CN202710212U - 轴温传感器测试系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种轴温传感器测试系统，属于传感器测试技术领域。该系统包括高低温恒温槽，传感器测试仪以及上位机；其中，传感器测试仪分别与上位机和高低温恒温槽连接，所述传感器测试仪接收上位机的设置参数，根据所述设置参数对高低温恒温槽进行控制；传感器测试仪上同时连接有一个或多个传感器，所述传感器用于对高低温恒温槽的温度进行采集并将采集的数据发送给传感器测试仪；传感器测试仪将来自传感器的采集数据处理后，发送给上位机；上位机根据处理后的采集数据，判断传感器是否合格，并生成相应的测试报表。本系统解决了现有技术中存在的不精确不可靠等问题，具有智能化程度高、检测结果准确且可靠等诸多优点。

Description

轴温传感器测试系统

技术领域

本实用新型属于传感器测试领域，尤其涉及一种轴温传感器测试系统。

背景技术

随着铁路客车的全面提速及高速重载战略的实施，安全是旅客列车运行最为重要的因素。铁路客车轴温探测事关行车安全，与旅客生命、财产的安全息息相关。车轴是车辆行走的关键部件，车辆与钢轨的冲击、动力效应和振动增大，车轴与轴承之间相互摩擦增多，导致发热增多。当车轴和轴承之间磨损或发生缺陷时，非正常发热增大，轻则热轴，使车体变形，重则造成切轴、燃轴，致使列车颠覆，严重影响铁路运输安全，给国家和铁路部门会造成极大的经济损失。所以，轴温作为影响行车安全的重要要素之一，各铁路局车辆段对其都高度重视，车辆回库后，轴温报警器及传感器性能的测试、检修就成为了一项重要工作。

KZS/M轴温报警器配套测试台是南京铁路电子仪器厂生产的，目前全路各车辆段均使用KZS/M轴温报警器配套测试台进行轴温报警器及传感器的性能参数测试，但从使用来看，在传感器测试部分效率很低，在检修繁忙时期不能满足需求，浪费了检修人力和时间。原系统具体检测情况是：

1.0℃电压值：对于模拟传感器首先须降温至0℃，恒流源为300μA情况下人工用毫伏表测试传感器的0摄氏度电压值。

2.升温实验：模拟和数字传感器都要做的，这个过程需要测试5个温区即20℃、30℃、40℃、60℃、90℃时的性能参数，测试数字传感器温度误差≤1℃，模拟传感器温度误差≤2℃(与试验台母表进行比较)认为合格。这个过程是这样的：由低到高需要依次进行温度设定，如20℃这个温区，首先设定停止温度20℃，然后等待加热到20℃时，人工点击计算机进行测量；其他温区也是如此测试，而且存在温度越高测试准确度受环境温度的影响就越大的问题。

通过调研，呼和局包头车辆段正在使用的是KZS/M型轴温报警器配套测试台进行轴温报警器及传感器性能的测试、检修工作。目前试验台测试轴温传感器情况如下：

呼和运用车间主要使用数字传感器，包头库检车间主要使用模拟传感器。这两种传感器都可以装车使用，包头地区使用模拟传感器主要是因为轴温报警器生产日期较久，对新型数字传感器识别困难，经常出线断路现象。现有测试台操作步骤较繁琐，用时长，智能化程度低。

为了保证轴温报警的高效性，列车行驶的安全性，需要在原有测试台基础上研制出智能化程度高、操作简便，准确度高的新型测试台。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轴温传感器测试系统，克服现有技术中所存在的上述问题，实现操作便捷、智能化程度更高的新型测试系统。

为实现以上目的，本实用新型提出一种轴温传感器测试系统，该系统包括高低温恒温槽，传感器测试仪以及上位机；其中，传感器测试仪分别与上位机和高低温恒温槽连接，所述传感器测试仪接收上位机的设置参数，根据所述设置参数对高低温恒温槽进行控制；传感器测试仪上同时连接有一个或多个传感器，所述传感器用于对高低温恒温槽的温度进行采集并将采集的数据发送给传感器测试仪；传感器测试仪将来自传感器的采集数据处理后，发送给上位机；上位机根据处理后的采集数据，判断传感器是否合格，并生成相应的测试报表。

