和谐大功率交流机车速度传感器自动检定装置的研究

时间：2024-07-28

周宝玲崔晓马嘉锐

（广东白云学院，广州 510450）

近年来，轨道交通中已经有许多型号的和谐大功率交流机车上线运行，并且检修工艺在逐渐修订[1]。光电速度传感器安装在机车轮对上，用来检测机车速度，是机车的重要组成部件，关系着行车的安全，必须定时检修[2-4]。目前，速度传感器的检修工作主要由机务段负责。和谐大功率交流机车车型多，导致速度传感器种类繁多且数量庞大。人工检修速度传感器主要存在3 个问题：一是检修人员的劳动强度大，检修时间长，工作效率低；二是只能对速度值进行检测；三是通用性差，只能检测部分车型。

为了解决这些问题，研究速度传感器自动检定装置，利用自动控制技术自动控制电机转速，自动检测速度传感器的速度、幅值、相位差、占空比、最低高电平和最高低电平等参数，并自动判断传感器的好坏[5]。

1 系统设计

结合检修工艺，系统设计主要包括硬件和软件两部分，可以测试速度传感器速度、幅值、相位差、占空比、最低高电平及最高低电平等参数。

1.1 硬件设计

为了检测速度传感器的一系列参数，设计和谐大功率交流机车速度传感器自动检定装置。该装置包括转速源（变频器、电机、机械过渡连接）、光电编码器、开关电源、信号调理电路、模拟量检测板卡、脉冲量检测板卡及工控机等，如图1 所示。

图1 硬件系统图

转速源由变频器、电机、机械过渡连接组成。其中，变频器控制电机转速，然后通过机械过渡连接，与待测速度传感器连接。变频器的调节通过串口由计算机进行控制。光电编码器为高精度传感器，主要采集电机转速信号折算成速度作为标准的速度信号，提供给计算机。开关电源用来给被试速度传感器、整形电路和板卡供电。被试速度传感器的供电电压为直流15 V。整形电路及板卡供电为直流±15 V 和直流5 V。模拟量采集卡型号为K810A，采用光电隔离方式，可以检测速度幅值，最后送入计算机。脉冲量采集卡主要由光电隔离高速脉冲计数卡K830 组成，速度传感器输出脉冲信号，经过调理电路滤除高频干扰后，将信号送入脉冲量采集卡K830，最后送入计算机。

1.2 软件设计

该试验装置软件部分流程如图2 所示。

图2 软件流程图

第1 步：启动软件，初始化系统参数；

第2 步：预先输入被试速度传感器参数；

第3 步：选择被试件型号；

第4 步：选择测试通道；

第5 步：开始测试，包括标准速度、测量速度、幅值、相位差、占空比、最低高电平、最高低电平等参数；

第6 步：判断速度传感器检测是否合格，若合格结束试验，否则重新进行试验。

2 实验验证

对HXD3 车型速度传感器进行实验。

2.1 实验1——速度传感器速度测试

对速度传感器进行测试，该速度传感器输出为2通道，供电电压为直流15 V。通过机械过渡连接将速度传感器与电机输出端相连。通过测试线将速度传感器与实验设备相连。通过光电编码器采集标准速度。测量速度和标准速度均通过整形电路整形变换，最后送入脉冲量检测板卡进行检测。准备就绪后，开始试验。

测试方式为自动控制，计算机通过串口控制变频器，进而控制电机转速，测试结果如表1 所示。

表1 速度传感器速度测试

2.2 实验2——速度传感器波形参数测试

在实验1 的基础上，对速度传感器波形进行测试。该速度传感器为两通道光电速度传感器。速度传感器的幅值通过整形变换后由模拟量板卡进行采集。相位差和占空比通过脉冲量采集卡进行采集。

测试方式仍然采取自动控制，测试结果如表2所示。

表2 速度传感器波形参数测试

实验1 速度值测试的最大误差为0.125%，满足速度传感器工艺测量精度要求。实验2 速度幅值为14.7 ～14.8 V，接近供电电源直流15 V，满足幅值工艺要求；相位差为90°～91°，满足相位差90°±45°的工艺要求；占空比为50.0%～50.1%，满足占空比为50%±20%的工艺要求；最低高电平为13.9 ～14.0 V，满足最低高电平大于等于9 V 的工艺要求，最高低电平为0.7 ～0.8 V，满足最高低电平小于等于2 V 的工艺要求。可见，该装置满足HXD3车型检修工艺中对速度传感器的速度和波形参数的测试要求。