专利名称：高精度微型传感器和力引导装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度微型轮辐式传感器和用于电气化铁路受电弓接触网之间接触压力检测的力引导装置。
在高精度传感器的家族中，轮辐式传感器以精度高，抗干扰能力强等特征而备受人们的青睐。这种类型的弹性体结构型式，具有对受力点位移时的影响小和由变形引起的体积变化极微的特点，其工作状态十分稳定。同时，还有极好的自然线性度。作为称重式传感器，从70年代末开始被各国普遍用于中等量程(500kg～50t)的测量中；同时作为扭矩式传感器，也有广泛的应用。
弓网接触压力的检测是国际上一种先进的弓网检测方法，通过检测弓网之间的接触压力，可以发现许多用其它方法不能发现的弓网故障隐患。
背景技术：
在目前的轮辐式传感器产品中，其径向尺寸都在70mm以上。降低尺寸，就会出现敏感元件(例如应变计)难以敷贴，无法进行加压固化等工艺困难。然而在某些特殊的场合，例如，本文书所涉及的受电弓和接触网的接触压力等参数的检测项目中，就需要高精度的微型力传感器。轮辐式传感器的小型化，首先解决了检测系统对传感器体积要求的难题。
弓网接触压力检测的难点是不能随意在受电弓上附加重量，否则就会影响弓网的动态特性，降低受电弓的性能。如何设计一种体积小，重量轻的传感器和与其配套的力引导装置是准确地进行弓网接触压力检测的关键。

发明内容本发明的任务之一在于突破轮辐式传感器直径不小于70mm的界限，使这种传感器既可以做得很小，同时又能保持了轮辐式传感器的高精度特性。这使轮辐式传感器跨入了小体积，高精度传感器的行列。目前，本专利的发明者经过反复试验，可以使传感器的径向尺寸不超过30mm，高度不超过10mm。经过优化，还可以做得更小。
轮辐式传感器主要由以下几部分组成轮沿(1a)，轮辐(2a)和承力轴(3a)。这三项组成了轮辐式传感器的弹性体。在轮辐的侧面(5a)上可以附贴敏感元件。
除了以上的元器件外，本发明对传感器的密封采用以下工艺用膜片(6a)和(7a)将传感器内部密封，使其免受潮湿和电磁干扰的侵害。
敏感元器件的敷贴本专利文书所指的敏感元器件是应变计、半导体敏感元件等可以用来感受变形的器件。应变计通常需要粘贴在弹性体上；半导体敏感器件可以做成应变计的形式粘贴在弹性体上，也可以用扩散硅等工艺形式固化在弹性体上。无论用何种方法，只要是将敏感元器件与弹性体联结成一个整体，都被称为敷贴。通常，应变计采用粘贴的方法，扩散硅采用特殊的工艺模式等。
本发明的任务之二是提供几种力引导装置，安装传感器后就可以完成电气化铁路的受电弓和接触网之间的接触压力的检测。这些力引导装置的基本特征是，能够很好地消除侧向力的影响，使传感器处于一个理想的单向受力环境之中。传感器可以采用多种形式的能够测量力的传感器，但由于本发明提供的传感器具有体积小、质量小、精度高的特点，推荐使用本发明提供的轮辐式传感器。
具体实施例方式如果采用应变计作为敏感元件，可以采用图2的方法加压固化。在图2中，薄膜(1b)放在应变计与橡胶(2b)之间，硬板(3b)靠插件(4b)的挤压与橡胶片紧紧靠在一起，起到加压的作用。插件(4b)不一定为圆形，任何可以起到挤压作用的硬质物体均可。也可以不采用插件(4b)，而采用任何可以将硬板(3b)与橡胶垫(2b)紧贴在一起的办法解决。
对不同的受电弓，应采用不同的力引导装置。下面分别对几种力引导装置的实施案例进行介绍。
1.力引导装置的实施案例之一如图3所示。首先，把受电弓的滑板与支架原先的连接部分在(4c)处切开，并用金属片将其焊接。用滑板上的螺钉将力引导装置的外壳(6c)与滑板(5c)紧固在一起。内壳(3c)与支架固定连接。内壳与外壳之间用两个连杆(7c)和(1c)连接。力传感器(2c)放在连杆(1c)上并与滑板上的螺帽滑动接触。当受电弓滑板承受到向下的力时，支架就会产生一个向上的力与其平衡。安放在连杆上力传感器就会测出这个力的大小。本装置的特征是内外壳相互嵌套，水平侧向力被有效地排除。
