一種有源車輪傳感器的制作方法

本實用新型屬于鐵磁物體探測領域，具體涉及一種有源車輪傳感器。

背景技術：

鐵路車輪傳感器(也稱為磁鋼)是鐵路線檢測設備不可缺少的組成部分，其廣泛應用在鐵路、鋼鐵和礦山等領域的車輛檢測自動化系統中。目前，鐵路車輪傳感器一般為無源的傳感器，采用永久磁鐵加感應線圈制成。它的工作原理是當車輪經過永久磁鐵產生的磁場時，車輪對永久磁鐵的外露磁場產生變化的擾動，等效于磁鋼內部感應線圈中的磁通量發生變化，感應線圈內部磁通量的變化會在感應線圈中產生一個感應電動勢，其外部表現就是在感應線圈兩引出線端形成電壓差。車輪在逼近磁鋼、到達磁鋼以及遠離磁鋼的過程中，在感應線圈的兩端產生一個近似單個正弦周期信號的脈沖信號，該脈沖信號即為車輪經過時被檢測到的車輪經過信號。

感應電動勢的大小與感應線圈中磁通量變化的快慢相關。磁通量變化越快，線圈中產生的感應電動勢就越大；磁通量變化越慢，線圈中產生的感應電動勢就越小。磁通量變化的快慢由車輪經過的速度決定，因而當車輪快速通過時，磁鋼能夠產生很好的脈沖信號作為車輪通過的指示信號。但是，當車輪通過速度低于5km/h時，采用無源磁鋼產生的脈沖信號將非常微弱，在實際應用中已經不能正確指示車輪的通過信息，容易出現延遲觸發或丟失檢測信號的現象。另外，無源磁鋼還存在著使用壽命低和適應低速性能差等缺點。

技術實現要素：

為了解決現有技術存在的上述問題，本實用新型提供了一種有源車輪傳感器，該有源車輪傳感器計軸準確，抗干擾能力強。

本實用新型所采用的技術方案為：一種有源車輪傳感器包括蓋體、盒體、永久磁鐵、放大板和電纜線；所述蓋體設置在所述盒體頂端；所述永久磁鐵和放大板均設置在所述盒體中，所述放大板上設置有霍爾元件和放大電路，所述霍爾元件與放大電路連接，所述霍爾元件位于所述永久磁鐵寬度方向的軸線上；所述盒體側壁上開設一通孔，所述電纜線穿過所述通孔與所述放大板連接。

進一步地，所述電纜線采用三芯電纜線，所述三芯電纜線包括一電源線、一地線和一信號線，所述信號線與所述放大電路的輸出端連接。

進一步地，所述永久磁鐵采用磁場強度為550～600MT的磁鐵。

進一步地，所述盒體內澆注環氧樹脂。

進一步地，所述通孔中設置一金屬防水接頭，所述電纜線穿過所述金屬防水接頭與所述放大板連接。

進一步地，所述放大板采用L形PCB板，所述永久磁鐵設置在所述L形PCB板的右上側，沿所述永久磁鐵的寬度方向，所述永久磁鐵的下方設置有多排螺孔，所述螺孔用于固定所述L形PCB板。

進一步地，所述霍爾元件采用單極性開關型霍爾元件ES580。

進一步地，所述放大電路包括三極管、第一至第四電阻，所述三極管采用型號為3CK3B的功率開關三極管，所述三極管的發射極連接電源，其基極通過所述第一電阻與所述霍爾元件的輸出端連接，其基極與發射極之間連接有所述第二電阻，其集電極通過所述第三和第四電阻接地。