根据本实用新型的一个方面，所述系统还包括与传感器测试仪连接的轴报器以进行配套试验。

根据本实用新型的一个方面，传感器测试仪与上位机之间通过RS232接口进行通信。

根据本实用新型的一个方面，所述高低温恒温槽在现有用于KZS/M轴温报警器配套测试台的恒温槽的基础上改造而成，将现有的恒温槽中的两根电源导线、两根制冷导线和三根可控硅导线引出，通过军用24芯航空插头接入传感器测试仪中；所述高低温恒温槽的内胆采用不锈钢制造，保温材料采用聚酯胺发泡，整体分为上下两部分，上面为控制器组件，包括控制面板、数显温度仪表、加热器及循环泵，下面为箱体，箱体左边为槽体，内装蒸发器，箱体右边为制冷机组，包括压缩机、冷凝器和风机。

根据本实用新型的一个方面，所述传感器测试仪包括外壳、液晶显示屏、指示灯、DB15接插件、DB9接插件、转换开关、开关电源、继电器和主控电路板，其中，主控电路板包括电源电路、通信电路、传感器识别及采集电路、输出控制电路及CPU。

根据本实用新型的一个方面，传感器测试仪的正面设置有液晶显示屏、电源插座、电源开关及指示灯、保险和DB9插座；后面设置有4个DB15插座，转换开关和一个24芯军用航空插座；传感器接线面板包括4行，每行可接9个传感器。

根据本实用新型的一个方面，所述传感器测试仪包括4块主控电路板，每块主控电路板负责9个传感器信息的采集和控制，每块主控电路板与一个轴报器连接，进行配套试验。

根据本实用新型的一个方面，所述主控电路板的通信电路用于与上位机进行信息交换并用于主控电路板间的通信，其中，第一主控电路板与上位机采用RS232方式进行通信，各主控电路板之间采用485总线模式进行信息交互。

根据本实用新型的一个方面，所述传感器识别及采集电路在对模拟或数字传感器识别时，先将所有传感器都看作数字传感器进行检测，若在一定时间内接收不到数字信号，再将其作为模拟传感器处理；所述CPU对模拟传感器的采集数据进行放大和模数转换，并将获得的数字信息进一步处理后，发送给上位机。

根据本实用新型的一个方面，上位机的设置参数包括温度节点值、升温速度值以及到达温度节点停留时间，传感器测试仪根据这些参数控制高低温恒温槽的温度、升温速度以及到达温度节点停留时间。

根据本实用新型的一个方面，传感器测试仪上同时连接的传感器数最多为36支。

与现有技术相比较，本实用新型利用现代电子与自动控制技术相结合方法设计完成。主要研究方法是利用自动控制技术，实现传感器性能测试的全程自动化，即连接好待测传感器(每次最多能测36支)，设定好温度节点、升温速度、到达温度节点停留时间及允许误差范围后，整个测试过程再无需人工操作，自动完成36支传感器的性能测试。KZS/M轴温报警器配套测试台智能化研究目的，就是使改造后的测试台可自动采集传感器参数并判断传感器状态是否正常。提高轴温传感器的检测效率，减少人为输入、漏判、误判、错判等主观因素引起的各种误差，为降低劳动强度、提高生产效率提供技术保证。

附图说明

图1是本实用新型提出的轴温传感器测试系统的架构图；

图2是主控电路板的操作流程示意图；

具体实施方式

以下所述为本实用新型的较佳实施实例，并不因此而限定本实用新型的保护范围。

首先，本实用新型提出的系统要实现的一个或多个目标为：

1.准确定温、自动及时地采集传感器性能参数

该设计作为轴温传感器性能参数测试平台，必须保证参数测定的准确。温度节点的准确与否，将严重影响传感器性能参数的测定，因此高低温恒温槽的定温必须准确；在温度节点附近通过PID调节，并经大量试验得出当温度达到设定节点温度后，大约稳定2-5分钟是采集最准确的时间，因此设计时将这些因素都要考虑进去，以便及时自动采集传感器的各性能参数。

2.通信可靠稳定

传感器测试仪与PC机的通信要可靠、稳定，保证信息及时传输、记录和保存，更要保证指令的准确无误。同时在各主控板之间的通信要符合485总线的总线竞争原则，避免通信线上的竞争冲突。

