CN208091719U - 一种250km标准动车组失稳检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高速列车技术领域，公开了一种250KM标准动车组失稳检测装置。本实用新型创造提供了一种新型的高速列车失稳检测装置，一方面通过在接口板卡上为传感器输入信号布置前级滤波电路，可以实现前级滤波处理，滤除现场电磁、电场和谐波等干扰，并抑制来自环境的强电干扰和遏制共/差模干扰，进而可有效地将有用信号输入到后级进行转换处理，大大提高输入信号的精度和准度，另一方面通过在接口板卡上布置后级的且型号为T1630P的有源高精度隔离变送器，可以有效地将信号输入、信号输出、电源输入及电源输出进行隔离，进而可结合抗混叠低通滤波电路向板卡间通信总线导入干净的电压信号，有效保护后级通信板卡及数据处理板卡中的电路。

Description

一种250KM标准动车组失稳检测装置

技术领域

本实用新型属于高速列车技术领域，具体涉及一种250KM标准动车组失稳检测装置。

背景技术

随着高速列车的快速发展，世界各地出现多次列车事故，国内外越来越重视高速列车的在线监测，尤其是走形部的在线监测。国外(如欧洲和日本)在转向架上装有各种传感器实时监测和记录车辆在运行过程中是否出现蛇行运动以及其它动力学参数的变化情况，其中，英国AEA铁路技术公司在客车上安装传感器监测车辆的振动状况；法国Banbadi公司也着力于研究BCM-System，即“转向架状态监视系统”。而在国内，CRH2型动车组安装了日本川崎重工的转向架失稳检测装置，对列车运行过程中转向架的振动状态进行监测，发生蛇行运动失稳时装置会发出报警信号。

现有转向架失稳检测装置(用于实时监测列车转向架状态，确保列车运行安全)在投入使用后，由于会处于复杂的环境下，不但易受到电磁、电场、谐波等干扰，还可能对列车上其他设备产生干扰。此外，随着列车通讯的数据量剧增，传统的列车总线已经无法满足大数据量的传输要求，使得数据传输与读取不够方便、快捷，导致用户使用不够便捷。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种250KM标准动车组失稳检测装置。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种250KM标准动车组失稳检测装置，包括高速列车转向架失稳检测传感器、检测主机和上位机监控平台，所述检测主机包括通信板卡、接口板卡和数据处理板卡，其中，所述通信板卡上布置有ARM控制器、MVB总线接口、TRDP总线接口、4G无线通信模块和板卡间通信总线，所述接口板卡上布置有传感器插接口、前级滤波电路、型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和抗混叠低通滤波电路，所述数据处理板卡上布置有ARM处理器、RTC时钟模块和SD存储卡，所述ARM控制器、所述MVB总线接口、所述TRDP总线接口、所述4G无线通信模块、所述有源高精度隔离变送器和所述ARM处理器通过所述板卡间通信总线实现相互通信相连；

所述高速列车转向架失稳检测传感器、所述传感器插接口、所述前级滤波电路、所述型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和所述抗混叠低通滤波电路依次通信连接，所述ARM处理器分别通信连接所述RTC时钟模块和所述SD存储卡，所述上位机监控平台分别有线通信连接所述MVB总线接口和所述TRDP总线接口，所述上位机监控平台还无线通信连接所述4G无线通信模块。

优化的，所述检测主机还包括机箱和底板；所述通信板卡、所述接口板卡和所述数据处理板卡位于所述机箱的内部，并分别竖直插接在所述底板上。

优化的，所述检测主机还包括电源板卡，其中，所述电源板卡上布置有用于电连接列车直流电源的直流电插接口、输入滤波保护电路、DC转DC隔离电源和输出滤波保护电路；所述直流电插接口、所述输入滤波保护电路、所述DC转DC隔离电源和所述输出滤波保护电路依次电连接。具体的，所述DC转DC隔离电源采用型号为URB1D24LMD-20WR3的DC/DC隔离电源模块。

优化的，所述数据处理板卡上还布置有分别通信连接所述ARM处理器的USB接口、RS232调试接口和/或LAN接口。

具体的，所述板卡间通信总线为CAN总线和/或RS485总线。

具体的，所述ARM控制器的芯片型号为STM32103，所述ARM处理器的芯片型号为STM32F407。

本实用新型的有益效果为：

(1)本发明创造提供了一种由高速列车转向架失稳检测传感器、通信板卡、接口板卡、数据处理板卡和上位机监控平台构成的高速列车失稳检测装置，一方面通过在接口板卡上为传感器输入信号布置前级滤波电路，可以实现前级滤波处理，滤除现场电磁、电场和谐波等干扰，并抑制来自环境的强电干扰和遏制共/差模干扰，进而可有效地将有用信号输入到后级进行转换处理，大大提高输入信号的精度和准度，另一方面通过在接口板卡上布置后级的且型号为T1630P的有源高精度隔离变送器，可以有效地将信号输入、信号输出、电源输入及电源输出进行隔离，进而可结合抗混叠低通滤波电路向板卡间通信总线导入干净的电压信号，有效保护后级通信板卡及数据处理板卡中的电路；

