一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器

摘要

本发明公开了一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器，所述复合传感器包括一传感器壳体，两8PIN连接器，一主控电路板组件，一屏蔽结构组件，一振动传感器组件，以及一温度传感器组件，其中，所述振动传感器组件和温度传感器组件均安装有带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块。本发明能单线布线，布线简洁，方便线缆的安装和区分；并且，布线空间小，有利于独立布线，同时，屏蔽结构组件能够降低外界设备杂讯和电磁场的干扰，巴特沃斯智能低通滤波器还能够去除高频干扰、降低噪声，防止其他电路或设备影响导致传感器输出信号受到高频干扰，从而提高传感器的准确性。

说明书

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，特别是涉及一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器。

背景技术

传感器100是用于采集振动、温度等物理特征，并将其转变成便于测量的电信号的测试仪器。

现有应用中，国内用于轨道交通(高铁、动车、地铁、轻轨等)轴箱、齿轮箱、牵引电机的振动状态和温度状态的监测的传感器100只是单颗产品连接后端采集系统200，且安装线缆布线必须一对一，通过采集系统200端树状分散，具体布线方式如图1所示。

如此，造成了车体内传感器100的布线十分杂乱，对线缆的安装和区分造成严重不便；并且，现有产品都为模拟信号输出，常因车体运行的其他电路或设备影响导致传感器100输出信号受到高频干扰，影响传感器100的准确性。

有鉴于此，本发明人针对上述传感器100结构设计上未臻完善所导致的诸多缺失及不便，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器，用以方便线缆的安装和区分，以及提高传感器的准确性。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器，所述复合传感器包括一传感器壳体，所述传感器壳体上设有安装通孔；两8PIN连接器，两8PIN连接器均固定在传感器壳体的外部；一主控电路板组件，所述主控电路板组件安装在传感器壳体内，并分别与两8PIN连接器电性连接；一屏蔽结构组件，所述屏蔽结构组件安装在传感器壳体内；一振动传感器组件，所述振动传感器组件安装在屏蔽结构组件内，并与主控电路板组件通讯连接；以及一温度传感器组件，所述温度传感器组件安装在传感器壳体的底部，并与主控电路板组件通讯连接；其中，所述振动传感器组件和温度传感器组件均安装有带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块。

所述屏蔽结构组件包括一绝缘片，所述绝缘片通过粘胶固定在传感器壳体内；一外屏蔽结构，所述外屏蔽结构的下部套接在绝缘片的中部；以及一内屏蔽结构，所述内屏蔽结构置于外屏蔽结构内，并安装在绝缘片的顶部，所述振动传感器组件通过激光焊接在内屏蔽结构内。

所述主控电路板组件包括第一主控电路板、第二主控电路板以及第三主控电路板，所述第一主控电路板和第三主控电路板分别通过直角排针锡焊连接在第二主控电路板的两端，所述第一主控电路板和第三主控电路板均与第二主控电路板垂直，在第一主控电路板和第三主控电路板之间形成U型安装腔，所述安装通孔、屏蔽结构组件和温度传感器组件容置于U型安装腔内。

所述第一主控电路板上集成有模拟信号滤波运算处理模块以及电源转换电路模块；所述第二主控电路板上集成有模拟信号转换成数字信号的采集模块以及中央处理单元模块；所述第三主控电路板上集成有可进行自动转发的智能IP分配的网络通讯模块。

所述温度传感器组件包括一测温筒，所述测温筒固定在传感器壳体的底部，并伸出传感器壳体；以及一温度传感器主体，所述温度传感器主体安装在测温筒内，并与主控电路板组件通讯连接。

所述传感器壳体包括底板以及外壳体，所述外壳体通过激光焊接在底板上，两8PIN连接器通过激光焊接在外壳体上；所述底板和外壳体围合形成有安装容腔，所述主控电路板组件和屏蔽结构组件均设置在安装容腔内；并且，所述测温筒与底板为一体成型结构，所述温度传感器主体通过胶水灌封在测温筒内。

所述外壳体的内壁上设有朝向安装容腔延伸的安装部，所述安装通孔设置在安装部上并贯穿底板。

采用上述方案后，本发明的重点在于，本发明通过设有两8PIN连接器以及主控电路板组件，主控电路板组件分别与两8PIN连接器电性连接，从而使得后端的采集系统和多个复合传感器能够通过连接线缆串连在一起，进而实现单线布线，布线简洁，方便线缆的安装和区分；所需布线空间小，有利于独立布线，防止其他电路或设备影响导致传感器输出信号受到高频干扰，从而提高传感器的准确性。

