专利名称：车载故障分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车载故障分析仪，它属于用于系统或单元的监视或测试装置类。
现有的客车轴温报警器仅能进行轴承温度的检测；现有的轴承故障检测仪分析故障需以转速测量仪测得的转速为参考，而两种测量仪器又各自独立，特别是各有其对应的、安装在被检测体上的传感器，常常为被检测体所不容，即使勉强相容，使用也十分不便。
本实用新型的目的，是设计一种能安装在铁路车辆上、与在每一轴承上唯一安装的温度、振动复合传感器配合，可自动监测轴承温度、车轮转速、路面损伤、轴承滚动工作面故障的车载检测仪，以填补项目的空白。
本实用新型的另一个目的，是要使上述车载检测仪器还具有防火预警功能，从而进一步提高车辆运行中的安全性。
本实用新型的又一个目的，是所述车载故障分析具有列有列车联网通信功能，以实现列车重要故障的自动诊断和报警。
本实用新型的车载故障分析仪含温度模拟开关2、振动模拟开关3、外围地址编码器4、转速分离滤波器5、共振解调变换器6、现场报警显示器电路9和带多种接口的计算机IPC，它还含有若干温度与振动分离电路1，温度与振动分离电路1其输入端均接包含振动、冲击、应力敏感器件14和温度敏感器件15的受感部，而温度与振动分离电路1中则含有温度电路19和振动分离电路20；由所述温度与振动分离电路1分离的温度信号接到温度模拟开关2，温度模拟开关2接受由计算机IPC之D0接口的外围地址编码器4的控制，选择某个温度信号送到计算机IPC之AD接口进行温度检测；由所述温度与振动分离电路1分离的包括有路面损伤信号、轴承故障信号、滚动体对外环压应力信号在内的振动信号接到振动模拟开关3，振动模拟开关3接受由计算机IPC之D0接口控制的外围地址编码器4的控制，选择某介振动信号，同时输给所述的转速信号分离滤波器5和共振解调变换器6，而所述转速分离滤波器5和共振解调变换器6的输出信号都接所述计算机IPC的AD接口；它还含有受外围地编码器4控制的钢轨接逢识别器10，钢轨接逢识别器10中有一个钢轨接逢基准电压VR接到由电阻器R0～R7组成的8级分压器，分出8级电压接到8个比较器N0～N7负输入端，比较器N0～N7的正输入端接上述共振解调变换器6的输出，而比较器N0～N7的输出或直接或经SMT电路S0～S7整形后接微分器D0～D7的输入，微分器D0～D7的输出接RS触发器RS0～RS7的S端，RS触发器RS0～RS7的输出Q0～Q7接接总线收发器245的输入A0～A7，而总线收发器245的输出B0～B7接所述计算机IPC之DI接口的D0～D7，另外，RS触发器RS0～RS7的R端并联接延时器T的输出，延时器T的输入端与总线收发器245的读控制端并联后接所述外围地址编码器4；所述计算机IPC又通过上述外围地址编码器4的控制，将D0口接所述现场报警器的显示器电路9。
在具体实施中，为使本实用新型兼具火灾预警功能，可以通过外围地址编码器4的控制，由计算机IPC的DI0接口用3总线与若干智能火警传感器7连接。
还可以通过外围地址编码器4的控制，使计算机IPC的SI0接口与调制解调器8联接，调制解调器8再通过列车的2线制通信总线与中心监控计算机的联网调制解调器连接以实现整体监控。
在具体实施例中，所述温度与振动分离电路1的个数为10～26个，而对应的所述温度模拟开关2和振动模拟开关3则是10～26选1模拟开关。
还要说明的是，所述转速滤波器5的最高可控滤波频率，是根据客车常用轴承的几何参数D0、d、A、Z和车轮最小直径D、车辆的最高车速V用公式fw=(D0-dcosA)2D0·z·fn]]>计算机得出的数据的1～3倍，而fn=V·106/(3600·πD)，式中，D0是轴承的中径(mm),d是轴承滚动体直径(mm),Z是滚动体数量，A是滚动体的接触角(°)，V以km/h为单位，D以mm为单位，fn是车轮的转速频率。
