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Hansford Sensors 和 ASC 的传感器解决方案

轨道交通中的振动与晃动监测

对车辆和基础设施上的振动进行高精度测量，是安全、舒适轨道交通的基本要求。传感器在列车的开发、制造和运营中，以及在轨道、道岔和桥梁的监测系统中，都发挥着核心作用。.

线路能力的优化和日益增长的铁路交通量需要能够对中断做出快速响应的系统。对振动和摆动的评估不仅用于评估车辆的当前状况，还能实现对未来材料缺陷的早期探测。纠正措施可以在发生代价高昂的损坏之前实施。.

测量数据可以实时传输并以数字化形式提供，从而为数字孪生应用奠定基础。这依赖于强大的传感器解决方案以及用于处理振动和摆动数据的智能算法。.

轨道交通应用中的挑战

轨道车辆，特别是转向架、车轴、制动器和车轮轴承，承受着极大的机械载荷。这些部件的设计和测试均遵循 EN 13749 标准。.

在测试期间，列车要在严苛的条件下行驶数千公里，高达四百倍重力加速度（400 g）的冲击并不少见，特别是在测试轮对和转向架时。由于这些力也会作用于传感器上，因此振动传感器必须非常坚固、长期稳定且可靠。.

铁路运营中传感器需求的发展演变

历史上，轨道应用中的振动传感器主要用于测试列车。这些系统测量轨道位置和垂直加速度等参数，以识别轨道上层建筑的几何误差。这些信息有助于规划和安排维护活动。.

然而，试验运行和随后的数据评估只能滞后地提供关于车辆或轨道状况的信息。在常规运行期间进行持续监测可以更早地识别出潜在的弱点，从而对铁路车辆的安全性和可靠性做出重大贡献。.

铁路网的数字化与持续监测

铁路行业对数字技术的应用正在提高铁路网络的运力、效率和质量。传感器能够实时传输并去中心化访问状态数据，使运营商能够随时追踪车队和基础设施的确切状态。.

传感器不再局限于试验列车。它们现在已被集成到高速列车、区域列车、有轨电车、地下铁路系统以及市郊铁路中。因此，传感器必须符合 DIN EN 50155 和 IEC 60751 标准的要求。.

这种转变增加了解析成本效益高、适合大规模部署的工业级传感器的需求。.

铁路合作伙伴批准的传感器开发

一款获得铁路认证的工业压电式IEPE加速度传感器的研发，让两位传感器专家走到了一起。.

ASC GmbH 是面向严苛测试与测量应用的基于MEMS的惯性传感器领先制造商，已与工业振动传感器设计与制造专家 Hansford Sensors 展开合作。.

Hansford Sensors 提供了灵活的传感器设计，使其能够针对铁路认证要求专门定制传感器属性。Hansford Sensors 改造了 OEM 传感器技术，而 ASC 则专注于系统设计、认证和整体实施。.

轨道振动传感器所使用的技术

现代加速度传感器通常采用压电工作原理。虽然剪切技术较为常见，但在铁路应用中，压缩技术具有优势。.

压缩式传感器更适合持续承受高振幅冲击。与其基于剪切设计的传感器相比，它们的夹层式结构机械强度更高，对微裂纹的敏感度更低。.

该产品的开发基于现有的压电加速度传感器，这些传感器提供侧面接头和顶面接头两种选择。这些传感器已采用压缩技术，为适应疲劳测试和铁路领域的特定要求奠定了坚实的基础。.

轨道车辆运行条件

转向架总成不仅承受轨道车辆的重量，还承受作用于车轮和轴承上的所有力。轨道引导运行会导致材料磨损，包括轨道缺陷和车轮轮缘的平斑。.

高速过弯会给轮对产生额外的载荷，导致轴承摩擦和磨损加剧。轨距与轴尺寸之间的差异也会导致由正弦运动引起的加速度。.

如果加速度超过临界值，极端情况下可能会发生脱轨。对转向架进行可靠的振动监测可以早期识别损伤的发展，从而实现预防性维护并避免意外故障。.

建设和铁路审批

目标是开发一种经济高效、适合列车连续使用的大众市场IEPE加速度传感器。.

传感器的核心是一个已经应用于工业IEPE传感器的OEM气囊（或：封装元件/敏感芯体）。该技术提供从0.5赫兹到17千赫兹的宽频率范围、从正负16 g到正负800 g的多种测量范围，以及高达5000 g的抗冲击能力。.

对于铁路应用而言，可靠性至关重要。该传感器的计算平均故障间隔时间为二十五万小时，相当于大约二十八年半，完全满足长期运行的要求。.

该传感器外壳专门为铁路环境开发。它采用密封设计，由坚固的不锈钢制成，并符合严格的振动和冲击测试标准。凭借 IP68 的防护等级，它能够抵御污垢、潮气、石子撞击和极端温度。.

所有技术设计特征均在开发过程中确定，并通过符合 EN 50155 标准的测试进行了验证。ASC 与 Hansford Sensors 之间的密切合作，确保了 OEM 传感器模组能够正确集成到专为铁路设计的壳体中。.

安装与注意事项

传统的IEPE传感器通常采用单固定点安装，这并不提供冗余性。铁路应用需要更稳固的安装解决方案。.

铁路专用传感器采用永久集成电缆，具有耐火、无卤、阻燃特性，并能抵抗温度、紫外线照射和臭氧侵蚀。.

应尽可能避免额外的机械接口，因为材料过渡会影响频率响应并引入测量误差。外壳设计还允许选择敏感测量方向，从而无需额外的支架或安装适配器。.

轨道传感器发展展望

面向铁路应用的量产IEPE加速度传感器计划于2021年上半年投放市场。.

开发过程中获得的知识将继续为未来的项目提供参考，包括增加电气接口、替代电源选项以及新的传感器设计。.

通过与轨道车辆制造商的合作，汉斯福德传感器公司持续优化其产品组合，并为铁路行业振动监测技术的持续进步做出贡献。.