CN109540194A - 悬浮传感器故障诊断仪 - Google Patents

Abstract

一种悬浮传感器故障诊断仪，包括航空连接器、隔离变压器、RS485接收芯片、FPGA芯片、ARM控制器、显示器、UART‑USB桥接器、蓝牙模块连接器、Mini USB连接器、电源。由多台悬浮传感器故障诊断仪和故障诊断计算机组成悬浮传感器故障诊断网络，悬浮传感器故障诊断网络中一台故障诊断计算机作为主节点，一台悬浮传感器故障诊断仪作为一个从节点。悬浮传感器故障诊断网络由一个主节点和多个从节点组成。主节点实现从节点数据收集的功能；从节点实现单个悬浮传感器数据采集与分析功能。故障诊断计算机通过轮询的方式，实现与从节点数据连接与传输。本发明无需连线和外部供电，可同时实现多只悬浮传感器的无线检测和诊断，提高传感器生产及使用维护的效率。

Description

悬浮传感器故障诊断仪

技术领域

本发明涉及中低速磁浮交通领域，它是一种针对中低速磁浮列车的悬浮传感器的故障诊断仪。

背景技术

悬浮传感器是磁浮列车上使用量较大的部件之一，也是悬浮控制系统的关键组成部分。

目前，悬浮传感器生产与维护工作均存在繁琐、低效情况。在生产过程中，对悬浮传感器的温漂特性进行检测采用单台计算机连接数据采集模块实现对传感器进行一一对应的检测，一台计算机同一时刻只能检测一个传感器，检测效率低。

在检修维护过程中，对安装在车辆上的悬浮传感器需要长线缆连接电源，并通过携带装有数据采集软件的笔记本电脑和数据采集模块来实施，各悬浮传感器安装位置比较分散，要完成全车的悬浮传感器的检修维护，需要几个人协作才能完成。因此，工作效率比较低。

为提高悬浮传感器的生产和检修维护工作过程中的效率，有必要设计一款便携式的故障诊断仪。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种悬浮传感器故障诊断仪，其是一种结构小巧、集成度高、便携使用、采用无线传输数据的中低速磁浮列车的悬浮传感器的故障诊断仪。利用本发明所提供的故障诊断仪可以提高悬浮传感器生产及检修维护工作的效率。

为实现本发明的技术目的，采用以下技术方案：

一种悬浮传感器故障诊断仪，包括航空连接器、隔离变压器、RS485接收芯片、FPGA芯片、ARM控制器、显示器、UART-USB桥接器、蓝牙模块连接器、Mini USB连接器、电源。

所述航空连接器，与悬浮传感器的航空连接器尾附件及插座相配套，悬浮传感器故障诊断仪通过航空连接器直接与悬浮传感器连接。

所述隔离变压器，用于隔离共模干扰信号。

所述RS485接收芯片，用于转换并传输所述悬浮传感器的数据信号。

所述的FPGA芯片，用于对所述悬浮传感器的数据信号进行解码，输出解码后悬浮间隙和加速度数据。

所述的ARM控制器，用于接收FPGA芯片的解码数据；同时对所述悬浮传感器的数据信号进行分析以及诊断，得到悬浮传感器故障诊断信息；控制显示屏；处理蓝牙及UART通讯。

所述的UART-USB桥接器，实现USB信号到UART信号的转换。

所述的Mini USB连接器，与外部存储器实现物理连接的。

所述的蓝牙模块连接器，利用蓝牙通讯和无线组网功能，与故障诊断计算机无线连接组网，将悬浮传感器故障诊断信息传送至故障诊断计算机。通过网络，故障诊断计算机可实现对多台悬浮传感器故障诊断仪进行轮询操作，实现对多只悬浮传感器的无线检测及诊断功能。

所述显示器，与ARM控制器连接，显示悬浮传感器故障诊断信息。

所述电源，为悬浮传感器故障诊断仪提供电能。

进一步地，本发明所述显示器采用2.4寸OLED屏幕，采用OLED显示屏，具有工业级的温度范围，较高的亮度及较宽广的视角。显示器内置MEMS加速度计，能够为根据悬浮传感器故障诊断仪的姿态，自动调整显示器屏幕的输出内容。

