CN103675552B - 机车信号设备抗干扰能力的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统与方法，属于铁路信号领域，该测试系统包括：上位机控制设备，根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，计算得出与测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令，再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力；测试设备，接收上位机控制设备发送的控制命令，生成混频信号向被测机车信号设备输出，接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备。本发明提供的测试系统与方法可以对机车信号设备进行多种测试，可自动生成测试序列，计算测试所需的参数值，对机车信号设备进行自动化测试，能实时显示测试结果以及测试进度；且携带方便，测试操作过程简单。

Description

机车信号设备抗干扰能力的测试系统及方法

技术领域

本发明属于铁路信号领域，特别涉及一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统及方法。

背景技术

机车信号设备包括JT1-CZ2000机车信号、TCR等可以接收轨道电路信号的设备，是通过电磁感应原理将轨道电路中载有前方轨道占用信息的电流信号转化为电压信号，并对电压信号进行解析译码的设备。由于牵引电流的回流不平衡，且牵引电流中有较大的谐波干扰，而谐波干扰是可能侵入信号频带内的干扰，因此导致带内干扰信号叠加到了有效的轨道电路信号上，从而对机车信号设备产生了干扰，对机车信号接收来讲，信号频带外的干扰容易防护，在信号相同频带内的干扰造成影响是较严重的。

目前我国铁路既有电力机车种类、型号、使用年数比较繁杂，究竟产生多么大的谐波干扰，情况非常复杂，尚没有明确的数据，需要对机车信号设备的抗干扰能力进行测试。但是，目前没有一种比较简单快捷的设备或者方法可以直接测试机车信号设备抗干扰能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统及方法，可以对机车信号设备进行自动化测试，且能够实时查看测试进度与结果，自动生成测试报告。

一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统，包括：

上位机控制设备，根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令，再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力；

测试设备，接收所述上位机控制设备发送的控制命令，生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备。

一种机车信号设备抗干扰能力的测试方法，包括：

上位机控制设备根据用户通过人机交互界面选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令；

所述测试设备在接收到所述控制命令后生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备；

所述上位机控制设备再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力。

本发明的有益效果在于：本发明提供的机车信号设备抗干扰能力的测试系统与方法可以对机车信号设备进行多种测试，可以自动生成测试序列，计算测试所需的参数值，该测试系统可以对机车信号设备进行自动化测试，能实时显示测试结果以及测试进度，可随时查看已测试项目的测试结果和异常统计结果；测试完成自动生成异常统计结果以及测试报告，便于测试人员高效便捷的查看和分析测试结果；且该测试系统携带方便，测试操作过程简单。

附图说明

图1为本发明提供的机车信号设备抗干扰能力的测试系统的示意图；

图2为本发明提供的测试系统中上位机控制设备的详细示意图；

图3为本发明提供的测试系统中测试设备的详细示意图；

图4为本发明提供的测试设备中的第一主控模块的详细结构图；

图5为本发明提供的测试设备中的量程控制模块的电路图；

图6为本发明提供的机车信号设备抗干扰能力的测试方法的流程图。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

实施例一

本发明提供了一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统，如图1所示，该测试系统包括上位机控制设备与测试设备，其中上位机控制设备根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令，再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力；

测试设备，接收所述上位机控制设备发送的控制命令，生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备。

具体的，如图2所示，该上位机控制设备包括自动生成模块、运算模块、控制模块与判断模块；

自动生成模块，用于根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，还用于在测试完成后自动生成异常统计结果以及测试报文；这样能够实现自动化测试，提高测试的效率；

运算模块，用于计算得出与所述测试序列相对应的参数值，所述参数具体为上下变频，幅度值，低频值；具体的，运算模块根据测试设备选取的发送信号和干扰的器件特点，进行计算得到相关参数的参数值，这样测试系统能够完成多种测试，可使测试系统得到广泛的应用；

控制模块，用于向测试设备发送生成信号的控制命令，其中所述控制命令中包含有运算模块计算得出的参数值；其中向测试设备发送控制命令可通过RS422/RS232、CAN总线、modbus等通信方式来发送，本实施例中具体以RS422为例，且控制命令包括生成正常测试信号的命令与生成干扰信号的命令，且该控制命令中还包含有信号参数，即正常信号的参数与干扰信号的参数；

判断模块，用于接收测试设备转发的测试数据，对所述测试数据进行运算，判断被测机车信号设备的抗干扰能力；具体的，该上位机控制设备主要通过应变时间、保持时间、是否接收信息异常、是否接收信息与发送信息不一致来判断机车信号设备的抗干扰能力，其中所述接收信息即为测试数据中包含的译码信息，所述发送信息即为控制命令中包含的轨道电路信息；

