淺談速度傳感器在軌道車輛動態測試中的應用

劉德權

摘 要：該文主要是參考軌道車輛動態試驗內容和在實際應用過程中發現的問題，從動態試驗角度闡述速度傳感器在軌道車輛中的應用，供測試人員參考。包含對速度傳感器、多普勒雷達、多普勒效應的定義，速度傳感器在軌道車輛動態測試中的適應性，速度傳感器在軌道車輛測試中的應用及分析。

關鍵詞：軌道車輛 動態試驗 速度傳感器 多普勒雷達

中圖分類號：U216.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）04（b）-0001-02

為了保證軌道車輛整車動態試驗中對速度的測試精準有效，對軌道車輛涉及速度的試驗內容進行了初步分析。通過對兩種速度傳感器的對比和對測試內容的描述，總結出適合整車動態試驗使用的速度傳感器類型。

1 術語和定義

（1）速度傳感器：是一種將非電量（速度：單位時間內位移的增量）的變化轉變為電量變化的元件。

（2）多普勒雷達：又名脈沖多普勒雷達，是一種利用多普勒效應來探測運動目標的位置和相對運動速度的雷達。

（3）多普勒效應：在接收和發出的電磁波之間造成頻移，頻移與速度成比例變化，并取決于角度的大小。

（4）脈沖占空比：是指高電平在一個脈沖周期中所占的比例。

2 適用性

在軌道車輛動態試驗中需要速度做參考量的測試非常多。例如：牽引特性試驗、制動距離試驗、運行品質試驗和受電弓動態特性試驗等。

3 速度傳感器在軌道車輛測試中的應用

測試工程師通過在測試車輛上安裝測試傳感器來采集速度信號，然后傳輸給數據采集系統、示波器或計算機，經特定軟件處理后就會得到試驗需要的數據曲線。

下面列舉DF16和DRS05a兩種速度傳感器進行簡要對比，供評價做參考。

DF16測速傳感器基本參數：工作電源：DC12～30V；脈沖占空比：（50±20%）；工作溫度：-40 ℃～70 ℃；每轉脈沖數：外軌道200P/R、內軌道80P/R。

注意事項：（1）傳感器安裝在機車軸箱蓋上，把軸箱端蓋面清潔干凈，確保安裝面平整；（2）安裝時必須加上安裝墊，安裝必須牢固；（3）方軸插入機車軸端XX mm×XX mm的方孔內，在方軸彈片上涂適量潤滑油，保證方孔與彈片滑動靈活。

DRS05a多普勒雷達基本參數：工作電源為15 V直流在頻率輸出操作模式下，速度分辨率可以在10～100 Hz之間設定。

注意事項：（1）確保不能出現延伸至放射范圍內的雪或冰層；（2）必須通過一條屏蔽電纜將接地螺栓連接到車輛地線上；（3）供電電纜必須保證安裝后不會出現抖動或過度彎曲（至少170 mm的彎曲半徑）現象；（4）雷達的安裝應保持水平，軌道水平位置。通常俯仰角、翻滾角不大于0.2°。（5）應確保軌道螺栓在天線輻射的軌跡內。

這兩種速度傳感器在現階段國內軌道車輛動態測試中較為常見。DF16是光電式速度傳感器。通過掃描光柵內、外軌道，傳感器可輸出兩種不同脈沖數的方波信號，內軌道每轉80個脈沖，外軌道每轉200個脈沖。傳感器可方便地安裝于軸箱蓋上，傳動部分采用軟性連接，能克服安裝不同心及驅動間隙，具有堅固、密封、抗震、抗沖擊、測速范圍寬、溫度適應范圍寬、可靠性好、使用壽命長等特點，適用于國內外各種類型機車的速度、方向、空轉及打滑等各項檢測。

DRS05a是多普勒雷達形式的速度傳感器。通過使用多普勒效應對地面車輛速度進行測量。通過DRS05a的脈沖輸出，由脈沖計數和單位時間內的脈沖數來獲得距離和瞬時速度，這樣可以通過計算而獲得頻率和速度的某種對應關系。其優點是非接觸測量、不受打滑影、及時測量（瞬間加速度）；缺點是會受到使用環境一定程度的影響。它適用于國內外各種類型機車的速度測量和標定。

通常車輛輪軌力的測試常用這種DF16傳感器，因為測試線路是運營線路典型代表區域（道岔、曲線、直線等），路況比較復雜，雷達輻射軌跡達不到要求。這時安裝在拖軸上的DF16測得的速度在和列車電機傳出的速度做比對處理后，所得的速度信號更加可靠（拖軸在牽引和制動過程中受到的影響最小）。

通常車輛調試或進行制動距離這種測試時常用DRS05a傳感器，因為是選取典型平直干燥試驗軌道，測試線路非常適合雷達測試條件。這時也常常用雷達測得速度信號作為標量來校準列車上各種速度傳感器。

DF16和DRS05a在某些特定的車輛試驗中需要合作。例如車輛空轉/防滑試驗，DF16監測軸速，DRS05a監測車速，在軌道粘著力低的時候車輪會出現空轉和打滑，這時通過測得的軸速和車速做比對來判斷牽引和制動系統對車輛空轉和打滑是否進行了有效抑制。

4 分析

通過研究發現，在一定條件下利用速度傳感器測量軌道車輛速度還是可行的，畢竟現有傳感器的精度和可靠性已經可以滿足軌道車輛動態測試的需要。但是某些特定的環境因素、特定的試驗內容和車輛可能發生的故障導致使用單一的速度傳感器在測試時有一定的局限性。兩種甚至更多種速度傳感器在軌道車輛動態測試中的應用，不僅是測試標準中比對的需要，也是對日益復雜的車輛系統深入研究和分析的需要。這是對車輛綜合性能評價的一個重要依據。

5 結語

綜上所述，建議軌道車輛動態試驗中所應用的速度傳感器應該多元化、多樣化。在廣泛實踐驗證中總結出一套優選方案。

參考文獻

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