一般列車的振動性能，基中包括舒適性、平穩(wěn)性的檢測與評價是新型列車研究、檢驗過程中的一項非常重要的工作。隨著我國對鐵路新型高速列車研究、研制及實驗運行工作的大面積展開，調研中發(fā)現(xiàn)需要一種方便、快捷的便攜式列車振動測試儀。
目前國內(nèi)有多家單位開展了研制工作，這些專用儀器對常規(guī)速度列車的振動檢測是比較有效的，信號控制與數(shù)據(jù)采集也比較方便。但這些設計多采用有線傳輸方式，對于高速列車，檢測人員在密閉的車箱內(nèi)，而振動檢測包括車體下方的轉向架、軸箱多處測點，車下到車上的電纜布線就成了很大的問題。而且，對已經(jīng)投入運營的高速列車，檢測布線因為會嚴重影響車體的氣密性，所以幾乎是不可能的，即便可以也是非常不便的。
因此針對高速列車振動性能檢測的特點及要求，有必要將測振系統(tǒng)分為車內(nèi)接收端+車下數(shù)據(jù)采集器兩部分，二者之間采用無線連接，解決布線難的問題。此文對測振儀關鍵技術進行了研究，發(fā)現(xiàn)了以藍牙、DSP、GPS為基礎的便攜式列車測振儀，以下是介紹在高速列車線路實驗中的試用情況。
1 系統(tǒng)方案
按照GB5599-85，列車測振儀主要測試參數(shù)是車體、轉向架構架、軸箱的振動加速度以及車體和構架之間、構架和軸箱間的相對位移。
列車測振儀分為傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收存儲4部分，該系統(tǒng)一方面是一個相對獨立的系統(tǒng)，它可以可通過藍牙模塊實現(xiàn)與PC／PDA的無線連接，進行信號的采集、處理、顯示提供了與PC之間進行有線數(shù)據(jù)通信的接口，在沒有藍牙設備的情況下，也可以把系統(tǒng)采集的原始數(shù)據(jù)送到微機進行二次處理，既實現(xiàn)硬件冗余性設計，又方便了系統(tǒng)調試。檢測參數(shù)振動加速度位移軸箱轉向架構架車體二系一系通道。
此外系統(tǒng)還采用了GPS手持定位儀，獲取評價列車振動性能必需的運行速度信號。
為確保列車測振儀能正常穩(wěn)定的工作以下問題必須解決：
(1)不能犧牲數(shù)據(jù)采集的精度來換取便攜性；
(2)數(shù)采盒在車底只能采用電池供電，因此系統(tǒng)功耗必須低；
(3)系統(tǒng)要能適應復雜的實地檢測環(huán)境；
(4)為確保數(shù)據(jù)有效傳輸，無線傳輸必須有強抗干擾能力；
(5)無線傳輸速率要滿足系統(tǒng)基本要求。
2系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1系統(tǒng)硬件
在列車測振儀的數(shù)據(jù)采集過程中，不可避免地會有電氣化鐵路高壓電力線、動車大功率脈沖電壓和脈動電流對有用信號造成干擾。為了*大程度地抑制或消除混疊現(xiàn)象對動態(tài)測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的影響，需要設置抗混疊濾波器。常用的模擬低通濾波器有3種：
(1)巴特沃思濾波器：通帶平坦，相位特性*好；7階以上的截止特性和阻帶衰減率滿足本系統(tǒng)抗混疊濾波器要求。
(2)切比雪夫濾波器：過渡帶陡，但通帶內(nèi)有一定偏差，且相位特性差。
(3)濾波器：通帶邊緣過渡帶*陡，但相位特性也*差。
故本系統(tǒng)選用MAX7480作為抗混疊濾波器。MAX7480是低功耗8階巴特沃思低通濾波器，中心頻率1 Hz～2 kHz，單+5V供電，工作電流2.9 mA。
