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动车组轴温无线监测技术应用研究.pdf

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动车组轴温无线监测技术应用研究 摘要：针对动车组在运行过程中轴端温度传感器发生温度异常或 信息传输不良故障的问题，提出了无线轴温监测系统技术方案，该系 统由无线轴温传感器、中继器及车载主机等设备构成，在轴端原有温 度传感失效时，无线轴温传感器可快速方便的置于轴端，替代原温度 传感器发挥温度检测、监控和报警功能。 关键词：动车组轴温传感器无线监测 1引言 自2008年开行动车组以来，全部上线运行的动车组数量已达1 000列以上。高速运行的动车组给人们的出行带来了方便，大大缩短 了旅行时间。随着动车组越来越多，运行速度越来越快，动车组运行 的安全也日益受到关注。由于动车组长期高负荷运行，高速转动的转 向架轴端部位及进行监控的温度传感器在运行过程中产生故障的几率 增加，这些故障若不及时处理，会造成严重后果。动车组上均装有轴 端温度传感器，运行途中如果传感器发生故障，将无法对列车转向架 高速运转的轴承进行温度监测，造成减速运行、甚至停车等故障，严 重影响了正常的运行秩序。 根据以上问题，提出了研制动车组应急轴温无线监测装置，在转 向架轴温、齿轮箱温度传感器装置失效时，轴温无线监测装置可快速 及时地安装在车上，替代原传感器继续发挥温度检测、监控和报警的 安全装置。轴温无线监测装置由无线温度传感器、报警主机和通信中 继器组成。无线轴温传感器与报警主机之间采用无线方式传输监测轴 箱的表面温度，不需要额外敷设电缆（见图1装置组成框图），无线 工作频点为国家无委会许可使用频点（ISM频段），不干扰列车无线 通信，安全可靠。 图1装置组成框图 2、功能简介 无线轴温传感器由感温元件和无线通信模块两部分组成，用于感 应并上传监测点（轴箱表面）的温度数据。传感器具有双路温度采集 功能，既能采集轴箱表面温度，也能采集本体周边环境温度。无线通 信模块将采集结果通过无线传输方式传输到报警主机。 报警主机具备与多个无线轴温传感器通信功能，能够显示无线轴 温传感器上传的轴箱温度、环境温度、电池电压。适应多种动车组使 用，通过操作界面按车型进行选择，并且可以用按键修改报警温度阈 值等工作参数,与各型动车组轴温报警系统一致。在监测的轴箱温度 超过预先设置的阈值，或接收不到处于工作状态的无线轴温传感器信 号时，报警主机自动报警。报警主机可以将轴温数据保存及下载功能， 满足数据离线分析。 无线中继器用来延长无线通信距离，当无线轴温传感器与报警主 机之间距离大于16节车厢时可使用无线中继器增加数据传输的距离。 轴温无线监测各部位之间通过无线信号连接。一套装置优选包括 四只无线轴温传感器，一个无线中继器，一台报警主机。实际运用时， 无线轴温传感器安装于动车组发生故障报警的轴箱表面，无线中继器 安装于动车组中部车厢内，报警主机由随车机械师携带或放置固定的 位置用于监视测量温度(见图2原理框图)。 图2原理框图 当装置开始工作进时，无线轴温传感器按设定时间间隔自动采样 监测轴箱温度和周边环境温度，按通信协议格式对数据打包，并主动 向报警主机发送监测温度数据包。当报警主机距离无线轴温传感器较 近时，报警主机可直接接收到无线轴温传感器发送的数据包。如果这 时无线中继器也处于工作状态，则报警主机同时接收到经无线中继器 转发后的数据包。由于转发数据包比原始数据包有短暂延时，报警主 机可自动分辨和处理不同数据包，保证通信连贯且不会造成冲突。当 报警主机距离无线轴温传感器较远，不能直接收到无线轴温传感器发 出的数据包时，必须启用无线中继器，以保证在动车组的任意一节车 厢都能接收到监测的温度数据。 3原理组成 无线轴温传感器包括感温电路、MCU控制电路、无线通信模块、 电源模块和防护外壳这五部分，见图3轴温传感器组成。感温电路采 用Pt100铂电阻和DS18B20双路测温方案，Pt100具有测量温度范围 宽、精度高、反应速度快的特点，用于测量轴箱温度。DS18B20为半 导体数字测温，可直接输出温度数值，用于测量传感器环境温度，见 表1轴温传感器参数。MCU控制电路由单片机实现，单片机采用低功 耗运行模式，通过内部定时器自动周期唤醒工作。无线通信模块选用 无线收发器实现，无线工作频段433MHz，该模块采用无线扩频技术进 行通信，发射功率100mW，接收灵敏度最低为-148dBm。MCU控制电路 与无线通信模块之间采用SPI接口进行连接。无线轴温传感器电源模 块的核心为锂亚硫酰氯一次性高能电池，由于锂亚电池特殊的化学特 性，钝化效应，其年自放电率小于1%，储存寿命达10年以上。电源 模还包括电源开关控制电路，受MCU控制电路控制，打开或关闭对测 温电路和无线通信模块的供电，以降低功耗，实现在休眠期间无线轴 温传感器的静