钢轨接逢的冲击，是用共振解调技术对行驶中车辆轴承检测时所能得到的最大冲击信号，通常，在一次读过钢轨接逢接逢识别器信号并对它清零后，一段时间内出现的最大信号即是接逢信号，计算机IPC读入(同时延时清零)接逢信号，记住其量值DATA1，随即进行转速或共振解调采样，完成采样后，再读接逢信号，若读得的DATA2小于上述DATA1较多，则采样所得的样本中不存在接逢信号，故可以使用；若DATA2大于DATA1或小得不多，则将DATA2记入DATA1，重新采样，直至确信采得的样本中没有接逢信号为止。正因为有了钢轨接逢信号识别器，本实用新型才具有故障分析精度高的优点。
本实用新型的另一大优点是功能齐全、使用方便。本实用新型只用一种温度与振动复合传感器，将该传感器取代现有轴温传感器，即可检测温度、检测轴承滚动体通过碾压轴承外环(上方)的压应力信号以提取转速信息，检测轴承滚动工作面的故障在滚动中产生的冲击信息，检测损伤的车轮踏面在滚动中对轨道的冲击信息，在计算机控制下或并行或分时地采集上述温度、转速、故障3类信息进行自动分析，得出可靠的结论；在电路中加入智能防火传感器连接电路还能增加火灾预警功能；在电路中增设调制解调器后计算机IPC还能适时地与中心监控计算机通信汇报各车辆的安全状况，免除了列检人员要到各车厢对车载故障分析仪进行巡视的麻烦。
以下是对图面的说明。
附
图1是本实用新型的一种实施例的电气原理图。
附图2是附图1中钢轨接逢识别器的电气原理图。
附图3是附图1中温度与振动分离电路1(包括输入端联接的受感部)的电气原理框图。
图中，1温度与振动分离电路，2温度模拟开关，3振动模拟开关，4外围地址编码器，5转速分离滤波器，6共振解调变换器，7智能防火传感器，8调制解调制器，9现场报警的显示电路，10钢轨接逢识别器，14振动、冲击、应力敏感器件，15温度敏感器件，19温度分离电路，20振动分离电路，R0～R7电阻(分压器)，N0～N7比较器，D0～D7微分器，RS0～RS7触发器，245总线收发器，T延时器。
附图4是本实用新型所用的温度分离电路的电路图。
附图5是本实用新型所用的振动分离电路的电路图。
附图6是本实用新型的防火检测电路的电路图。
所有的智能防火传感器7并联地联接到本实用新型的防火总线I/O、+5V、GND,I/O总线接到计算机IPC的DI0接口之一，该DI0接口含有总线收发器74HC245,74HC245的A端总线A0～A7并联接防火总线I/O、B端B0～B7并联接计算机IPC的数据总线之一，如D0,74HC245的19脚接受外围地址编码器4的控制，74HC245的1脚接计算机IPC的CPU读写控制端R/W。当需要通知某防火传感器7汇报火警时，IPC发出W信号，从D0送出该传感器的地址码，74HC245的1脚得到该W信号电平时，令74HC245的B端向A端进而向防火传感器7发出地址码然后立即转为读(R)状态，某防火传感器在读到IPC发出的与已相同的地地址码后，立即向I/O总线发回火警报告。
所使用的防火传感器是一种内置CPU的传感器，平时，随时作火警测量，并随时处于通过异步通信接受计算机发出的该传感器地址指令的状态，在接收到与已相同的地址码后，向计算机机汇报数据。智能防火传感器可以有烟雾型的、离子型的、温度型等，例如DS1820智能温度传感器。
附图7是本实用新型所用的调制解调器的电路框图。
