基于LabVIEW的应答器I/O特性异物测试研究

魏晓飞

（北京铁路信号有限公司，北京 102613）

应答器作为高速铁路车地通信的关键设备，承担着向列控车载设备传输线路速度信息、特殊定位信息、线路基本参数等重要信息的任务。随着国内高速铁路总里程超过2.9万km，应答器设备广泛的应用于高铁线路中，针对应答器异物环境下性能测试技术的研究显得越来越重要。

1 应答器输入输出（I/O）特性测试

目前，国内的应答器测试主要参考欧洲铁路标准子集中欧标应答器测试规范subset-085和国内铁道行业标准TB/T 3544-2018应答器传输系统测试规范的要求执行。应答器输入输出（I/O）特性测试主要是测试应答器在自由空间和可能的运行环境（如异物覆盖、地面存在金属物）条件下，应答器感应的磁通量与应答器产生的上行链路电流之间的变化关系。

通过改变测试天线发射的磁通量，测量应答器上行链路信号强度，转化成应答器的感应电流，通过测试天线发射磁通量和应答器上行链路电流对应关系，判断应答器输入/输出特性。

1.1 测试指标

以阿尔斯通应答器为测试对象，根据标准subset-085和TB/T 3544-2018的要求，测试天线需要固定在距离应答器几何中心[X=0，Y=0，Z=220]（X为纵向，Y为横向，Z为高度，单位为mm）位置。

测试连接示意图如图1所示，Pcs为测试天线发送27.095 MHz信号转化后的测量值，P42为应答器反馈4.23 MHz信号。

图1 测试连接示意Fig.1 Test connection diagram

对于阿尔斯通应答器，它的下行链路磁通量和上行链路电流对应关系如表1所示。

表1 应答器磁通量与上行链路电流特性Tab.1 Balise magnetic flux and uplink current characteristics

测试天线发送27 MHz信号Pcs的磁通量偏置（大小变化）依照表2所示进行。

表2 27 MHz信号磁通量偏置Tab.2 Magnetic flux bias of 27 MHz signal

由于图1中功率计1和功率计2测得的值为功率能量，需要通过公式（1）和公式（2）换算为磁通量和上行链路电流。

公 式（1）、（2） 中，Φd1、Iu2对 应 表 1中 的数值。P27RL为测试天线在空间位置[X=0，Y=0，Z=220]这一点的通过标准尺寸参考环的磁通量为Φd1时能量值。Pcs为天线发送的27 MHz信号能量值。

P42RL为在这一位置的标准尺寸参考环电流达到Iu2时发送4.23 MHz信号的能量值。P42为应答器反馈的4.23 MHz信号的能量值。

根据磁通量的偏置（大小变化）和上行链路电流对应关系，测试天线产生的磁通量从（Φd1-3）dB增加到Φd4，再从Φd4减小到（Φd1-3）dB。带入公式（1）和公式（2），形成测试曲线，如图2所示。

如图2所示，应答器的响应曲线应该在图中上下限之间的非阴影区域，在该区域内判定测试合格。

图2 应答器输入输出特性Fig.2 Balise I/O characteristics

1.2 异物环境测试要求

应答器I/O特性异物环境下测试需要在规定的清水、盐水、铁矿石、金属物、钢枕、其他轨枕环境下进行。对于不同的测试环境，需要分别对P27RL和P42RL进行校准。

2 测试系统的实现

结合北京铁路信号有限公司实验中心应答器测试平台，定制异物工装，实现应答器I/O特性在异物环境下的测试。

2.1 测试系统的要求

对于应答器I/O特性测试，需要采集磁通量上升区和下降区共28个值以及对应的上行链路电流值，如果手动测试，效率和准确性无法保证。需要自动化的测试手段完成该测试。

2.2 基于LabVIEW测试系统实现

LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。通过GPIB总线可以实现控制、调用仪表参数和程序控制，实现测试的自动化。对于应答器的I/O特性测试，测试示意如图3所示。

图3 测试示意Fig.3 Test diagram

从图3中可以看出，通过LabVIEW实现对信号发生器的控制，对功率计1（Pcs）、功率计2（P42）值的采集，实现应答器I/O特性测试的自动控制，并完成测试数据做图，显示测试结果，如图4所示。

图4 实际测试结果Fig.4 Actual test results

3 异物环境测试搭建

3.1 异物测试的要求

根据欧标及铁标应答器测试规范，应答器I/O特性的异物环境下测试需要包括如表3所示中的6个项目，分为2个测试等级，测试等级可根据应答器制造商的要求进行选择。

表3 应答器测试等级要求Tab.3 Requirements of balise test class

同时根据测试规范要求，提高27 MHz信号发射磁通量，磁通量增加值与测试等级对应关系如表4所示。

表4 磁通量增加对照Tab.4 Comparison table of magnetic flux increase

根据不同的异物环境和测试等级，在异物环境下重新校准P27RL和P42RL，调整27 MHz磁通量Pcs增加量，实现异物覆盖或金属物条件下的测试。

3.2 异物环境下测试工装的实现

根据标准subset-085和TB/T 3544-2018的要求，对于应答器I/O特性异物环境下的6项测试，金属物、钢枕、其他轨枕3项测试条件相对易于实现，可根据测试规范定制相应工装，实现测试环境搭建。

对于水、盐水、铁矿石这类需要覆盖在应答器上，并精确控制覆盖厚度的异物实现起来有一定的困难。需要寻找一种合适的工装辅助测试。

在水、盐水的异物测试过程中，对测试规范要求的液体杂物使用要求进行优化，设计如图5所示的液体杂物测试工装。

图5 液体异物测试示意Fig.5 Schematic diagram of liquid object test

根据测试规范的要求，在做液体异物测试过程中，需要使用有一定强度和厚度的塑料薄膜，塑料薄膜与杂物箱底层成45°夹角。为了准确的实现规定的液面厚度，定制一种合适的异物盒，该异物盒底面厚度控制在1 mm以内，能够保证杂物层底部与应答器顶面之间距离小于2 mm，选用与空气等同特性的材料且有一定的强度，高度按照测试规范要求的异物覆盖厚度定制，实现应答器作用区的完全覆盖。该工装能够辅助测试人员准确定位异物测试的杂物液面厚度。

同理，在进行应答器I/O特性的铁矿石异物覆盖测试过程中，依靠异物盒工装实现规定厚度的杂物层覆盖，完成测试规范要求的测试。

异物测试环境搭建实测如图6～8所示。

图6 金属物异物环境下的I/O特性测试Fig.6 I/O characteristic test under metal foreign object environment

4 总结

图7 钢枕异物环境下的I/O特性测试Fig.7 I/O characteristic test under steel sleeper foreign object environment

图8 水、盐水异物环境下的I/O特性测试Fig.8 I/O characteristic test under water or saline foreign object environment

对于应答器异物环境条件下的I/O特性测试，通过LabVIEW程序实现仪表采集、控制，配合测试工装，实现大量重复测试的自动化。对应答器这类在室外复杂自然环境中工作的设备，异物环境下的测试具有很强的现实意义。通过初步实现测试规范要求的异物测试环境，为未来应答器设备在多种复杂环境下的测试研究打下基础，对应答器设备芯片选型、故障分析等研发工作，提供测试环境的支持。