CN107449975A - 一种应答器天线mtbf旋转测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应答器天线MTBF旋转测试装置，包括：电机机械转动模块，包括测试速度与高度可调的信标应答器旋转平台，通过带动信标应答器旋转来模拟信标应答器与应答器天线的相对运动，进而产生相应数据报文；报文信号解调模块，用于读取电机机械转动模块产生的相应数据报文并生成TOPLOC信号；传感器模块，用于产生位置触发信号；单片机实时采集模块，用于实时采集位置触发信号与TOPLOC信号，并对TOPLOC信号进行定位坐标计算，同时将记录的数据生成数据报文并存储，等待主控模块的查询指令；主控模块，用于整个装置的指令控制和数据报文处理。与现有技术相比，本发明具有定位精度高、操作灵活、安全防护等优点。
Description
技术领域
本发明涉及铁路通信信号领域，尤其是涉及一种应答器天线MTBF(即平均故障间隔时间，英文全称是“Mean Time Between Failure”)旋转测试装置。
背景技术
欧标应答器天线是铁路应答系统的重要组成部分，也是ATP系统中的重要设备。欧标应答器天线作为车载设备，安装在机车底部的中间位置，利用电磁感应技术，通过非接触的方式实现于地面应答器之间的能量和数据传输。
应答器天线通过A4接口车载天线向应答器提供工作电源，车载天线发送频率为27.095MHz的功率载波，通过远程天线发送给应答器。当地面应答器被功率载波激活后，通过A1接口将报文数据进行FSK调制方式发送给应答器天线。
应答器天线经过信标电气中心点时，应答器天线能够准确产生TOPLOC信标中心点信号。应答器天线需要准确检测信标中心点，定位误差不超过±5cm。当前欧标应答器天线中心与信标中心的高度范围为220～460mm。
为了测试验证以上性能参数，本发明提出了一种应答器天线MTBF旋转测试装置。依托于应答器天线的设计需求，开发具备高性能高精度并具备安全防护功能的天线MTBF测试平台。本旋转测试平台设计满足100mm～460mm高度变化要求，同时TOPLOC信号定位精度能够达到±5mm级别，同步记录下从解调模块所获取的FSK解调报文，并具备一定的安全防护功能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应答器天线MTBF旋转测试装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应答器天线MTBF旋转测试装置，包括信标应答器，所述的装置还包括：
电机机械转动模块，包括测试速度与高度可调的信标应答器旋转平台，该平台根据主控模块指令，通过带动信标应答器旋转来模拟信标应答器与应答器天线的相对运动，进而产生相应数据报文；
报文信号解调模块，用于读取电机机械转动模块产生的相应数据报文并生成TOPLOC信号；
传感器模块，用于产生位置触发信号；
单片机实时采集模块，用于根据主控模块的指令实时采集传感器模块的位置触发信号与报文信号解调模块的TOPLOC信号，将记录的数据生成数据报文并存储，等待主控模块的查询指令；
主控模块，用于整个装置的指令控制和数据报文处理，并对TOPLOC信号进行定位坐标计算。
所述的旋转平台为两端分别放置一台RB信标应答器的旋转板。
所述的旋转板的直径为1.5m，最大测试转速为170km/h。
所述的应答器天线下底面与信标应答器的上表面之间的测试高度范围为100～460mm。
所述的传感器模块包括：位于水平轴方向上的，用于提供单片机实时采集模块单圈检测开始或结束信号的第一传感器；距离坐标原点弧长距离为-5cm的作为时间基点的第二传感器；以及距离坐标原点弧长距离为+5cm的用于通知主控模块向报文信号解调模块读取报文的第三传感器，其中，坐标原点为应答器天线正下方，其他位置的坐标按照距离坐标原点的弧长距离进行定位。
所述的TOPLOC信号进行定位坐标计算的具体操作为，单片机实时采集模块单圈检测开始后，单片机实时采集模块将第二传感器的时间计数值记录为t2；信标应答器经过应答器天线时，单片机实时采集模块依据触发位置记录对应的TOPLOC信号时间计数值，同时记录第三传感器的时间计数值t3，并将触发报文发送给主控模块；主控模块计算TOPLOC信号时间与t2的时间差，依据旋转平台的转速计算TOPLOC信号时间的测试点与第二传感器的距离偏差值，从而换算出测试点与原点的偏差值，通过判断该偏差值是否在偏差允许范围±5cm内来进一步确定应答器天线性能是否达标。
所述的TOPLOC信号定位坐标的定位精度通过误差理论计算获取，计算后的误差理论值为±4.192mm，满足系统定位精度要求±5mm。
所述的电机机械转动模块还包括用于接收主控模块指令来安全控制电机旋转操作的PLC伺服控制单元。
所述的电机机械转动模块采用满足中惯量转动需求的MFDLNB3SF型伺服驱动器与MGMF442L1G6M型电机。