调制解调器含有高频载波发生器fH、低频载波发生器fL、与门Y1、Y2，反相器-1、或门OR，三态输出放大器TG、变压器B、带通滤波器BP、整形器SMT、解调定时器DW、解调D触发器D。计算机IPC的串行口SI0的输出接与门Y1的输入之一和反相器-1的输入，反相器-1的输出接与门Y2的输入之一，高频载波发生器fH的输出接与门Y1的另一输入端，低频载波发生器fL的输出接与门Y2的输入之二，与门Y1、Y2的输出接或门OR的输入，或门OR的输出接三态输出放大器的输入I，三态输出放大器的输出接变压器B的输入之一，变压器B的输出之二接地；变压器B的两条输出线接列车通信总线；来自计算机外围地址编码器的控制信号，接三态输出放大器的控制端C，同时接解调D触发器D的清零端R；三态输出放大器TG的输出接带通滤波器BP的输入，带通滤波器BP的输出接整形器SMT的输入，整形器SMT的输出接解调定时器DW的输入端CLK，同时接解调D触发器D的数据输入端D，解调定时器DW的反相输出端QF接解调D触发器D的触发端CLK，解调D触发器D的反相输出端QF接计算机IPC的串行口SI0的输入端INP,SI0的地线接本调制解调器的地线。
当外围地址编码器4允许调制解调器发送时，送出高电平(H)到TG，这时，SI0所发出的高、低电平的数据，被调制为高频和低频载波信号，经或门OR、三态输出放大器TG输出，并经变压器B隔离传送到列车的两线制通信总线，向中心计算机汇报。
当中心计算机需通知本车载故障分析仪汇报时，通过两线制总线用同样的载波频率发来调制信号，本调制解调器的解调电路在变压器的仪表侧(即三态输出放大器TG输出端)接收到该信号，经频率范围从FH到FL的带通滤波器BP滤波、放大、再经SMT电路和整形成为对称的载波频率的方波，送到D触发器的数据端D，同时送到解调定时器DW的触发端，解调定时器DW的定时时间为t，满足条件tH/2(t(tL/2，式中tH=1/fH,tL=1/fH。时间鉴别器的反相输出端QF接到D触发器的触发端CLK，实现将高频的载波fH的短周期tH转换为D触发器反相输出端QF的高电平输出，而将低频的载波fL的长周期tL转换为D触发器反相输出端QF的低电平输出，该输出接到计算机IPC串行口的输入端INP。为了在本仪器输出串行数据时，不至被自有的解调器解出送回本仪器的串行口的INP端，将来自外围地址编码器4的控制发送的START信号同时送到解调器的D触发器的R端，禁止它在本机发送时解调。
本电路能实现两线制半双工通信。系统设计为由中心计算机发出调度地址码，所有检测仪均能收到该码，但只有与调度地址码的地址相同的仪器才应答、通信，因此能实现整列车所有车厢的车载故障分析仪同时并接在2条通信总线上与中心计算机通信并接受管理。
权利要求1.车载故障分析仪含温度模拟开关(2)，振动模拟开关(3)，外围地址编码器(4)，转速分离滤波器(5)，共振解调变换器(6)，现场报警的显示器电路(9)和带多种接口的计算机(IPC)，其特征在于A)它还含有若干温度与振动分离电路(1)温度与振动分离电路(1)其输入端均接包含振动、冲击、应力敏感器件(14)和温度敏感器件(15)的受感部，而温度与振动分离电路(1)中则含有温度分离电路(19)和振动分离电路(20)；由所述温度与振动分离电路(1)分离的温度信号接到温度模拟开关(2)，温度模拟开关(2)接受由计算机(IPC)之D0接口控制的外围地址编码器4的控制，选择某个温度信号送到计算机(Ipc)之AD接口进行温度检测；由所述温度与振动分离电路(1)分离的包括有踏面损伤信号、轴承故障信号、滚动体对外环压应力信号在内的振动信号接到振动模拟开关(3)，振动模拟开关(3)接受由计算机(IPC)之D0接口控制的外围地址编码器(4)的控制，选择某个振动信号，同时输给所述的转速信号分离滤波器(5)和共振解调变换器(6)，而所述转速分离滤波器(5)和共振解调变换器(6)和输出信号都接所述计算机(IPC)的AD接口；B)它还含有受外围地编码器(4)控制的钢轨接逢识别器10，钢轨接逢识别器10中有一个钢轨接逢基准电压VR接到由电阻器R0～R7组成的8级分压器，分出8级电压接到8个比较器N0～N7负输入端，比较器N0～N7的正输入端接上述共振解调变换器(6)的输出，而比较器N0～N7的输出或直接或经SMT电路S0～S7整形后接微分器D0～D7的输入，微分器D0～D7的输出接RS触发器RS0～RS7的S端，RS触发器RS0～RS7的输出Q0～Q7接接总线收发器(245)的输入A0～A7，而总线收发器(245)的输出B0～B7接所述计算机(IPC)之DI接口的D0～D7，另外，RS触发器RS0～RS7的R端并联接延时器T的输出，延时器T的输入端与总线收发器(245)的读控制端并联后接所述外围地址编码器(4)；C)所述计算机(IPC)又通过上述外围地址编码器(4)的控制，将D0口接所述现场报警器的显示器电路(9)。
