一种振动温度复合传感器

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种振动温度复合传感器。

背景技术

随着城市的快速发展,轨道交通已成为城市公共交通重要的组成部分,由于轨道交通的运行区间短,车辆启动、加速、减速和制动频繁的特点,使得轨道车辆在机械运转时的动态载荷变化范围与频率变大，因此为保证轨道车辆的运营安全,对车辆的状态监测就变的尤为重要。目前,轨道交通车辆的状态监测系统具有监测、故障排查、牵引和制动等重要功能,其决定了机车车辆运营速度和安全品质，而状态监测系统对故障的判断主要依靠各类传感器对车辆的实时监测,监测信号主要为温度、振动及冲击信号。

振动温度复合传感器可同时监测温度和振动信号，因此在轨道车辆上广为使用，现有振动温度复合传感器通常可以监测多个方向的振动，为了使传感器能够测量的振动方向与实际轨道车辆需要测量的振动方向一致，通常需要在安装传感器时对传感器的安装位置和角度进行调节。在复杂情况下还需要通过在轨道车辆上安装支架用于固定传感器，通过支架完成对传感器位置和角度的调节。上述方式不仅费时费力，还难以匹配合适形状的支架，不仅降低了传感器安装的便捷度，传感器安装位置不准确还影响传感器后期检测精度。

因此，有必要对现有技术中的振动温度复合传感器进行改进。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种振动温度复合传感器，提升了传感器安装便捷度的同时，提升了传感器的检测精度。

为实现上述目的，本发明的振动温度复合传感器的具体技术方案如下：

一种振动温度复合传感器，包括壳体，所述壳体内部具有密闭的容腔；温度检测模块，设置于所述容腔内；振动检测模块，设置于所述容腔内，并可在其中自由转动；控制模块，设置于所述容腔内，与所述温度检测模块和所述振动检测模块均电连接，所述控制模块包括集成电路板；所述壳体包括底座和转接座，所述底座和所述转接座从两侧夹持所述振动检测模块，用于对所述振动检测模块进行固定。

优选的，为了便于振动检测模块在各个方向上的角度调节，所述振动检测模块包括球形的外壳，所述外壳一侧开设有向所述外壳内部延伸的安装孔，所述安装孔的内壁沿所述外壳的径向开设有三个盲孔，三个所述盲孔的中心轴线两两相互垂直，至少一个所述盲孔内部设置有沿其轴向分布的振动检测单元。

优选的，为了实现对振动检测模块进行固定，实现其最终定位，所述底座和所述转接座相对的侧面均设置有与所述外壳匹配的限位凹口，所述限位凹口内壁开设有线槽，所述壳体包括连接套管，所述底座和所述转接座其中一个与所述连接套管的一端固定连接，另一个设置有插接部，所述插接部与所述连接套管的另一端滑动密封连接，所述转接座设置有紧固件，所述紧固件用于控制所述底座和所述转接座夹紧所述振动检测模块。

优选的，为了提升温度检测模块安装的便捷度，所述底座具有可容纳所述温度检测模块的凹腔，所述底座背离所述转接座的一端为锥形结构。

优选的，为了便于控制模块的放置，同时起到节省传感器安装空间的效果，所述壳体还包括可容纳所述控制模块的转接盒，所述转接盒转动连接于所述转接座背离所述底座的一端，所述转接座具有连通所述转接盒内部的连接通道，所述转接盒背离所述转接座的一侧敞口设置，所述敞口处密封盖设有顶盖，所述转接盒还设置有用于穿设电缆的穿线管，所述穿线管的轴心线与所述连接套管的轴心线相互垂直。

优选的，为了提升振动检测模块调节的便捷度，所述外壳正对所述连接通道的侧面沿自身径向可拆卸连接有调节杆，所述安装孔的开口连通所述连接通道，其中一个所述盲孔与所述调节杆同轴设置，所述调节杆侧面开设有槽口，所述槽口的开口方向与另一个所述盲孔的轴心线延伸方向一致。

