈5和次級線圈6，在線圈骨架3兩端各貼一塊同向磁極的磁鋼2，用電纜7與圖5驅動電路框圖相聯接。
在圖2中的線圈骨架3上的初級線圈5，通以基頻ω0為數百一數千赫茲的正弦波交變電流，產生變磁場為Hin＝Hmexp(jω0t)(當外磁場H0＝0時)，這時在次級線圈6上輸出對稱的正負脈沖電壓。而在圖3上的次級線圈6上由于初級線圈5差分復繞的結果，次級輸出電平因基頻的奇數倍電壓互相抵消而輸出零電平。
當外磁場H0≠0時，在圖2和圖3線圈骨架3上的初級線圈5產生的交變磁場Hin＝H0＋Hmexp(jω0t)而次級線圈6上產生的脈沖電壓經傅里葉級數展開得在圖2次級線圈6上 在圖3中次級線圈6上 展開式的基頻ω0的倍頻系數Az與外磁場H0成正比。同樣，展開式的基頻ω0的其他偶數倍頻系數An(n＝4，6、8……)都與外磁場H0有一定的函數關系。因此在圖2上的次級線圈6與圖4中的先接倍頻濾波器；而圖3的次級線圈6不需要倍頻濾波器，聯接與圖5所示。
這種磁通量閘門磁探測器的偶數倍頻信號電壓經整流后，在正負磁場下都輸出單向變化的電壓。為了在正負磁場下能輸出對應的正負電壓，可用如下兩種結構來實現一是在初級線圈外面再繞一層偏置補償線圈，通以一定的偏置電流；二是把次級線圈兼用做偏置補償線圈，通以一定的偏置電流。這一偏置電流在線圈中產生一定的偏置磁場。在外磁場為零時，選擇一定的偏置電流，使得輸出電壓為最大輸出電壓的二分之一。這樣，以這輸出電壓值為零點，如果外磁場與偏置磁場方向一致，則輸出電壓正向變化；如果外磁場與偏置磁場方向相反，則輸出電壓反向變化。前一種結構必然多增加一根傳感器的外引出線，變成四根出線，而后一種結構，只需要三根引出線，即地線、初級引出線和次級引出線。
在本實用新型中，采用抵消外磁場的補償措施。最后一級直流放大電路產生補償電流，它通過偏置補償線圈或者直接通過次級線圈，將產生與外磁場方向相反的磁場，以抵消作用在線圈中的外磁場。本低速中心觸發(fā)車輪傳感器在外磁場變化10-3特斯拉的情況下輸出電壓能改變5伏以上。
為了輸出零點漂移限定在一個小范圍，在最后一級直流放大電路中間可以加一個輸出自動穩(wěn)零電路(如圖4和5)。如果輸出零點漂移超過規(guī)定的零偏壓時，經過較長時間后把零點自動拉回到限定零偏壓值內。這對低速中心觸發(fā)車輪傳感器的檢測毫無影響。如果不用輸出自動穩(wěn)零電路，那么雖然零點漂移稍微大些，但車輪通過時輸出電壓變化也足以使零點比較電路輸出脈沖信號。因此低速中心觸發(fā)車輪傳感器，在沒有輸出自動穩(wěn)零電路的情況下，也能正常工作。
低速中心觸發(fā)車輪傳感器的軸向幾何中心與車輪軸中心位置相一致時，過零比較電路將輸出正脈沖，因此能精確測量列車軸中心的位置。
使用時，把粘貼好磁鋼的磁探測器放在一個非導磁材料制成的外殼中，然后填充填充劑，在高溫下固化后制成的。這種低速中心觸發(fā)車輪傳感器用夾具固定在平行于鋼軌的內側面，以便探測器芯和線圈的軸向與鋼軌軸向完全保持平行。在電氣化鐵路區(qū)段鋼軌上，通過的回流電流所產生的磁場是在垂直于鋼軌和傳感器軸向的平面上，因此這種傳感器基本上不受回流電流的干擾。
本實用新型與現有的技術相比，它解決了低速、抗干擾性差等不足，與列車行駛速度無關、高低溫性能好、抗干擾性強、能精確測量車輪中心等優(yōu)點，對于確保鐵路安全運行和提高鐵路運行效率將會起到積極的作用。


圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型只有一條磁芯時的結構示意圖；圖3是本實用新型二條磁芯時的結構示圖；圖4是本實用新型的電路方塊圖圖5是本實用新型沒有倍頻濾波電路的電路方塊圖；圖6是本實用新型的電路圖。
本實用新型的實施例低速中心觸發(fā)車輪傳感器主要由殼體1、磁鋼2、線圈骨架3、磁芯4、初級線圈5、次級線圈6、電纜7和由振蕩電路、偏置磁場電路、交流放大電路、倍頻濾波電路、全波整流電路、自動穩(wěn)零電路、直流放大電路、補償電路、超門限過零比較組成的電路組成。其中，殼體1、線圈骨架3用工程塑料注塑而成，線圈采用漆包線，初級線圈用差分復繞方法制成；磁芯4采用多晶或非晶軟磁合金薄膜、絲制成。磁鋼用磁粉模壓成型，保證大小一致。電纜7選用全部電路按圖6制成10×10cm的塊的印刷電路板，構成的元器件是集成電路(741、OP07、358、555、4029、4013)電阻、電容和二極管。
先在2條線圈骨架3繞上初、次級線圈4、5，中間放入磁芯4，兩端固定好同方向的磁鋼2，把焊制印刷電路板經調試好后，用電纜7把初、次級線圈與電路板聯接，并加電壓，進行逐級調試好。將組合好的線圈、磁鋼、線圈骨架、磁芯固定在殼體內，注入由石英粉、環(huán)氧樹脂和凝固劑組成的填充劑，升溫固化24小時后，組成低速中心觸發(fā)車輪傳感器。
權利要求1.一種低速中心觸發(fā)車輪傳感器，包括殼體、電纜，其特征在于磁芯(4)置于線圈骨架(3)中間，初級線圈(5)、次級線圈(6)套裝在線圈骨架(3)上，同向磁極的磁鋼(2)固定在線圈骨架(3)的兩端，并置于殼體(1)內，初、次級線圈(5)、(6)用電纜線(7)與振蕩電路、偏置磁場電路、交流放大電路、倍頻濾波電路、全波整流電路、自動穩(wěn)零電路、直流放大電路、補償電路、超門限過零比較組成的電路聯接，組成低速中心觸發(fā)車輪傳感器。
2.根據權利要求1所述的低速中心觸發(fā)車輪傳感器，其特征在于所說的磁芯(4)是軟磁合金材料制成的多晶、非晶軟磁合金條絲狀、膜片狀。
專利摘要一種低速中心觸發(fā)車輪傳感器，主要由殼體、磁鋼、線圈骨架、磁芯、線圈和與它配套驅動電路所組成。其特征是磁芯位于線圈骨架中，初、次級線圈套在線圈骨架上，兩端固定磁鋼后置于殼體內，用電纜把線圈與由振蕩、偏置磁場、交流放大、倍頻濾波、全波整流、自動穩(wěn)零、直流放大、補償、超門限過零比較電路聯接組成。本實用新型克服了無源車輪傳感器的不足，具有與列車速度無關，高低溫性能好，抗干擾性強、能精確測量車輪軸中心等優(yōu)點。
文檔編號G01D5/12GK2239011SQ9520091
公開日1996年10月30日 申請日期1995年1月11日 優(yōu)先權日1995年1月11日
發(fā)明者安曉波, 黃得星 申請人:哈爾濱鐵路局哈爾濱科學技術研究所, 黑龍江大學敏感技術研究所