并且，本发明中的振动传感器组件安装在屏蔽结构组件内，能够降低外界设备杂讯和电磁场的干扰，同时，振动传感器组件和温度传感器组件均安装有带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块，能够将采集到的物理信号转变成数字信号，复合传感器将数字信号传送回后端的采集系统，并且，巴特沃斯智能低通滤波器还能够去除高频干扰、降低噪声，防止其他电路或设备影响导致传感器输出信号受到高频干扰，从而提高传感器的准确性。

附图说明

图1为现有技术中后端的采集系统和传感器之间的连接示意图；

图2为本发明较佳实施例与后端的采集系统之间的连接示意图；

图3为本发明较佳实施例的结构示意图；

图4为本发明较佳实施例的剖视图；

图5为图4中A-A断面的剖视图；

图6为本发明较佳实施例中主控电路板组件的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2至图6所示，为本发明一种基于网络串行通讯的智能压电振动温度复合传感器的较佳实施例，该复合传感器100包括一传感器壳体1，传感器壳体1上设有安装通孔11；两8PIN连接器2，两8PIN连接器2均固定在传感器壳体1的外部；一主控电路板组件3，主控电路板组件3安装在传感器壳体1内，并分别与两8PIN连接器2电性连接；一屏蔽结构组件4，屏蔽结构组件4安装在传感器壳体1内；一振动传感器组件5，振动传感器组件5安装在屏蔽结构组件4内，并与主控电路板组件3通讯连接；以及一温度传感器组件6，温度传感器组件6安装在传感器壳体1的底部，并与主控电路板组件3通讯连接；其中，振动传感器组件5和温度传感器组件6均安装有带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块。

将本发明的复合传感器100用于轨道交通轴箱、齿轮箱、牵引电机的振动状态和温度状态的监测时，将多个复合传感器100通过安装通孔11分别安装在多个检测部位上，用于监测相应检测部位上的振动状态和温度状态。在布设连接线缆时，后端的采集系统200通过连接线缆连接至最近的一个复合传感器100上的一个8PIN连接器2，该复合传感器100上的另一个8PIN连接器2通过连接线缆连接至相邻的一个复合传感器100上的一个8PIN连接器2，以此类推，直至连接至最后一个复合传感器100上的一个8PIN连接器2，最后一个复合传感器100的另一个8PIN连接器2可以用连接器密封盖盖住。至此，即可完成多个复合传感器100的安装、布线工作。

后端的采集系统200和多个复合传感器100通过连接线缆串连在一起，后端的采集系统200通过串连线路向各个复合传感器100供电，亦通过串连线路与各个复合传感器100之间实现信号传输，监测过程中，复合传感器100通过振动传感器组件5以及带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块将加速度、振动以及冲击等物理现象所产生的力转变成振动数字信号，通过温度传感器组件6以及带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块将外界环境的温度值转变成温度数字信号，并将振动数字信号和温度数字信号发送给后端的采集系统200，以供后端的采集系统200采集、记录并用于分析，从而配合对各个检测部位的监测。需要说明的是，上述巴特沃斯智能低通滤波器是常见的滤波器，在此不再对其工作原理进行展开说明。

本发明的重点在于，本发明通过设有两8PIN连接器2以及主控电路板组件3，主控电路板组件3分别与两8PIN连接器2电性连接，从而使得后端的采集系统200和多个复合传感器100能够通过连接线缆串连在一起，进而实现单线布线，布线简洁，方便线缆的安装和区分；所需布线空间小，有利于独立布线，防止其他电路或设备影响导致传感器输出信号受到高频干扰，从而提高传感器的准确性。

并且，本发明中的振动传感器组件5安装在屏蔽结构组件4内，能够降低外界设备杂讯和电磁场的干扰，同时，振动传感器组件5和温度传感器组件6均安装有带巴特沃斯智能低通滤波器的数字输出模块，能够将采集到的物理信号转变成数字信号，复合传感器100将数字信号传送回后端的采集系统200，并且，巴特沃斯智能低通滤波器还能够去除高频干扰、降低噪声，防止其他电路或设备影响导致传感器输出信号受到高频干扰，从而提高传感器的准确性。

上述屏蔽结构组件4包括一绝缘片41，绝缘片41通过粘胶固定在传感器壳体1内；一外屏蔽结构42，外屏蔽结构42的下部套接在绝缘片41的中部；以及一内屏蔽结构43，内屏蔽结构43置于外屏蔽结构42内，并安装在绝缘片41的顶部，振动传感器组件5通过激光焊接在内屏蔽结构43内。

