【应用】TE单轴加速度传感器805-0500-01用于轨道车辆温度及振动信号采集，采用TO-5封装小尺寸

时间： 2020-09-30 来源：世强

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随着国内轨道交通行业的快速发展，高铁、地铁等轨道车辆越来越普及，有关轨道车辆行车安全监测及对轨道交通车辆动力执行部件监测的各种传感器也得到了快速的发展，对于轨道车辆的动力执行部件来说，异常振动极大的影响着动力执行部件的使用安全及使用寿命，异常振动除了会产生异常的噪声，在动力执行部件高速运动时还会产生大量的热量，对行车安全有严重的影响，因此使用复合传感器（温度+振动监测）对车辆动力执行部件（如轴箱、齿轮箱等）进行监测就成为一种可靠的监测手段。这一类复合传感器通常是采集温度和振动两个参数，温度通常采用铂电阻（常用的有PT100、PT1000）或者温度传感器（如18B20），对于振动参数的采集，通常采用大量程高精度的加速度传感器来实现对振动信号的采集。

本文介绍一种使用加速度传感器制作温度振动复合传感器实现对轨道车辆的温度及振动信号采集的方案，这种复合传感器结构示意图入下图1所示，复合传感器探头主要由用于放置温度传感器元器件的探针管以及用于放置振动监测元件及线缆转接的探头主体两部分构成，通常采用硬质金属加工成型（如304不锈钢），可用于放置振动监测元件的空间位置非常有限，因此对于振动监测元件的设计选型要求非常苛刻，通常只能选择尺寸非常小的加速度传感器用于振动监测。

图1 轨道车辆用复合传感器示意图

在选择加速度传感器的时候，需要重点考虑四个关键因素：加速度传感器的封装尺寸、信号输出接口方式，测量振动频率带宽、传感器成本，综合这几点因素，这里选用TE的805-0500-01型单轴加速度传感器用作复合传感器的振动监测部件，该型传感器TO-5封装，外形尺寸小巧，且采用标准的IEPE两线制信号输出接口方式，满足轨道车辆上的常规IEPE信号接口要求，除此之外，该型传感器还具有以下特点：

图2 805-0500-01加速度传感器实物图

其他功能与特色:

◇ 宽带宽，可以达到15kHz；

◇ 低成本，可用于嵌入安装使用；

◇ 可选择±50g、±500g量程；

◇ 工作温度范围较宽，-40℃~100℃；

◇ 内部集成调理电路，100%的外壳屏蔽结构，抗干扰性能好；

◇ 提供粘接安装、螺柱安装两种安装结构。

应用:

◇ 机器监控；

◇ 低成本OEM安装应用；

◇ 永久性结构研究；

◇ 嵌入式传感器解决方案。

图3 IEPE接口方案接线电气原理图

选定加速度传感器之后，通过设计合理的复合传感器安装结构，将加速度传感器安装固定到复合传感器壳体内，完成对外引线接线处理之后，采用绝缘胶进行灌封处理（加速度传感器外壳作为输出的GND，因此需要将其与复合传感器结构进行绝缘处理），通过灌封处理并且待灌封胶彻底固化之后，加速度传感器就成功的安装到复合传感器壳体中。

图4 采用转接工装测试805-0500-01型加速度传感器参数

在使用加速度传感器的时候，一般会对其灵敏度指标、安装谐振频率、3dB点频率、10kHz频率点等关键参数指标进行校正测量，这里采用PCB公司的标准高频激振台对加速度传感器进行相关的参数测试，采用转接工装模拟不同安装方式的方式进行测试（主要用于测试加速度传感器的各项参数是否达到要求，满足要求的才能将其安装到复合传感器壳体内部，如上图4），可以得到如下图5、图6的测试结果参数。

图5 805-0500-01加速度传感器多频率点灵敏度参数测试曲线

图6 805-0500-01加速度传感器安装谐振频率扫频测试曲线

结合上图的测试结果可以得知，805-0500-01型加速度传感器性能较为优异，在采用不同安装测试方式时得到的灵敏度参数测试结果与传感器出厂标定相符合，在采用模拟测试结构进行安装谐振频率测试得到的谐振频率点也达到并略高于其出厂标定的参数，平坦频率响应范围达到并略超过出厂标定的8000Hz，非常适合用于制作温度振动一体式复合传感器。

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