科创中国

行业领域

高新技术改造传统产业,新一代信息技术产业,高性能、智能化仪器仪表

需求背景

在高铁车辆上及地面钢轨上，需要对部分机构的温度、振动信号进行采集。同时，传感器工作需要的供电由其自身提供，并且可以无线发射出去。

需解决的主要技术难题

如何提供稳定的电源，电源还需要自身提供，若是采用电池供电，进行的耗电量计算如下：

（1）温度传感器:工作电流1mA，工作三个月需要2Ah

（2）振动传感器:工作电流4mA，工作三个月需要8.64Ah

以18650锂电池为例，其电池容量是2600mAh，单单给8266供电三个月就需要至少13节。其中，18表示直径为18mm,65表示长度为65mm，0表示圆柱形电池。如果13节电池串联的话，至少需要一个长度234mm，宽度18mm，高度18mm的电池盒。另外，且暂未考虑充放电寿命，高温老化，低温掉电等情况，因此目前判断无法达到电池供电要求。

由于电池的容量有限，因此考虑利用自然界的能量进行采集供电，可能的方式包括太阳能、热能（温差发电芯片）、电磁能、振动能等。由于列车的运行环境还需进一步验证，能量收集方法不易实现，在满足测试条件后还需试验。

综上所述，过快的采样频率势必造成大量的电能消耗。如采用电池供电，在加大电池容量的同时还可选用L系列的低功耗单片机，省电的同时还可满足采样频率的需求。

期望实现的主要技术目标

表1 无线温度传感器性能指标

序号 项目 指标要求

1 电源 自发电DC3V 或 DC5V

2 热敏电阻容差 应符合标准JB/T 8622-1997 B级要求。

3 量程 -40℃～+200℃（短时250℃）

4 防护等级 IP68

5 热敏电阻 符合标准JB/T 8622-1997，热敏电阻应通过老化筛选试验进行筛选，以保证器件的可靠性。

6 热稳定性 在GB/T 21563-2008标准中长寿命振动条件下，保证100℃至200℃的电阻稳定性并提供试验报告

7 热响应 组装后的温度传感器的热响应要求，在流速为0.4m/s的水中测试时，热响应时间:τ0.9≤17s。

8 温度范围 1.工作温度（热电阻和探头内电缆）：-50℃～+200℃，短时工作在+250℃；

2.工作温度（安装座及安装座以外电缆及防护管）：-40℃～+125℃；

9 采样率 40Hz

10 采样精度 有效位16位

11 发送周期 至少1s发送一包数据

表2 振动传感器振动性能指标

序号 项目 指标要求

1 方向 轴箱振动：斜向、横向

齿轮箱振动：垂向

2 电源 自发电DC 18～36V或4mA恒流源

3 量程 ±500g

4 频响范围 0.5-8000 Hz （±3dB）

5 线性度 <1%FS

6 分辨率 0.01g

7 灵敏度系数 10mV/g

8 冲击极限 2000g

9 横向灵敏度 <5%

10 振动灵敏度温度系数 0.01g/℃

11 固有频率 >20000 Hz

12 安装谐振频率 >10000 Hz（谐振至少需要12DB放大）

13 安装 满足安装接口，具备有效防松措施

14 传感器原理 IEPE

15 采样率 50KHz

16 采样精度 有效位24位

17 发送周期 至少一秒发送一包数据

处理进度