專利名稱：機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)車速度傳感器檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車在某幾位車軸上都設(shè)有機(jī)車速度傳感器用于機(jī)車速度信號(hào)的提供，如DF4型內(nèi)燃機(jī)車的二、五位輪對(duì)車軸上各設(shè)了一個(gè)光電速度傳感器分別用于提供機(jī)車速度表、機(jī)車自動(dòng)過(guò)渡裝置及勵(lì)調(diào)器的速度信號(hào)和機(jī)車監(jiān)控裝置的速度信號(hào)，由于目前機(jī)車速度傳感器裝車前僅在機(jī)車速度表試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行校驗(yàn)。實(shí)際裝車中與機(jī)車速度表、機(jī)車自動(dòng)過(guò)度裝置及勵(lì)調(diào)器、監(jiān)控裝置的匹配性存在很大差異，而且一旦裝車，在靜態(tài)時(shí)無(wú)從知曉裝車質(zhì)量，也不知道機(jī)車速度電線路過(guò)渡裝置、勵(lì)調(diào)器等質(zhì)量及與其匹配性，只能在機(jī)車運(yùn)用過(guò)程中才能反映出來(lái)。這樣，一則存在機(jī)車有可能帶故障上線，二則問(wèn)題得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，再則處理后相互之間的匹配性能也得不到確定，仍需在運(yùn)用過(guò)程中進(jìn)行二次試運(yùn)。在小輔修預(yù)報(bào)中也很棘手。為此，開發(fā)研制機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)裝置使機(jī)車在靜態(tài)時(shí)真實(shí)再現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，校驗(yàn)機(jī)車速度傳感器與機(jī)車過(guò)渡裝置、勵(lì)調(diào)器及監(jiān)控裝置的匹配情況，迅速排除線路或配件故障，減小機(jī)車檢修難度，避免中修二次試運(yùn)，降低中修停時(shí)，提高運(yùn)用機(jī)車及小輔修機(jī)車的質(zhì)量可靠性，促使機(jī)車檢修勞動(dòng)生產(chǎn)率提高。機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀的研究開發(fā)對(duì)機(jī)務(wù)部門具有很高的實(shí)用價(jià)值，并將產(chǎn)生巨大直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種使機(jī)車在靜態(tài)時(shí)真實(shí)再現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，校驗(yàn)機(jī)車速度傳感器與機(jī)車過(guò)渡裝置、勵(lì)調(diào)器及監(jiān)控裝置的匹配情況的機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀。
機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，其特征是它包括直流電機(jī)、光電斷路器、控制處理系統(tǒng)，直流電機(jī)由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)相連接，控制處理系統(tǒng)與機(jī)車上的直流電源相連接，光電斷路器位于直流電機(jī)的輸出軸處并由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)的單片機(jī)相連接；直流電機(jī)通過(guò)連軸器與機(jī)車上待檢測(cè)傳感器相連接，待檢測(cè)傳感器的接口與機(jī)車上相應(yīng)的接口相連接。
控制處理系統(tǒng)主要由換向控制電路、PWM控制系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成，PWM控制系統(tǒng)的電力電子器件IGBT與直流電機(jī)連接，直流電機(jī)的電樞和勵(lì)磁線圈分別與換向控制電路的繼電器J1和繼電器J2連接，換向控制電路的繼電器J1和繼電器J2與單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)連接，光電斷路器與單片機(jī)連接。
所述的換向控制電路，由繼電器J1和繼電器J2組成，由單片機(jī)控制其開關(guān)狀態(tài)。
所述的PWM控制系統(tǒng)，由電流、速度形成的雙閉環(huán)反饋電路，信號(hào)合成及輸出電路，電力電子器件IGBT組成。
所述的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)，由單片機(jī)及其接口、控制面板組成，單片機(jī)通過(guò)接口與控制面板相連接；控制面板上主要是由單片機(jī)的輸入、輸出兩部分控制組成，輸入部分包括操作人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要輸入的輪徑值撥碼開關(guān)、電機(jī)換向開關(guān)、轉(zhuǎn)速/速度切換開關(guān)、光電斷路器的信號(hào)輸入；輸出部分主要包括數(shù)據(jù)顯示部分、狀態(tài)顯示部分、電機(jī)換向處理部分。