优选的，为了便于对振动检测模块进行夹紧固定，所述紧固件为套设于所述连接套管外周的紧固套，所述紧固套的外周面设置有外螺纹，所述紧固套临近所述转接盒的一端内侧设置有压紧凸缘，所述转接座具有与所述压紧凸缘抵接的抵接面。

优选的，为了便于传感器在车体上的安装，所述车体开设有螺纹孔，所述螺纹孔的底端为锥形结构，所述紧固套与所述螺纹孔螺纹连接。

优选的，为了对壳体内部注入灌封胶，提升传感器的密封性能，所述顶盖开设有两个贯穿孔，所述外壳背离所述转接座的一侧开设有贯穿槽，所述贯穿槽连通所述安装孔和所述凹腔。

优选的，为了将灌封胶注满壳体内部，保证其密封性能，其中一个所述贯穿孔连通柔性注胶管的一端，所述注胶管的另一端依次穿过所述连接通道和所述线槽后延伸至所述凹腔的底部。

本发明的振动温度复合传感器具有以下优点：自由转动的振动检测模块可任意调节其方向和角度，使振动检测模块检测振动的方向与轨道车辆实际需要检测的振动量的方向一致，从而降低对传感器壳体安装位置和方向的要求，提升传感器使用的便捷度。

附图说明

图1为本发明的振动温度复合传感器的安装结构示意图；

图2为本发明的振动温度复合传感器的结构示意图；

图3为本发明的振动温度复合传感器的剖视图；

图4为本发明的底座与转接座的连接结构示意图；

图5为图4的A部放大图；

图6为本发明的转接盒的剖视图；

图7为本发明的振动检测模块的结构示意图；

图8为图7的A部放大图；

图9为本发明的振动检测模块的剖视图；

图10为本发明的贯穿孔的结构示意图；

图11为本发明的注胶管的安装结构示意图；

图12为本发明的贯穿槽的结构示意图；

图13为本发明的注胶管的另一种安装结构示意图；

图14为本发明的注胶管与外壳的另一种连接结构示意图；

图中标记说明：1、车体；2、螺纹孔；3、壳体；31、转接盒；32、紧固套；33、底座；34、转接座；35、振动检测模块；36、温度检测模块；37、控制模块；38、电缆；39、连接套管；310、密封圈；311、注胶管；312、第一软管；313、第二软管；3101、顶盖；3102、穿线管；3103、贯穿孔；3201、压紧凸缘；3301、凹腔；3401、连接通道；3402、线槽；3403、抵接面；3404、限位凹口；3501、调节杆；3502、槽口；3503、安装孔；3504、振动检测单元；3505、盲孔；3506、外壳；3507、贯穿槽；3801、热缩管；3802、压接套；3803、波纹管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

“顶面”“底部”“底面”以振动温度复合传感器正常使用状态为参考，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

振动温度复合传感器在使用时，通过其内部的温度检测模块36进行温度检测，通过振动检测模块35进行振动检测，为了使振动检测模块35测量振动量的方向与实际需要测量的轨道车辆振动方向一致，通常需要再安装传感器时对传感器的位置和角度进行调节，特别当振动检测模块35需要同时测量三个振动量时，为了实现传感器的对位，通常还需要定制支架对传感器进行固定，通过支架固定的方式不仅增加了成本，还增加了安装的难度，并且导致传感器占用空间增大，大大降低了传感器使用的便捷度。

为了解决上述问题，参见图1和图2，一种振动温度复合传感器，包括壳体3，壳体3安装于车体1上，壳体3可选用硬质金属材质，并做防腐处理，壳体3内部具有密闭的容腔；温度检测模块36，设置于容腔内；振动检测模块35，设置于容腔内，并可在其中自由转动；控制模块37，设置于容腔内，与温度检测模块36和振动检测模块35均电连接，控制模块37包括集成电路板；壳体3包括底座33和转接座34，底座33和转接座34从两侧夹持振动检测模块35，用于对振动检测模块35进行固定。

上述传感器中，温度检测模块36可以是热电偶或者热敏电阻，用于检测轨道车辆车体1的温度，振动检测模块35用于检测车体1的振动，控制模块37为集成了各种电子器件的电路板，温度检测模块36和振动检测模块35通过导线与控制模块37连接。

