淺談速度傳感器在軌道車輛動(dòng)態(tài)測試中的應(yīng)用

劉德權(quán)

摘 要：該文主要是參考軌道車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)內(nèi)容和在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，從動(dòng)態(tài)試驗(yàn)角度闡述速度傳感器在軌道車輛中的應(yīng)用，供測試人員參考。包含對(duì)速度傳感器、多普勒雷達(dá)、多普勒效應(yīng)的定義，速度傳感器在軌道車輛動(dòng)態(tài)測試中的適應(yīng)性，速度傳感器在軌道車輛測試中的應(yīng)用及分析。

關(guān)鍵詞：軌道車輛 動(dòng)態(tài)試驗(yàn) 速度傳感器 多普勒雷達(dá)

中圖分類號(hào)：U216.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）04（b）-0001-02

為了保證軌道車輛整車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中對(duì)速度的測試精準(zhǔn)有效，對(duì)軌道車輛涉及速度的試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了初步分析。通過對(duì)兩種速度傳感器的對(duì)比和對(duì)測試內(nèi)容的描述，總結(jié)出適合整車動(dòng)態(tài)試驗(yàn)使用的速度傳感器類型。

1 術(shù)語和定義

（1）速度傳感器：是一種將非電量（速度：單位時(shí)間內(nèi)位移的增量）的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓脑?/p>

（2）多普勒雷達(dá)：又名脈沖多普勒雷達(dá)，是一種利用多普勒效應(yīng)來探測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的雷達(dá)。

（3）多普勒效應(yīng)：在接收和發(fā)出的電磁波之間造成頻移，頻移與速度成比例變化，并取決于角度的大小。

（4）脈沖占空比：是指高電平在一個(gè)脈沖周期中所占的比例。

2 適用性

在軌道車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中需要速度做參考量的測試非常多。例如：牽引特性試驗(yàn)、制動(dòng)距離試驗(yàn)、運(yùn)行品質(zhì)試驗(yàn)和受電弓動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)等。

3 速度傳感器在軌道車輛測試中的應(yīng)用

測試工程師通過在測試車輛上安裝測試傳感器來采集速度信號(hào)，然后傳輸給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、示波器或計(jì)算機(jī)，經(jīng)特定軟件處理后就會(huì)得到試驗(yàn)需要的數(shù)據(jù)曲線。

下面列舉DF16和DRS05a兩種速度傳感器進(jìn)行簡要對(duì)比，供評(píng)價(jià)做參考。

DF16測速傳感器基本參數(shù)：工作電源：DC12～30V；脈沖占空比：（50±20%）；工作溫度：-40 ℃～70 ℃；每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)：外軌道200P/R、內(nèi)軌道80P/R。

注意事項(xiàng)：（1）傳感器安裝在機(jī)車軸箱蓋上，把軸箱端蓋面清潔干凈，確保安裝面平整；（2）安裝時(shí)必須加上安裝墊，安裝必須牢固；（3）方軸插入機(jī)車軸端XX mm×XX mm的方孔內(nèi)，在方軸彈片上涂適量潤滑油，保證方孔與彈片滑動(dòng)靈活。

DRS05a多普勒雷達(dá)基本參數(shù)：工作電源為15 V直流在頻率輸出操作模式下，速度分辨率可以在10～100 Hz之間設(shè)定。

注意事項(xiàng)：（1）確保不能出現(xiàn)延伸至放射范圍內(nèi)的雪或冰層；（2）必須通過一條屏蔽電纜將接地螺栓連接到車輛地線上；（3）供電電纜必須保證安裝后不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)或過度彎曲（至少170 mm的彎曲半徑）現(xiàn)象；（4）雷達(dá)的安裝應(yīng)保持水平，軌道水平位置。通常俯仰角、翻滾角不大于0.2°。（5）應(yīng)確保軌道螺栓在天線輻射的軌跡內(nèi)。