本實(shí)用新型采用機(jī)車上的直流電源直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，通過(guò)電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)反饋組成的PWM控制系統(tǒng)，控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和良好的低速特性。直流電機(jī)拖動(dòng)待檢測(cè)傳感器(所要校驗(yàn)的光電傳感器)，并將光電傳感器的接口接到機(jī)車上相應(yīng)的接口上；控制處理系統(tǒng)使直流電機(jī)能夠靜態(tài)模擬顯示機(jī)車的轉(zhuǎn)速和速度，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器采用光電斷路器，單片機(jī)檢測(cè)光電斷路器的信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算，將測(cè)量的速度結(jié)果顯示在面板上。通過(guò)比較二者(所要校驗(yàn)的光電傳感器、光電斷路器)的讀數(shù)來(lái)判斷要校驗(yàn)的傳感器的狀態(tài)及與機(jī)車過(guò)渡裝置、勵(lì)調(diào)器及監(jiān)控裝置的匹配狀況，提高機(jī)車檢修效率和質(zhì)量。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型控制面板的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實(shí)用新型換向電氣原理圖圖4是本實(shí)用新型PWM控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)反饋控制原圖圖5是本實(shí)用新型PWM斬波器的原理電路圖圖6是本實(shí)用新型輸出電壓波形圖圖6是本實(shí)用新型程序流程圖其中1-待檢測(cè)傳感器、2-連軸器、3-光電斷路器。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，它包括直流電機(jī)、光電斷路器、控制處理系統(tǒng)，直流電機(jī)由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)相連接，控制處理系統(tǒng)與機(jī)車上的直流電源相連接，光電斷路器3位于直流電機(jī)的輸出軸處并由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)的單片機(jī)相連接；直流電機(jī)通過(guò)連軸器2與機(jī)車上待檢測(cè)傳感器1相連接，待檢測(cè)傳感器1的接口與機(jī)車上相應(yīng)的接口相連接。
控制處理系統(tǒng)主要由換向控制電路、PWM控制系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成，PWM控制系統(tǒng)的電力電子器件IGBT與直流電機(jī)連接，直流電機(jī)的電樞和勵(lì)磁線圈分別與換向控制電路的繼電器J1和繼電器J2連接，換向控制電路的繼電器J1和繼電器J2與單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)連接，光電斷路器與單片機(jī)連接。
1、組成部件的選擇(1)電機(jī)的調(diào)速實(shí)際中采用直流電機(jī)，這是因?yàn)?)實(shí)際使用中的電源為機(jī)車電源，直流110V，如果采用交流電機(jī)，需要加逆變裝置，從而增加裝置的體積和重量，不符合便攜式的要求；2)直流電機(jī)的調(diào)速特性要比交流電機(jī)的調(diào)速特性要好，調(diào)速、換向都很方便；3)擬采用新型電力電子器件IGBT，應(yīng)用PWM調(diào)速技術(shù)，開環(huán)和閉環(huán)的控制，使用中可以實(shí)現(xiàn)切換，使用閉環(huán)主要改善電機(jī)的低速調(diào)節(jié)性能，滿足測(cè)試傳感器的低速特性。
(2)速度的測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器采用光電斷路器，光電斷路器廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中、生產(chǎn)流水線、機(jī)電一體化設(shè)備中，其特點(diǎn)有1)不接觸式檢測(cè)方式；2)工作壽命長(zhǎng)，可靠性高；3)響應(yīng)速度快；4)很容易與CMOS、TTL電路連接；5)尺寸小、重量輕。將電機(jī)的速度信號(hào)傳到單片機(jī)中，通過(guò)計(jì)算顯示出來(lái)。
(3)單片機(jī)部分單片機(jī)檢測(cè)光電斷路器的信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算，將測(cè)量的速度結(jié)果顯示在面板上?？刂泼姘迳霞杏休啅捷斎氩糠?、數(shù)據(jù)顯示部分、速度/轉(zhuǎn)速切換部分、電機(jī)速度調(diào)節(jié)部分、正反轉(zhuǎn)控制部分等各功能裝置，如圖2所示，是整個(gè)裝置操作簡(jiǎn)單、顯示的信息量大。
2、機(jī)車速度傳感器校驗(yàn)控制原理整個(gè)電氣系統(tǒng)由機(jī)車的蓄電池供電，為了簡(jiǎn)化工人的操作難度，采用整流橋過(guò)渡，操作人員在接電源線時(shí)可不必考慮電源極性。實(shí)際要求電機(jī)不僅轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)，而且要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，在滿足以上兩個(gè)條件情況下，將電機(jī)的電樞和勵(lì)磁部分分開控制。如圖3所示，繼電器J1、J2分別控制電機(jī)的電樞和勵(lì)磁，它們的作用是給電機(jī)換向。繼電器J1、J2均由單片機(jī)控制，需要換向時(shí)，操作人員只需按操作面板上的換向按鈕，單片機(jī)就處理?yè)Q向的程序，控制整個(gè)換向的過(guò)程，毋須人工切換。