该振动温度复合传感器使用时，首先将传感器的壳体3固定于车体1上，之后调节振动检测模块35的位置，使振动检测模块35检测振动量的方向与实际车体1需要检测的振动量方向一致，之后通过底座33和转接座34对振动检测模块35进行夹持固定，完成传感器的安装。

与现有振动温度复合传感器相比，该传感器设置可自由转动的振动检测模块35，通过调节振动检测模块35的位置，使传感器检测振动量与实际车体1需要检测振动量的方向一致，而无需通过调节传感器壳体3的安装方式进行传感器角度调节，提升了传感器安装的便捷度，同时也可使传感器检测振动量的方向与实际需要检测振动量的方向对位更加精准，提升后续传感器检测的精度。

进一步的改进是，参见图7-图9，振动检测模块35包括球形的外壳3506，外壳3506一侧开设有向外壳3506内部延伸的安装孔3503，安装孔3503的内壁沿外壳3506的径向开设有三个盲孔3505，三个盲孔3505的中心轴线两两相互垂直，至少一个盲孔3505内部设置有沿其轴向分布的振动检测单元3504。

球形外壳3506有利于实现不同方向的自由转动，振动检测单元3504用于检测车体1在单个方向上的振动量，通过在三个盲孔3505内部分别安装一个振动检测单元3504可实现对车体在三个不同方向上振动的检测；振动检测单元3504的安装数量和安装的盲孔3505位置可根据轨道车辆实际检测需求进行改变，提升了传感器使用的便捷度。

与现有三轴振动传感器相比，通过在安装孔3503内壁的不同位置沿外壳3506的径向开设多个盲孔3505，并在各盲孔3505内安装振动检测单元3504，还可实现传感器对更多数量和更多方向振动量的检测，而不仅仅局限于X轴、Y轴和Z轴三个方向的检测，提升了传感器的检测性能。

进一步的改进是，参见图3-图5，底座33和转接座34相对的侧面均设置有与外壳3506匹配的限位凹口3404，限位凹口3404内壁开设有线槽3402，壳体3包括连接套管39，底座33和转接座34其中一个与连接套管39的一端固定连接，另一个设置有插接部，插接部与连接套管39的另一端滑动密封连接，转接座34设置有紧固件，紧固件用于控制底座33和转接座34夹紧振动检测模块35，插接部与连接套管39之间通过弹性密封圈310密封连接。

底座33与连接套管39的一端焊接在一起实现两者之间的固定和密封，插接部为转接座34的组成部分，插接部插接于连接套管39的另一端内侧，并与连接套管39滑动配合，密封圈310为橡胶圈，设置密封圈310可实现转接座34与连接套管39之间的密封，进而提升传感器整体的密封性能，延长传感器的使用寿命，并且密封圈310的弹性使其可以伸缩，在插接部滑动时，弹性的密封圈310可始终与连接套管39和转接座34连接，保证密封性能。

使用时，当振动检测模块35调节到位后，通过紧固件对转接座34施压，使转接座34与底座33相互靠近，限位凹口3404的内壁与外壳3506的外壁紧密贴合，在摩擦力的作用下，实现对外壳3506的夹持固定，最终实现各个振动检测单元3504的定位，提升了传感器调节的便捷度。

进一步的改进是，参见图6，壳体3还包括可容纳控制模块37的转接盒31，转接盒31转动连接于转接座34背离底座33的一端，转接座34具有连通转接盒31内部的连接通道3401，转接盒31背离转接座34的一侧敞口设置，敞口处密封盖设有顶盖3101，转接盒31还设置有用于穿设电缆38的穿线管3102，穿线管3102的轴心线与连接套管39的轴心线相互垂直。

转接座34的一端插接与转接盒31上的连接口内，使转接盒31可绕着连接通道3401的轴心线转动，两者连接部位通过橡胶圈进行密封，转接盒31用于放置控制模块37，控制模块37通过电缆38实现与外部设备的连接，进而实现传感器与外部信号采集设备的信号传输和供电；当顶盖3101打开时，转接盒31的敞口部位直接连通至振动检测模块35处，以便于对振动检测模块进行方向调节，提升传感器调试的便捷度。

