TADS综合检测仪表

邢传义，李东岳

（哈尔滨威克科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨150090）

1 前言

TADS全 称 Trackside Acoustic Detector System，中文为货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统。TADS综合检测仪表是一种针对TADS系统进行静态检测的仪器，该仪器通过模拟列车通过时的车轮信号、轴承的声音信号检测TADS系统的声学传感器阵列、车轮传感器、配套AEI设备工作情况并进行分析，判断系统是否工作正常。系统包括检测仪表和配套软件两部分，检测仪表模拟列车通过时的车轮信号、轴承信号及车辆标签信号；或产生各种专为TADS系统测试设计的标准信号，配合检测软件对TADS系统进行全面检测，快速判断TADS系统故障的部位。检测软件对产生的各种信号进行采集，并对采集的各种信号进行分析解释，为用户提供方便直观的操作、分析界面。

2 技术指标

适应电源：220V±20%；

适应环境：-20℃～+50℃；

车轮信号模拟器的模拟性能

车轮传感器输出幅值：2000±400mV；

传感器输出幅值：24V；

输出阻抗：160+10Ω；

声源播放器

输出功率：1.7W；

输出频率：500～15 000Hz。

3 功能

3.1 声学通道检测

声学传感器检测：测试单个或多个声学传感器工作状态，通过不同频率的标准声源对声学传感器进行检测，动态显示出频响曲线图，并给出不同频率的声强值，可以分析声学传感器的正向灵敏度随频率变化的情况，从而判定声学传感器是否符合TADS系统采集轴承声音的要求，给出该声学传感器工作是否正常。

放大器检测：可检测放大器对专用传感器在标准声源下的输出，并实时显示，以判断其工作是否正常。

A/D卡检测：产生标准信号，提供给系统数据采集卡，可以判断远近端计算机的A/D卡工作是否正常。

3.2 SIPS（Signal Interface Power Supply）箱、保护箱检测

SIPS箱检测：可检测SIPS箱的电源输出及状态检测情况，并通过模拟保护箱的工作，检测SIPS的工作时序。

保护箱检测：可检测保护箱的电机电源、保护门状态传感器的工作状态，并实时显示，准确定位到每一个保护箱。

3.3 车轮传感器检测

声学车轮传感器的检测：通过模拟车轮信号，检测车轮传感器的输出特性，并显示出输出波形的幅值大小、频率、周期等特征，判断该声学车轮传感器是否正常。

AEI车轮传感器的检测：可以模拟车轮信号，并在检测仪表上检测车轮传感器的输出特性，显示出输出波形的幅值大小、频率、周期等特征，判断该AEI车轮传感器工作是否正常。

3.4 模拟列车检测

室外通过车模拟检测：可模拟车轮、标准声音、车辆标签信号，产生通过车时的车轮声音(内圈、外圈、滚子等故障类型)、标签，检测TADS探测站设备的工作是否正常。

室内通过车模拟检测：可产生车轮传感器、车辆标签信号，产生通过车时的车轮传感器输出及模拟保护箱的工作过程，用来检测TADS系统室内设备的工作是否正常。

3.5 TADS历史工作状态数据分析

通过对TADS历史数据的分析，判断系统工作的状况。

4 仪表结构

TADS综合检测仪表结构由综合检测仪表主机、附件等几部分构成（见图1、2、3、4）。

仪表主机：模拟装置主机安装在一个专用机箱内，采用模块化设计，主板采用PC104单板机，总线采用标准PC104总线，配备了液晶显示器、触摸屏、按键、B&K4938传感器，并制作模拟车轮传感器信号板、音频电路和标准测试声源。主要功能如下。

4.1 主板

主机板为嵌入式586工业控制电脑，其功能是给STD总线槽提供数据总线、地址总线及控制总线，提供前面板液晶显示器控制接口，并配有RS232串口、打印口等。

液晶显示器采用640×480点阵带触摸功能的LCD显示器，可以方便地输入各种参数和控制命令，并可方便地显示模拟装置的工作状态或外部信号的波形。

4.2 模拟车轮传感器信号板

主要完成车轮传感器信号模拟、保护箱电机电源及保护门状态传感器的检测、保护门电机控制电源及保护门状态传感器的模拟、1kHz标准声源的控制。

4.3 音频板

主要提供标准声音的声源电路、电压检测功能的A/D转换、标签信号发送功能和按键状态检测功能。

4.4 车轮信号模拟器

车轮信号模拟器使车轮传感器产生一个正弦的电压信号，并且可以控制车轮传感器信号产生的频率、出现时刻等，这样就可以模拟列车的车轮信号，产生不同的列车速度和辆数，与声源配合就可以产生完整的列车通过车的模拟信号，对系统进行综合检测。

4.5 声源播放器

声源播放器是一个保证声源保真的重要组成部分，通过固定锁扣可以把声源发生器固定在传感器阵列上。在模拟装置主机控制可以发出500Hz、1kHz…15kHz等标准测试声源和故障轴承声源。

