傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種適用于在監(jiān)測長結(jié)構(gòu)元件狀態(tài)的系統(tǒng)中使用的傳感器，更特別但不排他地，本實(shí)用新型涉及這樣一種傳感器，其在用于監(jiān)測并檢測鐵軌中裂縫及斷裂的系統(tǒng)中使用。所述傳感器包括有圓柱形金屬外殼及在所述圓柱形金屬外殼內(nèi)的壓電驅(qū)動器。所述壓電驅(qū)動器包括有多個堆疊在彼此頂部的壓電元件，所述壓電元件被夾在墊環(huán)和前塊之間，并且所述壓電元件與墊環(huán)一起定位于從前塊伸出的定位銷。所述傳感器的特征在于前塊具有工作外表面，所述外表面相對于圓柱形金屬外殼的徑向平面成角度的偏置。由此實(shí)現(xiàn)了安裝的簡單化，并且在安裝時(shí)最大限度地減少了勞動強(qiáng)度。
【專利說明】傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種在用于監(jiān)測長結(jié)構(gòu)元件狀態(tài)的系統(tǒng)中使用的傳感器，更具體但不排他地，本實(shí)用新型涉及這樣一種傳感器，其在監(jiān)測并檢測鐵路軌道中的裂縫及斷裂的系統(tǒng)中使用。

【背景技術(shù)】
[0002]一些用于監(jiān)測長結(jié)構(gòu)元件完整性，特別是鐵軌完整性的方法及系統(tǒng)已被提出。這些方法及系統(tǒng)都致力于在裂縫發(fā)展為完全斷裂之前檢測出軌道中的裂縫，并且也都致力于在鐵路網(wǎng)中檢測已經(jīng)產(chǎn)生的斷裂。如果鐵軌中的裂縫或斷裂沒有事先被檢測出，則其將會造成軌道上行進(jìn)的鐵路車輛的出軌。還應(yīng)該意識到，這樣的出軌將會造成經(jīng)濟(jì)損失及人身傷亡。
[0003]應(yīng)該注意的是，當(dāng)涉及鐵路時(shí)，這些系統(tǒng)可以，或者可能同樣適用于使用超長鋼結(jié)構(gòu)元件的其他應(yīng)用中，例如礦井和橋梁。
[0004]一種檢測鐵路軌道的鐵軌中的裂縫及斷裂的方法被披露在南非專利文獻(xiàn)99/6936中，所述專利文獻(xiàn)的內(nèi)容將在本文中并入以作參考。所述方法包括有如下步驟，所述步驟提供若干個自發(fā)的聲波發(fā)送器單元以及若干個置于所述聲波發(fā)送器單元之間的聲波接收器單元。各個單元通過預(yù)定的距離彼此間隔布置。發(fā)送器單元向鐵軌內(nèi)導(dǎo)入一系列具有特定頻率成分的聲波脈沖，并且接收器單元檢測并分析所述聲波脈沖從而監(jiān)測關(guān)于鐵軌的任何不希望有的狀態(tài)。所述方法為了監(jiān)測鐵軌狀態(tài)而要求使用發(fā)送器及接收器。
[0005]關(guān)于前述方法(即用于檢測并監(jiān)測鐵路軌道中裂縫及斷裂的前述方法)中的傳感器發(fā)展的討論被記載在《用于鐵路完整性監(jiān)測系統(tǒng)的壓電傳感器的發(fā)展》，菲利普W洛芙迪，智能結(jié)構(gòu)與材料 2000 中(Development of piezoelectric transducers fora railway integrity monitoring system, Philip W.Lovedayj Smart Structures andMaterialS2000)，并且記載在國際光學(xué)工程學(xué)會(SPIE)的會議紀(jì)要中有關(guān)用于橋梁、建筑物及公路的智能系統(tǒng)的部分，具體參見第3988卷，2000，紐波特比奇，自費(fèi)出版，第330-338頁。所述系統(tǒng)利用了壓電傳感器，所述壓電傳感器在位于軌道外側(cè)上的鐵軌拱部下安裝(夾緊)。而夾緊所述壓電傳感器的方法則被記載在了 PCT專利申請W02004/098974中，所述專利申請的內(nèi)容將在本文中并入以作參考。
[0006]所述壓電傳感器沿著鐵路網(wǎng)的長度方向間隔排列，并且所述壓電傳感器定期地通過鐵軌發(fā)送超聲波。所述超聲波通過軌道從一個傳感器向充當(dāng)接收站的下游傳感器傳送。典型地，所述傳感器大約每隔一公里間隔排列。如果超聲信號不能在接收站被檢測到，則接收站會激活警報(bào)，所述警報(bào)指示鐵軌或出現(xiàn)裂縫，或出現(xiàn)斷裂。
[0007]前述系統(tǒng)的缺陷在于壓電傳感器是在位于軌道外側(cè)的鐵軌拱部下附著(夾緊)的。所述壓電傳感器較大并且由于其會妨礙火車車輪而無法附著在位于軌道內(nèi)側(cè)的拱部下。由于將軌枕下的道洛重新夯實(shí)的“夯實(shí)”機(jī)器(a ‘tamping’machine)的車輪占用拱部外側(cè)，因此所述壓電傳感器必須在例行軌道維護(hù)時(shí)從鐵軌移開。壓電傳感器的移開與重新附著(所述重新附著要求在重新附著兩周后對夾具進(jìn)行重新上緊)增加了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，并且將導(dǎo)致系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)無法操作。