穿线管3102处还设置有防护结构，具体参见图6，电缆38套设有压接套3802，压接套3802的一端与穿线管3102螺纹连接，压接套3802的另一端连接有波纹管3803，穿线管3102和波纹管3803与压接套3802的连接处套设有热缩管3801。

压接套3802受压变形后与电缆38固定连接，压接套3802一端具有外螺纹并与穿线管3102螺纹连接，两者连接部位设置橡胶圈进行密封；电缆38的外周套设波纹管3803实现对电缆38的保护，波纹管3803的一端套设在压接套3802上，热缩管3801套设在波纹管3803、穿线管3102和压接套3802的连接部位，通过加热后热缩管3801收缩，实现对波纹管3803、穿线管3102和压接套3802的连接部位的密封和加固，进而保证电缆38与穿线管3102连接的牢固度以及密封效果，提升传感器的防护效果，延长传感器的使用寿命。

与现有传感器相比，该传感器的穿线管3102与壳体3之间呈90度设置，使传感器垂直于车体1的安装面安装时，电缆38可以贴合车体1表面延伸设置，减少传感器的空间占用，提升传感器的实用性。

进一步的改进是，参见图3，外壳3506正对连接通道3401的侧面沿自身径向可拆卸连接有调节杆3501，安装孔3503的开口连通连接通道3401，其中一个盲孔3505与调节杆3501同轴设置，调节杆3501侧面开设有槽口3502，槽口3502的开口方向与另一个盲孔3505的轴心线延伸方向一致。

为方便调节杆3501的安装，调节杆3501的端部可设置螺纹套，并在安装孔3503内周面设置螺纹，将螺纹套与安装孔3503螺纹连接，实现调节杆3501与外壳3506的连接，螺纹连接的方式可提升调节杆3501拆装的便捷度，螺纹套与调节杆3501的连接处需要预留穿线孔，以便于振动检测单元3504的导线穿过穿线孔后与控制模块37连接。

上述传感器使用时，通过推动或者转动调节杆3501背离外壳3506的一端，可控制外壳3506转动和摆动，进而实现对各振动检测单元3504方向的调节，使其与车体1实际需要检测的振动方向重合，提升了传感器调试的便捷度。

进一步的改进是，参见图1和图3，紧固件为套设于连接套管39外周的紧固套32，紧固套32的外周面设置有外螺纹，紧固套32临近转接盒31的一端内侧设置有压紧凸缘3201，转接座34具有与压紧凸缘3201抵接的抵接面3403，车体1开设有螺纹孔2，螺纹孔2的底端为锥形结构，紧固套32与螺纹孔2螺纹连接。

安装传感器时，将壳体3插入螺纹孔2内部，使底座33与螺纹孔2的底部抵接，通过底座33实现振动和温度的传递，同时紧固套32与螺纹孔螺纹连接，紧固套32紧邻转接盒31的一端外周为正六边形，安装传感器时可通过扳手拧动该端，方便紧固套32拧紧；通过拧动紧固套32使压紧凸缘3201可以对转接座34增大或者减小压力，从而实现转接座34和底座33对外壳3506的夹紧和放松，夹紧状态时，则振动检测单元3504被定位，并且外壳3506与底座33之间刚性连接，使振动可以传递至振动检测单元3504，可对车体1振动进行检测，放松状态时，则外壳3506可自由转动，实现对振动检测单元3504放心的调节。

进一步的改进是，参见图3和图4，底座33具有可容纳温度检测模块36的凹腔3301，底座33背离转接座34的一端为锥形结构；锥形结构的底座33与锥形结构的螺纹孔2底部可紧密抵接，实现对底座33的定位和与螺纹孔2之间的对中，并使底座33与螺纹孔2连接更加紧密，保证传感器的检测精度。凹腔3301设置于底座33上可使设置于凹腔3301内部的温度检测模块36位于传感器的前端，提升温度检测模块36检测温度的精度；锥形结构的底座33可与车体1上开设的螺纹孔2底端的锥形结构匹配，使螺纹孔2的内壁可对底座33起到一个定位导向的作用，防止底座33部分发生偏移，以保证传感器与螺纹孔2之间的同轴度，提升传感器的检测精度；线槽3402连通凹腔3301和连接通道3401，温度检测模块36的导线通过限位凹口3404上的线槽3402连接至控制模块37，实现温度检测模块36的布线。