本发明通过采用外屏蔽结构42和内屏蔽结构43形成双屏蔽结构设计，能够大大降低外界设备杂讯和电磁场的干扰，进一步提高传感器的准确性。

上述主控电路板组件3包括第一主控电路板31、第二主控电路板32以及第三主控电路板33，第一主控电路板31和第三主控电路板33分别通过直角排针锡焊连接在第二主控电路板32的两端，第一主控电路板31和第三主控电路板33均与第二主控电路板32垂直，在第一主控电路板31和第三主控电路板33之间形成U型安装腔34，安装通孔11、屏蔽结构组件4和温度传感器组件6容置于U型安装腔34内。

本发明通过将第一主控电路板31和第三主控电路板33垂直设置在第二主控电路板32的两端，并在第一主控电路板31和第三主控电路板33之间形成U型安装腔34，使得安装通孔11、屏蔽结构组件4和温度传感器组件6容置于U型安装腔34内，从而能够使得本发明的复合传感器100结构迷你紧凑，从而有利于复合传感器100的安装，也能够适配小空间的安装环境。

上述第一主控电路板31上集成有模拟信号滤波运算处理模块以及电源转换电路模块；第二主控电路板32上集成有模拟信号转换成数字信号的采集模块以及中央处理单元模块；第三主控电路板33上集成有可进行自动转发的智能IP分配的网络通讯模块。

在使用过程中，第一主控电路板31的主要功能是把单路宽电源输入转换成低噪声，高效率的双路高精度的稳定电源输出，以及接收传感器模拟信号并进行四阶巴特沃斯低通滤波，去除高频干扰，降低噪声；第二主控电路板32主要功能是主控电路板硬件上进行高精度ADC采样功能，数字采集温度信号，提供RMI I接口电路等功能，软件上提供软件信号整理，信号放大，信号计算等功能；第三主控电路板33主要功能以太网接口电路功能，提供可进行串行连接的通讯方式，智能IP地址获取和识别为传感器信号串行连接通讯提供可靠的硬件保障。

复合传感器100通过将数字信号传送回后端的采集系统200，并通过智能IP地址获取和识别为传感器信号串行连接，使得后端的采集系统200能够同时与所有复合传感器100相应的所有IP地址通讯，并且同时显示所有IP地址传送来的信息，与传统的复合传感器100相比，后端的采集系统200只能单独与其中一个复合传感器100相应的一个IP地址通讯，无法同时显示所有IP地址传送过来的信息，需要显示其他复合传感器100的信息时，需要来回切换，所有，本发明的复合传感器100能够使得后端的采集系统200管理方便、高效。

上述温度传感器组件6包括一测温筒61，测温筒61固定在传感器壳体1的底部，并伸出传感器壳体1；以及一温度传感器主体62，温度传感器主体62安装在测温筒61内，并与主控电路板组件3通讯连接。

在使用过程中，温度传感器主体62通过安装在伸出传感器壳体1的测温筒61内，能够准确的测量外界环境的温度，在本实施例中，温度传感器组件6对外界环境温度的检测范围为-50℃～+125℃。

上述传感器壳体1包括底板12以及外壳体13，外壳体13通过激光焊接在底板12上，两8PIN连接器2通过激光焊接在外壳体13上；底板12和外壳体13围合形成有安装容腔14，主控电路板组件3和屏蔽结构组件4均设置在安装容腔14内；并且，测温筒61与底板12为一体成型结构，温度传感器主体62通过胶水灌封在测温筒61内。

本发明通过激光焊接、胶水灌封的连接方式，并将主控电路板组件3和屏蔽结构组件4均设置在安装容腔14内，有效的将主控电路板组件3、屏蔽结构组件4、振动传感器组件5和温度传感器组件6与外界环境隔离，保障本发明的复合传感器100符合GB/T4208-2017外壳防护等级(IP代码)中IP68防护等级，即防尘等级为最高等级6，防水等级为最高等级8。

上述外壳体13的内壁上设有朝向安装容腔14延伸的安装部131，安装通孔11设置在安装部131上并贯穿底板12。

所以，本发明的复合传感器100能够合理利用安装容腔14的空间，将安装通孔11、主控电路板组件3、屏蔽结构组件4和温度传感器组件6均设置在安装容腔14内，使得本发明的复合传感器100具有结构迷你紧凑的优点，进一步的有利于复合传感器100的安装，适配小空间的安装环境。

上述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的，这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得所属领域的普通技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。