CN201142123Y - 列车分布式测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及智能测控领域，特别是一种列车分布式测试系统，包括数据处理系统和设置在被试车上的数据采集系统，所述数据采集系统包括传感器、数据采集器及设置在被试车上的电源单元、无线收发单元和同步触发单元，所述无线收发单元和同步触发单元分别与数据采集器相连，所述电源单元给所述数据采集器、无线收发单元和同步触发单元提供工作电压，所述数据处理系统包括连接有无线收发单元和同步触发单元的数据处理单元。本实用新型通过各数据采集系统中的同步触发单元同时接收所述数据采集指令，并控制各数据采集器进行同步数据采集，在通过无线收发单元将采集到的数据发出，能够实现长距离数据传输的同时，保证了各被试车上数据的同步采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能测控领域，特别是一种列车分布式测试系统。
背景技术
一条铁路线路的开通通常是一个庞大的系统工程，涉及铁路系统的运输组织、通讯信号、基础设施、弓网供电、机车车辆装备等各个层面。仅就机车车辆本身来讲，无论货运或客运列车都涵盖：牵引系统性能、制动系统性能、列车纵向动力学性能、机车车辆及其零部件强度以及合理操纵方法等众多方面技术。
尤其针对长大货物列车，能否安全运行的重要指标是牵引的同步性能和列车的纵向动力学性能，包括制动性能、车钩力和纵向加速度水平等。列车在轨道上运行，牵引力只要克服轮轨的摩擦以及轴承摩擦等力即可保证列车在轨道上匀速运行，这种理想状况引起的车钩力及纵向冲动也比较小。实际上，列车在运行过程中，不仅线路条件经常变化，而且运行状态也不断变化，因此列车在运行过程中不能经常保持匀速运动，而且列车内部的相邻两车辆之间存在纵向间隙，受到司机操纵工况，列车的同步操控性能和制动波速的影响，相邻两辆车的速度也是不同的，这样在相邻两车的车钩力以及车辆的纵向加速度大小及方向就会有所不同，这种不同将促使车钩在整列车中做复杂的相对运动，容易产生较大的车钩力及纵向加速度。为此必须对列车的制动性能以及在不同牵引和制动工况下的车钩力、车体纵向加速度等指标进行试验研究。
长大货物列车相比旅客列车和小编组货物列车的最大差别顾名思义在于列车的长度，如一般的旅客列车长度约为520米(按20辆编组进行计算)，而目前的一些两万吨列车长度可达2800米，为此相比传统的动力学试验，测试方案也有很大的差别。
在一般的机车车辆动力学试验中，试验列车的编组和数据采集及处理的模式如图1所示，数据采集系统和数据处理系统布置在一个试验车上，传感器安装在各被试车上，通过屏蔽电缆连接到数据采集系统上。当被试车辆较少时，不难看出此时电缆线的长度一般较短，能够小于100米，而当被试车辆较多或多个被试车辆间相隔较远时，电缆线的长度将超过100米，有时甚至超过500米。
从图1中可以看出一个完整的动力学测试系统主要由3部分组成：传感器、数据采集系统、数据处理系统，要解决测试信号线过长的问题，可以有三种途径：
其一是保持传统模式不变，而想办法拉开数据采集系统和传感器之间的距离，目前已有一些无线遥测的系统可以满足这种要求，如产于德国的和成系统公司的无线远程遥测系统，这种系统可以使数据采集系统和传感器之间的距离达到2000米以上，但这种系统价格昂贵，抗干扰能力有待考验，且在山区小半径线路条件下以及通过隧道时容易失效，同时系统同步也是一个棘手的问题，故在铁道机车车辆的测试系统中还没有得到应用。
其二是保持数据采集系统和传感器之间的距离在100米以内，而将数据采集系统和处理系统分散到各个独立的被试车上，其采集及处理的模式如图2所示，这种模式可以有效的将测试信号线控制在100米内，但由于数据处理系统分散，各个单元之间缺乏联络，在试验过程中需要对各被试车的进行比对时则很困难。
