专利名称：列车舒适度和平稳性检测仪及其检测方法
技术领域：
本发明涉及车辆的运行动力测验，尤其是一种列车舒适度和平稳性检测仪及其检测方法。
背景技术：
国内高校和科研院所在舒适度和平稳性测试仪的研制方面取得了突出的成绩。西南交通大学从虚拟仪器、单片机、DSP处理器和基于软核的SOPC处理器的角度，对测试仪进行了研究；北方交通大学以ARM处理器为平台，通过嵌入式Linux操作系统，对测试仪进行了探讨；铁道科学研究院的三维加速度及平稳性指标仪，采用DSP技术实时计算平稳性指标，通过内置计数器及GPS提供准确速度信息；另外，武汉理工大学、浙江理工大学等高校也对此进行了深入的研究。通过国内的研究可以发现，早期的舒适度与平稳性测试仪多以虚拟仪器技术为核心，以个人计算机为载体，可以满足数据分析与处理的要求，但灵活性不足，体积稍显庞大。随着半导体工业的发展，以DSP处理器和ARM处理器为核心的解决方案开始出现，DSP处理器以其强大数据处理能力和高运行速度，可以做到数据的实时处理，但在人机接口和控制方面略显不足，而ARM处理器则与之相反，人机接口丰富而数据处理能力不足。发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种能够准确测量并实时显示列车的舒适度和平稳性的检测仪及其检测方法。
本发明所采用的技术方案为一种列车舒适度和平稳性检测仪，包括工控机主板， 所述的工控机主板上设置有USB接口以及IXD接口，工控机主板通过以太网接口与计算机相连接；所述的工控机主板的输入端连接有高速模拟量输入卡，输出端通过LCD接口连接液晶套件；所述的高速模拟量输入卡的输入信号由与之连接的2阶有源滤波器提供，所述的2阶有源滤波器的输入端连接加速度传感器。所述的加速度传感器包括列车车体垂、横、 纵三个方向上的加速度传感器。正常情况下列车车体各个方向的振动加速度值都小于lg， 而且特性频率一般都在IOHz以内，因此检测仪采用ZW9609A-2型号的IC应变3向加速度传感器，其频响范围为DC-2500HZ，测量范围为2g，输出电压信号为0 5V。
本发明所述的高速模拟量输入卡完全遵守PC/104总线规范，具有16路单端输入通道，因此能够对3路模拟信号同时进行采集，并通过PC/104总线接口传送到主板中。内置一个5级可调的可编程增益放大器(PGA)，每个通道可以独立设置增益，输入量程从IOV 到采样速率可均勻分配给使能的通道，还可设置分频系数以降低采样速率。PCM-8208BS为 16位卡，共有4个只读寄存器和4个只写寄存器，内置IK深度的FIFO，可使能满中断、半满中断、空中断。所有输入端口都具备过压保护功能。具备耐压2500VDC的隔离保护。
同时本发明还提供了一种列车舒适度和平稳性检测仪的检测方法，包括以下步骤
1)通过计算列车车体在一段时间内垂、横、纵3个方向振动加速度的加权有效值的综合值，得到列车车体综合乘坐舒适度指标值和等级；
2)将测得的加速度按频率分组，计算每个频率段中不同加速度的平稳性指标值， 然后对各个频率段的平稳性指标值进行加权处理，得到列车的横向、垂向平稳性指标值和等级；
3)利用设计的图形用户界面，实时显示三向加速度曲线及数值、舒适度和平稳性的指标值及等级；
4)把检测仪采集到的原始振动加速度信号传输给计算机进行检验计算，将计算结果和检测仪的检测结果进行对比分析，验证检测仪的准确性。
所述的检测仪的平稳性指标和等级的刷新频率是0.5Hz、舒适度指标和等级的刷新频率是0. 2Hz、三向加速度值的刷新频率是1.9531Hz、三向加速度曲线的刷新频率是 7.8125Hz。
在检测过程中，传感器检测列车车体垂、横、纵3个方向的振动加速度，通过 PCM-8208BS高速模拟量输入卡传入EPC-8000I-L工控机主板进行计算和分析，得到列车车体的实时舒适度与平稳性指标值，并根据UIC513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和 GB5595-85《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》进行等级判断，最后将加速度的实时曲线及数值、舒适度和平稳性的指标值及等级实时地输出到液晶屏上。另外，测试仪还具有原始数据和实时运算结果的保存、与计算机通讯等功能。
本发明的有益效果是本发明所述的硬件采用基于EPC-8000系列工控机主板的嵌入式SoC智能平台，利用其资源丰富、接口齐全、功耗低、可靠性高的特点省去了一大部分的硬件设计；软件采用Linux操作系统，在保证实时性的同时，加强了人机界面的设计， 使得测试仪不仅能够实时地准确测量并显示列车的舒适度和平稳性，而且还具有丰富的人机界面、高稳定性、方便使用等特点。


下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的硬件结构示意框图2是本发明的主循环流程图3是本发明的运算分解图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
