一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器

技术领域

本发明涉及温度传感器非连续运动表面瞬态温度测量技术领域，尤其涉及一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器。

背景技术

高速列车轮毂测温是一项重要的技术，用于监测列车运行过程中轮毂的温度变化。由于高速列车的运行速度较快，轮毂的温度会受到多种因素的影响，包括制动、摩擦、列车负载等。准确测量轮毂的温度可以帮助运营人员监控列车运行状态、预防潜在问题，并采取必要的维护措施。轮毂温度的过高或过低都可能导致运行安全问题。

因此，及时准确地测量轮毂温度对于确保列车运行安全至关重要。传感器与数据采集系统和信号处理算法结合使用，以获得准确的轮毂温度数据。对高速列车轮毂踏面的实时检测有助于提前发现潜在问题，并采取相应的维护和保养措施，从而确保高速列车的安全运行。

发明内容

本发明设计了一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器，其解决的技术问题是现有的高速列车在运行时高速列车轮毂温度测量和轮毂上的油和水渗入到传感器中导致温度传感器的失效的问题。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器，其特征在于：包括第一半圆柱结构（1）和第二半圆柱结构（2）形成的圆柱夹持体，第一半圆柱结构（1）和第二半圆柱结构（2）之间依次为第一绝缘薄膜（3）、第一功能薄膜（6）、第三绝缘膜（5）、第二功能薄膜（7）和第二绝缘膜（4），夹持体通过密封接头安装在轮毂（17）踏面处的沉头孔中，第一功能薄膜（6）与第二功能薄膜（7）相互平行，当列车运行时，温度传感器与轮轨接触，第一功能薄膜（6）与第二功能薄膜（7）与轮轨形成导通状态，在圆柱夹持体端面上的第一功能薄膜（6）与第二功能薄膜（7）形成测温点。

优选地，第一半圆柱结构（1）、第二半圆柱结构（2）、第一绝缘薄膜（3）、第一功能薄膜（6）、第三绝缘膜（5）、第二功能薄膜（7）和第二绝缘膜（4）设有通孔，通过紧固螺钉（8）将上述部件进行紧固。

优选地，密封接头包括卡环（10）、密封螺母（11）以及密封螺栓（12），卡环（10）与密封螺栓（12）上端部连接，然后将圆柱夹持体穿过卡环（10）并放置在密封螺栓（12）的安装孔（121）中，密封螺母（11）一部分与密封螺栓（12）螺接，密封螺母（11）另一部分与卡环（10）接触，卡环（10）与密封螺栓（12）配合实现圆柱夹持体防油防水。

优选地，密封接头还包括支架（13）和后座（15），密封螺栓（12）下端部与支架（13）螺接，支架（13）位于后座（15）的安装腔中，后座（15）与支架（13）之间设有弹簧（14）适应高速列车在运行时轮毂与钢轨之间的挤压。

优选地，所述后座（15）安装腔内表面加工带有缺口的凸台，用于与密封螺栓（12）的凸台端导向配合，实现周向定位及轴向导向。

优选地，后座（15）底部设有螺杆（151），轮毂（17）踏面处的沉头孔底部开有螺孔，后座（15）通过螺杆（151）与螺孔的配合固定在沉头孔中。

优选地，第一引线（91）一端与第一功能薄膜（6）连接，第一引线（91）另一端依次穿过第一绝缘膜（3）、第一半圆柱体结构（1）、密封螺栓（12）、支架（13）以及后座（15）后引出与无线发射采集终端（16）信号输入段连接；第二引线（92）一端与第二功能薄膜（7）连接，依次穿过第二绝缘膜（4）、第二半圆柱体结构（2）、密封螺栓（12）、支架（13）以及后座（15）后引出与无线发射采集终端（16）信号输入段连接。

优选地，无线发射采集终端（16）设置在轮毂（17）上，无线发射采集终端（16）包含多路开关芯片、热电偶采集芯片、带有蓝牙功能的单片机主控芯片、tpc充电锂电池以及与传感器引线直接相连的单位微型直插连接器。