進一步地，所述永久磁鐵靠近所述盒體底端的一端設置有第一墊板，所述永久磁鐵靠近所述蓋體的一端設置有第二墊板；所述第一墊板和第二墊板均采用無磁材質制成。

進一步地，沿所述永久磁鐵的長度方向，在所述盒體的兩側設置有與所述盒體底端平行的翼板，所述翼板上開設有長形孔。

由于采用以上技術方案，本實用新型的有益效果為：本實用新型通過設置永久磁鐵和放大板，當列車車輪經過本實用新型有源車輪傳感器的上表面時，本實用新型有源車輪傳感器輸出方波形式的脈沖電壓信號，輸出的脈沖信號提供給外部檢測設備，能夠達到在列車低速時也能夠判軸判輛的目的。本實用新型計軸準確、抗干擾能力強、節約成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型有源車輪傳感器的俯視圖；

圖2是霍爾元件的磁場強度與電壓關系示意圖；

圖3是放大電路的原理圖；

圖4是本實用新型有源車輪傳感器性能測試的擺放示意圖；

圖5是進距測試示意圖；

圖6是出距測試示意圖。

圖中1-盒體；2-永久磁鐵；3-放大板；31-霍爾元件；4-電纜線；5-金屬防水接頭；6-第一墊板；7-第二墊板；8-翼板；81-長形孔。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本實用新型的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本實用新型所保護的范圍。

如圖1所示，本實用新型提供了一種有源車輪傳感器，其包括蓋體(圖中未示出)、盒體1、永久磁鐵2、放大板3和電纜線4。蓋體設置在盒體1頂端。永久磁鐵2和放大板3均設置在盒體1中，放大板3上設置有霍爾元件31和放大電路，霍爾元件31與放大電路連接，放大電路用于對霍爾元件31輸出的微弱信號進行放大輸出。霍爾元件31位于永久磁鐵2寬度方向的軸線上。盒體1側壁上開設一通孔。電纜線4穿過通孔與放大板3連接。進一步地，電纜線4采用三芯電纜線4，三芯電纜線4包括一電源線、一地線和一信號線。信號線與放大電路的輸出端連接。

進一步地，盒體1采用ABS材料制成，蓋體采用環氧玻璃布板制成。

進一步地，永久磁鐵2采用磁場強度為550～600MT的磁鐵。本實用新型有源車輪傳感器的輸入電壓為5V～30V，輸出電壓為5V～30V，工作溫度為-40℃～+80℃。

使用時，將本實用新型有源車輪傳感器放置在鋼軌上，本實用新型有源車輪傳感器的工作原理為：霍爾元件31與永久磁鐵2保持相對位置不變，即霍爾元件31處于一恒定磁場中。當列車車輪經過本實用新型有源車輪傳感器上表面時，車輪改變了恒定磁場的場強。磁通量開始變化，當場強達到霍爾元件31的最大動作點時，放大電路的輸出電平由低跳變為高；當場強達到霍爾元件31的最小釋放點時，放大電路的輸出電平又由高恢復為低。磁場在霍爾元件31的最大動作點和最小釋放點之間形成一時間脈沖。時間脈沖的周期和車輪速度成正比。當列車車輪經過本實用新型有源車輪傳感器的上表面時，本實用新型有源車輪傳感器輸出方波形式的脈沖電壓信號。其中，當車輪停在有源車輪傳感器上方時，本實用新型有源車輪傳感器輸出高電平。本實用新型有源車輪傳感器輸出的脈沖信號提供給外部檢測設備，達到在列車低速時也能夠判軸判輛的目的。

上述實施例中，為使霍爾元件31與永久磁鐵2之間的相對位置保持不變，在盒體1內澆注環氧樹脂，使永久磁鐵2和放大板3固定封裝在盒體1中。

上述實施例中，為防止盒體1內進水或盒體1內澆注的環氧樹脂外滲，盒體1側壁的通孔中設置一金屬防水接頭5，電纜線4穿過金屬防水接頭5與放大板3連接。

上述實施例中，為方便本實用新型有源車輪傳感器進行調測實驗，放大板3采用L形PCB板。永久磁鐵2設置在L形PCB板的右上側，沿永久磁鐵2的寬度方向，永久磁鐵2的下方設置有多排螺孔，通過螺孔和螺釘的配合，將L形PCB板的橫板固定在永久磁鐵2下方的不同位置，從而方便進行調測實驗時改變霍爾元件31與永久磁鐵2之間的相對位置，發揮霍爾元件31的最大性能。進一步地，螺釘采用塑料螺釘。

