霍爾速度傳感器在線檢測設備的研制

張柏杰

（中國鐵路北京局集團有限公司北京電務段，北京 100036）

0 引言

列控系統（ATP、LKJ）配套的霍爾速度傳感器（以下簡稱“傳感器”）安裝于動車組（含集中動力動車組）輪對軸端，用于測量動車運行速度，其工作狀態及運行品質直接關系到動車組的運行安全。

目前換裝后傳感器的工作狀態是通過在檢修站場內低速移動車輛來確認機車有無速度，該方法存在一些問題：首先，依照動車組管理規范，需專職司乘人和多部門配合才能動車試驗，流程復雜效率低；其次，由于場地線路限制，動車試驗試驗距離短速度低，不能全面檢測產品狀態；最后，因安全要求，動車后人員不能停留設備附件對測量，不便于機車故障的分析排查。因此，需要一種能夠便于攜帶到檢修現場能模擬機車運行的傳感器在線檢測設備。

傳感器是通過感應安裝在動車組輪對軸端測速齒輪旋轉，實現機車速度檢測，所以傳感器在線檢測設備應滿足以下要求：①有測速齒輪；②有傳感器安裝接口；③能控制測速齒輪模擬運行速度在0～120 km/h 可調；④自帶電源可在戶外使用和設備要便于攜帶。

1 系統硬件設計

傳感器在線檢測設備主要由傳動機構、殼體總成、控制模塊、人機接口以及電源總成組成（圖1）。

圖1 系統硬件組成

1.1 傳動機構

傳動機構由測速齒輪組成、永磁電機和減速器組成。其中，測速齒輪用于模擬動車組軸端的齒輪，設計采用導磁低碳鋼，采用DIN 867 標準漸開線齒輪，模數為2、齒數為80 個，齒輪寬30 mm；采用轉速4000 r/min 的高速永磁電機，工作電壓24 V，輸出扭矩1.2 N·m；采用5:1 減速器和測速齒輪連接，測試齒輪模擬運行的最高速v=60×（4000/5）×3.14×0.87=131.1 km/h。

1.2 控制模塊

控制模塊由電機驅動板、速度檢測板、人機接口板及處理板組成。電機驅動板采用PWM（Pulse Width Modulation，脈沖寬度調制）信號驅動高速永磁電機，實現速度在0～120 km/h 調節；速度檢測板通過霍爾原理，感應齒輪轉速，產生如轉速成正比的脈沖信號，計算出齒輪真實轉速；人機接口板是用于驅動液晶顯示屏，將檢測到的速度值直觀的顯示出來，能檢測面板上速度設置按鍵狀態，進行速度增減；處理板采用四核64 位的ARM Cortex-A72 架構CPU 和Liunx 操作系統，處理板是設備的控制中樞，通過數據通訊總線和各個電路板交互信息，發出控制指令或接收測試數據，并能記錄測試過程形成測試報告。

1.3 人機接口

安裝在面板上的5 英寸（5×2.54=12.7 cm）HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清多媒體接口）接口的電容觸摸液晶屏做顯示窗口，用于顯示設置的速度值，同時提供速度設置輸入接口（圖2）。安裝在面板的兩個圓形金屬復位按鍵，分別用于設置速度加和速度減的功能。

圖2 顯示布局

1.4 電源總成

電源總成由充電管理板、蓄電池模組和保護功能板組成。其中，充電管理板實現對蓄電池充電功能，為保護蓄電池，根據蓄電池充電特性，充電分過程為涓流預沖、恒流、恒壓3 個階段；保護板功能板用于對蓄電池電壓和溫度進行檢測，防止出差欠壓、過流、電池反接情況；采用12 V/10 A·h 蓄電池，能讓50 W 設備工作時間大于2 h。

1.5 殼體總成

圖3 充電曲線

殼體正面為操作面，提供充電接口、電源開關、調速按鍵及轉速顯示窗口；兩側為傳感器安裝面，可根據需要，選擇傳感器安裝方向；背面提供傳感器的安裝氣隙測試接口，可用于調整安裝氣隙，默認安裝氣隙1 mm；外形尺寸為300 mm×150 mm×260 mm；總質量小于8 kg。

2 系統軟件設計

軟件的設計采用模塊化設計，主要由速度控制模塊、按鍵處理模塊與速度顯示模塊組成，程序主流程如圖4 所示。裝置上電后自檢通過后，檢測測速電機的速度在液晶屏上顯示速度值，實時檢測安裝狀態：如果按下“速度+”按鍵，則控制電機速度值加“1”；如果按下“速度-”按鍵，則控制電機速度值減“1”。

圖4 軟件的主流程

3 結束語

本文所研制的裝置具有如下特點：①解決了霍爾式速度傳感器停車無法檢修的問題，同時為分析和排查故障提供了試驗條件；②體積和重量適中帶且自帶電池可工作4 h 以上，便于檢修人員攜帶到檢修作業站場使用；③人機交互操作良好，使用簡單；④可以在動車靜止狀態模擬機車運行，簡化傳感器換裝后的確認流程，提高效率；⑤傳感器測試后自動保存測試記錄、形成測試臺賬，便于傳感器信息化管理。