[发明专利]便携式列车振动测试仪

摘要

一种便携式列车振动测试仪，用于对列车车体、车下关键设备的振动进行测量，能够在线计算平稳性和舒适度指标，并显示、存储和无线传输数据。它是由FPGA、加速度模块、频率模块、GPS模块、显示模块、键盘模块、时钟模块、RAM模块、数据存储模块、无线网络模块以及程序存储模块等组成。利用在FPGA内构建独立的浮点运算单元(FPU)来保证计算平稳性和舒适度指标的实时性。FPGA作为该测试仪的计算和控制中心，通过加速度模块、GPS模块、频率模块、时钟模块的同步，可以确定振动的大小、振动发生时列车的位置和速度、当前时刻；通过显示模块、数据存储模块和无线网络模块，可以实时显示、存储和无线传输所测数据和计算结果。

主权项

一种便携式列车振动测试仪，由FPGA、加速度模块、频率模块、GPS模块、显示模块、键盘模块、时钟模块、RAM模块、数据存储模块、无线网络模块以及程序存储模块等组成。FPGA是Altera公司的现场可编程门阵列，担当振动测试仪的CPU功能，利用Nois II软件环境搭建内核系统，建立了各种外设接口模块，实现数据的采集与存储、图形界面、数据通信接口等，内嵌浮点运算单元(FPU)，利用Nois II的新增硬件指令功能，在内核系统中调用定制的硬件指令来实现硬件浮点数运算，实现了快速计算舒适度、平稳性指标算法，保证测试仪的实时性，同时具有加速度信号各种图形的显示功能；加速度模块包括垂向、横向、纵向振动加速度以及滤波电路、AD7864电路，FPGA控制AD7864电路对列车三向振动加速度传感器经过抗混叠滤波器的信号进行同步采集，实现测试仪三向振动加速度同步采样；频率模块完成列车速度频率信号的采集，包括速度信号电压限压模块、信号调节模块、信号放大模块、频率采集模块等组成部分；GPS模块完成列车位置(经度、纬度)、速度、方向、标准时间的采集，与CPU之间通过RS‑232串口进行数据通讯，由此可确定列车运行的速度、位置等信息；显示模块采用5.7寸彩色TFT液晶屏，接口为RS232串行接口，用于实时绘制和更新加速度图形、速度图形、位置信息、舒适度及平稳性指标；键盘模块为4×4矩阵键盘，16个按键的功能分别为：上、下、左、右、确定、取消、数字0～9，用于人机输入信息；时钟模块采用DS1307芯片为系统提供时间，利用GPS时间对其进行时钟标定；RAM模块用来临时保存采集的加速度数据，且作为计算舒适度和平稳性指标的数据缓冲区；数据存储模块包括板载FLASH存储芯片、SD卡接口和U盘接口，用于保存原始加速度数据以及计算难得结果和相应的速度、位置的信息，测试仪掉电后，数据存储模块中的数据不丢失，可以保存10年；无线网络模块是由Zigbee网络构建，以实现测试仪与计算机的通讯接口，便于计算机对测试仪进行操作控制；程序存储模块用来存储FPGA中的配置信息，同时还用来实现Nois II软件程序存储，实现FPGA上电自动加载运行程序。其特征在于：所述的便携式列车振动测试仪采用FPGA作为主控制器，设计了独立的舒适度、平稳性指标浮点数计算模块，实现了UIC 513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和《GB5595‑85标准》中规定的列车运行舒适度、平稳性指标算法。同时设计加速度处理模块，能实时绘制加速度曲线。所述的便携式列车振动测试仪利用GPS模块和频率速度模块，可以实时对列车进行位置分析以及速度曲线绘制，建立加速度与速度、位置、时间的对应关系，同时建立列车舒适度、平稳性与之对应的位置、速度关系。所述的便携式列车振动测试仪采用具有并行转化的AD7864芯片，并通过抗混叠滤波电 路，使得测试仪具有同步性和强的抗干扰性。