具体的，测试类型可以单频干扰、双频干扰以及调幅干扰，其中单频干扰、双频干扰是牵引电流产生的谐波干扰，测试系统可用来测试被测机车信号设备在谐波干扰下的抗干扰能力；调幅干扰是牵引电流产生的调幅信号形式下的干扰，则测试系统还可用来测试被测机车信号设备在调幅干扰下的抗干扰能力；

进一步的，该上位机控制设备还包括校准模块、人机交互模块与记录存储模块，其中校准模块用于对测试设备进行硬件校准，以保证测试信号的幅度要求，提高测试的精确度；人机交互模块用于提供人机交互界面，便于用户操作，如可以方便地选择测试类型，可以按照要求调整施加干扰的持续时间，可以调整干扰幅度，模拟超出规定的干扰幅度，还可以实时查阅测试情况和进度；记录存储模块，用于实时记录所述测试数据，便于数据分析。

相应的，如图3所示，该测试设备包括第一主控模块、第二主控模块、第三主控模块与混频模块；

其中第一主控模块用于接收上位机控制设备的控制命令并转发给第二主控模块与第三主控模块，并生成正常测试信号，且接收被测机车信号设备返回的测试数据并转发给上位机控制设备；由于第一主控模块收到的控制命令包括生成正常测试信号的命令以及生成干扰信号的命令，因此第一主控模块还用于将生成干扰信号的命令转发给第二主控模块与第三主控模块；具体的，第一主控模块是通过RS422接收控制命令的，且通过CAN1向第二主控模块与第三主控模块转发产生干扰信号的命令，通过CAN2接收被测机车信号设备返回的测试数据，并再通过RS422将上述测试数据转发给上位机控制设备；

第二主控模块用于根据第一主控模块转发的产生干扰信号的命令生成干扰信号1；

第三主控模块用于根据第一主控模块转发的产生干扰信号的命令生成干扰信号2；

混频模块与第一主控模块、第二主控模块、第三主控模块分别相连，用于将正常测试信号与干扰信号1、干扰信号2进行叠加得到混频信号，并输出被测机车信号设备使用；

当被测机车信号设备接收到上述混频信号后，需要将正常测试信号从上述混频信号中解析出来，对正常测试信号进行处理得到译码信息，因此这一系列过程就可以测试出机车信号设备在上述干扰信号下的抗干扰能力。

具体的，第一主控模块、第二主控模块与第三主控模块的硬件结构完全一致，正常测试信号与干扰信号1、干扰信号2分别由第一主控模块、第二主控模块、第三主控模块的信号生成单元产生，下面具体以第一主控模块的硬件结构为例进行描述，如图4所示，该第一主控模块包括控制单元、信号生成单元、运放单元、2个低通滤波单元、运放隔离单元、输出阻抗单元，其中控制单元具体为MCU，信号生成单元具体为DDS，在第一主控模块接收到上位机控制设备的控制命令后，MCU通过并口或SPI方式将信号参数传递给DDS，DDS根据信号参数产生信号电流，经过运放单元，将信号电流转化为设计量程（理论950mV）的信号电压，通过低通滤波单元提高信号质量，之后经过运放隔离单元进行信号输出，并再次通过低通滤波单元提高信号质量，再将上述信号经过输出阻抗单元，将输出阻抗调整为200欧姆，最终将得到的信号输出给量程控制模块。其中在实际操作中，MCU也可以替换为DSP，DSP将控制命令中包含的信号参数，即正常信号的参数传递给DDS，而对于第二主控模块与第三主控模块而言，在接收到第一主控模块转发的控制命令后，MCU或DDS将控制命令中包含的干扰信号的参数传递给DDS，后续的操作与第一主控模块中完全相同，在此不再重复。

进一步的，本发明的测试设备中还包括量程控制模块，用于提高正常测试信号与干扰信号1、干扰信号2的幅度精度，保证测试的准确性；该测试设备中包含有三个量程控制模块，第一主控模块、第二主控模块与第三主控模块分别对应一个量程控制模块，以其中一个量程控制模块为例进行说明，其电路原理图如图5所示，该量程控制模块通过使用两个继电器和3个电阻进行量程调整，通过三个电阻并联关系，可获得6.8欧姆、100欧姆、50欧姆的等效电阻；而根据图3对主板的具体描述可知，主板输出阻抗，即量程调整模块的输入阻抗为200欧姆，与模块的等效电阻实现量程调整功能，理论量程分别为31.24mV，316.67mV，190mV；由于DDS的D/A量化数相同，量程越小，每个量化步长对应的幅度变化越小，则精度越高；根据信号电压的大小，通过选择合适的量程，可提高信号的电压精度，保证测试的准确性；