进一步地，本发明所述的电源，采用内置锂电池及电源管理电路，能够为悬浮传感器提供电能，实现无任何线缆的便携式测试方案。其中，DC05电源插座可以提供24v电源，为故障诊断仪的锂电池充电，24V->3.3V转换芯片是产生3.3v的电压给FPGA芯片和ARM控制器供电。

本发明所述的悬浮传感器包括多路间隙传感器以及多路加速度传感器，各路间隙传感器分别输出间隙信号，各路加速度传感器分别输出加速度信号。悬浮传感器输出的多路间隙信号以及多路加速度信号通过一个独立的串行通信接口传送给故障诊断仪。为了保持同步，悬浮传感器输出的各路信号都采用同步字和数据字一起交替地传送。数据字宽度为12位，并且按照第一位为最高位(MSB)、最末位为最低位(LSB)的顺序传送，同步字宽度为13位，高12为“H”，最低一位为“L”，并以75％与25％的占空比进行调制来对状态“H”与“L”进行编码。每路通道传输波特率为1Mb/s。各通道输出为RS485电平，信号采用差分形式组成。由RS485接收器接收。

与现有技术相比，本发明能够产生以下技术效果：

本发明无需连线和外部供电，可同时实现多只悬浮传感器的无线检测和诊断，提高传感器生产及使用维护的效率。

附图说明

图1便携式故障诊断仪的结构框图；

图2便携式故障诊断仪的外观图；

图3从机模块示意图；

图4主机模块示意图；

图5基于蓝牙网络的悬浮传感器诊断网络；

图6故障诊断仪数据处理流程图。

图7串行数据传输协议

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行进一步的详细说明。

参照图1和图2，一种悬浮传感器故障诊断仪，包括壳体、航空连接器、隔离变压器、RS485接收芯片、FPGA芯片、ARM控制器、显示器、UART-USB桥接器、蓝牙模块连接器、MiniUSB连接器、电源。

所述航空连接器1，与悬浮传感器的航空连接器尾附件及插座相配套，悬浮传感器故障诊断仪通过航空连接器1直接与悬浮传感器连接。航空连接器1的插头直接固定于壳体3上。航空连接器1内置可旋转固定齿，能够调整航空插头安装时主键的朝向，该朝向决定了显示屏所处的方位，便于用户观察。该航空连接器1能够与悬浮传感器的航空连接器尾附件相连接，直接固定于悬浮传感器的输出航空插座上，形成一体化刚性连接。

所述隔离变压器，用于隔离共模干扰信号。

所述RS485接收芯片，用于转换并传输所述悬浮传感器的数据信号。

所述的FPGA芯片，用于对所述悬浮传感器的数据信号进行解码，输出解码后悬浮间隙和加速度数据。

所述的ARM控制器，用于接收FPGA芯片的解码数据；同时对所述悬浮传感器的数据信号进行分析以及诊断，得到悬浮传感器故障诊断信息；控制显示屏；处理蓝牙及UART通讯。

所述的UART-USB桥接器，实现USB信号到UART信号的转换。

所述的Mini USB连接器4，与外部存储器实现物理连接的。通过Mini USB连接器4能够在不使用蓝牙的情况下，通过USB接口采集悬浮传感器数据及诊断信息。

所述的蓝牙模块连接器，利用蓝牙通讯和无线组网功能，与故障诊断计算机无线连接组网，将悬浮传感器故障诊断信息传送至故障诊断计算机。通过网络，故障诊断计算机可实现对多台悬浮传感器故障诊断仪进行轮询操作，实现对多只悬浮传感器的无线检测及诊断功能。参照图3和图4，主机模块中的上位机和与从机模块之间通过蓝牙模块通讯。

所述显示器，本发明采用OLED显示屏2，其安装在壳体上，其与ARM控制器连接，能够显示悬浮传感器的诊断信息及输出数值，根据内置重力加速度计所测出的悬浮传感器故障诊断仪的姿态，OLED显示屏能够调整显示内容的朝向。

所述电源，为悬浮传感器故障诊断仪提供电能。电源，采用内置锂电池及电源管理电路，能够为悬浮传感器提供电能，实现无任何线缆的便携式测试方案。其中，壳体上设置有充电接口5，DC05电源插座可以提供24v电源，为故障诊断仪的锂电池充电或者为悬浮传感器提供直流工作电源。24V->3.3V转换芯片是产生3.3v的电压给FPGA芯片和ARM控制器供电。