其三是保持数据采集系统和传感器之间的距离在100米以内，而拉开数据处理系统和数据采集系统之间的距离，其采集及处理的模式如图3所示，从图3中我们不难看出这种方案实质上是将上述方案二中的数据处理系统集中在一辆车上，以传感器和数据采集系统为一个单元、各单元之间以某种方式进行连接的分布式的采集模式，这种连接方式可通过采用日益完善的网络系统得以很好的实现。这样整个测试系统可以保证数据采集系统与传感器之间的距离小于100米，数据处理系统则集中置于试验车上，各数据采集系统和处理系统间通过TCP/IP协议组成一个局域网，数据通过网络进行传输，连接数据采集系统和数据处理系统间的网线可以采用多种介质，只要满足200-2000米的传输距离要求，如目前较常用的网线有双绞线和光纤连接等。其中，双绞线网络的成本较低，可靠性高，但单臂的长度一般不能超过200米，超过200米时必须加中继器；光纤网的传输距离可以超过1000米，但由于光纤受折和挤压后容易受损，光纤网的铺设必须是专业人员才能完成，所以对工作的环境要求较高。
从上述几种方式的分析可以看出，对于长大货物列车的测试必须采用网络化的测试方案，由于数据采集系统是分散在各个测点附近，即位于各辆被试车上，而且列车较长，还要经常解编，这样各测点的同步和监控要求不能采用双绞线或光纤等有线方案，无线网是近来网络领域新的发展方向，它的主要优点是传输的距离较远，从1000米到50km不等，但其成本较高，如果直接应用于列车的测试系统中，其抗干扰能力有待考验，在采用无线同步和监控方案时，考虑到部分线处于山区，还有许多小曲线半径线路以及隧道等，现有的无线通讯不可避免的会造成采样数据的丢失，使最终检测结果受到影响。此外，货物列车上不具备220V交流电源，无法给所述数据采集系统供电；货物运输的另一特点是，列车在到达目的地之后要对测试数据立即进行解编，固定式的数据采集系统无法随时拆卸。
实用新型内容
本实用新型克服了上述缺点，提供了一种结构合理、检测数据精确可靠的列车分布式测试系统。
本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种列车分布式测试系统，包括数据处理系统和设置在被试车上的数据采集系统，所述数据采集系统包括传感器和数据采集器，还包括设置在被试车上的电源单元、无线收发单元和同步触发单元，所述无线收发单元和同步触发单元分别与数据采集器相连，所述电源单元给所述数据采集器、无线收发单元和同步触发单元提供工作电压，所述数据处理系统包括连接有无线收发单元和同步触发单元的数据处理单元。
所述同步触发单元可采用GPS模块。
所述数据处理系统可设置在一个被试车上，与所在被试车上数据采集系统共用无线收发单元和同步触发单元；或者，所述数据处理系统可单独设置在一个不同于被试车的机车上。
所述被试车上可设置有与所述数据采集器相连的存储单元。
所述电源单元可采用动力型锂电池。
所述无线收发单元可包括无线网桥和天线，所述无线网桥与数据处理系统或数据采集器相连。
所述天线可采用全向天线。
所述数据采集器、传感器、电源单元和无线网桥可设置在一个便携式箱体中。
所述存储单元可采用闪存或固态电子盘。
所述数据处理单元可采用微处理器或计算机。
本实用新型通过与所述数据处理系统相连的同步触发单元发出数据采集指令，各被试车上的同步触发单元能够同时接收到所述数据采集指令并发送给所在被试车上的数据采集器，因此利用了同步触发单元的授时功能，使各数据采集器能够通过传感器同步地进行数据采集，将采集到的数据通过无线收发单元发送给所述数据处理系统进行处理，从而能够实现长距离数据传输的同时，保证了各被试车上数据的同步采集，为列车纵向动力学测试提供科学的数据，本实用新型将数据采集系统和无线网络进行了有机的融合，也极大地拓展了数据采集系统的应用范围。
此外，本实用新型中的同步触发单元采用GPS模块实现采集数据采集指令的触发，在保证数据采集的同步性中具有突出的优势。本实用新型采用所述动力性锂电池给数据采集系统提供工作电压，能够在减轻重量的同时保证功率的输出。而且使用全向天线在长度较长、曲线、隧道多的条件下，能够保证更有效的信号接收。由于所述数据采集系统在工作过程中往往处于比较恶劣的工况环境中，因此通常要将所述数据采集器、传感器、锂电池和无线网桥设置在一个便携式箱体中，且所述箱体以及天线、GPS模块应具有可拆卸性，便于多个测试过程中的反复拆装。