所述的主控模块为采用Labview软件进行指令控制与数据报文处理的工业PC机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、定位精度高：本发明提出了基于电机、单片机实时采集模块、传感器和报文解调模块的系统结构解决方案，实现了最高可达170km/h速度、±5mm定位精度的天线定位功能测试；
二、操作灵活：通过在旋转平台上设置信标应答器，有效地模拟了信标应答器与应答器天线的相对运动，装置测试高度及速度可调，高效运作的同时节约了空间与时间。
三、安全防护：通过PLC伺服控制单元能够实现电机转速控制和电机安全启动，加强了电机机械转动模块的安全防护功能。
附图说明
图1为旋转平台示意图；
图2为应答器天线安装示意图；
图3为应答器天线MTBF测试装置结构图；
图4为传感器分布示意图；
图5为工业PC机控制流程图；
图6为单片机采集模块控制流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
本发明应答器天线MTBF旋转测试装置，用于模拟信标应答器与应答器天线的相对运动，进而产生报文并对天线TOPLOC信号进行定位。本装置包括电机机械转动模块、报文信号解调模块、传感器模块、单片机实时采集模块和主控模块。
其中，电机机械转动模块模拟列车携带应答器天线通过信标应答器相对运动，该模块采用直径1.5m的旋转板，旋转板两端设有RB信标应答器，如图1所示。旋转板受电机作用带动信标应答器旋转而经过固定安装的应答器天线，如图2所示，应答器天线安装在信标应答器上方并可实现100mm～460mm高度调节。应答器天线每次读取RB信标应答器一次，报文信号解调模块读取相应报文并产生TOPLOC信号。电机部分采用MFDLNB3SF型伺服驱动器与MGMF442L1G6M型电机，满足中惯量转动需求，转动偏差±3rad/min，通过计算理论偏差满足系统偏差要求。
报文信号解调模块为专制的应答器天线信号解调设备，转动机构带动两个信标经过固定点应答器天线，每次信标应答器经过应答器天线时能够提取报文和TOPLOC信号(天线经过信标中心点信号)。
以应答器天线正下方为坐标原点，其他位置的坐标按照距离坐标原点的弧长距离进行定位，传感器模块包括：位于水平轴方向上的，用于提供单片机实时采集模块单圈检测开始或结束信号的第一传感器；距离坐标原点弧长距离为-5cm的作为时间基点的第二传感器；以及距离坐标原点弧长距离为+5cm的用于通知主控模块向报文信号解调模块读取报文的第三传感器，如图4所示。
单片机实时采集模块能够满足高速转动下采集传感器模块的位置触发信号与报文信号解调模块的TOPLOC信号，并将每圈的记录数据打包临时保存，等待接收主控模块的查询指令。根据图4和图6内容，单片机实时采集模块单圈检测开始后，单片机实时采集模块将第二传感器的时间计数值记录为t2；信标应答器经过应答器天线时，单片机实时采集模块依据触发位置记录对应的TOPLOC信号时间计数值M、N、O等，同时记录第三传感器的时间计数值t3，单片机实时采集模块每当接收到第三传感器的触发信号时，主动上发t3触发报文给主控模块。
主控模块采用工业PC机作为整个测试转台的控制中心，工业PC机采用Labview软件进行指令控制与数据报文处理。根据图3和图5内容，工业PC机具备PLC伺服控制指令集，可实现电机的转速控制、安全启动与停止控制；工业PC机通过报文查询指令向报文解调模块及时查询所获取的报文，且能够实时接收单片机实时采集模块上发的包括传感器计时数据、TOPLOC信号数据等信息，并进一步通过这些数据信息对TOPLOC信号进行定位计算。
结合图6，本发明中TOPLOC信号的定位原理为：
1)将第二传感器作为时间的基点t＝0，其他测试点的时间与该时间作差取值ΔT。利用ΔL＝V*ΔT计算与第二传感器的偏差值，从而换算出与原点的偏差值。
2)第一传感器提供单片机实时采集模块单圈检测开始(或结束)信号；
3)系统定位精度要求±5mm，目前误差产生来源主要考虑机械加工误差、电机转速偏差、测量时间误差等三方面，理论计算公式如下：
ΔL＝ΔV×ΔT＝2πΔR×ω×T+2πR×Δω×T+2πR×ω×ΔT
机械加工误差：1.5m直径旋转平台的加工误差为±1mm(最大)，传感器的定位误差(最大)±1mm(最大)，则总体加工误差最大为±(1+1*3.1415926/8)＝±1.392mm。
电机转速偏差：伺服电机最大转速下±3rad/min的瞬时速度误差，走的最大距离550mm，产生的误差约±2.8mm。
检测延时偏差：延时时间为us级别，偏差可以忽略不计。
依据应答器天线需求文件，天线TOPLOC信号与实际原点偏差允许范围±5cm，即TOPLOC信号出现在第二传感器和第三传感器之间是理想情况，若出现在范围之外，则说明天线性能不达标。本发明通过对第二传感器、第三传感器和TOPLOC信号三者的计数值进行标定，从而得到TOPLOC信号是否在偏差允许范围，并计算出TOPLOC信号定位坐标，定位精度为±5mm级别；
