TADS綜合檢測儀表

邢傳義，李東岳

（哈爾濱威克科技股份有限公司，黑龍江哈爾濱150090）

1 前言

TADS全 稱 Trackside Acoustic Detector System，中文為貨車滾動軸承早期故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)。TADS綜合檢測儀表是一種針對TADS系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)檢測的儀器，該儀器通過模擬列車通過時的車輪信號、軸承的聲音信號檢測TADS系統(tǒng)的聲學(xué)傳感器陣列、車輪傳感器、配套AEI設(shè)備工作情況并進(jìn)行分析，判斷系統(tǒng)是否工作正常。系統(tǒng)包括檢測儀表和配套軟件兩部分，檢測儀表模擬列車通過時的車輪信號、軸承信號及車輛標(biāo)簽信號；或產(chǎn)生各種專為TADS系統(tǒng)測試設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)信號，配合檢測軟件對TADS系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測，快速判斷TADS系統(tǒng)故障的部位。檢測軟件對產(chǎn)生的各種信號進(jìn)行采集，并對采集的各種信號進(jìn)行分析解釋，為用戶提供方便直觀的操作、分析界面。

2 技術(shù)指標(biāo)

適應(yīng)電源：220V±20%；

適應(yīng)環(huán)境：-20℃～+50℃；

車輪信號模擬器的模擬性能

車輪傳感器輸出幅值：2000±400mV；

傳感器輸出幅值：24V；

輸出阻抗：160+10Ω；

聲源播放器

輸出功率：1.7W；

輸出頻率：500～15 000Hz。

3 功能

3.1 聲學(xué)通道檢測

聲學(xué)傳感器檢測：測試單個或多個聲學(xué)傳感器工作狀態(tài)，通過不同頻率的標(biāo)準(zhǔn)聲源對聲學(xué)傳感器進(jìn)行檢測，動態(tài)顯示出頻響曲線圖，并給出不同頻率的聲強(qiáng)值，可以分析聲學(xué)傳感器的正向靈敏度隨頻率變化的情況，從而判定聲學(xué)傳感器是否符合TADS系統(tǒng)采集軸承聲音的要求，給出該聲學(xué)傳感器工作是否正常。

放大器檢測：可檢測放大器對專用傳感器在標(biāo)準(zhǔn)聲源下的輸出，并實(shí)時顯示，以判斷其工作是否正常。

A/D卡檢測：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號，提供給系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡，可以判斷遠(yuǎn)近端計(jì)算機(jī)的A/D卡工作是否正常。

3.2 SIPS（Signal Interface Power Supply）箱、保護(hù)箱檢測

SIPS箱檢測：可檢測SIPS箱的電源輸出及狀態(tài)檢測情況，并通過模擬保護(hù)箱的工作，檢測SIPS的工作時序。

保護(hù)箱檢測：可檢測保護(hù)箱的電機(jī)電源、保護(hù)門狀態(tài)傳感器的工作狀態(tài)，并實(shí)時顯示，準(zhǔn)確定位到每一個保護(hù)箱。

3.3 車輪傳感器檢測

聲學(xué)車輪傳感器的檢測：通過模擬車輪信號，檢測車輪傳感器的輸出特性，并顯示出輸出波形的幅值大小、頻率、周期等特征，判斷該聲學(xué)車輪傳感器是否正常。

AEI車輪傳感器的檢測：可以模擬車輪信號，并在檢測儀表上檢測車輪傳感器的輸出特性，顯示出輸出波形的幅值大小、頻率、周期等特征，判斷該AEI車輪傳感器工作是否正常。

3.4 模擬列車檢測

室外通過車模擬檢測：可模擬車輪、標(biāo)準(zhǔn)聲音、車輛標(biāo)簽信號，產(chǎn)生通過車時的車輪聲音(內(nèi)圈、外圈、滾子等故障類型)、標(biāo)簽，檢測TADS探測站設(shè)備的工作是否正常。

室內(nèi)通過車模擬檢測：可產(chǎn)生車輪傳感器、車輛標(biāo)簽信號，產(chǎn)生通過車時的車輪傳感器輸出及模擬保護(hù)箱的工作過程，用來檢測TADS系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備的工作是否正常。

3.5 TADS歷史工作狀態(tài)數(shù)據(jù)分析

通過對TADS歷史數(shù)據(jù)的分析，判斷系統(tǒng)工作的狀況。

4 儀表結(jié)構(gòu)