[0008]此外，由于發(fā)送信號不夠強(qiáng)，并且從傳輸及工作頻率的角度來看，由于傳感器也不能精確地匹配至其將附著的特定結(jié)構(gòu)元件，現(xiàn)有系統(tǒng)并不適用于超過一公里的距離。
[0009]接下來的問題經(jīng)常在傳感器設(shè)計(jì)中遇到，即傳感器的接線插腳不能與其固定至的鐵軌之間恰當(dāng)?shù)亟^緣，從而造成的短路及信號錯誤。此外，在如上所述的應(yīng)用中使用的傳感器易于發(fā)生振動，所述振動可能造成內(nèi)部線路及墊片的振動過度，并且可能將再次造成線路及墊片的電氣短路和/或損壞。
[0010]因此本實(shí)用新型的目的就是提供一種將會解決如上所述缺陷的壓電傳感器。
[0011]同時(shí)本實(shí)用新型的目的也在于提供一種將會有效替換現(xiàn)有壓電傳感器的壓電傳感器。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型提供的一種傳感器，所述傳感器適用于在監(jiān)測伸長結(jié)構(gòu)元件狀態(tài)的系統(tǒng)中使用，并且所述傳感器包括有:
[0013]圓柱形金屬外殼；
[0014]位于所述圓柱形金屬外殼內(nèi)側(cè)的壓電驅(qū)動器，所述壓電驅(qū)動器包括有:
[0015]多個堆疊在彼此頂部的壓電元件，所述壓電元件被夾在墊環(huán)及前塊之間，并且所述壓電元件與所述墊環(huán)一起定位在從前塊延伸出的定位銷上；
[0016]其特征在于,所述前塊具有工作外表面，所述外表面相對于所述圓柱形金屬外殼的徑向平面成角度地偏置。
[0017]所述傳感器可以包括有四個環(huán)形壓電元件，所述壓電元件形成定位在所述定位銷上的壓電堆疊。
[0018]所述傳感器可以包括有第一絕緣盤及第二絕緣盤，所述第一絕緣盤位于所述壓電堆疊與所述墊環(huán)之間，所述第二絕緣盤位于所述壓電堆疊與所述前塊之間。
[0019]所述傳感器可以包括有絕緣蓋及絕緣套管，所述絕緣蓋封裝墊環(huán)，所述絕緣套管位于環(huán)形空隙內(nèi)，所述環(huán)形空隙形成在所述圓柱形金屬外殼的內(nèi)表面與壓電堆疊的外表面之間。
[0020]所述圓柱形金屬外殼內(nèi)充滿了灌注混合物以改善傳感器對沖擊及振動的抵抗力。
[0021]由此實(shí)現(xiàn)了安裝的簡單化，并且在安裝時(shí)最大限度地減少了勞動強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本實(shí)用新型的一個優(yōu)選實(shí)施方式以非限制性實(shí)例的方式描述，并且參考所附附圖，其中:
[0023]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的傳感器的立體圖；
[0024]圖2為圖1中傳感器的側(cè)視圖；并且
[0025]圖3為圖1中傳感器的橫截面?zhèn)纫晥D。

【具體實(shí)施方式】
[0026]參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)相同的技術(shù)特征，根據(jù)本實(shí)用新型的傳感器的非限制性實(shí)例一般地以附圖標(biāo)記10表示。
[0027]傳感器10包括安置有壓電驅(qū)動器30的圓柱形外殼20。所述圓柱形外殼20典型地由金屬制成，由此形成堅(jiān)固并且在結(jié)構(gòu)上可靠支撐的結(jié)構(gòu)。所述外殼20具有開口上端21及開口下端22。槽口 23形成在所述圓柱形外殼的內(nèi)側(cè)表面上，并且從外殼20的上端21向下端22延伸大約外殼的三分之二長度。
[0028]壓電驅(qū)動器30位于外殼20的內(nèi)側(cè)。壓電驅(qū)動器30包括有壓電堆疊，所述壓電堆疊依次包括有四個壓電盤31。本實(shí)用新型的一個重要方面是使用了四個2_厚的壓電盤，而不是例如的兩個4mm厚的壓電盤。運(yùn)轉(zhuǎn)四個2mm的盤將需要400Vpk(峰值電壓)驅(qū)動，而運(yùn)轉(zhuǎn)兩個盤結(jié)構(gòu)則需要800Vpk (峰值電壓)驅(qū)動。
[0029]壓電盤31形成壓電堆疊，并且絕緣盤32安置在所述壓電堆疊的兩端，以便于將接線插腳(所述接線插腳將壓電盤31連接至信號電纜70)與固定傳感器10的鐵軌(圖中未示出)電絕緣開。墊環(huán)33設(shè)置在壓電堆疊與傳感器10的前塊40相對的一側(cè)。壓電盤31、絕緣盤32以及墊環(huán)33定位在定位銷34上，并由定位銷34保持，并且依次的隨著定位銷34固定至前塊40。更特別地，定位銷34的一端與前塊40中的配合孔44相接合，特別為螺紋接合。
