基于DSP的車(chē)輪踏面擦傷檢測系統

0 引 言
隨著(zhù)電氣化鐵路在我國的普及，列車(chē)已經(jīng)進(jìn)入高速度化時(shí)代，車(chē)輪踏面的擦傷將嚴重影響車(chē)輛與軌道設施的安全和使用壽命。實(shí)現自動(dòng)化檢測車(chē)輪踏面狀況迫在眉睫。隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，數字信號處理(Digital Signal Processor，DSP)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，在當今信號處理領(lǐng)域中已占據了主導地位。擦傷振動(dòng)檢測系統采用振動(dòng)加速度法進(jìn)行擦傷檢測，利用壓電式振動(dòng)加速度傳感器將加速度信號轉換成電荷量，再通過(guò)電荷放大器將電荷量轉換成電壓信號值傳遞給DSP進(jìn)行處理，使用小波分析對采集數據進(jìn)行處理，最終顯示輪位踏面擦傷狀況。

1 系統布局與工作原理
振動(dòng)加速度擦傷檢測系統通過(guò)檢測車(chē)輪和鐵軌動(dòng)態(tài)接觸時(shí)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的振動(dòng)加速度來(lái)判斷車(chē)輪踏面的狀態(tài)。圖1為振動(dòng)加速度法的傳感器布局圖。其中，L1，L2，L3，L4，L5及R1，R2，R3，R4，R5為壓電式振動(dòng)加速度傳感器，S1，S2為光電開(kāi)關(guān)。由于壓電式振動(dòng)加速度傳感器的輸出為電荷信號，可選擇使用電荷放大器輸出與電荷量成比例的電壓信號，在后續的采集電路對此電壓信號進(jìn)行采集與轉換時(shí)，假設列車(chē)從左向右行駛，當車(chē)輪行駛到S1處時(shí)，光電開(kāi)關(guān)被擋斷，產(chǎn)生開(kāi)啟采集數據信號，DSP采集系統對10個(gè)傳感器輸出信號進(jìn)行采集和存儲；當車(chē)輪行駛至S2處時(shí)，光電開(kāi)關(guān)被擋斷，產(chǎn)生停止采集信號，采集系統停止數據采集，保存數據講行數據處理，顯示處理結果。

2 系統硬件設計
利用壓電式振動(dòng)加速度傳感器對加速度信號進(jìn)行檢測。采用TI公司的DSP芯片TMS320F2812作為系統核心，使用片內自帶的12位16通道A／D轉換器對傳感器信號進(jìn)行采集，因此不再需要另加其他A／D轉換芯片，只需對相關(guān)引腳進(jìn)行配置并引出通道引腳即可。擴展RAM存儲器用于存儲采集數據，同時(shí)擴展FLASH存儲器用于程序代碼的存儲；S1，S2光電開(kāi)關(guān)信號作為外部中斷送入DSP；與外部主機的通信采用了DSP片內SCI接口實(shí)現。系統整體結構如圖2所示。

2．1 元件性能介紹
壓電式加速度傳感器采用型號為YD-12，其主要技術(shù)參數如下：電荷靈敏度為1～10．99 pC／ms2；測量加速度范圍小于等于2 000 m／s2；電纜電容為135 pF；絕緣電阻為104 MΩ；截止頻率和安裝頻率大于20 kHz。
TMS320F2812是美國TI公司推出的TMS320C28x系列DSP芯片中的一種，該系列芯片是目前國際市場(chǎng)上功能強大的32位定點(diǎn)DSP芯片。它既具有數字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數據處理的測控場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化控制、電力電子技術(shù)應用、智能化儀器儀表及電機、馬達伺服控制系統等。