附图说明
图1为传统的机车车辆动力学试验测试方案示意图；
图2为独立化的车辆动力学试验测试方案示意图；
图3为网络化的车辆动力学试验测试方案示意图；
图4为本实用新型系统结构示意图；
图5为本实用新型中被试车上数据采集系统原理框图；
图6为本实用新型中独立的数据处理系统原理框图；
图7为本实用新型中设置在被试车上的数据处理系统原理框图；
图8为在紧急制动工况下采用本实用新型采集获得的各断面受力情况图。
具体实施方式
如图4中所示，为本实用新型一种优选实施例的系统结构示意图，本实施例中，多个数据采集系统1分别设置在多个被试车上，各数据采集系统所在位置也称作测试断面。各断面之间间隔距离根据测试需要可以为200m～800m，数据处理系统2设置在列车上的任意一节机车上，所述数据处理系统可以单独设置在一节机车上，专门接收其他被试车传来的信号，并对数据采集系统发来的信号进行处理，或者也可以与数据采集系统设置在同一被试车上，通常将设置有数据处理系统的一节机车称作实验车，在实验车和被试车的车顶都设置有天线3和GPS模块4，在被试车的适当位置设置有多个用于检测行车状况的传感器5。
如图5中所示，所述数据采集系统包括数据采集器、无线网桥、天桥、传感器、GPS模块以及动力型锂电池，所述连接有天线的无线网桥与所述数据采集器相连，所述GPS模块也与所述数据采集器相连，所述动力性锂电池向所述传感器、数据采集器、GPS模块提供工作电压，能够在减轻重量的同时保证功率的输出，设计电池容量为20Ah。所述数据采集器采用的8通道的便携式数据采集器，使用网络作为PC或控制器之间的通讯接口。与所述数据采集器相连的传感器包括纵向加速度传感器、缓冲器位移传感器、车钩力传感器等，且设置在被试车车身的适当位置，各传感器的安装位置是由工程师根据测量的具体要求安放，与现有数据采集系统的安装方式基本相同，这里不再赘述。所述无线网桥通过连接天线，可以在建筑物之间建立高速度远程户外连接，并且能够适应恶劣的环境，且性能要求应达到：高速、高输出功率、连接距离远；通过坚固、符合通风规定的金属外壳和扩展的工作温度范围，可以满足恶劣环境的要求；支持点对点和点对多点配置；支持多种天线等。所述数据采集系统能够在所述GPS模块接收到由数据处理系统发来的数据采集指令后，有所述数据采集器控制各传感器进行数据采集，再将采集到的数据通过置于一个无线局域网中的无线网桥传输到所述数据处理系统中进行处理。此外，所述数据采集系统根据实际使用情况，也可采用其他外接或内置的直流或交流供电设备进行供电。
所述独立的数据处理系统如图6中所示，包括与数据处理单元相连的无线网桥和GPS模块，所述无线网桥也连接有天线。所述数据处理单元通过控制GPS模块发出的数据采集指令，经卫星发送到各被试车上数据采集系统的GPS模块，控制所述数据采集系统进行数据的同步采集，并将天线接收到的数据采集系统发来的数据进行相应的处理，所述数据处理单元采用微处理器或计算机等具有较强处理能力的设备。
所述数据处理系统也可以设置在任一被试车上，与所在被试车上数据采集系统共用无线网桥和GPS模块，其原理如图7中所示，相当于在所述图5中的数据采集系统中增加一个数据处理单元，当所述数据处理单元控制GPS模块发出数据采集指令后，再通过GPS模块与其他被试车上的GPS模块同时接受数据采集指令，再进行同步数据采集。
由于被测试列车很可能长度较长、曲线、隧道多，因此所述天线应使用全向天线。所述天线和GPS模块都设置在被试车的顶部，保证更有效地接收信号。由于所述数据采集系统在工作过程中往往处于比较恶劣的工况环境中，因此通常要将所述数据采集器、传感器、锂电池和无线网桥设置在一个便携式箱体中，且所述箱体以及天线、GPS模块应具有可拆卸性，便于多个测试过程的反复拆装。此外，同样由于一些铁路线路的的隧道较多、较长，在隧道中往往无法接收或发出GPS信号，因此每个被试车上的GPS模块都应具备定时功能，即在设定的时间内没有接收到GPS信号时，自动进行数据采集，并将采集到的数据存储在与数据采集器相连的存储单元中(图中未标示)，根据各数据采集器的通道数、每通道的采用率以及每天试验的时间，本地存储的容量大小为1G，且所述存储单元选用能在恶劣环境下工作的闪存或固态电子盘，在列车驶出隧道，重新接收到GPS信号后，校准数据采集系统中的时钟信号，保证整个测试过程中数据采集的连续性。所述GPS模块可以采用GSM模块等实现授时和同步触发功能的模块替代，只要保证能够控制数据采集系统实现同步采集的功能。在每个数据采样系统中可设置UPS(Uninterruptible Power System，不间断电源)(图中未标示)，保证突然断电或电源不稳定时能不中断记录5分钟以上，在外部电池供电的情况下要求连续工作时间大于15小时。