電機(jī)的調(diào)速是通過(guò)電樞回路的PWM控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且根據(jù)要求滿足低速運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)穩(wěn)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3、本實(shí)用新型的組成機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀主要由直流電機(jī)、光電斷路器、換向控制電路、PWM控制系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等部分組成。另外還包括各保護(hù)單元如電機(jī)保護(hù)、IGBT保護(hù)、繼電器的保護(hù)，如圖1所示。
1)、直流伺服電機(jī)型號(hào)為110SZ01，立式，電參數(shù)為直流110V，電樞電流為1.8A，勵(lì)磁電流0.27A，力參數(shù)為轉(zhuǎn)矩8000gf·cm，轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分，功率123W。
2)、PWM控制系統(tǒng)采用新型電力電子器件IGBT作為直流開關(guān)，應(yīng)用PWM調(diào)速控制技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器和霍爾電流傳感器檢測(cè)構(gòu)成了雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，不僅大大改善電機(jī)的低速特性，使電機(jī)的低速穩(wěn)定性能達(dá)到要求，而且，轉(zhuǎn)速控制精度高，電機(jī)調(diào)速范圍大。PWM控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術(shù)。
3)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由單片機(jī)及其接口、控制面板組成，單片機(jī)通過(guò)接口與控制面板相連接。控制面板上主要是由單片機(jī)的輸入、輸出兩部分控制組成，輸入部分包括操作人員根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要輸入的輪徑值撥碼開關(guān)、電機(jī)換向開關(guān)、轉(zhuǎn)速/速度切換開關(guān)、光電斷路器的信號(hào)輸入；輸出部分主要包括數(shù)據(jù)顯示部分、狀態(tài)顯示部分、電機(jī)換向處理部分。
4)、程序流程圖見圖74、直流電機(jī)的雙閉環(huán)反饋控制(1)雙閉環(huán)反饋控制原理雙閉環(huán)反饋電路主要由速度給定、直流電機(jī)、速度反饋、速度調(diào)節(jié)器、電流傳感器及電流檢測(cè)、電流反饋、電流調(diào)節(jié)器等組成。其中，速度、電流雙閉環(huán)反饋的基本控制原理圖如圖4
速度反饋的目的是電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)根據(jù)控制系統(tǒng)給定的速度，將輸出的速度的大小反饋給系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)輸出的速度大小，通過(guò)PMW控制電路，調(diào)節(jié)速度，以使電機(jī)輸出的速度獲得宏觀上的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的速度反饋方式是通過(guò)直流測(cè)速電機(jī)，不僅增加了設(shè)備上的維護(hù)成本，對(duì)于小功率調(diào)速系統(tǒng)，安裝測(cè)速機(jī)的成本是不可接受的。安裝不良(不同心、大齒隙、打滑)往往帶來(lái)不可克服的干擾、非線性和純滯后。在研究中，采用了對(duì)速度信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理的方法以得到一個(gè)線性度非常好的電壓信號(hào)(速度——電壓)，作為速度反饋的輸入在使用中取得成功，效果很好。
電流反饋的目的是在外界的電壓波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)通過(guò)反饋來(lái)減小或者完全抑制這種影響。電機(jī)的電流通過(guò)霍爾電流傳感器變成的電壓信號(hào)輸入到PWM控制部分。
(2)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(n)的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制磁通Φ，其控制功率雖然小，但是低速時(shí)受磁極飽和的限制，高速時(shí)受到轉(zhuǎn)向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以實(shí)際中常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。設(shè)直流電源電壓Ud，將電樞串聯(lián)一個(gè)電阻R，則電樞端電壓Ua為Ua＝Ud-IaR顯然，調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速目的。但是這種傳統(tǒng)的調(diào)速方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了許多新的電樞電壓控制方法。如由交流電源供電，使用晶閘管整流器進(jìn)行相控調(diào)壓；使用硅整流器將交流電整流成直流再由PWM(Pulse WidthModulation)斬波調(diào)壓等。