4.6 标签模拟器

模拟标签实际是一个可读写标签，可以在信号模拟控制器的控制下，发出不同的列车标签信号，模拟实际列车标签信号。

5 工作过程

5.1 声学传感器检测

检测仪表由上位机通过串口进行操作控制，根据上位机发送的工作命令，检测仪表通过串口通信控制轴承声音模拟电路产生相应的频率声源，单片机控制相应一路，通过音频功率放大器LM4950将声音信号放大后输出到声源播放器，用于检测声学传感器是否正常。

5.2 放大器检测

将检测仪表内置声学传感器连接端接入放大器箱，通过控制HS6020型内置1kHz声源发生器的继电器开启与关断，放大器通过内置的声学传感器对1kHz声源信号进行采集，从而检测放大器是否正常工作。

5.3 AD卡检测

通过MEGA48单片机对高精度可编程波形发生器AD9833进行波形频率设置，此波形信号的输出经音频分配电路扩展为6路音频信号，每一路通过TPA6204功率放大器放大产生标准信号，提供给系统数据采集卡，从而判断远近端计算机的A/D卡工作是否正常。

5.4 SIPS箱检测

SIPS箱主要对保护箱进行控制，其内部电源和继电器性能的好坏直接影响到保护箱的工作。系统进行自检，并检测连接线是否连接好，SIPS箱电源被引入到测量电路，通过AD采样测量出电源的电压值；通过接近开关模拟电路，模拟接近开关开和关的状态，通过检测SIPS箱电路读取SIPS箱内部继电器状态，从而检测出SIPS箱内部继电器状态是否正常。

5.5 保护箱控制检测

检测保护箱内各开门接近开关、关门接近开关及电机的工作状态。系统进行自检，通过检测保护箱电路的继电器控制保护门手动开关，手动开关控制保护门不同的工作状态，通过检测保护箱电路读取保护箱内各接近开关的工作状态，从而检测出保护箱内各接近开关及电机的工作状态是否正常。

5.6 声学车轮传感器检测

声学传感器性能好坏对TADS系统采集过车信息影响很大。通过车轮传感器信号发生器电路中的AD7226发出特定的信号波形，再经过放大电路使车轮模拟器产生模拟信号，使声学传感器感应出模拟车轮信号，通过上位机软件对模拟信号进行采集并分析判断。

5.7 AEI车轮传感器检测

通过车轮传感器信号发生器电路中的AD7226发出特定的信号波形，经过放大电路使车轮模拟器产生模拟信号，AEI车轮传感器感应出模拟车轮信号，并将此信号引入到信号采集电路中，通过AD在相同单位时间进行数据采样，在检测仪中显示出AEI车轮传感器感应出的模拟车轮信号，并进行分析判断。

5.8 室外动态模拟过车检测

模拟过车时的车轮、故障轴声音、标签等信号，检测TADS探测站设备的工作是否正常。由于模拟通过车时采用的是特定的故障轴声音，所以特定的故障轴声音对应一个固定的行车速度。通过车轮传感器信号发生器电路中的AD7226发出特定的信号波形，经过TCA0372放大使车轮模拟器产生模拟信号，并通过82C54定时器中断电路来模拟实际过车时序。首先通过车轮模拟器在室外AEI车轮传感器上，模拟通过AEI车轮传感器的过车，并同时产生标签信号。AEI模拟过车完成后，开始准备模拟TADS车轮传感器的过车，在模拟之前先进行频率为1kHz声音通道的切换工作，经过音频电路输出到音箱产生1kHz声音，开始通过车轮模拟器在室外声学车轮传感器上模拟TADS车轮传感器的过车，在模拟TADS车轮传感器过车的最后一个轴时播放特定的故障轴声音，进行轴承声音模拟电路的切换工作，并控制播放时序。

5.9 室内模拟过车检测

模拟车轮传感器的信号，用来检测TADS系统室内设备的工作是否正常。通过模拟车轮传感器信号电路中的AD7226产生室内过车模拟信号，首先模拟室内AEI过车，再模拟室内TADS车轮传感器过车。

6 结束语

铁路运行的安全问题是运输部门最关心、也是最重要的问题，地面设备对车辆安全检测系统是保证车辆安全的重要设备。为保证设备的可靠正常运行，主管部门采取了各种保证安全的措施，除了严格的管理措施外，检测仪表是保证设备正常运行必不可少的检测手段。目前，国内对涉及TADS系统的检测主要采取定期人工检测方式，效率低、人为因素影响较大，严重影响设备的使用率。为了改变这种状态，实现对TADS系统的综合检测势在必行。TADS综合检测仪表可以对TADS系统进行综合性的检测，对TADS系统的各个重要部件进行检测评判，以判定TADS设备是否达到运行要求、工作是否正常，为保证设备的正常运行提供可靠的检测手段。目前，TADS系统在全路正在逐步加大安装力度，在保证运输生产方面的作用日益显著，为TADS综合检测仪表的推广提供了广阔市场。