根據(jù)通道數(shù)及精度、輸入量程、轉換速率、功耗、工作電壓等指標我們選擇了ADS8381，18位500k逐次逼近(SAR)模數(shù)轉換器。其高動態(tài)范圍改善了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的效能。ADS8381在前8位輸人范圍內(nèi)的非線性小于+／-9.5×10-6，在頻率為500kHz時功耗為100 mW。ADS8381使用一個單獨+5 V電源，溫度范圍為：-40℃到+85℃。
TMS320F2812 DSP芯片為數(shù)據(jù)采集的核心，主頻150MHz，可解決數(shù)據(jù)流量大、實時性高等問題。它一方面控制多種信號的采集、緩存以及處理，另一方面負責系統(tǒng)與PDA或PC之間的通信。數(shù)據(jù)采集器硬件電路主要包括：DSP*小系統(tǒng)、外擴存儲器的接口、SCI串口通信。
2.2數(shù)據(jù)傳輸
列車測振儀借助藍牙通信相連進行無線連接。藍牙通信具有連線簡單，無須電平轉換；可組網(wǎng)，多機共享；傳輸速率高接口廣泛，和多數(shù)手持設備／筆記本電腦連接方便等特點。藍牙采用跳頻機制進行數(shù)據(jù)傳送，故能極大提高數(shù)據(jù)傳送的抗干擾性能。由表1，系統(tǒng)需要的理論帶寬為163.84kbps。本設備無線傳輸速率可達400 kbps以上，充分保證了系統(tǒng)性能。視距傳輸可達100 m，完全能夠勝任大部分測試場合。
2.3系統(tǒng)軟件
根據(jù)總體方案設計，振列車測振儀軟件設計主要包括DSP數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序設計、Notebook人機界面程序設計兩大部分。DSP采集加速度／位移信號，通過藍牙傳送到Notebook；Notebook接收、存儲所有傳送的數(shù)據(jù)，同時繪制變化曲線。
DSP數(shù)據(jù)采集發(fā)送程序實現(xiàn)的功能如下：
(1)通過ADC模塊采集傳感器數(shù)據(jù)；
(2)將采集數(shù)據(jù)進行打包；
(3)查詢藍牙模塊狀態(tài)和寫數(shù)據(jù)。
列車測振儀優(yōu)于其他測振系統(tǒng)的地方不僅在于高精度、高速率、小體積、輕重量，還在于它有基于Notebook良好的人機界面。進一步我們擬采用帶藍牙的PDA／智能手機作為接收平臺。
Notebook人機界面程序主要實現(xiàn)功能如下：
(1)接收、存儲所有列車測振儀發(fā)送的數(shù)據(jù)；
(2)實時分析數(shù)據(jù)，計算、顯示、保存平穩(wěn)性和舒適性指標；
(3)動態(tài)繪制變化曲線。
3列車測振儀試用情況
在我國某高速列車實驗的振動參數(shù)測試中，對列車測振儀進行了試用，通過了*高280km／h動車組實際運行檢驗。從實驗中測得的部分數(shù)據(jù)，我們可以看出，運行中車體的橫垂向振動加速度均在0.1 g左右，而軸箱處則高達數(shù)10g。
在高速列車高速運行中，在受電氣化鐵路高壓電力線(27.5 kV)、動車大功率脈動電壓(±2 000V)和脈動電流干擾及經(jīng)過橋梁隧道等復雜路況時均能保持良好的通信。經(jīng)過了包括-20℃低溫、雨雪、長時間工作等一系列惡劣條件下的試用，表現(xiàn)出良好的可操控性和穩(wěn)定性。民品級GPS在250km以上時速時初始化困難，但一旦初始化成功，可充分實現(xiàn)其功能。
4結 論
以DSP、Notebook為基礎，綜合運用藍牙、GPS等技術的列車測振儀對于高速列車的振動性檢測具有可靠性。
且本測振儀不僅能用于檢測列車振動性能，在接收端虛擬儀器進行外擴后能很方便的實現(xiàn)頻譜分析，故障診斷及其他振動測試