一种列车舒适度和平稳性检测仪，其硬件构架如图1所示。在检测过程中，传感器检测列车车体垂、横、纵3个方向的振动加速度，通过PCM-8208BS高速模拟量输入卡传入 EPC-8000I-L工控机主板进行计算和分析，得到列车车体的实时舒适度与平稳性指标值，并根据UIC513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和GB5595-85《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》进行等级判断，最后将加速度的实时曲线及数值、舒适度和平稳性的指标值及等级实时地输出到液晶屏上。另外，测试仪还具有原始数据和实时运算结果的保存、与计算机通讯等功能。加速度传感器。正常情况下列车车体各个方向的振动加速度值都小于lg，而且特 性频率一般都在IOHz以内，因此检测仪采用ZW9609A-2型号的IC应变3向加速度传感器， 其频响范围为DC-2500HZ，测量范围为2g，输出电压信号为0 5V。PCM-8208BS高速模拟量输入卡。它完全遵守PC/104总线规范，具有16路单端输 入通道，因此能够对3路模拟信号同时进行采集，并通过PC/104总线接口传送到主板中。内 置一个5级可调的可编程增益放大器(PGA)，每个通道可以独立设置增益，输入量程从IOV 到采样速率可均勻分配给使能的通道，还可设置分频系数以降低采样速率。PCM-8208BS为 16位卡，共有4个只读寄存器和4个只写寄存器，内置IK深度的FIFO，可使能满中断、半满 中断、空中断。所有输入端口都具备过压保护功能。具备耐压2500VDC的隔离保护。EPC-8000I-L PC/104嵌入式工控机主板。其CPU采用高性能的XScale处理器 PXA270,工作频率 104MHz 520MHz，具有 256MB 大容量NAND Flash 存储器、2MB BootLoader NOR Flash和64MB SDRAM存储器，拥有1个CF卡接口、1路10/100M以太网接口、1路USB HOST接口和5个RS232串口，并支持DSTN和TFT液晶屏显示，最大分辨率可达800600。EPC-8000 液晶套件。包括MAA084DVC05，199. 5x149x11. 5mm，8. 4〃 的液晶屏、四线 电阻式触摸屏、逆变器和相关的线。由于在列车运行过程中进行振动检测存在许多干扰，因此需要对振动加速度信号 data[N] (N为采样点数)进行滤波。首先利用公式(1)和( 进行均值滤波，来减弱直流分 量的干扰。
权利要求
1.一种列车舒适度和平稳性检测仪，其特征在于包括工控机主板，所述的工控机主板上设置有USB接口以及IXD接口，工控机主板通过以太网接口与计算机相连接；所述的工控机主板的输入端连接有高速模拟量输入卡，输出端通过LCD接口连接液晶套件；所述的高速模拟量输入卡的输入信号由与之连接的滤波器提供，所述的滤波器的输入端连接加速度传感器。
2.如权利要求1所述的列车舒适度和平稳性检测仪，其特征在于所述的加速度传感器包括列车车体垂、横、纵三个方向上的加速度传感器。
3.如权利要求1所述的列车舒适度和平稳性检测仪，其特征在于所述的高速模拟量输入卡具有16路单端输入通道，并通过PC/104总线接口连接工控机主板；其内置一个5级可调的可编程增益放大器。
4.一种列车舒适度和平稳性检测仪的检测方法，其特征在于包括以下步骤1)通过计算列车车体在一段时间内垂、横、纵3个方向振动加速度的加权有效值的综合值，得到列车车体综合乘坐舒适度指标值和等级；2)将测得的加速度按频率分组，计算每个频率段中不同加速度的平稳性指标值，然后对各个频率段的平稳性指标值进行加权处理，得到列车的横向、垂向平稳性指标值和等级；3)利用设计的图形用户界面，实时显示三向加速度曲线及数值、舒适度和平稳性的指标值及等级；4)把检测仪采集到的原始振动加速度信号传输给计算机进行检验计算，将计算结果和检测仪的检测结果进行对比分析得出。
5.如权利要求4所述的列车舒适度和平稳性检测仪的检测方法，其特征在于所述的检测仪的平稳性指标和等级的刷新频率是0. 5Hz、舒适度指标和等级的刷新频率是0. 2Hz、 三向加速度值的刷新频率是1. 9531Hz、三向加速度曲线的刷新频率是7. 8125Hz。
全文摘要
本发明涉及一种便携式列车舒适度和平稳性检测仪，利用传感器检测列车车体垂、横、纵3个方向的振动加速度，通过PCM-8208BS高速模拟量输入卡传入EPC-8000I-L工控机主板进行计算和分析，得到列车车体的实时舒适度与平稳性指标值，并根据UIC513《铁路车辆内旅客振动舒适性评价准则》和GB5595-85《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》进行等级判断，最后将加速度的实时曲线及数值、舒适度和平稳性的指标值及等级实时地输出到液晶屏上。本发明不仅能够实时地准确测量并显示列车的舒适度和平稳性，而且还具有人机界面丰富、稳定性好、使用方便等特点。
文档编号G01M17/08GK102519739SQ201110418340
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者冯艳波, 刘晓静, 刘璐, 易彩, 林建辉, 王迎科 申请人:林建辉