以上传感器的使用过程如下：首先在轨道车辆车体1上开设螺纹孔2，将传感器壳体3插入螺纹孔2内部，直至底座33与螺纹孔2底部抵接，底座33和螺纹孔2的锥形结构相互配合，可实现对底座33的对中定位，提升传感器与螺纹孔2之间的同轴度，进而提升传感器的检测精度；插入壳体3的同时将紧固套32拧入螺纹孔2内部，使紧固套32可以对转接座34施加一个预紧力，在不影响外壳3506转动的同时，实现对壳体3的初步定位；之后打开转接盒31的顶盖3101，通过调节杆3501调节各振动检测单元3504的方向；以设置有三个振动检测单元3504的传感器为例，操作调节杆3501时，由于其中一个振动检测单元3504的方向与调节杆3501的延伸方向一致，通过摆动调节杆3501至设定位置，即可实现对该振动检测单元3504的定位，另外两个振动检测单元3504中其中一个方向与槽口3502的开口朝向一致，另一个与槽口3502的开口夹角为90度，因此绕着调节杆3501的中心轴线旋转调节杆3501，并通过槽口3502的开口朝向确定另外两个振动检测单元3504的方向，即可实现对另外两个振动检测单元3504方向的调节，调节杆3501本身以及槽口3502均起到了导向的作用，大大提升了振动检测单元3504方向调节的便捷度，提升了传感器安装的便捷度；振动检测单元3504方向调节完成后，继续拧紧紧固套32，增大限位凹口3404与外壳3506之间的摩擦力，实现对外壳3506的固定，进而实现对振动检测单元3504的定位，同时也实现对传感器壳体3与车体1之间的紧固定位；完成后盖上顶盖3101，实现对传感器的密封，保证传感器内部器件的正常使用。

进一步的改进是，参见图10-图12，顶盖3101开设有两个贯穿孔3103，外壳3506背离转接座34的一侧开设有贯穿槽3507，贯穿槽3507连通安装孔3503和凹腔3301；其中一个贯穿孔3103连通柔性注胶管311的一端，注胶管311的另一端依次穿过连接通道3401和线槽3402后延伸至凹腔3301的底部。

上述传感器中，当传感器外壳正向安装，即顶盖3101位于顶部时，且与铅垂线之间的夹角小于或者等于90度时，通过其中一个贯穿孔3103，可向壳体3内部灌注灌封胶，该传感器中灌封胶选用环氧树脂灌封胶，灌封胶灌入后，通过贯穿槽3507和线槽3402可流动至凹腔3301内部，贯穿槽3507设置有多个且环绕安装孔3503轴心线等间隔设置，贯穿槽3507为长条状，其延伸范围较大，可防止外壳3506转动时，贯穿槽3507被底座33堵塞，同时另一个贯穿孔3103用于排出传感器内部的空气，直至灌封胶注满整个壳体3内部，之后封闭两个贯穿孔3103，等待灌封胶固化；在灌注过程中，通过拧动转接盒31可使用于排气的贯穿孔3101转动至壳体3内部空间的最高位置处，防止该贯穿孔3101被灌封胶堵住无法顺利排气，导致壳体3内部无法注满灌封胶。

当传感器外壳倒向安装，即顶盖3101位于顶部时，且与铅垂线之间的夹角小于或者等于90度时，可在其中一个贯穿孔3103处连接注胶管311，并使注胶管311的另一端通过线槽3420后伸入凹腔3301的底部；灌注灌封胶时，通过另一个贯穿孔3103向壳体3内部注入灌封胶，而注胶管311此时用于排出空气或者用于将壳体3内部抽真空，灌封胶灌满壳体3内部后，通过注胶管311溢出，此时表示壳体3内部已经注满灌封胶，可停止灌注，此时注胶管311还起到了检测灌封胶灌注量的作用，之后堵住两个贯穿孔3103，使灌封胶固化；设置注胶管311的传感器结构同样适用于正向安装的传感器，此时可通过注胶管311将灌封胶直接灌注到壳体3的底部，提升灌注灌封胶的效果，开设的线槽3402除了用于容纳温度检测模块36的导线以及注胶管311外，还可使灌封胶通过线槽3402流动至壳体3内部各处，提升对传感器的注胶效果。