PWM斬波調(diào)壓器比串電阻調(diào)壓小，效率高。而斬波調(diào)壓比相控調(diào)壓又有許多優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，損耗和發(fā)熱功率小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。
圖5為PWM斬波器的原理電路，圖6為輸出電壓波形圖。在圖中，假定晶體管V1先導(dǎo)通T1秒(電源電壓Ud全部加到電樞上)，然后關(guān)斷T2秒(電樞端電壓為零)，如此反復(fù)，電機(jī)電壓Ua為其平均值Ua＝T1/(T1+T2)＝T1/TUd＝αUd其中α＝T1/(T1+T2)＝T1/T為一個(gè)周期T中晶體管導(dǎo)通的比率，即占空比。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變?chǔ)恋闹?，從而達(dá)到調(diào)壓的目的(1)定寬調(diào)頻法T1保持一定，使T2在此0～∞范圍內(nèi)變化；(2)調(diào)寬調(diào)頻法T2保持一定，使T1在此0～∞范圍內(nèi)變化；(3)定頻調(diào)寬法T1+T2＝T保持一定，使T1在此0～∞范圍內(nèi)變化；不管哪種方法，α的變化范圍均為0≤α≤1，因而電樞端電壓平均值的調(diào)節(jié)范圍為0～Ud，均為正值，即電機(jī)只能在某一方向調(diào)速，稱為不可逆調(diào)速。
直流電機(jī)的PWM控制可用不同的控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，如使用PWM控制器，或者使用微機(jī)進(jìn)行控制，也可以使用PWM控制器和微機(jī)相配合的方法實(shí)現(xiàn)，在此我們采用PWM控制的直流不可逆調(diào)速系統(tǒng)。
權(quán)利要求1.機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，其特征是它包括直流電機(jī)、光電斷路器、控制處理系統(tǒng)，直流電機(jī)由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)相連接，控制處理系統(tǒng)與機(jī)車上的直流電源相連接，光電斷路器位于直流電機(jī)的輸出軸處并由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)的單片機(jī)相連接；直流電機(jī)通過(guò)連軸器與機(jī)車上待檢測(cè)傳感器相連接，待檢測(cè)傳感器的接口與機(jī)車上相應(yīng)的接口相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，其特征是所述的控制處理系統(tǒng)主要由換向控制電路、PWM控制系統(tǒng)、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)組成，PWM控制系統(tǒng)的電力電子器件IGBT與直流電機(jī)連接，直流電機(jī)的電樞和勵(lì)磁線圈分別與換向控制電路的繼電器(J1)和繼電器(J2)連接，換向控制電路的繼電器(J1)和繼電器(J2)與單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)連接，光電斷路器與單片機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，其特征是所述的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)由單片機(jī)及其接口、控制面板組成，單片機(jī)通過(guò)接口與控制面板相連接；控制面板上主要是由單片機(jī)的輸入、輸出兩部分控制組成，輸入部分包括輪徑值撥碼開關(guān)、電機(jī)換向開關(guān)、轉(zhuǎn)速/速度切換開關(guān)、光電斷路器的信號(hào)輸入；輸出部分主要包括數(shù)據(jù)顯示部分、狀態(tài)顯示部分、電機(jī)換向處理部分。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)車速度傳感器檢測(cè)裝置。機(jī)車速度傳感器在線檢測(cè)儀，其特征是它包括直流電機(jī)、光電斷路器、控制處理系統(tǒng)，直流電機(jī)由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)相連接，控制處理系統(tǒng)與機(jī)車上的直流電源相連接，光電斷路器位于直流電機(jī)的輸出軸處并由導(dǎo)線與控制處理系統(tǒng)的單片機(jī)相連接；直流電機(jī)通過(guò)連軸器與機(jī)車上待檢測(cè)傳感器相連接，待檢測(cè)傳感器的接口與機(jī)車上相應(yīng)的接口相連接?？刂铺幚硐到y(tǒng)使直流電機(jī)能夠靜態(tài)模擬顯示機(jī)車的轉(zhuǎn)速和速度，單片機(jī)檢測(cè)光電斷路器的信號(hào)，將測(cè)量的速度結(jié)果顯示在面板上，通過(guò)比較二者的讀數(shù)來(lái)判斷要校驗(yàn)的傳感器的狀態(tài)及與機(jī)車過(guò)渡裝置、勵(lì)調(diào)器及監(jiān)控裝置的匹配狀況，提高機(jī)車檢修效率和質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01P21/00GK2625905SQ03254530
公開日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2003年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者莫易敏, 肖峻, 黃飛勇, 湯春球, 李達(dá), 潘運(yùn)平 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)