(2)可提供诸如MVB、TRDP和4G等多种与上位机监控平台的通信方式，满足大数据量的传输要求，使数据传输与读取变得方便和快捷，提升用户的便捷体验；

(3)通过在检测主机中配置具有直流电插接口、输入滤波保护电路、DC转DC隔离电源和输出滤波保护电路等的电源板卡，可以将列车110V电源转换为检测主机所需的电源电压和功率，并通过输入滤波保护电路滤除来自列车电源的共/差模干扰，通过输出滤波保护电路来滤除来自其他板卡的干扰，确保整个检测主机的安全和稳定；

(4)可提供诸如SD卡、USB及LAN等多种数据导出方式，利于建立列车实时数据以及地面数据库，为对高速列车转向架蛇形失稳的本质原因的进一步探究提供支持。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的250KM标准动车组失稳检测装置的结构示意图。

图2是本实用新型提供的在检测主机中各个板卡的安装结构示意图。

图3是本实施例提供的在检测主机中接口板卡的电路图。

上述附图中：2-底板；3-通信板卡；301-MVB总线接口；4-接口板卡；401-传感器插接口；5-数据处理板卡；501-USB接口；502-RS232调试接口；6-电源板卡；601-直流电插接口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

如图1～3所示，本实施例提供的250KM标准动车组失稳检测装置，包括高速列车转向架失稳检测传感器、检测主机和上位机监控平台，所述检测主机包括通信板卡3、接口板卡4和数据处理板卡5，其中，所述通信板卡3上布置有ARM控制器、MVB总线接口301、TRDP总线接口、4G无线通信模块和板卡间通信总线，所述接口板卡4上布置有传感器插接口401、前级滤波电路、型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和抗混叠低通滤波电路，所述数据处理板卡5上布置有ARM处理器、RTC时钟模块和SD存储卡，所述ARM控制器、所述MVB总线接口301、所述TRDP总线接口、所述4G无线通信模块、所述有源高精度隔离变送器和所述ARM处理器通过所述板卡间通信总线实现相互通信相连。

所述高速列车转向架失稳检测传感器、所述传感器插接口401、所述前级滤波电路、所述型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和所述抗混叠低通滤波电路依次通信连接，所述ARM处理器分别通信连接所述RTC时钟模块和所述SD存储卡，所述上位机监控平台分别有线通信连接所述MVB总线接口301和所述TRDP总线接口，所述上位机监控平台还无线通信连接所述4G无线通信模块。

如图1所示，在所述250KM标准动车组失稳检测装置的结构中，所述高速列车转向架失稳检测传感器优选为安装在列车转向架上的加速度传感器，用于生成反映实时加速度信息的模拟电流信号。所述检测主机用于将来自所述高速列车转向架失稳检测传感器的模拟电流信号转变为数字信息，并采用现有失稳算法对该数字信息进行诊断，得到失稳诊断结果/和预报警结果。所述上位机监控平台用于显示来自所述检测主机的各种信号，包含但不限于失稳诊断结果/和预报警结果。

如图1和2所示，在所述检测主机的结构中，所述通信板卡3用于将由所述数据处理板卡5运算的数据传输至列车检测室中的上位机监控平台。其中，所述ARM控制器用于作为所述通信板卡3的主控制中心，实现对板卡间通信总线进行时分共用的控制目的，确保其它各个模块之间能够精确地进行两两通信；所述ARM控制器的型号可以但不限于为STM32F103。所述MVB总线接口301用于作为MVB通信模块，按照现有的MVB(MultifunctionVehicle Bus，多功能车辆)通信协议将数据上传至上位机监控平台。所述TRDP总线接口用于作为以太网通信模块，按照现有的TRDP(Train Real-time Data Protocol)通信协议将数据上传至上位机监控平台，其价格不但相对于MVB通信模块更为低廉，而且具有速度快、数据量大等优点，是未来TMS(Transportation Management System,运输管理系统)网络发展的主要方向。所述4G无线通信模块用于借助4G移动通信网络，将数据上传至上位机监控平台或远端的地面监控中心。所述板卡件通信总线用于实现在各板卡间进行相互通信的目的，其可以但不限于为CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线和/或RS485总线。