2.依权利要求1所述的车载故障分析仪，其特征是，所述计算机(IPC)还通过外围地址编码器(4)的控制，由其DI0接口用3总线与若干智能火警传感器(7)连接以实现火灾预警功能。
3.依权利要求1所述的车载故障分析仪，其特征是，所述计算机(IPC)还通过外围地址编码器(4)的控制，将其SI0接口与调制解调器(8)联接，所述调制解调器(8)通过列车的2线制通信总线与中心监控计算机的联网调制解调器连接以实现整体监控。
4.依权利要求1所述的车载故障分析仪，其特征是，所述温度与振动分离电路(1)的个数为10～26个，而对应的所述温度模拟开关(2)和振动模拟开关(3)则是10～26选1模拟开关。
5.依权利要求1～4所述的车载故障分析仪，其特征是，所述转速滤波器(5)的最高可控滤波频率，是根据客车常用轴承的几何参数D0、d、A、Z和车轮最小直径D、车辆的最高车速V用公式fw=(D0-dcosA)2D0·Z·fn]]>计算得出的数据的1～3倍，而fn=V·106(3600·πD)，式中，D0是轴承的中径(mm),d是轴承滚动体直径(mm),Z是滚动体数量，A是滚动体的接触角(°),v以km/h为单位，D以mm为单位，fn是车轮的转速频率。
6.依权利要求3所述的车载故障分析仪，其特征是，其调制解调器(8)含有高频载波发生器(fH)、低频载波发生器(fL)、与门(Y1)、(Y2)、反相器(-1)、或门(OR)、三态输出放大器(TG)、变压器(B)、带通滤波器(BP)、整形器(SMT)、解调定时器(DW)、解调D触发器(D)，计算机(IPC)的串行口SI0的输出接与门(Y1)的输入端之一和反相器(-1)的输入端，反相器(-1)的输出接与门(Y2)的输入端之一，高频载波发生器(fH)的输出接与门(Y1)的另一输入端，低频载波发生器(fL)的输出接与门(Y2)的输入端之二，与门(Y1)、(Y2)的输出接或门(OR)的输入，或(OR)的输出接三态输出放大器的输入I，三态输出放大器的输出接变压器(B)的输入之一，变压器(B)的输入之二接地；变压器(B)的两条输出线接列车通信总线；来自计算机外围地址编码器的控制信号，接三态输出放大器的控制端C，同时接解调D触发器(D)的清零端R；三态输出放大器(TG)的输出接带通滤波器(BP)的输入，带通滤波器(BP)的输出接整形器(SMT)的输入，整形器(SMT)的输出接解调定时器(DW)的输入端CLK，同时接解调D触发器(D)的数据输入端D，解调定时器(DW)的反相输出端QF接解调D触发器(D)的触发端CLK，解调D触发器(D)的反相输出端QF接计算机(IPC)的串行口SI0的输入端INP,SI0的线接本调制解调器的地线。
专利摘要车载故障分析仪可安装于火车机车、客车上，与每个轴承上唯一安装的复合传感器配合，同时采集温度、振动数据并由仪内计算机进行分析诊断，实现对运行中车辆的轴承温度、车轮踏面损伤、轴承滚动工作面故障的自动监测，还能联接多个智能防火传感器以实现火灾预警，增设调制解调器与列车中心计算机调制解调器联网实现列车整体监控。本实用新型功能齐全、使用方便、诊断可靠。
文档编号G01M17/08GK2336353SQ9823102
公开日1999年9月1日 申请日期1998年7月4日 优先权日1998年7月4日
发明者唐德尧, 王平, 王定晓, 段中海, 杨政明, 唐晓峥, 左瑜 申请人:中国航空工业总公司第六○八研究所