3.符合故障-安全原则

该设计考虑了故障-安全原则，对220V电压进行接地处理，同时不管在任何时候，都可以无条件地切换到原有设备上，完好地保留了原有设备。

4.性能稳定、结构简单易操作和维护

考虑到现场使用环境和对设备管理人员的技术要求及减轻人员的工作强度，应尽可能选择性能稳定，结构简单、易操作和维护的方案。

为了实现上述一个或多个目标，下面对本实用新型提出的系统进行详细描述。

图1示出了本实用新型提出的轴温传感器测试系统的架构图。如图1所示，本系统主要包括高低温恒温槽、传感器测试仪以及上位机。其中，传感器测试仪与高低温恒温槽和上位机连接，接收上位机的设置参数，并控制高低温恒温槽的温度、升温速度、温度保持时间等；传感器测试仪上可同时连接一个或多个传感器，传感器对高低温恒温槽的温度进行采集并传送给传感器测试仪，传感器测试仪对采集的数据进一步处理并发送给上位机，上位机检查和核对处理后的数据，判断传感器是否合格。本系统还可以将轴报器与传感器测试仪连接以进行与轴报器的配套试验，这些配套试验在现有技术中都有所公开，这里不再赘述。

下面，对本系统涉及的高低温恒温槽进行具体描述。本系统的高低温恒温槽是在详细分析了原来高低温恒温槽(用于KZS/M轴温报警器配套测试台)的基础上，根据设计需要加以改造的。保留了原有设计功能，同时又实现了与传感器测试仪、计算机之间的PID控制。

具体改造方法为：将原来高低温恒温槽中的电源(2根)、制冷(2根)和可控硅(3根)上的导线引出，通过军用24芯航空插头接入传感器测试仪中，以实现对高低温恒温槽的加热和制冷控制；同时在24芯航插上将上述7根导线并联到其余没有用到的引脚上(注：此处考虑了功率和相互干扰情况，将电源线布置在粗引脚上，同时其余引线按照抗干扰原则，布置在剩余引脚上)；在高低温恒温槽端，利用一个配套的24芯军用航插，根据已接好线的航插头，设计引线使其配套使用时，能够还原高低温恒温槽的原有设计及功能。其内胆采用不锈钢制造，保温材料采用聚酯胺发泡，整体分为上下两部分，上面为控制器组件，包括控制面板、数显湿度仪表、加热器及循环泵，下面为箱体，箱体左边为槽体，内装蒸发器，箱体右边为制冷机组，有压缩机、冷凝器、风机等部件。其中制冷系统的工作原理为：制冷剂通过压缩机压缩成高温高压气体，经冷凝器向外界放热，冷凝成高压液体，再通过过滤器、毛细管节流降压后进入蒸发器与槽内介质进行热交换，吸热汽化后成低压蒸汽，最后吸回压缩机，周而复始，实现制冷循环系统。

下面，对本系统的传感器测试仪进行详细描述。

本系统的传感器测试仪包括外壳、液晶显示屏、指示灯、DB15接插件、DB9接插件、转换开关、开关电源、继电器和主控电路板。其中，主控电路板包括电源电路、通信电路、传感器识别及采集电路、输出控制电路及CPU。

在传感器测试仪的正面，设置有液晶显示屏、电源插座、电源开关及指示灯、保险和DB9插座；后面设置有4个DB15插座，转换开关和一个24芯军用航插座。传感器接线面板与原来的面板(用于KZS/M轴温报警器配套测试台)完全相同，一共4行，每行可接9个传感器，其中红色柱位对应传感器正，黑色柱位对应传感器地线。

传感器测试仪的主控电路板采用当今主流、成熟的ARM7LPC1766作为CPU，并包括电源电路、通信电路、传感器识别及采集电路、输出控制电路。每个主控电路板负责9个传感器信息的采集与控制，同时可与一个轴报器进行配套试验。因此要完成36个传感器的测试工作需要4块主控电路板。

①电源电路：根据设计要求，本系统需要+12V、-12V和+5V的直流电源供电，因此本部分采用开关电源提供的±15V和+7.5V电压作为输入，经过桥式整流、滤波、相应的稳压集成电路后得到所需电压。

②通信电路：主要的通信任务是与上位机进行信息交换及主控电路板间的通信。其中1号主控电路板负责与上位机进行通信，采用RS-232方式，选用当今主流集成电路MAX3232实现；各主控电路板之间采用485总线模式进行信息交互，也是选用当今主流集成电路MAX3485实现。

