Рис. 13. Восстановление сигнала методом спектрального окна при антенных измерениях:
|6(ю)| — модуль коэффициента отражения от неизвестно го объекта, 6(ю)} — фаза коэффициента отражения от неизвестно го объекта, / — частота
тиром показан результат восстановления, а сплошной линией теоретическое значение). При этом габариты моделируемого помещения составляли всего 2 м в высоту и около 7 м в длину, что позволяет проводить измерения в обычной лаборатории.
Выброс в центральной части диапазона обусловлен применением алгоритма БПФ и не является значимым, поскольку может быть легко предсказан и исключен.
Подводя итог, можно с уверенностью говорить о преимуществах фильтрации методом "спектрального окна" по сравнению с классической фильтрацией "временным окном". Одним из наиболее важных преимуществ метода "спектрального окна" является работа с гладкими функциями. В самом деле, при использовании "временного окна" фильтрации подвергается быстро осциллирующая временная функция. Применение метода "спектрального окна" позволяет проводить фильтрацию амплитудного спектра. Очевидно, что
5.
фильтрация во втором случае является более простой задачей. Метод "спектрального окна" позволяет улучшать разрешающую способность без проведения дополнительных измерений, что невозможно при использовании "временного окна".
ЛИТЕРАТУРА
1. Bengt Ulriksson. Преобразование данных из частотной области во временну ю // ТИИЭР. 1986. Т. 74. № 1. С. 84-87.
2. Tim Kientzle. A Programmer's Guide to Sound / Addison-Wesley, 1998.
3. Харрис Ф. Дж. Использование окон при гармоническом анализе мето дом дискретного преобразования Фур ье // ТИИЭР. 1978. Т. 66. № 1. С. 60-96.
4. Чувыкин Б. В. Финитные функции. Теория и инженерные приложения,
Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. Электронное приборостроение. Вып. 3 (24), Казань: КАИ, 2002.
Сергей Михайлович Никулин — д-р техн. наук, профессор Нижегородского государственного технического университета (НГТУ); Ш (8312) 60-18-51 E-mail: nikulin@nntu.nnov.ru
Александр Михайлович Кудрявцев — канд. техн. наук, ген. директор ФГУП Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт лКварц "; E-mail: kvarz@nnov.sitek.net
Антон Владимирович Беднов — бакалавр техники и технологии по направлению лПроектирование и технология электронных средств информационный вычислительный центр НГТУ.
E-mail: bednov@nntu.nnov.ru □
УДК 536.51
СИСТЕМА КОНТАКТНОЙ ТЕРМОДИАГНОСТИКИ БУКСОВЫХ УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
А. В. Афанасьев, А. П. Евсеев, А. В. Односевцев, В. А Односевцев, И. Я. Орлов
Предлагается микропро цессорная система контактной термо диагностики. Испол ьзованы термо датчики типа ЬМ235 и микроконтроллер типа РЮ 18Б670. Приве дены результаты испытаний системы при температурной диагностике буксовых узлов.
Один из широко используемых методов неразрушающего контроля — температурный контроль состояния объекта [1]. Так, температура буксовых узлов подвижного состава железнодорожного транспорта является интегральным показателем, характеризующим степень изношенности, качество сбор-
ки и смазки этих узлов. Текущий контроль температурных режимов буксового узла имеет первостепенное значение с точки зрения безопасности железнодорожного транспорта.
С целью измерения температурных режимов буксового узла в условиях стендовых испытаний разрабо-
тана система контактной термодиагностики. Система включает в себя следующие блоки:
— комплект термодатчиков;
— блок измерения (БИ), осуществляющий первичную обработку сигналов, индикацию температуры в каждом из каналов, преобразование данных в стандарт К6-485;
Рис. 1. Структурная схема системы термодиагностики
— линию связи с компьютером;
— интерфейс-преобразователь
стандартов 56-485—56-232.
БИ может работать как в составе системы, так и автономно с отдельным источником питания.
Учитывая то, что основным элементом системы, определяющим точностные характеристики термодиагностики, является термодатчик, на стадии предварительных исследований был проведен сравнительный анализ датчиков двух типов — ЬМ235 и АБ590. Датчик типа ЬМ235 (отечественный аналог — К1019ЕМ) представляет собой генератор напряжения в интегральном исполнении, имеет чувствительность 10 мВ/К, работает в диапазоне температур —45...+150 °С. Датчик АБ590 фирмы РГШрз является прецизионным генератором тока с чувствительностью 1 мкА/К и предназначен для измерения температур в диапазоне —55...+150 °С. Конструктивно датчик оформлен в виде ИМС в металлическом корпусе. В результате сравнительного анализа было определено, что датчик типа АБ590 имеет меньшую тепловую инерцию и не обладает эффектом самопрогрева, присущим датчикам типа ЬМ235. Это обусловило использование термодатчика типа ЬМ235 в системе термодиагностики.
Основу измерительного блока составляет микроконтроллер (МК)
типа PiC 18F6720 фирмы Microchip, представляющий собой однокристальный микропроцессор со встроенными АЦП, ПЗУ, ОЗУ, буферами ввода-вывода. МК допускает возможность программирования-перепрограммирования, что позволяет проводить модернизацию алгоритма обработки, в частности, возможно расширение числа измерительных каналов. Программирование производится средствами интегрированной среды разработки Hi-TiDE y.8.