TADS綜合檢測儀表結(jié)構(gòu)由綜合檢測儀表主機(jī)、附件等幾部分構(gòu)成（見圖1、2、3、4）。

儀表主機(jī)：模擬裝置主機(jī)安裝在一個專用機(jī)箱內(nèi)，采用模塊化設(shè)計(jì)，主板采用PC104單板機(jī)，總線采用標(biāo)準(zhǔn)PC104總線，配備了液晶顯示器、觸摸屏、按鍵、B&K4938傳感器，并制作模擬車輪傳感器信號板、音頻電路和標(biāo)準(zhǔn)測試聲源。主要功能如下。

4.1 主板

主機(jī)板為嵌入式586工業(yè)控制電腦，其功能是給STD總線槽提供數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制總線，提供前面板液晶顯示器控制接口，并配有RS232串口、打印口等。

液晶顯示器采用640×480點(diǎn)陣帶觸摸功能的LCD顯示器，可以方便地輸入各種參數(shù)和控制命令，并可方便地顯示模擬裝置的工作狀態(tài)或外部信號的波形。

4.2 模擬車輪傳感器信號板

主要完成車輪傳感器信號模擬、保護(hù)箱電機(jī)電源及保護(hù)門狀態(tài)傳感器的檢測、保護(hù)門電機(jī)控制電源及保護(hù)門狀態(tài)傳感器的模擬、1kHz標(biāo)準(zhǔn)聲源的控制。

4.3 音頻板

主要提供標(biāo)準(zhǔn)聲音的聲源電路、電壓檢測功能的A/D轉(zhuǎn)換、標(biāo)簽信號發(fā)送功能和按鍵狀態(tài)檢測功能。

4.4 車輪信號模擬器

車輪信號模擬器使車輪傳感器產(chǎn)生一個正弦的電壓信號，并且可以控制車輪傳感器信號產(chǎn)生的頻率、出現(xiàn)時刻等，這樣就可以模擬列車的車輪信號，產(chǎn)生不同的列車速度和輛數(shù)，與聲源配合就可以產(chǎn)生完整的列車通過車的模擬信號，對系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測。

4.5 聲源播放器

聲源播放器是一個保證聲源保真的重要組成部分，通過固定鎖扣可以把聲源發(fā)生器固定在傳感器陣列上。在模擬裝置主機(jī)控制可以發(fā)出500Hz、1kHz…15kHz等標(biāo)準(zhǔn)測試聲源和故障軸承聲源。

4.6 標(biāo)簽?zāi)M器

模擬標(biāo)簽實(shí)際是一個可讀寫標(biāo)簽，可以在信號模擬控制器的控制下，發(fā)出不同的列車標(biāo)簽信號，模擬實(shí)際列車標(biāo)簽信號。

5 工作過程

5.1 聲學(xué)傳感器檢測

檢測儀表由上位機(jī)通過串口進(jìn)行操作控制，根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的工作命令，檢測儀表通過串口通信控制軸承聲音模擬電路產(chǎn)生相應(yīng)的頻率聲源，單片機(jī)控制相應(yīng)一路，通過音頻功率放大器LM4950將聲音信號放大后輸出到聲源播放器，用于檢測聲學(xué)傳感器是否正常。

5.2 放大器檢測

將檢測儀表內(nèi)置聲學(xué)傳感器連接端接入放大器箱，通過控制HS6020型內(nèi)置1kHz聲源發(fā)生器的繼電器開啟與關(guān)斷，放大器通過內(nèi)置的聲學(xué)傳感器對1kHz聲源信號進(jìn)行采集，從而檢測放大器是否正常工作。

5.3 AD卡檢測

通過MEGA48單片機(jī)對高精度可編程波形發(fā)生器AD9833進(jìn)行波形頻率設(shè)置，此波形信號的輸出經(jīng)音頻分配電路擴(kuò)展為6路音頻信號，每一路通過TPA6204功率放大器放大產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號，提供給系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡，從而判斷遠(yuǎn)近端計(jì)算機(jī)的A/D卡工作是否正常。

5.4 SIPS箱檢測

SIPS箱主要對保護(hù)箱進(jìn)行控制，其內(nèi)部電源和繼電器性能的好壞直接影響到保護(hù)箱的工作。系統(tǒng)進(jìn)行自檢，并檢測連接線是否連接好，SIPS箱電源被引入到測量電路，通過AD采樣測量出電源的電壓值；通過接近開關(guān)模擬電路，模擬接近開關(guān)開和關(guān)的狀態(tài)，通過檢測SIPS箱電路讀取SIPS箱內(nèi)部繼電器狀態(tài)，從而檢測出SIPS箱內(nèi)部繼電器狀態(tài)是否正常。

