高速動車組速度傳感器解析

王新祥

摘 要：針對濟南鐵路局濟南電務段濟南高鐵車載設備車間近期發生關于 CTCS3-300T車載設備速度傳感器相關故障，文章是對動車組速度傳感器原理進行解析。

關鍵詞：速度傳感器；脈沖；測速/測距；霍爾

引言

針對近期發生關于 CTCS3-300T車載設備速度傳感器相關故障，本論文是對動車組速度傳感器原理進行有效分析。

1 速度傳感器

1.1 主要功能

機車軸端光電轉速傳感器或霍爾磁電轉速傳感器是鐵路機車車輛檢測車輪轉速的轉速傳感器，向動車組提供與車輪轉數成比例的電脈沖信號。當測得傳感器輸出脈沖頻率f，車輪直徑D時，列車速度v可由下式決定：

式中：v-列車運行速度，單位：m/h；f-傳感器輸出脈沖頻率，單位：Hz；D-車輪直徑，單位：m；n-傳感器一圈脈沖數（目前光電轉速傳感器每轉輸出脈沖數是200，霍爾磁電轉速傳感器輸出脈沖數是80）。

1.2 工作原理

光電轉速傳感器內光柵盤隨機車車軸轉動，紅外發射管發出持續紅外光，光柵盤轉動將持續的紅外光遮擋為斷續的紅外光線脈沖，紅外接收管接收到紅外光線后輸出對應的高、低電平，從而輸出與車輪轉速成正比的電脈沖信號。其工作原理可用圖1表示（通常光柵片擋住紅外光時傳感器輸出低電平而未擋住紅外光時輸出高電平）。

霍爾磁電轉速傳感器的核心為霍爾感應頭，在被測齒輪在旋轉的過程中，齒頂和齒谷交替對準感應頭內的霍爾元件，引起穿過霍爾元件的磁通量交替變換，霍爾元件將磁場轉換成電流信號。經后級處理電路處理后，輸出頻率與轉速成線性比例的電壓脈沖信號。

輸出電路的基本原理如圖3所示。

1.3 主要技術參數

1.3.1 光電轉速傳感器參數

電源電壓（VDC）：15×（1±15%） 或24×（1±15%）；工作電流（每路脈沖）：<50mA；輸出脈沖幅值（負載電阻3kΩ）：高電平≥9VDC，低電平≤2VDC；相位差：1-2，3-4，5-6通道相位差為：90°±45°；轉速測量范圍：0～2500r/min；每轉脈沖數：200；輸出方波波形占空比： 50%±20%。

1.3.2 霍爾磁電轉速傳感器參數

工作電壓（VDC）：Ub=10～20V；輸出波形：方波；輸出電平：高電平≥（Ub-2）VDC（RL=2.2kΩ）；低電平≤2VDC；停車輸出電平：7V±1V；測速范圍：0～10kHz；占空比：50%±10%；相位差：90°± 30°；測量氣隙：0.2mm～2.2mm。

2 壓力傳感器

2.1 主要功能

壓力傳感器向LKJ提供各列車管、風缸的壓力信號，輸出0～5V直流信號，對應于空氣壓力0～1000kPa（表壓）。

2.2 工作原理

電阻式壓敏元件將被測的氣體（液體）物理壓力大小轉變成標準的電信號，再經過信號調整電路處理后，輸出與被測壓力大小成線性比例的電壓信號。

2.3 主要技術參數

測量范圍：0～1000kPa；輸出電壓：DC 0～5V；準確度： ±0.5%VFS；過載能力：3000kPa/1min；供電電源：DC 15×（1±10%）V；電流消耗：不大于15mA；管路接口：M18×1.5、錐螺紋R1/2（TQG14E1）；電氣接口：XS12J5A/K5P型航空插座/頭；接口定義：1腳-電源+；2腳-空腳；3腳-輸出；4腳-公共端；5腳-外殼。

3 結束語

綜上，電弧放電激發的強磁場，會在車體鋁殼表面形成電影，因為動車組單點保護接地，面電流經過車體時有可能會引起車體對電位的提升，形成騷擾壓力。同時，受到速度傳感器安裝方式影響，車體騷擾電壓會傳感器傳輸電纜屏蔽層以及芯線間的寄生電容的耦合至芯線內，并且對速度的信號會產生一定的干擾。因此，通過在端部車輛增加保護接地線，可以降低車體電位方法，并且可在最大限度中減少速度傳感器信號端口的干擾電壓幅度值，以此有效去解決降弓時傳感器所受到的一繁殖電磁干擾的問題。加強保護接地后，雖然可以更好降低車體電位，解決降弓時動車組速度上傳感器電磁干擾的問題，但同時也有可能造成負面的影響，例如鋼軌上回流經保護接地線在車體上會形成環流，而長時間的環游也會引起軸承發熱以及電腐蝕的情況等等。解決的辦法是在保護接地線中串連一定阻值的電阻。