该测试设备中还包括开关电源，用于给测试设备与被测的机车信号设备供电，具体为110V的开关电源。

本发明提供的测试系统可以测试在单频干扰，双频干扰，调幅干扰等多种情况下被测机车信号设备的抗干扰能力，针对不同的情况设置不同的干扰参数；本发明中测试系统的人机交互模块提供了人机交互界面，可以在人机交互界面中选择测试类型，就可以测试被测机车信号设备在不同干扰情况下的抗干扰能力，进一步的，该人机交互界面中还可以提供实时测试进度与结果。

实施例二

本发明实施例还提供了一种机车信号设备抗干扰能力的测试方法，如图6所示，该测试方法包括：

上位机控制设备根据用户通过人机交互界面选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令；

所述测试设备在接收到所述控制命令后生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备；

所述上位机控制设备再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力。

其中，测试类型可以单频干扰、双频干扰以及调幅干扰，其中单频干扰、双频干扰是牵引电流产生的谐波干扰，测试系统可用来测试被测机车信号设备在谐波干扰下的抗干扰能力；调幅干扰是牵引电流产生的调幅信号形式下的干扰，则测试系统还可用来测试被测机车信号设备在调幅干扰下的抗干扰能力。

计算得出与所述测试序列相对应的参数值，其中参数具体为上下变频，幅度值，低频值；具体的，根据测试设备选取的发送信号和干扰的器件特点，进行计算。

进一步的，上述测试设备生成混频信号的方法具体为：所述测试设备生成一路正常测试信号，并生成两路干扰信号，再将所述正常测试信号与两路干扰信号进行叠加，得到混频信号。

并且，将正常测试信号与两路干扰信号进行叠加之前，该方法还包括：提高上述正常测试信号与两路干扰信号的幅度精度，保证测试的准确性。

进一步的，由于机车信号设备抗干扰能力的衡量指标主要为：应变时间、保持时间、是否接收信息异常与是否发送信息与接收信息不一致，因此上位机控制设备根据测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力的方法具体为：根据收到的测试数据判断被测机车信号设备的应变时间是否满足预设的条件、保持时间是否满足预设的条件、接收信息是否异常、接收信息与发送信息是否不一致。

具体的，由于在不同干扰情况下，对应变时间、保持时间和是否接收信息异常的可接受标准不同，下面仅以单频干扰测试为例进行说明，并不对应变时间、保持时间需满足的条件进行限制：

上位机控制设备根据测试类型自动生成测试序列，计算得到与上述测试序列相对应的参数值，上位机控制设备向第一主控模块发送控制命令，第一主控模块将上述控制命令中包含的干扰命令通过CAN1分发给第二主控模块和第三主控模块，第二主控模块和第三主控模块分别生成干扰信号1与干扰信号2；上位机控制设备再向第一主控模块发送控制命令，第一主控模块生成正常测试信号，并实时向上位机控制设备转发被测机车信号设备的译码信息，上位机控制设备记录当前时刻T1，作为应变时间测试的起点，其中该产生正常信号的控制命令中包含有轨道电路信息，即为发送信息，并实时向上位机控制设备转发被测机车信号设备的译码信息，同时混频模块将正常信号、干扰信号1与干扰信号2进行叠加，将得到的混频信号发送给被测机车信号设备进行译码；

由于被测机车信号设备接收到混频信号后需要将该混频信号中的正常信号正确的解析出来，得到译码信息，因此当上位机控制设备接收到第一主控模块转发的被测机车信号设备正常信号对应的译码信息时，记录当前时刻T2，T2与T1的时间差即为应变时间，根据预设的标准得出测试结果，将应变时间以及测试结果显示在人机交互界面上；

具体的，上位机控制设备对应变时间进行判断，若应变时间满足预设的标准，则测试结果为“正常”；若不满足预设的标准，则测试结果为“应变时间异常”；且上位机控制设备还进一步的对接收到的测试数据进行判断，若接收的测试数据中包含的译码信息与控制命令中包含的轨道电路信息一致，则测试结果为“发送信息与接收信息不一致异常”；若上位机控制设备在规定时间内未接收到对应的译码信息，则测试结果为“接收信息异常”；若出现“接收信息异常”，则进行测试序列中的下一组干扰测试，上位机控制设备向第一主控模块发送干扰命令；

若测试结果不是“接收信息异常”，则上位机控制设备向第一主控模块发送控制命令，停止正常信号的产生，并记录当前时刻T3，作为保持时间的测试起点；当上位机控制设备接收到第一主控模块转发的被测机车信号设备无码信息时，记录当前时刻T4，T4与T3的时间差即为保持时间，根据预设的标准得出测试结果，将保持时间以及测试结果显示在界面上；具体的，上位机控制设备判断保持时间是否满足预设的标准，若是，则测试结果为“正常”；若不满足预设的标准，则测试结果为“保持时间异常”；若在规定时间内未接收到无码信息，测试结果为“掉码异常”，则进行测试序列中的下一组干扰测试，直至完成上述自动生成的测试序列中的所有内容，当上述测试序列全部完成后，上位机控制设备自动生成测试报告，记录测试序列的测试结果。

