[實用新型]列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器

有效

• 申請號: 202222294722.5
• 申請日: 2022-08-30
• 公開（公告）號: CN218330236U
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 黃采倫;方虎威;梁寧寧;張磊;趙延明;唐博;陳曉犇;張一涵
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G01H1/00
• 分類號: G01H1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請公開了一種列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器，包括外封裝總成、敏感元件組件、自發電組件、信號調理與發射組件四個部分。其有益效果在于：傳感器內部形成對傳感信號的多層屏蔽，有效抑制列車運行中的輻射電磁干擾；敏感元件采用由熱縮環進行固定的環形剪切壓電陶瓷晶體，解決現有列車狀態監測傳感器存在的溫度漂移、工作溫度限制的問題；通過多片柔性PVDF壓電薄膜片堆疊而成的自發電組件能更好地將列車行駛過程中的振動能轉換為傳感器工作所需的電能，解決了現有無線傳感器無法有效供電的問題；信號調理與發射組件以無線方式傳輸監測信號，減少了傳感器安裝成本且克服了傳統傳感器在列車上布線困難的問題。

技術領域

本申請涉及列車運行狀態監測領域，尤其涉及一種列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器。

背景技術

列車運行安全狀態監測是鐵路行車安全保障信息系統的重要組成部分，它通過車載傳感器、監測裝置等實現對運行中列車運行狀態的實時監測，能夠及時發現運行狀態不良的車輛或零部件，為機車車輛檢修提供第一手數據資料，對保障鐵路行車安全和提高機車車輛的檢修水平具有重要意義。傳感器技術作為信息技術的三大基礎之一，是當前各發達國家競相發展的高技術，而無線傳感器由于其簡單、方便應用的優勢得到各行各業的青睞，因此各個國家、各個行業積極研制各種高性能的無線傳感器以應對各類惡劣環境。

由于列車運行工況復雜，工作環境惡劣、干擾因素繁多，列車常易受到沖擊、摩擦等外部作用，這是列車狀態監測傳感器的設計與制作中難以解決的問題；現有列車監測系統中的振動沖擊監測大都由壓縮型壓電式加速度傳感器拾取信號，該類傳感器采用壓電元件—質量塊—彈簧系統裝在與基座連接的圓形中心支柱上的結構，如果基座有變形則將直接影響拾振器輸出；此外，監測對象和環境溫度變化將影響壓電元件，并使預緊力發生變化，易引起溫度漂移，導致監測信號失真，難以滿足列車運行工況要求。

現有列車運行狀態監測傳感器存在布線難、成本高、易受工作環境影響等問題。以鐵路貨運列車為例，不僅存在上述問題，同時由于其在運行過程中需要頻繁編組、隨機性很強，不適合大規模集中供電的方式，導致鐵路貨車上沒有配備可靠的供電系統以及檢測信號傳輸鏈路。而當前使用的普通無線傳感器大多數情況下依賴外部電池供電，存在電池更換不及時導致無線傳感節點失效的風險，并且節點通常需要部署在車輛環境非常惡劣甚至不可進入的環境中，通過更換電池的方式來補充能量是不可行的，因此，當節點的能量耗盡時，節點的生命周期結束，節點能量無法供給這一問題制約了無線傳感器的發展應用。

因此，開發一種適用于滿足貨運列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器，以解決無源、隨機編組貨運列車的在線監測與傳感信號可靠傳輸是非常必要的。

發明內容

為克服現有列車狀態監測傳感器的不足，本申請公開一種列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器。

本申請采用的技術方案是：一種列車運行監測的自發電振動沖擊無線傳感器，包括外封裝總成（1）、敏感元件組件（2）、自發電組件（3）、信號調理與發射組件（4）四個部分，傳感器內部結構形成多重屏蔽，在對設備進行振動監測的同時還可將振動能轉換為電能，無需外部供電就能實現監測信號的無線傳輸；其中，由敏感元件組件（2）、自發電組件（3）、信號調理與發射組件（4）組成的內部組件安裝在傳感器基座（1-1）與傳感器中殼（1-2）形成的腔體內，并經環氧灌封Ⅰ（1-4）固封后由傳感器上殼（1-3）密封；傳感器通過傳感器安裝螺紋（1-6）旋接安裝在列車運行關鍵部件的監測部位，敏感元件組件（2）、自發電組件（3）、信號調理與發射組件（4）的負極由金屬圓柱體（2-1）連通，敏感元件組件（2）、自發電組件（3）的正極分別經導線連接至信號調理與發射組件（4），自發電組件（3）為信號調理與發射組件（4）提供工作電源，敏感元件組件（2）拾取列車運行關鍵部件的振動沖擊信號經信號調理與發射組件（4）調理后以無線方式發射到無線信號采集裝置，實現了對列車運行關鍵部件振動的無源無線監測。