5.5 保護(hù)箱控制檢測

檢測保護(hù)箱內(nèi)各開門接近開關(guān)、關(guān)門接近開關(guān)及電機(jī)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)進(jìn)行自檢，通過檢測保護(hù)箱電路的繼電器控制保護(hù)門手動開關(guān)，手動開關(guān)控制保護(hù)門不同的工作狀態(tài)，通過檢測保護(hù)箱電路讀取保護(hù)箱內(nèi)各接近開關(guān)的工作狀態(tài)，從而檢測出保護(hù)箱內(nèi)各接近開關(guān)及電機(jī)的工作狀態(tài)是否正常。

5.6 聲學(xué)車輪傳感器檢測

聲學(xué)傳感器性能好壞對TADS系統(tǒng)采集過車信息影響很大。通過車輪傳感器信號發(fā)生器電路中的AD7226發(fā)出特定的信號波形，再經(jīng)過放大電路使車輪模擬器產(chǎn)生模擬信號，使聲學(xué)傳感器感應(yīng)出模擬車輪信號，通過上位機(jī)軟件對模擬信號進(jìn)行采集并分析判斷。

5.7 AEI車輪傳感器檢測

通過車輪傳感器信號發(fā)生器電路中的AD7226發(fā)出特定的信號波形，經(jīng)過放大電路使車輪模擬器產(chǎn)生模擬信號，AEI車輪傳感器感應(yīng)出模擬車輪信號，并將此信號引入到信號采集電路中，通過AD在相同單位時間進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在檢測儀中顯示出AEI車輪傳感器感應(yīng)出的模擬車輪信號，并進(jìn)行分析判斷。

5.8 室外動態(tài)模擬過車檢測

模擬過車時的車輪、故障軸聲音、標(biāo)簽等信號，檢測TADS探測站設(shè)備的工作是否正常。由于模擬通過車時采用的是特定的故障軸聲音，所以特定的故障軸聲音對應(yīng)一個固定的行車速度。通過車輪傳感器信號發(fā)生器電路中的AD7226發(fā)出特定的信號波形，經(jīng)過TCA0372放大使車輪模擬器產(chǎn)生模擬信號，并通過82C54定時器中斷電路來模擬實(shí)際過車時序。首先通過車輪模擬器在室外AEI車輪傳感器上，模擬通過AEI車輪傳感器的過車，并同時產(chǎn)生標(biāo)簽信號。AEI模擬過車完成后，開始準(zhǔn)備模擬TADS車輪傳感器的過車，在模擬之前先進(jìn)行頻率為1kHz聲音通道的切換工作，經(jīng)過音頻電路輸出到音箱產(chǎn)生1kHz聲音，開始通過車輪模擬器在室外聲學(xué)車輪傳感器上模擬TADS車輪傳感器的過車，在模擬TADS車輪傳感器過車的最后一個軸時播放特定的故障軸聲音，進(jìn)行軸承聲音模擬電路的切換工作，并控制播放時序。

5.9 室內(nèi)模擬過車檢測

模擬車輪傳感器的信號，用來檢測TADS系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)備的工作是否正常。通過模擬車輪傳感器信號電路中的AD7226產(chǎn)生室內(nèi)過車模擬信號，首先模擬室內(nèi)AEI過車，再模擬室內(nèi)TADS車輪傳感器過車。

6 結(jié)束語

鐵路運(yùn)行的安全問題是運(yùn)輸部門最關(guān)心、也是最重要的問題，地面設(shè)備對車輛安全檢測系統(tǒng)是保證車輛安全的重要設(shè)備。為保證設(shè)備的可靠正常運(yùn)行，主管部門采取了各種保證安全的措施，除了嚴(yán)格的管理措施外，檢測儀表是保證設(shè)備正常運(yùn)行必不可少的檢測手段。目前，國內(nèi)對涉及TADS系統(tǒng)的檢測主要采取定期人工檢測方式，效率低、人為因素影響較大，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用率。為了改變這種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對TADS系統(tǒng)的綜合檢測勢在必行。TADS綜合檢測儀表可以對TADS系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的檢測，對TADS系統(tǒng)的各個重要部件進(jìn)行檢測評判，以判定TADS設(shè)備是否達(dá)到運(yùn)行要求、工作是否正常，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行提供可靠的檢測手段。目前，TADS系統(tǒng)在全路正在逐步加大安裝力度，在保證運(yùn)輸生產(chǎn)方面的作用日益顯著，為TADS綜合檢測儀表的推廣提供了廣闊市場。