Структурная схема БИ представлена на рис. 1. Он работает следующим образом. Сигналы с температурных датчиков (блок 1) усиливаются операционным усилителем ПУ (блок 2) и поочередно с частотой 100 Гц поступают на вход 12-разрядного АЦП (блок 3).
Опорное напряжение на АЦП подается с источника опорного напряжения (блок 4). Использование отдельного АЦП позволяет получить необходимую точность измерений (встроенный в МК АЦП не обладает достаточной разрядностью). Микроконтроллер (блок 5) мультиплексирует сигналы с различных датчиков и обрабатывает их. Вычислительные возможности МК расширяются за счет подключения внешнего операционного запоминающего устройства ОЗУ (блок 6). Затем МК производит программное усреднение результатов измерений, усредненные значения через интер-
фейс Я6-485 (блок 7) подаются на линию связи. Отметим, что выбор интерфейса, отличающегося от интерфейса ПК (56-232), обусловлен тем, что, несмотря на широкую распространенность интерфейса 56-232, он имеет ряд характерных недостатков, ограничивающих его применение в системах промышленной автоматики. Среди них, прежде всего, выделяются небольшая протяженность линий связи и невозможность построения многоточечных сетей. Указанных недостатков лишен интерфейс 56-485. На его основе можно строить недорогие протяженные информационные сети сложной конфигурации для обмена данными между десятками устройств. Причем каждое из устройств в такой сети имеет свой уникальный адрес.
Для решения проблемы совместимости ПК (56-232С) с контроллером (56-485) был разработан преобразователь интерфейсов 56-232С/56-485. Преобразователь интерфейсов выполняет сквозное преобразование сигналов интерфейса 56-232С в гальванически изолированные сигналы, соответствующие стандарту Е1А 56-485. Скорость обмена соответствует скорости обмена ПК.
Обмен между ПК и контроллером осуществляется по разработанному протоколу обмена структуры МОБВи6®. Протокол содержит необходимый набор команд для обеспечения функционирования системы во всех режимах — режимы опроса, калибровки, тестирования, установки параметров системы. Обмен между ПК и контроллером происходит с помощью телеграмм. ПК в данной системе является мастером, и весь обмен в сети инициируется им, контроллер же — ведомым устройством и только отвечает на запросы ПК. Управление работой системы может осуществляться как с панели управления (блок 9 рис. 1), так и от ПЭВМ.
В итоге разработанная система термоконтроля располагает следую -щими функциональными возможностями:
• позволяет в реальном масштабе времени измерять и отображать на встроенном ЖКИ текущую температуру с точностью до ±0,1 °С на каждом из термодатчиков;
36
Sensors & Systems • № 6.2004
Рис. 2. Гистограммы распределения приращения температуры АТ при 10-минутном (а) и 20-минутном (б) испытаниях:
п(АТ) — число узлов с приращением температуры АТ, общее число узлов 1 = 32
• имеет пределы регистрации изменения температуры — до 100 °С;
• работает при температуре окружающей среды —20...+40 °С;
• допускает увеличение числа измерительных каналов до четырех;
• передает информацию о температуре в стандарте RS-485 по двухпроводной линии на центральный компьютер на расстояние до 300 м;
• позволяет изменить алгоритм измерения и расширить функциональные возможности системы путем перепрограммирования МК блока обработки;
• электропитание — от компьютера при работе системы в целом или от отдельного источника или сетевого выпрямителя при автономном режиме работы БИ, рабочее напряжение +5 В.
Приведем результаты предварительных испытаний системы термодиагностики при стендовых измерениях температуры буксовых узлов КМБ ВЛ 80С. Всего было исследовано 16 пар буксовых узлов. Гистограммы распределения приращения температуры при 10-минутном и 20-минутном испытаниях показаны на рис. 2. Полученные распределения характеризуются следующими значениями параметров. При 10-минутном испытании средняя величина приращения температуры АТ и среднеквадратичный разброс относительно среднего значения v равны
АТ1 = 2,4 °С, v 1 = 2 °С,
при этом ^1/ А Т1 = 0,8.
После 20-минутного испытания соответствующие параметры равны:
АТ2 = 4 °С, а2 = 2,8 °С, а2/А72 = 0,7.
Следовательно, увеличение времени испытаний с 10-ти до 20-ти мин приводит примерно к одинаковому увеличению как среднего значения, так и среднеквадратичного разброса измеренных значений приращения температуры.
По результатам пробных измерений можно условно выделить три группы буксовых узлов:
• с малым нагревом (вблизи нижней границы измеренных значений
А7 - а),
• со средним нагревом (вблизи среднего значения приращений температуры А Т),
• с чрезмерным нагревом (вблизи верхней границы измеренных значений А Т + а).
АТ,°С
Рис. 3. Динамика нагрева различных типичных групп КМБ
Для соответствующих групп были оценены законы изменения приращения температуры со временем, хара
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.