霍爾元件31是一種基于霍爾效應的磁體傳感器，它具有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、功耗小、頻率高(可達1MHz)、耐振動、耐腐蝕等優點。進一步地，本實用新型有源車輪傳感器中采用霍尼韋爾的單極性開關型霍爾元件ES580。該霍爾元件31的電壓范圍寬，為3.8V～30V；輸出電流為20毫安，工作溫度為從-40℃～150℃。該霍爾元件31在磁場中最大動作點為115高斯，最小釋放點為20高斯。單極性開關型霍爾元件ES580的特性如圖2所示，其中B_np為工作點“開”的磁感應強度，B_RP為釋放點“關”的磁感應強度。

上述實施例中，如圖3所示，放大電路包括三極管Q1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4。三極管Q1采用型號為3CK3B的功率開關三極管。三極管Q1的發射極連接電源，其基極通過第一電阻R1與霍爾元件31的輸出端連接，其基極與發射極之間連接有第二電阻R2，其集電極通過第三電阻R3和第四電阻R4接地。該放大電路的輸出端設置在第三電阻R3與第四電阻R4的連接處。放大電路將霍爾元件ES580輸出的電流信號變換放大成電壓信號進行輸出。

上述實施例中，進行調測實驗時，為了方便調節永久磁鐵2的高度，永久磁鐵2靠近盒體1底端的一端設置有第一墊板6，永久磁鐵2靠近蓋體的一端設置有第二墊板7。為防止第一墊板6和第二墊板7對永久磁鐵2所產生磁場的影響，第一墊板6和第二墊板7均采用無磁材質制成。

上述實施例中，如圖1所示，為方便將本實用新型有源車輪傳感器安裝在鋼軌上，沿永久磁鐵2的長度方向，在盒體1的兩側設置有與盒體1底端平行的翼板8，翼板8上開設有長形孔81。長形孔81與螺栓配合能夠將本實用新型有源車輪傳感器安裝在鋼軌上。

本實用新型有源車輪傳感器裝配完成后，需要對其性能進行檢驗。檢驗前需要準備的硬件檢驗設備包括一臺12V直流穩壓電源、一只萬用表、一把1米長鋼板尺、一把小直尺和一套鉛垂裝置。

本實用新型有源車輪傳感器性能檢驗的過程為：

首先，進行目測；

目測有源車輪傳感器的外觀是否有損壞劃痕，裝配是否符合裝配工藝。

其次，進行軌邊測試；

將初步測試合格的有源車輪傳感器置于60軌卡具上進行現場性能測試。有源車輪傳感器的具體位置如圖4所示。有源車輪傳感器上表面距離鋼軌上水平面最高點的垂直距離為A＝40mm，有源車輪傳感器靠近鋼軌側距離鋼軌面的水平距離為B＝0mm。

位置確定后，將有源車輪傳感器的電纜線4的紅色線與直流穩壓電源的12V正極相連接，黑色線與直流穩壓電源12V的負極相連。黃色信號線與電壓表的的正極連接，電壓表負極與直流穩壓電源12V的負極相接。

按照如圖5所示的進距測試示意圖和圖6所示的出距測試示意圖將鋼板尺的400mm刻度線與固定裝置的中心位置對齊，并保證鋼板尺與鋼軌水平對齊，此位置為讀數起始點。

給有源車輪傳感器上電并緩慢滾動車輪，當電壓表有電壓時停住，此時讀取鉛垂裝置所指示的鋼板尺的刻度X，進距＝490-X，記錄進距數值。

繼續緩慢滾動車輪，當電壓表電壓消失時停住，讀取鉛垂裝置所指示的鋼板尺的刻度Y，出距＝Y-490，記錄出距數值，測試完畢。

測試過程中電壓表動作過程必須滿足上述描述，并且保證進距與出距之和小于270mm。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。