本发明提供的机车信号设备抗干扰能力的测试系统与方法可以对机车信号设备进行多种测试，可以自动生成测试序列，计算测试所需的参数值，该测试系统可以对机车信号设备进行自动化测试，能实时显示测试结果以及测试进度，可随时查看已测试项目的测试结果和异常统计结果；测试完成自动生成异常统计结果以及测试报告，便于测试人员高效便捷的查看和分析测试结果；且该测试系统携带方便，测试操作过程简单。

虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应该将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本说明书仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，他们并非用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机车信号设备抗干扰能力的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：

上位机控制设备，根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令，再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力；

测试设备，接收所述上位机控制设备发送的控制命令，生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备；

所述上位机控制设备具体包括：

自动生成模块，根据用户选择的测试类型自动生成测试序列，还用于在测试完成后自动生成异常统计结果以及测试报文；

运算模块，用于计算得出与所述测试序列相对应的参数值；

控制模块，用于向测试设备发送生成信号的控制命令，所述控制命令中包括生成正常测试信号的命令与生成干扰信号的命令，且所述控制命令中还包含有信号参数，所述信号参数即正常信号的参数与干扰信号的参数；其中所述控制命令中包含有运算模块计算得出的参数值；

判断模块，用于接收测试设备转发的测试数据，对所述测试数据进行运算，通过抗干扰能力的衡量指标判断被测机车信号设备的抗干扰能力；所述抗干扰能力的衡量指标主要为应变时间、保持时间、是否接收信息异常、是否接收信息与发送信息不一致。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试类型为单频干扰、双频干扰，是牵引电流产生的谐波干扰，所述测试系统用于测试被测机车信号设备在谐波干扰下的抗干扰能力；或者，

所述测试类型为调幅干扰，是牵引电流产生的调幅信号形式下的干扰，所述测试系统用于测试被测机车信号设备在调幅干扰下的抗干扰能力。

3.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述上位机控制设备还包括：

校准模块，用于对测试设备进行硬件校准，以保证测试信号的幅度要求，提高测试的精确度；

人机交互模块，用于提供人机交互界面，便于用户操作；

记录存储模块，用于实时记录所述测试数据，便于数据分析。

4.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试设备具体包括

第一主控模块，用于接收上位机控制设备的控制命令，生成正常测试信号，接收被测机车信号设备返回的测试数据并将其发送给上位机控制设备；

第二主控模块，用于接收第一主控模块转发的控制命令，生成第一干扰信号；

第三主控模块，用于接收第一主控模块转发的控制命令，生成第二干扰信号；

混频模块，与第一主控模块、第二主控模块、第三主控模块分别相连，用于将所述正常测试信号和第一干扰信号、第二干扰信号叠加后得到混频信号，向被测机车信号设备输出。

5.如权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述测试设备还包括量程调整模块，用于提高所述正常测试信号和第一干扰信号、第二干扰信号的幅度精度，保证测试的准确性。

6.一种机车信号设备抗干扰能力的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

上位机控制设备根据用户通过人机交互界面选择的测试类型自动生成测试序列，同时计算得出与所述测试序列相对应的参数值，并向测试设备发送控制命令；所述控制命令中包括生成正常测试信号的命令与干扰信号的命令；

所述测试设备在接收到所述控制命令后生成混频信号向被测机车信号设备输出，并接收被测机车信号设备返回的测试数据且转发给上位机控制设备；

所述上位机控制设备再根据接收到的测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力；上位机控制设备根据测试数据判断被测机车信号设备的抗干扰能力的方法具体为：根据收到的测试数据判断被测机车信号设备的应变时间是否满足预设的条件、保持时间是否满足预设的条件、接收信息是否异常、接收信息与发送信息是否不一致。

7.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述测试类型为单频干扰、双频干扰，是牵引电流产生的谐波干扰，测试系统用于测试被测机车信号设备在谐波干扰下的抗干扰能力；或者，

所述测试类型为调幅干扰，是牵引电流产生的调幅信号形式下的干扰，测试系统用于测试被测机车信号设备在调幅干扰下的抗干扰能力。

8.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述测试设备生成混频信号的方法具体为：所述测试设备生成一路正常测试信号，并生成两路干扰信号，再将所述正常测试信号与两路干扰信号进行叠加，得到混频信号。

9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，将正常测试信号与两路干扰信号进行叠加之前，所述方法还包括：提高所述正常测试信号与两路干扰信号的幅度精度，保证测试的准确性。