一種脈衝變換裝置製造方法
2023-05-09 04:31:46
一種脈衝變換裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種脈衝變換裝置，包括主控模塊、電源模塊、輸入調理電路和脈衝輸出電路；輸入調理電路包括3條調理支路；每條調理支路依次由電平轉換電路和光耦隔離電路串聯而成；主控模塊中集成有脈衝採集電路和脈衝比例放大電路；3路霍爾傳感器安裝在機車電機的旋轉部件上，3路霍爾傳感器的輸出信號分別經3條調理支路與主控模塊的脈衝採集電路相連；脈衝比例放大電路的輸入端接脈衝採集電路的輸出端；脈衝比例放大電路的輸出端即主控模塊的脈衝輸出接口與脈衝輸出電路相連。該脈衝變換裝置為機車控制系統提供速度反饋信號，使得檢修人員能夠高效、安全、可靠的進行檢修作業。
【專利說明】一種脈衝變換裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種脈衝變換裝置，尤其適用於作為鐵路機車車輛用脈衝變換裝置使用。
【背景技術】
[0002]HXD3C型電力機車為大功率機車，共有6個輪對，即6個電機，術語稱作為I~6位，其中I~3位為I端，4~6位為II端。機車在進行大輔修之後需進行頂輪作業，依次將I~6位單獨頂起，控制該輪對電機以一定的速度運轉，通過專用設備監測電機、輪軸的工作狀態，以排除牽引電機與軸箱軸承的故障和隱患。由於機車電機速度的控制為閉環控制，採用霍爾速度傳感器的速度信號進行主控速，並採用光電轉速傳感器的速度信號作為反饋。機車的I至6位電機上均安裝有霍爾速度傳感器，而光電轉速傳感器僅在2位和5位有安裝，這樣就會使得I位、3位、4位、6位頂輪作業時因無光電轉速傳感器信號作為速度反饋，導致控制櫃工作不正常而引起飛車的可能；此外，作業過程中，需要定速運行，採取的方式為司機手動不停的進行加速、減速來實現，控制精度低且效率低；同時，作業時停車無法採取電阻制動，停車時間長，工作效率低下且易發生安全事故。
[0003]因此，有必要設計一種脈衝變換裝置，為機車提供充分的速度反饋信號。
實用新型內容 [0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種脈衝變換裝置，該脈衝變換裝置為機車控制系統提供速度反饋信號，使得檢修人員能夠高效、安全、可靠的進行檢修作業。
[0005]實用新型的技術解決方案如下:
[0006]—種脈衝變換裝置，包括主控模塊、電源模塊、輸入調理電路和脈衝輸出電路；輸入調理電路包括3條調理支路；每條調理支路依次由電平轉換電路和光耦隔離電路串聯而成；
[0007]主控模塊中集成有脈衝採集電路和脈衝比例放大電路；
[0008]3路霍爾傳感器固定在機車電機的旋轉部件的上方【實例中是安裝在與電機轉軸同軸旋轉的齒輪上方工位，該工位專門用於安裝霍爾傳感器】，3路霍爾傳感器的輸出信號分別經3條調理支路與主控模塊的脈衝採集電路相連；
[0009]所述的電源模塊包括依次相連的濾波電路和直流變換電路，為主控模塊供電；
[0010]脈衝比例放大電路的輸入端接脈衝採集電路的輸出端；
[0011]脈衝比例放大電路的輸出端即主控模塊的脈衝輸出接口與脈衝輸出電路相連；
[0012]所述的脈衝輸出電路包括依次相連的放大電路和光耦隔離電路。
[0013]脈衝採集電路為計數器，對到來的3路脈衝進行計數，如果主控電路為微處理器，則脈衝採集電路可以採用計數器中斷埠或外部中斷埠實現，為後續的脈衝比例放大做準備，其實現為現有技術。
[0014]電平轉換電路的作用為將霍爾傳感器輸出脈衝信號電平(低電平越0.7V，高電平約7V)轉換為低電平約0V，高電平約3.3V的脈衝信號，以供主控模塊(CPU)採集。放大電路的作用是將主控模塊輸出為低電平約0V，高電平約3.3V的方波脈衝信號，轉換為高電平>9V，低電平〈IV的脈衝信號。