2.力引导装置的实施案例之二如图4所示。首先，把受电弓的滑板与支架原先的连接部分切开。用滑板上的螺钉将力引导装置的外壳(2d)与滑板(1d)紧固在一起。内壳左端(8d)通过空心螺杆(7d)与支架固定连接。内壳右端(11d)用螺钉与外壳连接。内壳右端与外壳形成一个整体，二者一起运动。内壳左端与内壳右端用连杆(4d)和(10d)连接。力传感器(9d)放在连杆(10d)上并与滑板上的螺帽滑动接触。当受电弓滑板承受到向下的力时，支架就会产生一个向上的力与其平衡。安放在连杆上力传感器就会测出这个力的大小。本装置的特征是内外壳相互嵌套，水平侧向力被有效地排除。与实施例之一相比，本案例具有拆卸方便的特点。
3.力引导装置的实施案例之三如图5所示。在本案例中，内壳(6e)是受电弓的原有部件，将它(2e)和(4e)处开成腰圆孔。这样，外壳(3e)和内壳(6e)就会有微小的相对运动。外壳通过螺钉(2e)和(4e)以及弹簧(7e)h和连杆(8c)与受电弓的支架相连。当受电弓的滑板受到向下的力时，支架就会通过弹簧(7e)产生向上的力与之平衡。安放在内壳与外壳之间的力传感器(5e)就会检测出这个力的大小。本装置的特征是内外壳相互嵌套，能有效地排除水平侧向力。


图1是轮辐式传感器图2是轮辐式传感器的加压固化图3是力引导装置案例1图4是力引导装置案例2图5是力引导装置案例权利要求
1.微型传感器和力引导装置。微型传感器包括a)由轮沿(1a)、轮辐(2a)和轮轴(3a)组成的弹性体，其中轮轴(3a)长度可以根据需要加长；b)敏感元器件(4a)；c)密封薄膜(6a)和(7a)组成的保护层；微型传感器的特征在于径向尺寸小于60mm，保持了轮辐式传感器精度高，抗干扰能力强的特性。用于电气化铁路受电弓与接触网之间接触压力检测的力引导装置需要根据不同的受电弓设计不同的形式。这些力引导装置的共同特征在于a)有一个外壳；b)在外壳内部通常嵌套着另一个内壳；c)如果外壳与受电弓的弓头相连，则内壳必需与受电弓的支架相连，反之亦然；d)在壳体内的某一位置，可以安放传感器，用于测定受电弓的弓头和支架之间的力。
2.根据权利要求1指明的传感器，其特征在于如果使用应变计作为敏感元件，则应变计的加压固化方法是在轮辐之间放置薄膜、橡胶垫、硬板，或其它物理性质类似的物件，然后使用插杆或类似物件将它们紧贴在一起。也可以不采用插杆，而采用其它任何可以将硬板与橡胶垫紧贴在一起的办法解决。
3.根据权利要求1指明的传感器，配以权力要求1指明的力引导装置，用于电气化铁路受电弓与接触网之间的接触压力等参数的检测。其特征在于权利要求1指明的传感器与力引导装置的组合。
4.根据权利要求1的力引导装置，可以不使用本发明阐述的传感器，而使用具有同等效能的其他形式传感器。这些传感器的特征在于能感受两个壳体之间的作用力。
5.根据权利要求1指明的力引导装置，有时内壳可以用一组部件代替。这组部件的特征在于能有效地消除侧向力的影响；在这组部件与外壳之间可以安放传感器，用于感受受电弓的支架与弓头之间的作用力。
全文摘要
本发明涉及一种高精度微型轮辐式传感器和力引导装置。此传感器包括由轮沿(1a)、轮辐(2a)和轮轴(3a)组成的弹性体(其中轮轴长度可以根据需要加长)、敏感元器件(4a)、以及由密封薄膜(6a)和(7a)组成的保护层。其特征在于直径远小于传统的轮辐式传感器。采用本发明设计的结构和制作工艺，可使此微型轮辐式传感器满足对传感器的尺寸或质量有严格要求的情况。用于电气化铁路受电弓与接触网之间的接触压力等参数检测的力引导装置是一种具有双层壳体的结构。其中一个壳体与受电弓的滑板(或称为弓头)相连，另一个与受电弓的支架相连。将本发明阐述的传感器安放在两个壳体之间的适当位置，就可以检测出受电弓滑板传递下来的力，完成弓网接触压力等参数的检测。
文档编号G01L5/00GK1734244SQ20041004665
公开日2006年2月15日 申请日期2004年8月12日 优先权日2004年8月12日
发明者李丰良, 李敏 申请人:中南大学