本实施例所述显示器采用2.4寸OLED屏幕，采用OLED显示屏，具有工业级的温度范围，较高的亮度及较宽广的视角。显示器内置MEMS加速度计，能够为根据悬浮传感器故障诊断仪的姿态，自动调整显示器屏幕的输出内容。

参照图5，由多台悬浮传感器故障诊断仪和故障诊断计算机组成悬浮传感器故障诊断网络，其中故障诊断计算机安装有数据记录及分析软件。悬浮传感器故障诊断网络中一台故障诊断计算机作为主节点，一台悬浮传感器故障诊断仪作为一个从节点。悬浮传感器故障诊断网络由一个主节点和多个从节点组成。主节点实现从节点数据收集的功能；从节点实现单个悬浮传感器数据采集与分析功能，并将其检测的悬浮传感器的状态实时输出到各从节点的OLED显示频，进行显示。主节点即故障诊断计算机通过轮询的方式，实现与从节点数据连接与传输，主节点可连接从节点个数达到20个以上。

本发明所述的悬浮传感器包括多路间隙传感器以及多路加速度传感器，各路间隙传感器分别输出间隙信号，各路加速度传感器分别输出加速度信号。参照图6，本实施例中悬浮传感器中包括3路间隙传感器以及2路加速度传感器，各路间隙传感器分别输出间隙信号，各路加速度传感器分别输出加速度信号，即悬浮传感器输出3路间隙信号以及2路加速度信号。悬浮传感器输出的这五路信号通过一个独立的串行通信接口传送给故障诊断仪。为了保持同步，各路信号都采用同步字和数据字一起交替地传送。数据字与同步字如图7所示，数据字宽度为12位，并且按照第一位为最高位(MSB)、最末位为最低位(LSB)的顺序传送，同步字宽度为13位，高12为“H”，最低一位为“L”，并以75％与25％的占空比进行调制来对状态“H”与“L”进行编码。每路通道传输波特率为1Mb/s。各通道输出为RS485电平，信号采用差分形式组成。由RS485接收器接收，RS485接收器转换并传输所述悬浮传感器的数据信号。

所述的FPGA芯片对所述悬浮传感器的数据信号进行解码，输出解码后的3路间隙信号和2路加速度信号给ARM控制器。ARM控制器对所述3路间隙信号和2路加速度信号分别进行分析以及诊断，得到悬浮传感器故障诊断信息。其中三路间隙信号，两路加速度信号，分别进行处理。

其中对于三路间隙信号，同步信号作差比较，并于预设的标准进行对比，输出比较结果用于故障诊断，并可将三路间隙信号或者之间的差值以曲线形式进行显示或存储。其中预设的标准为：

(1)检测间隙0～20mm时，模拟板的输出电压范围为0.2～9.8V。每路间隙在检测间隙为0～12mm(含12mm)时的分辨力为0.02mm，在检测间隙为12～20mm时的分辨力为0.05mm，要求全量程范围内最大误差不超过±0.2mm。

(2)－25℃～+85℃范围内受温度影响，检测间隙12mm以下时与常温25℃时输出比较，漂移不超出±1mm。检测间隙大于12mm小于17mm范围内与常温25℃时输出比较，漂移不超过±1.5mm。

(3)每路间隙的稳定度最大不超出±0.5mm/年。

对于两路加速度信号，其中一路加速度信号作为标准加速度传感器的输出，然后两路加速度信号作差，并于预设的标准进行对比，输出比较结果用于故障诊断，并可将两路加速度信号或者两路加速度信号之间的差值以曲线形式进行显示或存储；其中预设的标准为：

两路加速度信号零点偏差不超出±0.125g(g为单位重力加速度，取9.8m/s)，模拟输出灵敏度偏差不超出±0.02V/g。

以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：包括航空连接器、隔离变压器、RS485接收芯片、FPGA芯片、ARM控制器、显示器、UART-USB桥接器、蓝牙模块连接器、Mini USB连接器和电源；

