智能压力检测系统测量精度设计与分析

    列车提速需要解决的首要技术问题之一就是制动问题。首先, 铁路机车的制动系统经常处于频繁起动、环境恶劣、连续较长时间的运转、冲击频繁以及振动剧烈的运行状态下, 因制动系统出现故障导致的事故频繁发生, 随着机车运行速度的不断提高, 由制动系统故障引起的行车事故将更加突出。其次, 为了科学的安排“ 状态”维修计划以节约和降低维修成本, 机车运用、维修等部门要求及时了解机车制动系统的运用状态, 完成这些任务必然要求对机车制动系统进行在线监测。能够反映机车制动系统正常与否的状态信息很多, 但最能反映机车制动系统状态的是压力信息, 对机车制动系统进行在线监测时, 主要任务是监测制动系统中的各个压力信息。因此压力检测系统的设计是实现以计算机控制技术为基础的机车制动系统在线监测装置中的一项重内容。

1 系统检测精度的设计要求及误差构成

    将传感器、信号调理电路、数据采集系统组建为一个检测系统的基本原则是使检测系统的性能达到预先规定的要求。对于机车制动系统而言, 需要检测的信号是气体压力。机车运行在不同工况时对制动系统中各个压力变化的要求也不同, 设计智能压力检测系统时考虑到成本、安装等问题, 采用多路压力信号共用一个 A/D 转换器进行数据采集的方式较为合适。因此检测系统应以测量精度要求最高的压力信号为基础进行设计。根据电力机车制动系统中各压力的允许波动范围, 表 1 中给出了各重要压力测量精度的要求。

    从 表 1 可 以 看 出 , 若 选 用 满 量 程 输 出 为1000kPa 的传感器, 则要求系统的检测误差应小于10kPa, 以引用误差来表示, 即要求系统的检测精度达到 1.0%。设构成压力检测系统的各环节如图 1 所示, 其中各环节分别为:压力传感器, S₁表示传感器的灵敏度; 信号调理电路, 本系统中为放大器, S₂表示放大器的增益; 数据采集系统的核心单元 A/D 转换器, S₃表示 A/D 转换器的分辨率。H₁( jω) 、H₂( jω)分别为传感器与放大器的频率特性, 频率特性决定了系统的动态性能, 对于含有传感器的测量系统,系统的动态特性主要受传感器的限制。本系统选用机车制动机性能试验时使用的 CYG101Y 型固态压阻传感器, 其动态特性能够满足频率在( 800～1000)Hz 以下的动压的检测需求, 对本系统中要检测的压力而言完全可以满足设计要求。

差。由( 4) 式可以看出压力检测系统的整机误差由组成系统各环节的误差共同构成, 对于以计算机为核心的智能测试系统, 各环节的不变系统误差产生的整机误差可以通过实验数据进行修正, 因此设计时只需研究变化的系统误差和随机误差。