一种高铁刹车系统的数字传感器的制作方法

1.本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种高铁刹车系统的数字传感器。


背景技术：

2.目前，普遍采用电子机械制动系统取代传统的气动制动，可以克服液压系统在结构繁琐、安装难度高和维修成本高等方面的弱点，从而促进工业的发展。该制动系统对铁路车辆的安全来说至关重要。
3.在传统的气动制动系统中通常使用两组压力传感器分别对制动缸的压力和接头压力分别进行测量，而压力传感器为精准电子测量元器件，对环境要求非常高，温度的高和低都会影响压力传感器的采集精度和采集效率以及使用寿命。而现有的电子机械制动系统没有安装此类用于监测制动系统的受力状况的传感器，不能实现监测制动系统的受力状况。
4.因此，为了控制和监测电动马达以及整个制动系统，一种精确的拥有独立双输出的高铁刹车系统的数字传感器亟待提出。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种高铁刹车系统的数字传感器。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：本发明提供一种高铁刹车系统的数字传感器，包括弹性体、8个应变单元、柔性pcb电路板、2个电缆组件、数字放大器，所述弹性体为中空圆柱形结构，所述弹性体的上端面上设有环形凹槽；8个应变单元可构成2个惠斯通测量电路，所述应变单元、柔性pcb电路板、数字放大器通过硅胶封装设置于环形凹槽内，2个惠斯通测量电路的输出端与柔性pcb电路板的输入端电连接，所述柔性pcb电路板的输出端与数字放大器的输入端电连接，所述数字放大器的输出端与电缆组件的输入端电连接。
7.优选的，每个应变单元均包括基底、第一应变计、第二应变计，所述第一应变计、第二应变计设置于基底上，且8个第一应变计、8个第二应变计分别构成2个惠斯通测量电路。
8.优选的，所述柔性pcb电路板为圆环片状结构，所述柔性pcb电路板上设有4个第一矩形定位孔和4个第二定位孔，4个第一矩形定位孔的内长侧边为开口结构，4个第一矩形定位孔外长侧边外切于与柔性pcb电路板同轴心的同一个圆上；4个第一矩形定位孔和4个第二定位孔在柔性pcb电路板的圆周方向上间隔均匀设置，4个第二定位孔的内长侧边、外长侧边外分别外切于与柔性pcb电路板同轴心的同一个圆上，且第二定位孔的外长侧边在柔性pcb电路板的径向上位于第一矩形定位孔的外长侧边的外侧。
9.优选的，所述应变单元2贴附于环形凹槽的底壁上且位于第一矩形定位孔内构成正应变单元，所述应变单元2贴附于环形凹槽的底壁上且位于第二定位孔内构成负应变单元。
10.优选的，所述数字放大器为扇环片状结构，所述数字放大器位于柔性pcb电路板的
上方且二者之间设置有分隔机构。
11.优选的，所述分隔机构为硅胶层，所述硅胶层设置于数字放大器与柔性pcb电路板之间。
12.优选的，所述分隔机构为定位柱，所述定位柱设置于环形凹槽的壁上。
13.本发明相较于现有技术，具有以下有益效果：本发明用于集成到制动执行器上以测量所施加的制动力，通过2个相互独立的惠斯通测量电路，实现独立双输出，且两路输出信号一样，既可以实时监测反馈制动系统中施加的制动力，又可实现相互监测。
附图说明
14.图1是本发明一种高铁刹车系统的数字传感器的整体结构示意图；图2是本发明一种高铁刹车系统的数字传感器数字放大器的接线示意图；图3是本发明中弹性体的结构示意图；图4是本发明中柔性pcb电路板的结构示意图；图5是本发明中应变单元的结构示意图。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”等指示的方位或位置关系均是基于说明书附图图1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。
17.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接 ，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.如图1至图5所示，本实施例提供一种高铁刹车系统的数字传感器，包括弹性体1、8个应变单元2、柔性pcb电路板3、2个电缆组件5、数字放大器6。弹性体1为扁平的中空圆柱形结构，弹性体1的上端面上设有环形凹槽11。由于传感器安装位置的限制，在本实施例中，弹性体1的最大直径为100mm，高度为12mm；弹性体1采用铝制备而成，从而实现传感器的轻量化设计，成本较低。
