[发明专利]便携式列车振动测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及列车电气检测领域，具体涉及一种便携式列车振动测试仪。

背景技术

铁路是交通运输的大动脉，对国民经济的发展起着十分重要的作用。高速铁路的发展是铁路旅客运输业的一场技术革命，代表着铁路客运的发展方向。自1997年至今已经进行了六次大规模提速，特别是2008年4月18日的第六次大提速，我国高速列车正式投入运行，有效地缓解了铁路运量与运能的矛盾，收到了十分显著的社会经济效益。随着列车运行速度的提高，列车车辆运行品质也逐渐成为了人们关注的焦点。衡量列车车辆运行品质的主要技术参数是运行舒适度、平稳性指标，计算这两项指标需要列车车辆运行时振动所产生的垂向、横向和纵向加速度数据。所以，如何得到准确、可靠的加速度数据以及如何选取舒适度、平稳性指标的计算标准成为衡量列车车辆运行品质的关键问题。目前，国内采用的评定标准是UIC 513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和《GB5595-85标准》，这两个标准、准则给出了舒适度、平稳性的测试条件、基本算法以及判断基准。

对列车进行舒适度和平稳性检测，传统的方法是利用计算机在线采集大量的列车车辆振动所产生的垂向、横向和纵向的振动加速度，根据舒适度和平稳性的基本算法，进行在线或离线计算，得出结果。利用这种方法，无论是采用在线还是离线的形式，都离不开利用个人计算机进行最后的数字计算，这种状况已不能满足现代高速铁路要求检测方便，检测设备小型化、智能化的要求。同时，由于列车的舒适度和平稳性指标与列车的运行速度由密切的关系，传统计算方法没有将列车的瞬时运行速度与计算得到的舒适度和平稳性指标结合起来，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术上的不足，提供一种便携式列车振动测试仪，该测试仪具有便携式、大容量数据存储、实时记录列车运行速度、实时记录列车运行三向加速度、实时记录列车位置、实时绘制速度和加速度曲线、实时计算舒适度和平稳性指标等优点。

本发明所提供的便携式列车振动测试仪，由FPGA、加速度模块、频率模块、GPS模块、显示模块、键盘模块、时钟模块、RAM模块、数据存储模块、无线网络模块以及程序存储模块等组成。FPGA是Altera公司的现场可编程门阵列，担当振动测试仪的CPU功能，利用Nois II软件环境搭建内核系统，建立了各种外设接口模块，实现数据的采集与存储、图形界面、数据通信接口等，内嵌浮点运算单元(FPU)，利用Nois II的新增硬件指令功能，在内核系统中调用定制的硬件指令来实现硬件浮点数运算，实现了快速计算舒适度、平稳性指标算法，保证测试仪的实时性，同时具有加速度信号各种图形的显示功能；加速度模块包括垂向、横向、纵向振动加速度以及滤波电路、AD7864电路，FPGA控制AD7864电路对列车三向振动加速度传感器经过抗混叠滤波器的信号进行同步采集，实现测试仪三向振动加速度同步采样；频率模块完成列车速度频率信号的采集，包括速度信号电压限压模块、信号调节模块、信号放大模块、频率采集模块等组成部分；GPS模块完成列车位置(经度、纬度)、速度、方向、标准时间的采集，与CPU之间通过RS-232串口进行数据通讯，由此可确定列车运行的速度、位置等信息；显示模块采用5.7寸彩色TFT液晶屏，接口为RS232串行接口，用于实时绘制和更新加速度图形、速度图形、位置信息、舒适度及平稳性指标；键盘模块为4×4矩阵键盘，16个按键的功能分别为：上、下、左、右、确定、取消、数字0～9，用于人机输入信息；时钟模块采用DS1307芯片为系统提供时间，利用GPS时间对其进行时钟标定；RAM模块用来临时保存采集的加速度数据，且作为计算舒适度和平稳性指标的数据缓冲区；数据存储模块包括板载FLASH存储芯片、SD卡接口和U盘接口，用于保存原始加速度数据以及计算难得结果和相应的速度、位置的信息，测试仪掉电后，数据存储模块中的数据不丢失，可以保存10年；无线网络模块是由Zigbee网络构建，以实现测试仪与计算机的通讯接口，便于计算机对测试仪进行操作控制；程序存储模块用来存储FPGA中的配置信息，同时还用来实现Nois II软件程序存储，实现FPGA上电自动加载运行程序。

所述的便携式列车振动测试仪采用FPGA作为主控制器，设计了独立的舒适度、平稳性指标浮点数计算模块，实现了UIC 513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和《GB5595-85标准》中规定的列车运行舒适度、平稳性指标算法。同时设计加速度处理模块，能实时绘制加速度曲线。