优选地，所述热电偶采集芯片采集到的信号数据通过带有蓝牙功能的单片机主控芯片发送至上位机（19），分析轮毂（17）踏面温度数据，监测轮毂（17）的温度。

优选地，所述第一半圆柱结构和第二半圆柱结构采用6061铝合金材料；

所述第一功能薄膜采用NiCr薄膜；所述第二功能薄膜采用NiSi薄膜；第一绝缘薄膜、第二绝缘膜和第三绝缘膜采用的SiO

所述第一引线采用NiCr引线；所述第二引线采用NiSi引线。

该高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器具有以下有益效果：

（1）本发明提供的用于测高速列车轮毂踏面测温的温度传感器，采用先进的薄膜温度传感器制备技术测温，具有响应时间短，可以测量高速列车轮毂踏面的瞬态温度，响应时间可达百万分之一秒，并且温度测量精度高，可以进行连续测量等优点。

（2）本发明将温度传感器封装在密封接头中，解决了温度传感器端面处的防水放油问题。

（3）本发明提供的薄膜温度传感器温度传感器在支架和后座之间加入了弹簧结构，可以适应高速列车在运行之中列车轮毂与钢轨之间的挤压，防止传感器被破坏。

（4）本发明提供了用于测量高速列车轮毂踏面的薄膜温度传感器传感器，采用引线基底一体化的引线连接方式，通过烧结技术将引线与基底集成到一起，使引线在导出过程中得到了固定。

附图说明

图1为本发明温度传感器的爆炸示意图；

图2为本发明温度传感器的制备示意图；

图3为本发明密封接头的爆炸示意图；

图4为本发明温度传感器的剖视图；

图5为本发明后座结构示意图；

图6为本发明密封螺栓结构示意图；

图7为本发明传感器安装及信号采集示意图；

图8为本发明实施例提供的掩模板示意图；

图9为本发明实施例提供的专业夹具示意图；

图10为本发明的温度检测装置的示意图。

附图标记说明：

1—第一半圆柱结构；2—第二半圆柱结构；3—第一绝缘薄膜；4—第二绝缘膜；5—第三绝缘膜；6—第一功能薄膜；7—第二功能薄膜；8—紧固螺钉；9—补偿导线；91—第一引线；92—第二引线；10—卡环；11—密封螺母；12—密封螺栓；121—安装孔；13—支架；14—弹簧；15—后座；151—螺杆；16—无线发射采集终端；17—轮毂；18—轮轨；19—上位机。

具体实施方式

下面结合图1至图10，对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明公开一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器，沉积有薄膜的第一半圆柱结构1、沉积有薄膜的第二半圆柱结构2、密封螺母11、密封螺栓12、支架13、弹簧14和后座15。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图2所示，温度传感器包括第一绝缘膜3沉积在第一半圆柱结构1的表面，在第一绝缘膜3上沉积第一功能薄膜6。在第二半圆柱体结构2表面依次沉积第二绝缘膜4、第二功能薄膜7、第三绝缘膜5。第一半圆柱结构1和第二半圆柱结构2相扣合，通过紧固螺钉8紧固，形成圆柱体结构。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图3所示，先将卡环10与密封螺栓12上端部连接，然后将固定好的圆柱体结构穿过卡环10并放置在密封螺栓12的安装孔121中后，通过转动密封螺栓12上的密封螺母11来实现对圆柱体结构的夹紧，其中密封螺母11一部分与密封螺栓12螺接，密封螺母11另一部分与卡环10接触。密封接头下端或密封螺栓12下端部与支架13螺接，支架13位于后座15的安装腔中，后座15与支架13之间设有弹簧14。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4所示，第一半圆柱体结构1、第二半圆柱体结构2、第一绝缘膜3、第二绝缘膜4、密封螺栓12以及支架13开设相同直径的引线孔，将第一引线91与第二引线92分别在热电极引脚压紧，实现压接，第一引线91与第二引线92分别从第一功能薄膜6与第二功能薄膜7引出，并且第一引线91与第二引线912通过陶瓷烧结技术分别与第一半圆柱体结构1与第二半圆柱结构2体集成到一起，形成绝缘基底，即引线端。第一引线91、第二引线92分别从密封螺栓12、支架13的引线孔穿出。其中，引线孔直径为0.5mm ,引线截面直径为0.3mm。