如图1和2所示，在所述检测主机的结构中，所述接口板卡4用于对来自所述高速列车转向架失稳检测传感器的模拟电流信号进行前级处理。其中，所述传感器插接口401用于导入所述模拟电流信号。所述前级滤波电路用于对所述模拟电流信号实现前级滤波处理，滤除现场电磁、电场和谐波等干扰(可利用其中的且最大截止频率为30Hz的低通LC滤波电路)，并抑制来自环境的强电干扰和遏制共/差模干扰(可利用其中的瞬态抑制二极管和共模电感等元件)。所述型号为T1630P的有源高精度隔离变送器，一方面用于作为多路隔离模块，有效地将信号输入、信号输出、电源输入及电源输出进行隔离(隔离电压可达2500VDC)，另一方面用于将所述模拟电流信号变送为电压信号。所述抗混叠低通滤波电路用于对变送后的电压信号进行滤波，以便得到干净的电压信号，有效保护后级通信板卡及数据处理板卡中的电路。作为举例的，所述接口板卡4的具体电路图可如图3所示，来自传感器的模拟电流信号通过IN+和IN-端口输入，然后依次经过由第一变压器CH1、第一电感L1、第二电感L2和第一TVS(Transient Voltage Suppresso，瞬态抑制二极管)二极管D1组成的前级滤波电路、有源高精度隔离变送器T1630P和由电阻R1～R4、双路差动比较器LM2903和电容C1～C4组成的四阶抗混叠滤波电路，最终在OUT端口输出干净的电压信号，其中，所述第一TVS二极管用于保护传感器避免损坏；所述变压器CH1用于共模信号滤波；由所述第二电感L2、第一电感L1和电容C7组成LC差分滤波电路用于滤出差模干扰信号；所述四阶抗混叠滤波系统用于对信号进行低通滤波处理。

如图1和2所示，所述数据处理板卡5用于作为检测主机的软件系统运行平台，完成对监测数据(即来自失稳检测传感器的数字信息)的核心运算处理，得到失稳诊断结果/和预报警结果。其中，所述ARM处理器用于运行现有的实时操作系统软件(具体为现有的RT-Thread3.0实时操作系统，该系统运行过程中共有四大线程：通信线程、诊断线程、自检线程和存储线程，其中的诊断线程即为运行现有的诊断算法软件)，完成对监测数据的核心运算处理，得到失稳诊断结果/和预报警结果；所述ARM处理器的型号可以但不限于为STM32F407。所述RTC(Real-Time Clock，实时时钟)时钟模块用于为所述ARM处理器提供实时的时间信息。所述SD存储卡(Secure Digital Memory Card)用于存储在运行过程中的所有原始监测数据或者在预报警前后的部分原始监测数据。

由此通过前述对各个板卡的详细描述，一方面通过在接口板卡上为传感器输入信号布置前级滤波电路，可以实现前级滤波处理，滤除现场电磁、电场和谐波等干扰，并抑制来自环境的强电干扰和遏制共/差模干扰，进而可有效地将有用信号输入到后级进行转换处理，大大提高输入信号的精度和准度，另一方面通过在接口板卡上布置后级的且型号为T1630P的有源高精度隔离变送器，可以有效地将信号输入、信号输出、电源输入及电源输出进行隔离，进而可结合抗混叠低通滤波电路向板卡间通信总线导入干净的电压信号，有效保护后级通信板卡及数据处理板卡中的电路。此外，可提供诸如MVB、TRDP和4G等多种与上位机监控平台的通信方式，满足大数据量的传输要求，使数据传输与读取变得方便和快捷，提升用户的便捷体验。

优化的，所述检测主机还包括机箱和底板2；所述通信板卡3、所述接口板卡4和所述数据处理板卡5位于所述机箱的内部，并分别竖直插接在所述底板2上。如图2所示，通过前述结构设置，可通过所述机箱保护各个板卡，并利于它们散热。

优化的，所述检测主机还包括电源板卡6，其中，所述电源板卡6上布置有用于电连接列车直流电源的直流电插接口601、输入滤波保护电路、DC转DC隔离电源和输出滤波保护电路；所述直流电插接口601、所述输入滤波保护电路、所述DC转DC隔离电源和所述输出滤波保护电路依次电连接。如图1所示，所述输入滤波保护电路用于采用诸如保险丝、压敏电阻、二极管、共模电感等元件组成滤波保护电路，为所述DC转DC隔离电源提供干净及稳定的电源电压。所述DC转DC隔离电源用于将列车电源电压(一般为110V)转换为各个板卡所需的供电电压，例如5V、12V或24V等，其可以但不限于采用型号为URB1D24LMD-20WR3的DC/DC隔离电源模块(其可具有如下优点：隔离电压高达2500VDC；工作温度范围：-40℃to+85℃；输入欠压保护；输出短路、过流、过压保护；低纹波噪声；模块化设计，便于维护)。所述输出滤波保护电路用于通过瞬态抑制防护和滤波技术来滤除来自其他板卡的干扰，确保整个检测主机的安全和稳定。

