[发明专利]一种压电能量的自供电型轨道车辆轴承监控装置

说明书

本发明涉及一种压电能量的自供电型轨道车辆轴承监控装置，固定在轴箱上，用以获取列车轴温及加速度信号，该装置包括由上至下通过螺栓固定连接的盖子、圆形外壳和装置安装基座，所述的装置安装基座上固定有环形安装筒，该装置还包括由下至上分别安装在环形安装筒内的压电振子、PCB板和天线，所述的压电振子包括设置在压电材料基底上表面的压电薄膜以及通过螺栓固定在质量块支撑和压电材料基底下表面之间的质量块，所述的质量块支撑通过螺栓固定在环形安装筒的基座上，与现有技术相比，本发明具有使用寿命长、可靠性高、系统整体功耗低等优点。

技术领域

本发明涉及轨道列车检测领域，尤其是涉及一种压电能量的自供电型轨道车辆轴承监控装置。

背景技术

列车轴承在线监测是保障列车运行安全的重要手段之一。因设计工艺及维护需求，需要采用自供电式采集装置。列车运行过程中机械振动无处不在，如何利用振动能量实现采集装置自供电、数据采集及远程发送，延长检测设备及监测设备工作时间，保证列车关键部位检测设备的长期工作，已经成为列车轴温监测的优先考虑的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种压电能量的自供电型轨道车辆轴承监控装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种压电能量的自供电型轨道车辆轴承监控装置，固定在轴箱上，用以获取列车轴温及加速度信号，该装置包括由上至下通过螺栓固定连接的盖子、圆形外壳和装置安装基座，所述的装置安装基座上固定有环形安装筒，该装置还包括由下至上分别安装在环形安装筒内的压电振子、PCB板和天线，所述的压电振子包括设置在压电材料基底上表面的压电薄膜以及通过螺栓固定在质量块支撑和压电材料基底下表面之间的质量块，所述的质量块支撑通过螺栓固定在环形安装筒的基座上。

所述的PCB板上设有变换电路、分级储能单元和控制单元，所述的压电薄膜、变换电路和分级储能单元依次连接，所述的控制单元分别与变换电路、分级储能单元以及用以采集列车轴温和列车加速度数据的传感器模块连接，所述的分级储能单元通过第一开关与传感器模块连接，并且通过第二开关与天线连接，所述的第一开关和第二开关的通断均由控制单元控制，控制单元采用STM8L105单片机。

所述的变换电路采用LTC3588-1芯片。

所述的分级储能单元包括一级超级电容组、二极管和二级超级电容组，所述的一级超级电容组正极与变换电路的正输出端连接，并且通过正向二极管与二级超级电容组的正极连接，所述的一级超级电容组负极和二级超级电容组的负极分别与变换电路的负输出端连接。

所述的一级超级电容组为传感器模块和天线供电，二级超级电容组为控制单元供电。

所述的天线通过天线安装板固定在环形安装筒上端开口处，其型号为APC340。

所述的传感器模块固定在轴箱上，其连接线通过外壳上通孔连接至PCB板。

该自供电型轨道车辆轴承监控装置的控制方法包括以下步骤：

1)将压电振子固定于列车车轴附近，跟随列车振动产生形变从而产生交流电，变换电路将压电振子产生的交流电转换为对储能单元进行充电的直流电；

2)经过变换电路的直流电向分级储能单元充电，当二级电容组电压达到启动控制单元阈值时，变换电路向控制单元发出触发信号启动控制单元；

3)控制单元接收到触发信号启动后，输出高电平信号至复位端，使得复位端始终保持高电平，控制单元开始稳定工作；

4)若采样间隔时间小于采样间隔设定时间T_in，则第一开关K1保持断开，若采样间隔时间大于等于采样间隔设定时间T_in，则闭合第一开关K1，传感器模块开始采样并发送采样数据至控制单元；