便携式机车车辆动态称重仪的信号处理

　　1　前言

　　在铁路轨道上对各种铁路车辆及其装载货物重量计量称量的器具称为轨道衡。轨道衡广泛应用于铁路、城轨、地铁、煤炭、矿山、冶金、石化、港口等行业。随着国民经济的高速发展,各行业对铁路车辆计量工作提出了快速、准确的更高要求。但由于动态称重是车辆以一定速度通过称重仪,不仅对称重仪的作用时间很短(在几百毫秒以内),而且作用在称重仪上的力除真实轴重外,还有许多因素产生的干扰力,如车速、车辆自身谐振、路面激励、轮盘驱动力等。可以说真实轴重被淹没在各种干扰力中,给动态称重实现高精度测量造成很大困难。

　　因此,在外界随机不确定度干扰力作用下如何准确测量真实轴重,就成了动态轴重测试系统的技术难点和关键。本文中研制的动态称重仪是一种实用新型产品,仪器结构紧凑、重量轻、携带和操作方便、安装简单、无需对轨道进行任何施工、成本低,并且不同量程下可换性好、可靠性高、维护方便,该仪器具有目前轨道衡难以比拟的优点,可广泛用于多种环境。由于此课题是一个综合科研项目,本文只介绍其信号处理部分的内容。

　　2　便携式轨道衡信号处理

　　本设计的基本流程如图1所示。

　　2.1　数据采集

　　设计的称重仪采用的是应变式力传感器,称重仪安装在铁轨之间,传感器弹性体塞入铁轨钢槽内,称重时轮对通过钢轨产生应变,通过测量称重梁的弹性变形则可得到车辆的重量。称重仪的信号处理实现过程为,列车经过钢轨产生压应变,通过数据采集卡采集信号,并将采集后的信号输入LabVIEW中,滤出有效信号后调用EMD的程序脚本matlab script进行数据处理,处理后输出有效值。称重仪安装图如图2所示。

　　根据设计的称重仪的工作原理,采取双通道的数据采集,把应变通过传感器转化为电压信号进行采集,根据机车的运行速度不同,可以自行调节采样频率。并在LabVIEW的基础上编制程序。数据采集卡采用5 V稳压电源,采样频率为1 024 Hz,采集信号如图3所示。

　　界面有参数设置、转换、左通道、右通道、脉冲值以及左右轮重、轴重等功能模块。转换按键可以确定输入信号的长度。参数设置可以根据所测得实际波形来调节波形的参考值,以便对所采集的信号进行处理。两个图形显示界面可以实时采集车辆经过称重仪时左右两侧轮对所输出的波形。调节脉冲数可以得到不同的脉冲值(即所经过车轮的轮重)。

　　2.2　数据处理方法

　　在过去几十年的动态称重技术研究中,在如何保持检测精度的前提下提高车辆通过速度一直是各研究机构所致力解决的问题,不懈的努力使动态称重技术已经得到了很大的发展。综合国内、外资料,目前动态称重数据处理方法主要有:位移积分法,补偿法,专家系统,参数估计法,神经网络以及本文采用的EMD法。