优化的，所述数据处理板卡5上还布置有分别通信连接所述ARM处理器的USB接口501、RS232调试接口502和/或LAN接口。如图1所示，通过前述设置，不但可以利用RS232调试接口502进行软件调试，还可提供诸如SD卡、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)及LAN(Local Area Network，局域网)等多种数据导出方式，利于建立列车实时数据以及地面数据库，为对高速列车转向架蛇形失稳的本质原因的进一步探究提供支持。

综上，采用本实施例所提供的250KM标准动车组失稳检测装置，具有如下技术效果：

(1)本实施例提供了一种由高速列车转向架失稳检测传感器、通信板卡、接口板卡、数据处理板卡和上位机监控平台构成的高速列车失稳检测装置，一方面通过在接口板卡上为传感器输入信号布置前级滤波电路，可以实现前级滤波处理，滤除现场电磁、电场和谐波等干扰，并抑制来自环境的强电干扰和遏制共/差模干扰，进而可有效地将有用信号输入到后级进行转换处理，大大提高输入信号的精度和准度，另一方面通过在接口板卡上布置后级的且型号为T1630P的有源高精度隔离变送器，可以有效地将信号输入、信号输出、电源输入及电源输出进行隔离，进而可结合抗混叠低通滤波电路向板卡间通信总线导入干净的电压信号，有效保护后级通信板卡及数据处理板卡中的电路；

(2)可提供诸如MVB、TRDP和4G等多种与上位机监控平台的通信方式，满足大数据量的传输要求，使数据传输与读取变得方便和快捷，提升用户的便捷体验；

(3)通过在检测主机中配置具有直流电插接口、输入滤波保护电路、DC转DC隔离电源和输出滤波保护电路等的电源板卡，可以将列车110V电源转换为检测主机所需的电源电压和功率，并通过输入滤波保护电路滤除来自列车电源的共/差模干扰，通过输出滤波保护电路来滤除来自其他板卡的干扰，确保整个检测主机的安全和稳定；

(4)可提供诸如SD卡、USB及LAN等多种数据导出方式，利于建立列车实时数据以及地面数据库，为对高速列车转向架蛇形失稳的本质原因的进一步探究提供支持。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种250KM标准动车组失稳检测装置，包括高速列车转向架失稳检测传感器、检测主机和上位机监控平台，其特征在于：所述检测主机包括通信板卡(3)、接口板卡(4)和数据处理板卡(5)，其中，所述通信板卡(3)上布置有ARM控制器、MVB总线接口(301)、TRDP总线接口、4G无线通信模块和板卡间通信总线，所述接口板卡(4)上布置有传感器插接口(401)、前级滤波电路、型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和抗混叠低通滤波电路，所述数据处理板卡(5)上布置有ARM处理器、RTC时钟模块和SD存储卡，所述ARM控制器、所述MVB总线接口(301)、所述TRDP总线接口、所述4G无线通信模块、所述有源高精度隔离变送器和所述ARM处理器通过所述板卡间通信总线实现相互通信相连；

所述高速列车转向架失稳检测传感器、所述传感器插接口(401)、所述前级滤波电路、所述型号为T1630P的有源高精度隔离变送器和所述抗混叠低通滤波电路依次通信连接，所述ARM处理器分别通信连接所述RTC时钟模块和所述SD存储卡，所述上位机监控平台分别有线通信连接所述MVB总线接口(301)和所述TRDP总线接口，所述上位机监控平台还无线通信连接所述4G无线通信模块。

2.如权利要求1所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述检测主机还包括机箱和底板(2)；

所述通信板卡(3)、所述接口板卡(4)和所述数据处理板卡(5)位于所述机箱的内部，并分别竖直插接在所述底板(2)上。

3.如权利要求1所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述检测主机还包括电源板卡(6)，其中，所述电源板卡(6)上布置有用于电连接列车直流电源的直流电插接口(601)、输入滤波保护电路、DC转DC隔离电源和输出滤波保护电路；

所述直流电插接口(601)、所述输入滤波保护电路、所述DC转DC隔离电源和所述输出滤波保护电路依次电连接。

4.如权利要求3所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述DC转DC隔离电源采用型号为URB1D24LMD-20WR3的DC/DC隔离电源模块。

5.如权利要求1所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述数据处理板卡(5)上还布置有分别通信连接所述ARM处理器的USB接口(501)、RS232调试接口(502)和/或LAN接口。

6.如权利要求1所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述板卡间通信总线为CAN总线和/或RS485总线。

7.如权利要求1所述的一种250KM标准动车组失稳检测装置，其特征在于：所述ARM控制器的芯片型号为STM32103，所述ARM处理器的芯片型号为STM32F407。