本实用新型中，通过各测试断面上的GPS模块同时接收到所述数据采集指令，并控制数据采集器同步采集数据，利用了GPS的授时功能，使各数据采集器能够通过传感器同步地进行数据采集，再将采集到的数据通过无线收发单元发送给所述数据处理系统进行处理，从而能够实现长距离数据传输的同时，保证了各被试车上数据的同步采集，为列车纵向动力学测试提供科学的数据。如图8中所示，为实际应用本实用新型进行数据采集时，在紧急制动工况下采集获得的各断面受力情况图，图中横坐标为时间，纵坐标为各断面采集到的车钩力数据，从图中可以看出在紧急制动时，各断面车钩力都在同一时间范围内发生震荡变化，因此能够对后续的动力学等分析提供科学有效的数据。
采用相同的测试原理，本实用新型也可以适用于其它各种需要分布式测量的环境，如长大桥梁，大型建筑物的测试等。
以上对本实用新型所提供的列车分布式测试系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种列车分布式测试系统，包括数据处理系统和设置在被试车上的数据采集系统，所述数据采集系统包括传感器和数据采集器，其特征在于：所述数据采集系统还包括设置在被试车上的电源单元、无线收发单元和同步触发单元，所述无线收发单元和同步触发单元分别与数据采集器相连，所述电源单元给所述数据采集器、无线收发单元和同步触发单元提供工作电压，所述数据处理系统包括连接有无线收发单元和同步触发单元的数据处理单元。
2.根据权利要求1所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述同步触发单元采用GPS模块。
3.根据权利要求1所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述无线收发单元包括无线网桥和天线，所述无线网桥与数据处理系统或数据采集器相连。
4.根据权利要求1所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述被试车上设置有与所述数据采集器相连的存储单元。
5.根据权利要求1所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述电源单元采用动力型锂电池。
6.根据权利要求3所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述天线采用全向天线。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述数据处理系统设置在一个被试车上，与所在被试车上数据采集系统共用无线收发单元和同步触发单元；或者，
所述数据处理系统单独设置在一个不同于被试车的机车上。
8.根据权利要求3中任一项所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述数据采集器、传感器、电源单元和无线网桥设置在一个便携式箱体中。
9.根据权利要求4所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述存储单元采用闪存或固态电子盘。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的列车分布式测试系统，其特征在于：所述数据处理单元采用微处理器或计算机。
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