③传感器识别及采集电路：对于模拟、数字传感器的识别，先将所有传感器都看作数字的进行检测，若在一定时间内接收不到数字信号，再将其作为模拟传感器处理，在300μA恒流源作用下，将信号进行放大-AD采样，再进行信息处理。

④输出控制电路：该部分是与轴报器进行配套试验的控制部分，接收到上位机的配套试验指令后，启动继电器将信号传递给轴报器进行配套试验，此控制部分选用的是松下公司生产的5V继电器A5W-K。

⑤液晶屏显示部分：液晶显示屏选用SG240*128的单色显示屏，由CPU直接驱动显示。用以同步显示各个传感器的实时温度值及其他必要信息。

本系统的PID控制采用可编程时间控制，编程曲线最多可达30段，可设置任意大小的升温斜率；具有无超调及无欠调的优良控制特性，具备曲线拟合功能，能获得光滑平顺的曲线控制效果。

在传感器性能测试过程中，通过上位机设置好温度节点、升温速度、到达温度节点停留时间及允许误差范围后，整个测试过程都将由主控电路板的CPU负责。首先自动识别、采集各个传感器的型号及数值，经过处理后将相关信息显示在液晶屏上，并传递给上位机，上位机经过分析处理后，生成数据报表，从中能反映出传感器的各性能参数，通过检查核对数据，并判断是否合格，然后按照对应的编号将不合格选出。同时也可以与轴温报警器进行配套试验，完成差温报警及定点报警等检测。

具体的，图2示出了主控电路板的操作流程。如图2所示，在初始化、启动液晶屏并等待时间间隔(例如6s)后，主控电路板识别并判断传感器型号，例如获得传感器的标识符以及其类型等，如果是模拟传感器，则对模拟传感器发送的信号进行放大和AD采样后进行信息处理，如果是数字传感器，直接对数字传感器发送的信号进行信息处理。信息处理可包括例如加权平均等运算。在信息处理后，1号主控板将处理后的信息直接传递给上位机，其他主控板将信息通过485总线发送给1号主控板后，由1号主控板传递给上位机，传递的信息包括传感器标识符、传感器感测值等。当需要与轴报器配套试验时，信息处理后的数据还会被发送给轴报器。上位机对接收的信息进行判断，选出不合格的传感器。例如，在由上位机设置温度为20度并设定升温速率和保持温度的时间后，传感器测试仪控制高低温恒温槽以设定升温速率升温至20度并保持设定的一段时间。与传感器测试仪连接的传感器对高低温恒温槽的温度进行采集并将采集结果发送给传感器测试仪。传感器测试仪将采集的结果进行处理后，直接或间接发送给上位机，上位机对处理后的传感器数据进行判断，验证其是否处于误差范围(例如上下1度)内，以验证是否合格。

在上位机中还安装有专用软件，例如可采用C#进行编写，遵循人机友好交互原则，除具有保存文件、打印数据、生成报表功能外，还能进行温度节点、升温速度、到达温度节点停留时间、允许误差范围及串行端口选择等设定，同时对高低温恒温槽的升降温状态能够进行记录，并以温度-时间曲线图直观显示，以方便工作人员回查整个测试过程。

本系统涉及自动控制、应用电子、通讯、计算机、传感器、机械和抗强电等多个技术领域，是多种技术及原理的综合应用。系统具备的主要功能如下：

1.对高低温恒温槽升温速度的PID控制；

2.传感器测试仪的智能化改造后，处理速度更快、测量参数性能更准确，实现了测试过程的完全自动化；

3.上位机具有能够对传感器检测结果进行报表统计，对高低温恒温槽升温速度、温度节点和达到节点温度保持的时间进行自定义等功能；

4.同时保留原有传感器测试仪的全部功能，用户通过开关切换可以在原有设备测试和改造后新设备测试之间自由选择；

5.能够实现自动采集传感器参数并判断传感器状态是否正常、生产报表等，提高了轴温传感器的检测效率，减少人为输入、漏判、误判、错判等主观因素引起的各种误差，为降低劳动强度、提高生产效率提供技术保证。

总之，在不改变原有设计功能情况下，本系统实现了传感器性能参数测试全过程智能化，具有抗干扰、稳定和可靠的优点。具体地，本系统的主要特点如下：

1.自成体系，与轴温报警器配套试验台上的其他功能无任何联系及相互干扰，同时可以随时通过开关切换到原有设备进行测试。

2.系统结构较简单、使用的技术比较成熟，具有较好的可靠性和稳定性。

3.系统操作十分简单快捷，符合现场作业人员习惯，显示直观醒目。

4.传感器测试仪主控制板广泛采用了新型单片机技术、RS232及RS485总线通信技术、以数字控制模拟技术及多重抗干扰技术等，设计新颖，技术先进，工作稳定可靠，智能化程度较高。