本发明提供了一种高效率、高精度的轨道交通应答器天线测试解决方案，实现了170km/h速度范围内、天线下表面到信标上表面100mm～460mm范围内、±5mm定位精度的天线定位功能测试，为国内在应答器天线方面研发及生产提供了新的一种测试解决方案，丰富了专业测试领域创新力。本发明能够有效验证应答器天线的多项性能指标，并为应答器天线提供了MTBF性能测试有效辅助平台，同时本发明的实验室测试环境一定程度上模拟欧标应答器天线现场使用环境，对应答器天线进行初步产品优良筛选具有重要意义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种应答器天线MTBF旋转测试装置，包括信标应答器，其特征在于，所述的装置还包括：
电机机械转动模块，包括测试速度与高度可调的信标应答器旋转平台，该平台根据主控模块指令，通过带动信标应答器旋转来模拟信标应答器与应答器天线的相对运动，进而产生相应数据报文；
报文信号解调模块，用于读取电机机械转动模块产生的相应数据报文并生成TOPLOC信号；
传感器模块，用于产生位置触发信号；
单片机实时采集模块，用于根据主控模块的指令实时采集传感器模块的位置触发信号与报文信号解调模块的TOPLOC信号，将记录的数据生成数据报文并存储，等待主控模块的查询指令；
主控模块，用于整个装置的指令控制和数据报文处理，并对TOPLOC信号进行定位坐标计算。
2.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的旋转平台为两端分别放置一台RB信标应答器的旋转板。
3.根据权利要求2所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的旋转板的直径为1.5m，最大测试转速为170km/h。
4.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的应答器天线下底面与信标应答器的上表面之间的测试高度范围为100～460mm。
5.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的传感器模块包括：位于水平轴方向上的，用于提供单片机实时采集模块单圈检测开始或结束信号的第一传感器；距离坐标原点弧长距离为-5cm的作为时间基点的第二传感器；以及距离坐标原点弧长距离为+5cm的用于通知主控模块向报文信号解调模块读取报文的第三传感器，其中，坐标原点为应答器天线正下方，其他位置的坐标按照距离坐标原点的弧长距离进行定位。
6.根据权利要求5所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的TOPLOC信号进行定位坐标计算的具体操作为，单片机实时采集模块单圈检测开始后，单片机实时采集模块将第二传感器的时间计数值记录为t2；信标应答器经过应答器天线时，单片机实时采集模块依据触发位置记录对应的TOPLOC信号时间计数值，同时记录第三传感器的时间计数值t3，并将触发报文发送给主控模块；主控模块计算TOPLOC信号时间与t2的时间差，依据旋转平台的转速计算TOPLOC信号时间的测试点与第二传感器的距离偏差值，从而换算出测试点与原点的偏差值，通过判断该偏差值是否在偏差允许范围±5cm内来进一步确定应答器天线性能是否达标。
7.根据权利要求6所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的TOPLOC信号定位坐标的定位精度通过误差理论计算获取，计算后的误差理论值为±4.192mm，满足系统定位精度要求±5mm。
8.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的电机机械转动模块还包括用于接收主控模块指令来安全控制电机旋转操作的PLC伺服控制单元。
9.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的电机机械转动模块采用满足中惯量转动需求的MFDLNB3SF型伺服驱动器与MGMF442L1G6M型电机。
10.根据权利要求1所述的一种应答器天线MTBF旋转测试装置，其特征在于，所述的主控模块为采用Labview软件进行指令控制与数据报文处理的工业PC机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1244883 Country of ref document: HK |
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| GR01 | Patent grant | ||
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