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高速无线传输的列车测振仪

日期:2021-10-25 12:20
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摘要:

 一般列车的振动性能,基中包括舒适性、平稳性的检测与评价是新型列车研究、检验过程中的一项非常重要的工作。随着我国对铁路新型高速列车研究、研制及实验运行工作的大面积展开,调研中发现需要一种方便、快捷的便携式列车振动测试仪。
  目前国内有多家单位开展了研制工作,这些专用仪器对常规速度列车的振动检测是比较有效的,信号控制与数据采集也比较方便。但这些设计多采用有线传输方式,对于高速列车,检测人员在密闭的车箱内,而振动检测包括车体下方的转向架、轴箱多处测点,车下到车上的电缆布线就成了很大的问题。而且,对已经投入运营的高速列车,检测布线因为会严重影响车体的气密性,所以几乎是不可能的,即便可以也是非常不便的。
  因此针对高速列车振动性能检测的特点及要求,有必要将测振系统分为车内接收端+车下数据采集器两部分,二者之间采用无线连接,解决布线难的问题。此文对测振仪关键技术进行了研究,发现了以蓝牙、DSP、GPS为基础的便携式列车测振仪,以下是介绍在高速列车线路实验中的试用情况。
  1 系统方案
  按照GB5599-85,列车测振仪主要测试参数是车体、转向架构架、轴箱的振动加速度以及车体和构架之间、构架和轴箱间的相对位移。
  列车测振仪分为传感器、数据采集、数据发送、数据接收存储4部分,该系统一方面是一个相对独立的系统,它可以可通过蓝牙模块实现与PC/PDA的无线连接,进行信号的采集、处理、显示提供了与PC之间进行有线数据通信的接口,在没有蓝牙设备的情况下,也可以把系统采集的原始数据送到微机进行二次处理,既实现硬件冗余性设计,又方便了系统调试。检测参数振动加速度位移轴箱转向架构架车体二系一系通道。
  此外系统还采用了GPS手持定位仪,获取评价列车振动性能必需的运行速度信号。
  为确保列车测振仪能正常稳定的工作以下问题必须解决:
  (1)不能牺牲数据采集的精度来换取便携性;
  (2)数采盒在车底只能采用电池供电,因此系统功耗必须低;
  (3)系统要能适应复杂的实地检测环境;
  (4)为确保数据有效传输,无线传输必须有强抗干扰能力;
  (5)无线传输速率要满足系统基本要求。
  2系统实现

  2.1系统硬件
  在列车测振仪的数据采集过程中,不可避免地会有电气化铁路高压电力线、动车大功率脉冲电压和脉动电流对有用信号造成干扰。为了*大程度地抑制或消除混叠现象对动态测控系统数据采集的影响,需要设置抗混叠滤波器。常用的模拟低通滤波器有3种:
  (1)巴特沃思滤波器:通带平坦,相位特性*好;7阶以上的截止特性和阻带衰减率满足本系统抗混叠滤波器要求。
  (2)切比雪夫滤波器:过渡带陡,但通带内有一定偏差,且相位特性差。
  (3)滤波器:通带边缘过渡带*陡,但相位特性也*差。
  故本系统选用MAX7480作为抗混叠滤波器。MAX7480是低功耗8阶巴特沃思低通滤波器,中心频率1 Hz~2 kHz,单+5V供电,工作电流2.9 mA。
  根据通道数及精度、输入量程、转换速率、功耗、工作电压等指标永久免费成人影院选择了ADS8381,18位500k逐次逼近(SAR)模数转换器。其高动态范围改善了数据采集系统的效能。ADS8381在前8位输人范围内的非线性小于+/-9.5×10-6,在频率为500kHz时功耗为100 mW。ADS8381使用一个单独+5 V电源,温度范围为:-40℃到+85℃。

  TMS320F2812 DSP芯片为数据采集的核心,主频150MHz,可解决数据流量大、实时性高等问题。它一方面控制多种信号的采集、缓存以及处理,另一方面负责系统与PDA或PC之间的通信。数据采集器硬件电路主要包括:DSP*小系统、外扩存储器的接口、SCI串口通信。
  2.2数据传输
  列车测振仪借助蓝牙通信相连进行无线连接。蓝牙通信具有连线简单,无须电平转换;可组网,多机共享;传输速率高接口广泛,和多数手持设备/笔记本电脑连接方便等特点。蓝牙采用跳频机制进行数据传送,故能极大提高数据传送的抗干扰性能。由表1,系统需要的理论带宽为163.84kbps。本设备无线传输速率可达400 kbps以上,充分保证了系统性能。视距传输可达100 m,完全能够胜任大部分测试场合。
  2.3系统软件
  根据总体方案设计,振列车测振仪软件设计主要包括DSP数据采集发送程序设计、Notebook人机界面程序设计两大部分。DSP采集加速度/位移信号,通过蓝牙传送到Notebook;Notebook接收、存储所有传送的数据,同时绘制变化曲线。
  DSP数据采集发送程序实现的功能如下:
  (1)通过ADC模块采集传感器数据;
  (2)将采集数据进行打包;
  (3)查询蓝牙模块状态和写数据。
  列车测振仪优于其他测振系统的地方不仅在于高精度、高速率、小体积、轻重量,还在于它有基于Notebook良好的人机界面。进一步在线a 免费视频播放拟采用带蓝牙的PDA/智能手机作为接收平台。
  Notebook人机界面程序主要实现功能如下:
  (1)接收、存储所有列车测振仪发送的数据;
  (2)实时分析数据,计算、显示、保存平稳性和舒适性指标;
  (3)动态绘制变化曲线。
  3列车测振仪试用情况
  在我国某高速列车实验的振动参数测试中,对列车测振仪进行了试用,通过了*高280km/h动车组实际运行检验。从实验中测得的部分数据,在线成人免费视频可以看出,运行中车体的横垂向振动加速度均在0.1 g左右,而轴箱处则高达数10g。

  在高速列车高速运行中,在受电气化铁路高压电力线(27.5 kV)、动车大功率脉动电压(±2 000V)和脉动电流干扰及经过桥梁隧道等复杂路况时均能保持良好的通信。经过了包括-20℃低温、雨雪、长时间工作等一系列恶劣条件下的试用,表现出良好的可操控性和稳定性。民品级GPS在250km以上时速时初始化困难,但一旦初始化成功,可充分实现其功能。

  4结 论

  以DSP、Notebook为基础,综合运用蓝牙、GPS等技术的列车测振仪对于高速列车的振动性检测具有可靠性。

  且本测振仪不仅能用于检测列车振动性能,在接收端虚拟仪器进行外扩后能很方便的实现频谱分析,故障诊断及其他振动测试