5.测试性能参数十分准确，人为因素干扰小，几乎没有错报、漏报现象。

6.系统符合故障-安全原则。

本系统达到的主要技术指标如下：

1.工作电源要求：200～230V，50Hz，1.5KW，如果电源波动大，超出要求范围，用户可以自备电源；

2.测温范围：-55℃～125℃；

3.测试数量：最多36路；

4.测试传感器类型：M、D、S、B型；

5.工作环境温度：0℃～50℃；

6.工作相对湿度：不大于85％；无腐蚀性气体及强电磁场辐射场合。

与原有测试轴温传感器试验台相比，本系统能够实现0℃时模拟传感器电压值的自动测量，及升温试验时模拟、数字传感器在关键温度节点20℃、30℃、40℃、60℃、90℃计算机自动定温，自动测量、比较，并生成报表、以及自动进行轴温报警器与传感器的综合技术检测，记录并提示相关误差信息。

应注意，本实用新型所提出的具体实施方式仅为说明的目的，并不作为对本实用新型保护范围的限制，本领域技术人员可对本实用新型的具体实施方式进行修改以适应不同的实际应用。

Claims (11)

1.一种轴温传感器测试系统，其特征在于：

该系统包括高低温恒温槽，传感器测试仪以及上位机；

其中，传感器测试仪分别与上位机和高低温恒温槽连接，所述传感器测试仪接收上位机的设置参数，根据所述设置参数对高低温恒温槽进行控制；

传感器测试仪上同时连接有一个或多个传感器，所述传感器用于对高低温恒温槽的温度进行采集并将采集的数据发送给传感器测试仪；

传感器测试仪将来自传感器的采集数据处理后，发送给上位机；

上位机根据处理后的采集数据，判断传感器是否合格，并生成相应的测试报表。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包括与传感器测试仪连接的轴报器以进行配套试验。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：传感器测试仪与上位机之间通过RS232接口进行通信。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述高低温恒温槽在现有用于KZS/M轴温报警器配套测试台的恒温槽的基础上改造而成，将现有的恒温槽中的两根电源导线、两根制冷导线和三根可控硅导线引出，通过军用24芯航空插头接入传感器测试仪中；所述高低温恒温槽的内胆采用不锈钢制造，保温材料采用聚酯胺发泡，整体分为上下两部分，上面为控制器组件，包括控制面板、数显温度仪表、加热器及循环泵，下面为箱体，箱体左边为槽体，内装蒸发器，箱体右边为制冷机组，包括压缩机、冷凝器和风机。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述传感器测试仪包括外壳、液晶显示屏、指示灯、DB15接插件、DB9接插件、转换开关、开关电源、继电器和主控电路板，其中，主控电路板包括电源电路、通信电路、传感器识别及采集电路、输出控制电路及CPU。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：传感器测试仪的正面设置有液晶显示屏、电源插座、电源开关及指示灯、保险和DB9插座；后面设置有4个DB15插座，转换开关和一个24芯军用航空插座；传感器接线面板包括4行，每行可接9个传感器。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述传感器测试仪包括4块主控电路板，每块主控电路板负责9个传感器信息的采集和控制，每块主控电路板与一个轴报器连接，进行配套试验。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述主控电路板的通信电路用于与上位机进行信息交换并用于主控电路板间的通信，其中，第一主控电路板与上位机采用RS232方式进行通信，各主控电路板之间采用485总线模式进行信息交互。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述传感器识别及采集电路在对模拟或数字传感器识别时，先将所有传感器都看作数字传感器进行检测，若在一定时间内接收不到数字信号，再将其作为模拟传感器处理；所述CPU对模拟传感器的采集数据进行放大和模数转换，并将获得的数字信息进一步处理后，发送给上位机。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：上位机的设置参数包括温度节点值、升温速度值以及到达温度节点停留时间，传感器测试仪根据这些参数控制高低温恒温槽的温度、升温速度以及到达温度节点停留时间。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：传感器测试仪上同时连接的传感器数最多为36支。

Images