浅谈速度传感器在轨道车辆动态测试中的应用

刘德权

摘 要：该文主要是参考轨道车辆动态试验内容和在实际应用过程中发现的问题，从动态试验角度阐述速度传感器在轨道车辆中的应用，供测试人员参考。包含对速度传感器、多普勒雷达、多普勒效应的定义，速度传感器在轨道车辆动态测试中的适应性，速度传感器在轨道车辆测试中的应用及分析。

关键词：轨道车辆 动态试验 速度传感器 多普勒雷达

中图分类号：U216.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（b）-0001-02

为了保证轨道车辆整车动态试验中对速度的测试精准有效，对轨道车辆涉及速度的试验内容进行了初步分析。通过对两种速度传感器的对比和对测试内容的描述，总结出适合整车动态试验使用的速度传感器类型。

1 术语和定义

（1）速度传感器：是一种将非电量（速度：单位时间内位移的增量）的变化转变为电量变化的元件。

（2）多普勒雷达：又名脉冲多普勒雷达，是一种利用多普勒效应来探测运动目标的位置和相对运动速度的雷达。

（3）多普勒效应：在接收和发出的电磁波之间造成频移，频移与速度成比例变化，并取决于角度的大小。

（4）脉冲占空比：是指高电平在一个脉冲周期中所占的比例。

2 适用性

在轨道车辆动态试验中需要速度做参考量的测试非常多。例如：牵引特性试验、制动距离试验、运行品质试验和受电弓动态特性试验等。

3 速度传感器在轨道车辆测试中的应用

测试工程师通过在测试车辆上安装测试传感器来采集速度信号，然后传输给数据采集系统、示波器或计算机，经特定软件处理后就会得到试验需要的数据曲线。

下面列举DF16和DRS05a两种速度传感器进行简要对比，供评价做参考。

DF16測速传感器基本参数：工作电源：DC12～30V；脉冲占空比：（50±20%）；工作温度：-40 ℃～70 ℃；每转脉冲数：外轨道200P/R、内轨道80P/R。

注意事项：（1）传感器安装在机车轴箱盖上，把轴箱端盖面清洁干净，确保安装面平整；（2）安装时必须加上安装垫，安装必须牢固；（3）方轴插入机车轴端XX mm×XX mm的方孔内，在方轴弹片上涂适量润滑油，保证方孔与弹片滑动灵活。

DRS05a多普勒雷达基本参数：工作电源为15 V直流在频率输出操作模式下，速度分辨率可以在10～100 Hz之间设定。

注意事项：（1）确保不能出现延伸至放射范围内的雪或冰层；（2）必须通过一条屏蔽电缆将接地螺栓连接到车辆地线上；（3）供电电缆必须保证安装后不会出现抖动或过度弯曲（至少170 mm的弯曲半径）现象；（4）雷达的安装应保持水平，轨道水平位置。通常俯仰角、翻滚角不大于0.2°。（5）应确保轨道螺栓在天线辐射的轨迹内。

这两种速度传感器在现阶段国内轨道车辆动态测试中较为常见。DF16是光电式速度传感器。通过扫描光栅内、外轨道，传感器可输出两种不同脉冲数的方波信号，内轨道每转80个脉冲，外轨道每转200个脉冲。传感器可方便地安装于轴箱盖上，传动部分采用软性连接，能克服安装不同心及驱动间隙，具有坚固、密封、抗震、抗冲击、测速范围宽、温度适应范围宽、可靠性好、使用寿命长等特点，适用于国内外各种类型机车的速度、方向、空转及打滑等各项检测。

DRS05a是多普勒雷达形式的速度传感器。通过使用多普勒效应对地面车辆速度进行测量。通过DRS05a的脉冲输出，由脉冲计数和单位时间内的脉冲数来获得距离和瞬时速度，这样可以通过计算而获得频率和速度的某种对应关系。其优点是非接触测量、不受打滑影、及时测量（瞬间加速度）；缺点是会受到使用环境一定程度的影响。它适用于国内外各种类型机车的速度测量和标定。

通常车辆轮轨力的测试常用这种DF16传感器，因为测试线路是运营线路典型代表区域（道岔、曲线、直线等），路况比较复杂，雷达辐射轨迹达不到要求。这时安装在拖轴上的DF16测得的速度在和列车电机传出的速度做比对处理后，所得的速度信号更加可靠（拖轴在牵引和制动过程中受到的影响最小）。

通常车辆调试或进行制动距离这种测试时常用DRS05a传感器，因为是选取典型平直干燥试验轨道，测试线路非常适合雷达测试条件。这时也常常用雷达测得速度信号作为标量来校准列车上各种速度传感器。

DF16和DRS05a在某些特定的车辆试验中需要合作。例如车辆空转/防滑试验，DF16监测轴速，DRS05a监测车速，在轨道粘着力低的时候车轮会出现空转和打滑，这时通过测得的轴速和车速做比对来判断牵引和制动系统对车辆空转和打滑是否进行了有效抑制。

4 分析

通过研究发现，在一定条件下利用速度传感器测量轨道车辆速度还是可行的，毕竟现有传感器的精度和可靠性已经可以满足轨道车辆动态测试的需要。但是某些特定的环境因素、特定的试验内容和车辆可能发生的故障导致使用单一的速度传感器在测试时有一定的局限性。两种甚至更多种速度传感器在轨道车辆动态测试中的应用，不仅是测试标准中比对的需要，也是对日益复杂的车辆系统深入研究和分析的需要。这是对车辆综合性能评价的一个重要依据。

5 结语

综上所述，建议轨道车辆动态试验中所应用的速度传感器应该多元化、多样化。在广泛实践验证中总结出一套优选方案。

参考文献

[1] IEC_61133_2006，铁路设施—铁路车辆—车辆组装和运行前的整车试验[S].

[2] GB 3318-2006，电力机车制成后投入使用前试验方法[S].

[3] 张陆军，崔霆锐，宗立明.北京地铁机场线车辆速度传感器研制与试验应用[C]//中国城市科学研究会数字城市专业委员会.《智慧城市与轨道交通》2015年中国城市科学研究会数字城市专业委员会轨道交通学组年会论文集.中国城市科学研究会数字城市专业委员会.2015.

[4] 杨丹枫，殷君.广州地铁4、5号线速度传感器的分析与应用[J].机电工程技术，2016（3）：114-118.