19.在本实施例中，应变单元2、柔性pcb电路板3、数字放大器6通过硅胶封装设置于环形凹槽11内。其中8个第一应变计21构成1个惠斯通测量电路，另外8个第二应变计22构成1个惠斯通测量电路。2个惠斯通测量电路的输出端与柔性pcb电路板3的输入端电连接，柔性pcb电路板3的输出端通过电线4与数字放大器6的输入端电连接，数字放大器6的输出端与电缆组件5的输入端电连接。其中，2个惠斯通测量电路相互独立，2个惠斯通测量电路分别通过电缆组件5可以实现独立的双输出，同时，由于2个惠斯通测量电路输出信号一样，还可以实现相互监测，便于判断每路输出数据是否真实有效。
20.在本实施例中，每个应变单元2均包括基底20、第一应变计21、第二应变计22，第一应变计21、第二应变计22设置于基底20上，且8个第一应变计21、8个第二应变计22分别构成2个惠斯通测量电路。其中，基底20的厚度为35微米。一般应变计基底20的厚度约25微米，经实验表明其不能承受高于700vac的电压，而本传感器通过增加基底20的厚度至35微米，可耐1000vac高压，从而提高产品耐高压性能。
21.在本实施例中，柔性pcb电路板3为圆环片状结构，柔性pcb电路板3上设有4个第一矩形定位孔31和4个第二定位孔32，4个第一矩形定位孔31的内长侧边为开口结构，4个第一矩形定位孔32外长侧边外切于与柔性pcb电路板3同轴心的同一个圆上；4个第一矩形定位孔31和4个第二定位孔32在柔性pcb电路板3的圆周方向上间隔均匀设置，4个第二定位孔32的内长侧边、外长侧边外分别外切于与柔性pcb电路板3同轴心的同一个圆上，且第二定位孔32的外长侧边在柔性pcb电路板3的径向上位于第一矩形定位孔31的外长侧边的外侧。其中，应变单元2贴附于环形凹槽的底壁上且位于第一矩形定位孔31内可以构成正应变单元，应变单元2贴附于环形凹槽的底壁上且位于第二定位孔32内可以构成负应变单元。其中，第一矩形定位孔31和第二定位孔32在柔性pcb电路板3的圆周方向上均匀间隔分布设计，并通过第一矩形定位孔31和第二定位孔32分别限定正应变单元和负应变单元位置，8个第一应变计21和8个第二应变计22构成的相互独立的2个惠斯通电路可以有效防止因载荷偏心或偏载而导致输出异常，提升产品的线性性能。
22.在一些实施例中，数字放大器6为扇环片状结构，数字放大器6位于柔性pcb电路板3的上方且二者之间设置有分隔机构。分隔机构采用硅胶层，硅胶层设置于数字放大器6与柔性pcb电路板3之间。
23.在产品组装时，将8个应变单元2贴附在环形凹槽的底壁上，然后将柔性pcb电路板放入环形凹槽内使得8个应变单元2分别位于第一矩形定位孔31和第二定位孔32内构成相应的正应变单元和负应变单元，然后在柔性pcb电路板的上表面涂覆硅胶层，再将数字放大器与柔性pcb电路板、电缆组件焊接好后放置于硅胶层上，最后通过硅胶进行封装。本实施例中通过硅胶层可以有效防止数字放大器与柔性pcb电路板之间产生干涉影响。
24.在一些实施例中，数字放大器6为扇环片状结构，数字放大器6位于柔性pcb电路板3的上方且二者之间设置有分隔机构。分隔机构采用3个定位柱，3个定位柱竖直设置于环形凹槽的底壁上，柔性pcb电路板上设有3个通孔。
25.在产品组装时，将应变单元2贴附在环形凹槽的底壁上，然后将柔性pcb电路板放入环形凹槽内，使得应变单元2分别位于第一矩形定位孔31和第二定位孔32内构成正应变单元和负应变单元，此时，3个定位柱穿过柔性pcb电路板的3个通孔且定位柱的顶部凸出柔性pcb电路板的上表面一定距离，然后将数字放大器与柔性pcb电路板、电缆组件焊接好后放置于定位柱的顶部，最后通过硅胶进行封装。本实施例中通过定位柱可以有效防止数字放大器与柔性pcb电路板之间产生干涉影响。
26.下面对本实施例的工作原理作进一步说明：将本传感器集成到制动执行器上，以测量所施加的制动力，应变计感应到压力产生信号变化，然后数字放大器将模拟信号转换成数字信号，当制动力发生变化可以转移到传感器上，传感器再将信号实时反馈给制动系统。
27.最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。