這兩種速度傳感器在現(xiàn)階段國內(nèi)軌道車輛動(dòng)態(tài)測試中較為常見。DF16是光電式速度傳感器。通過掃描光柵內(nèi)、外軌道，傳感器可輸出兩種不同脈沖數(shù)的方波信號(hào)，內(nèi)軌道每轉(zhuǎn)80個(gè)脈沖，外軌道每轉(zhuǎn)200個(gè)脈沖。傳感器可方便地安裝于軸箱蓋上，傳動(dòng)部分采用軟性連接，能克服安裝不同心及驅(qū)動(dòng)間隙，具有堅(jiān)固、密封、抗震、抗沖擊、測速范圍寬、溫度適應(yīng)范圍寬、可靠性好、使用壽命長等特點(diǎn)，適用于國內(nèi)外各種類型機(jī)車的速度、方向、空轉(zhuǎn)及打滑等各項(xiàng)檢測。

DRS05a是多普勒雷達(dá)形式的速度傳感器。通過使用多普勒效應(yīng)對(duì)地面車輛速度進(jìn)行測量。通過DRS05a的脈沖輸出，由脈沖計(jì)數(shù)和單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來獲得距離和瞬時(shí)速度，這樣可以通過計(jì)算而獲得頻率和速度的某種對(duì)應(yīng)關(guān)系。其優(yōu)點(diǎn)是非接觸測量、不受打滑影、及時(shí)測量（瞬間加速度）；缺點(diǎn)是會(huì)受到使用環(huán)境一定程度的影響。它適用于國內(nèi)外各種類型機(jī)車的速度測量和標(biāo)定。

通常車輛輪軌力的測試常用這種DF16傳感器，因?yàn)闇y試線路是運(yùn)營線路典型代表區(qū)域（道岔、曲線、直線等），路況比較復(fù)雜，雷達(dá)輻射軌跡達(dá)不到要求。這時(shí)安裝在拖軸上的DF16測得的速度在和列車電機(jī)傳出的速度做比對(duì)處理后，所得的速度信號(hào)更加可靠（拖軸在牽引和制動(dòng)過程中受到的影響最?。?。

通常車輛調(diào)試或進(jìn)行制動(dòng)距離這種測試時(shí)常用DRS05a傳感器，因?yàn)槭沁x取典型平直干燥試驗(yàn)軌道，測試線路非常適合雷達(dá)測試條件。這時(shí)也常常用雷達(dá)測得速度信號(hào)作為標(biāo)量來校準(zhǔn)列車上各種速度傳感器。

DF16和DRS05a在某些特定的車輛試驗(yàn)中需要合作。例如車輛空轉(zhuǎn)/防滑試驗(yàn)，DF16監(jiān)測軸速，DRS05a監(jiān)測車速，在軌道粘著力低的時(shí)候車輪會(huì)出現(xiàn)空轉(zhuǎn)和打滑，這時(shí)通過測得的軸速和車速做比對(duì)來判斷牽引和制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)車輛空轉(zhuǎn)和打滑是否進(jìn)行了有效抑制。

4 分析

通過研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下利用速度傳感器測量軌道車輛速度還是可行的，畢竟現(xiàn)有傳感器的精度和可靠性已經(jīng)可以滿足軌道車輛動(dòng)態(tài)測試的需要。但是某些特定的環(huán)境因素、特定的試驗(yàn)內(nèi)容和車輛可能發(fā)生的故障導(dǎo)致使用單一的速度傳感器在測試時(shí)有一定的局限性。兩種甚至更多種速度傳感器在軌道車輛動(dòng)態(tài)測試中的應(yīng)用，不僅是測試標(biāo)準(zhǔn)中比對(duì)的需要，也是對(duì)日益復(fù)雜的車輛系統(tǒng)深入研究和分析的需要。這是對(duì)車輛綜合性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要依據(jù)。

5 結(jié)語

綜上所述，建議軌道車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中所應(yīng)用的速度傳感器應(yīng)該多元化、多樣化。在廣泛實(shí)踐驗(yàn)證中總結(jié)出一套優(yōu)選方案。

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