图4所示，第一引线91一端与第一功能薄膜6连接，依次穿过第一绝缘膜3、第一半圆柱体结构1、密封螺栓12、支架13以及后座15后引出，第二引线92一端与第二功能薄膜7连接，依次穿过第二绝缘膜4、第二半圆柱体结构2、密封螺栓12、支架13以及后座15后引出。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图5所示，根据弹簧的伸缩量确定确定支架的长度，后座15上有正六面体的缺口，如图6所示，与密封螺栓12上的凸台结构相配合，可以保证整个密封接头在弹簧14的作用下进行伸缩移动。密封螺栓12外表面加工凸台导向，根据伸缩量确定后座15长度，保证轮轨与传感器接触点在测温端上，以保证传感器能顺利伸缩。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，由于6061铝合金具有硬度小、易于抛光、热导率高、热膨胀系数小、机加工性能好、良好的抗腐蚀性、致密均匀无缺陷且容易涂层等优良特性，第一半圆柱结构1和第二半圆柱结构2采用6061铝合金材料。该材料可与被测对象配合磨损。密封螺母11、密封螺栓12、支架13以及后座15为不锈钢材料。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，第一功能薄膜采用NiCr薄膜；第二功能薄膜采用NiSi薄膜；绝缘膜采用SiO

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，本发明提供的一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器，在轮毂17踏面处加工沉头孔结构，沉头孔内侧加工螺纹，通过后座15的螺栓151与沉头孔相配合，用于紧固温度传感器。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，本发明提供的一种高速列车轮毂踏面瞬态温度测量用传感器在高速列车运行时，当温度传感器与轮轨18接触时，在圆柱端面上的第一功能薄膜6和第二功能薄膜7配合形成测温点。

此结构在测量过程中可被磨损，但仍可继续测量使用。

下面具体说明传感器各部件的制备过程：

第一半圆柱结构1和第二半圆柱结构2的制备：将直径优选值为5mm的6061铝合金圆柱形棒材用电火花线切割加工成第一半圆柱结构1和第二半圆柱结构2。

绝缘膜的制备：将基体表面依次选400目、800目、1000目、2000目、5000目、7000目的砂纸打磨，然后再抛光机上依次用W1.0、W0.5的抛光膏抛光至镜面，置于超声波清洗机内，分别用丙酮、酒精和去离子水清洗两次，用氮气吹干后固定在图7专用夹具上，放入真空多功能复合镀膜机的真空溅射室内，采用直流脉冲磁控溅射技术沉积SiO2薄膜作为热电偶的绝缘膜。

功能薄膜的制备：在制备好的SiO2绝缘薄膜上覆盖如图8所示的NiCr、NiSi掩模板上，采用直流脉冲磁控溅射沉积功能薄膜5，其制备过程与绝缘薄膜SiO

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图9所示，无线发射采集终端16通过螺钉固定轮毂17侧面上。第一引线91和第二引线92与无线发射采集终端连接。无线发射采集终端，内部包含多路开关芯片、热电偶采集芯片、带有蓝牙功能的单片机主控芯片、tpc充电锂电池以及与传感器引线直接相连的单位微型直插连接器，用于将传感器信号发送至无线接收终端。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图10所示，上位机19带有USB蓝牙接收端用于接收的传感器信号。采集到的信号数据通过上位机19可以进行分析和应用。通过分析轮毂踏面温度数据，监测轮毂17的温度。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。