[0030]前塊40形成為與圓柱形外殼20的上端21接合的堅(jiān)固的固體金屬柱體。所述前塊的外表面41相對于圓柱形外殼20的徑向平面成角度偏置。換句話說，所述外表面41并非垂直于圓柱形外殼20的壁部,而是相對于圓柱形外殼20的壁部呈一角度。上述方面成為本實(shí)用新型的一個重要方面，因?yàn)槠涫沟脗鞲衅?0能夠安全固定至位于鐵軌內(nèi)側(cè)的鐵軌軌底(圖中未示出)。因此，傳感器10的下端22稍微的與鐵軌的軌腰(圖中未示出)間隔開，這樣使得安裝傳感器更加方便，并且也為從傳感器10突出的信號電纜70提供了更多的空間。周向唇構(gòu)造42從前塊40伸出，并且用于將前塊40定位在圓柱形外殼20上端21。周向凹槽43進(jìn)一步地設(shè)置在前塊40的一側(cè)，并且當(dāng)前塊40接合圓柱形外殼20時(shí)，特別是當(dāng)凹槽充滿灌注物時(shí)，用于改善形成的密封性。
[0031]電絕緣蓋50覆蓋墊環(huán)33，并且電絕緣套管60設(shè)置在壓電堆疊和外殼20之間。所述電絕緣蓋50與所述電絕緣套管60進(jìn)一步改善了壓電堆疊與鐵軌之間的電絕緣。電絕緣套管60定位在位于外殼20內(nèi)表面上的槽口 23上。
[0032]后蓋80接合外殼20的下端22從而限定出封裝壓電堆疊的圍閉容積。中心孔為了借此接納信號電纜70而穿過后蓋80設(shè)置。信號電纜70以相配的電纜密封套的方式相對于后蓋80密封。信號電纜70的導(dǎo)體71連接至壓電堆疊。灌注物充滿了所述傳感器的整個內(nèi)部容積90，所述灌注物阻止了線路及墊片在傳感器內(nèi)部的振動。
[0033]在使用傳感器10中，其能夠固定至鐵軌，更特別地，其可以固定至位于鐵軌內(nèi)側(cè)的軌腰的下表面。由于傳感器10的尺寸較小，所述傳感器10可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定持久的安裝，并且成角度的上端(angled head)實(shí)現(xiàn)了安裝的簡單化,并且能在安裝時(shí)最大限度地減少了勞動強(qiáng)度。所述壓電盤的選擇及布置確保了盡管傳感器的尺寸小，但仍能保持大功率。傳感器可以進(jìn)一步地被充分絕緣，并且由此也能在面對振動時(shí)保護(hù)所述傳感器。此外，前塊和后蓋形成了良好的密封性能，由此形成了同外界封閉的單元。提出傳感器的新的設(shè)計(jì)的上述所有方面都特別適用于在監(jiān)測鐵軌狀態(tài)的系統(tǒng)中使用，并且本發(fā)明人相信這個具有新穎性及創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)將會實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有技術(shù)的傳感器的巨大改進(jìn)。
[0034]應(yīng)該意識到，上述內(nèi)容僅僅是本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式，其可以進(jìn)行多種修改而不背離本實(shí)用新型的精神和/或范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器，適用于在監(jiān)測長結(jié)構(gòu)元件狀態(tài)的系統(tǒng)中使用，所述傳感器包括有: 圓柱形金屬外殼； 位于所述圓柱形金屬外殼內(nèi)側(cè)的壓電驅(qū)動器，所述壓電驅(qū)動器包括有: 多個在彼此頂部堆疊的壓電元件，所述壓電元件被夾在墊環(huán)與前塊之間，并且所述壓電元件與墊環(huán)一起定位在從前塊伸出的定位銷上； 其特征在于，所述前塊具有工作外表面，所述外表面相對于所述圓柱形金屬外殼的徑向平面成角度偏置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，其包括有四個環(huán)形壓電元件，所述壓電元件形成定位在定位銷上的壓電堆疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于，其包括有第一絕緣盤及第二絕緣盤，所述第一絕緣盤位于所述壓電堆疊與所述墊環(huán)之間，所述第二絕緣盤位于所述壓電堆疊與所述前塊之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，其包括有絕緣蓋及絕緣套管，所述絕緣蓋封裝墊環(huán)，所述絕緣套管位于環(huán)形空隙內(nèi)，所述環(huán)形空隙形成在所述圓柱形金屬外殼的內(nèi)表面與壓電堆疊的外表面之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，其中所述圓柱形金屬外殼被灌注混合物充滿，從而提高了傳感器在沖擊及振動方面的抵抗力。
【文檔編號】B06B1/06GK204027692SQ201420360360
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】L·菲利普韋恩 申請人:科學(xué)與工業(yè)研究理事會