上述设置注胶管311的传感器中，注胶管311设置于线槽3402中，受到线槽3402尺寸的影响，导致注胶管311的管径无法设置较大，影响传感器的注胶速度，并且为了适应转接座34的活动，注胶管311需要设置成柔性材质，柔性材质的注胶管311设置于振动检测单元3504的一侧，会吸收部分振动，从而对传递至振动检测单元3504处的振动信号造成干扰，影响传感器检测振动的精度。

为此可以在上述设置注胶管311的传感器的基础上，注胶管311设置为与外壳3506一样的硬质金属材质，并将注胶管311沿安装孔3503的轴向固定在安装孔3503内部，而不设置在线槽3402内部，并使其贯穿外壳3506与凹腔3301连通，注胶管311的一端可延伸至转接盒31内部，如此可通过注胶管311替代调节杆3501，实现对外壳3506的位置调节，省去调节杆3501的设置，而注胶管311的一端的侧面同样设置槽口3502，并且外壳3506背离转接座34的一侧同样开设有贯穿槽3507，贯穿槽3507连通安装孔3503和凹腔3301；注胶管311的一端通过第一软管312与其中一个贯穿孔3103连通，注胶管311的另一端通过第二软管313连接至凹腔3301的底部。

上述将注胶管311设置于安装孔3503内的传感器中，第一软管312可在外壳3506调节到位之后再进行安装，从而减小对外壳3506调节的影响，其注胶方式与将注胶管311设置于线槽3402内部时一致。将注胶管311与安装孔3503同轴设置时为注胶管311的最佳安装方式，通过将位于外壳3506内部部分的注胶管311设置成硬质金属材质，可减少注胶管311对振动的吸收，从而提升传感器检测振动的精度；并且安装孔3503内部由更多的空间可以容纳更粗的注胶管311，进而提升注胶管311注胶的速度，提升传感器的安装效率。当注胶管311与安装孔3503同轴设置时，其中一个振动检测单元3504检测振动的方向与注胶管311的轴向一致，另外两个振动检测单元3504检测振动的方向与注胶管311的径向一致，且另外两个振动检测单元3504与注胶管311之间的距离相等，且与将注胶管311设置在线槽3402内部相比，将注胶管311设置在安装孔3503内部，可使注胶管311与三个振动检测单元3504的相对位置始终保持一致，降低振动监测单元3504调节过程中因与注胶管311相对位置发生改变，而导致注胶管311对振动检测单元3504产生干扰的几率，进一步提升传感器检测的精度；注胶管311设置于安装孔3503内，使单个注胶管311同时具有调节杆3501的功能，可减少对传感器内部空间的占用，使注胶管311调节外壳3506角度可，具有更大的摆动空间，扩大调节振动检测单元3504方向的范围，进而提升传感器使用的便捷度。

以上灌注灌封胶的传感器中，使用的软管可以是金属波纹管，并最终使灌封胶也灌注满金属波纹管，如此可以减少软管对振动的吸收，提升传感器检测振动的精度；并且传感器通过调节内部的外壳3506实现对各振动检测单元3540检测方向的调节，大大提升了传感器调节的便捷度；同时无需在传感器与车体1之间额外设置辅助支架，提升了传感器安装的便捷度，减小了传感器占用的空间，使轨道车辆通过狭小隧道时，降低了传感器发生损坏的几率；并且通过向传感器内部灌注灌封胶，等待灌封胶固化后，可提升传感器的密封性能，延长传感器的使用寿命；同时可防止传感器使用时内部的器件因振动发生松动，有效保障传感器长期使用时的检测精度。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。