所述航空连接器，与悬浮传感器的航空连接器尾附件及插座相配套，悬浮传感器故障诊断仪通过航空连接器直接与悬浮传感器连接；

所述隔离变压器，用于隔离共模干扰信号；

所述RS485接收芯片，用于转换并传输所述悬浮传感器的数据信号；

所述的FPGA芯片，用于对所述悬浮传感器的数据信号进行解码，输出解码后悬浮间隙和加速度数据；

所述的ARM控制器，用于接收FPGA芯片的解码数据；同时对所述悬浮传感器的数据信号进行分析以及诊断，得到悬浮传感器故障诊断信息；控制显示屏；处理蓝牙及UART通讯；

所述的UART-USB桥接器，实现USB信号到UART信号的转换；

所述的Mini USB连接器，与外部存储器实现物理连接的；

所述的蓝牙模块连接器，实现蓝牙通讯和无线组网；

所述显示器，与ARM控制器连接，显示悬浮传感器故障诊断信息；

所述电源，为悬浮传感器故障诊断仪提供电能。

2.根据权利要求1所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：所述的悬浮传感器包括多路间隙传感器以及多路加速度传感器，各路间隙传感器分别输出间隙信号，各路加速度传感器分别输出加速度信号。悬浮传感器输出的多路间隙信号以及多路加速度信号通过一个独立的串行通信接口传送给故障诊断仪。

3.根据权利要求2所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：所述的悬浮传感器包括3路间隙传感器以及2路加速度传感器，悬浮传感器输出的5路信号由RS485接收器接收，RS485接收器转换并传输所述悬浮传感器输出的5路信号，所述的FPGA芯片对所述悬浮传感器的数据信号进行解码，输出解码后的3路间隙信号和2路加速度信号给ARM控制器；ARM控制器对所述3路间隙信号和2路加速度信号分别进行分析以及诊断，得到悬浮传感器故障诊断信息；其中对于三路间隙信号，同步信号作差比较，并于预设的标准进行对比，输出比较结果用于故障诊断，并可将三路间隙信号或者之间的差值以曲线形式进行显示或存储；其中预设的标准为：

(1)检测间隙0～20mm时，模拟板的输出电压范围为0.2～9.8V；每路间隙在检测间隙为0～12mm时的分辨力为0.02mm，在检测间隙为12～20mm时的分辨力为0.05mm，要求全量程范围内最大误差不超过±0.2mm；

(2)－25℃～+85℃范围内受温度影响，检测间隙12mm以下时与常温25℃时输出比较，漂移不超出±1mm。检测间隙大于12mm小于17mm范围内与常温25℃时输出比较，漂移不超过±1.5mm；

(3)每路间隙的稳定度最大不超出±0.5mm/年；

对于两路加速度信号，其中一路加速度信号作为标准加速度传感器的输出，然后两路加速度信号作差，并于预设的标准进行对比，输出比较结果用于故障诊断，并可将两路加速度信号或者两路加速度信号之间的差值以曲线形式进行显示或存储；其中预设的标准为：

两路加速度信号零点偏差不超出±0.125g，模拟输出灵敏度偏差不超出±0.02V/g。

4.根据权利要求1所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：多台悬浮传感器故障诊断仪和故障诊断计算机组成悬浮传感器故障诊断网络，其中故障诊断计算机安装有数据记录及分析软件；悬浮传感器故障诊断网络中一台故障诊断计算机作为主节点，一台悬浮传感器故障诊断仪作为一个从节点；悬浮传感器故障诊断网络由一个主节点和多个从节点组成；主节点实现从节点数据收集的功能；从节点实现单个悬浮传感器数据采集与分析功能，并将其检测的悬浮传感器的状态实时输出到各从节点的OLED显示频，进行显示；主节点即故障诊断计算机通过轮询的方式，实现与从节点数据连接与传输，主节点可连接从节点个数达到20个以上。

5.根据权利要求1所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：所述显示器采用2.4寸OLED显示屏；显示器内置MEMS加速度计，能够为根据悬浮传感器故障诊断仪的姿态，自动调整显示器屏幕的输出内容。

6.根据权利要求1所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：电源采用内置锂电池及电源管理电路。

7.根据权利要求1所述的悬浮传感器故障诊断仪，其特征在于：悬浮传感器输出的各路信号都采用同步字和数据字一起交替地传送。