[0015]所述的主控模塊中集成有串行通信接口和用於與LED顯示器相連的信息顯示接□。
[0016]直流變換電路為12~30V轉3.3V電源。
[0017]脈衝比例放大電路是指用於實現霍爾速度傳感器每輸出2.164275個脈衝對應光電轉速傳感器輸出I個脈衝的電路【可以由FPGA實現】。
[0018]所述的主控模塊採用FPGA或LPC1758晶片。
[0019]採集模塊分三路採集霍爾速度信號，採集到的信號經過信號轉換模塊(即電平轉換電路)後，通過光電隔離模塊進行隔離處理，然後送給主控模塊。主控模塊通過特定的算法計算輸出脈衝信號的電平跳變時刻，該脈衝信號經過放大電路的放大及隔離處理後輸出。採用3隻LED燈用於裝置狀態的指示，即霍爾速度傳感器供電狀態、裝置電源工作指示、裝置光電轉速傳感器信號輸出指示。
[0020]機車6個軸位上均安裝有霍爾速度傳感器，其中I~3位為I端，4~6位為II端。霍爾速度傳感器速度信號的採集採用並聯的方式獲取。由於6個霍爾速度傳感器均為雙通道傳感器，故只需任取 一路信號作為裝置的輸入。此外I端的3個霍爾速度傳感器接到機車I端的連接器上，II端的3個霍爾速度傳感器接到機車II端的連接器上，而兩個連接器的接口兼容。故而，霍爾速度信號輸入連線可以同時採集3個軸位的速度信號。分別對兩端進行作業時，只需將霍爾速度信號輸入連線與機車上對應端的連接器對接即可，操作方便。
[0021]光電信號輸出連線用於將裝置輸出的光電速度信號接至光電上車電纜，作為速度反饋信號送給控制系統進行閉環控制。
[0022]輸入共有3路信號，為電機側霍爾速度傳感器速度信號，即電機轉速信號，電機每轉輸出脈衝數為90個；輸出信號I路,為類似機車軸端光電轉速傳感器速度信號，即輪對轉速信號，每轉脈衝數為200個。電機傳動比為4.8095，即電機轉4.8095圈，輪對轉I圈。故而，機車輪對走行I圈，霍爾轉速傳感器輸出脈衝數為4.8095x90=432.855 (即432)個，光電轉速傳感器輸出脈衝數為200個。由此可知，霍爾速度傳感器輸出2.164275個脈衝對應光電轉速傳感器輸出I個脈衝。(注:由於頂輪作業時同一時間只對某一輪對進行，所以3路輸入信號同一時間只有對應的那一路有輸入。)
[0023]主控模塊對輸入脈衝信號的邊沿進行捕獲計數累加，用該累加數除以2.164275取整數記為COUNT，則COUNT每增加1，信號輸出10 口的電平發生一次翻轉，即產生一個邊沿變化。脈衝轉換實時性較高，能夠滿足機車控制系統的需要。
[0024]裝置輸出的信號為模擬光電轉速傳感器速度信號，即輪子轉I圈，輸出200個脈衝，且脈衝的高低電平，佔空比符合鐵標對光電轉速傳感器的要求。圖1中脈衝輸出-放大電路-光耦隔離即為輸出信號。
[0025]HXD3C機車頭是對稱的，可以這樣理解:兩個轉向架在某種程度上相當於兩個獨立的機車，各有各的駕駛室和控制櫃，但只能朝一個方向行駛(能夠觀察前方路況的)。為了能雙向行駛，將兩個轉向架及控制設備拼裝成I臺車。I端設備的對外接口在I端控制櫃，2端設備的對外接口在2端控制櫃，互相對稱，且1、2、3軸(或4、5、6軸)的霍爾傳感器接口統一為一個連接器。所以本裝置只設置3路輸入信號，I端(1、2、3軸)作業時從I端取信號,2端(4、5、6軸)作業時從2端取信號。
[0026]霍爾傳感器感應電機的齒輪旋轉，光電傳感器則是由輪軸帶動的，與輪軸聯動。
[0027]工作過程及原理:
[0028]裝置上電後，霍爾速度傳感器速度信號通過霍爾速度信號輸入連線送給裝置，主控模塊捕獲口檢測到輸入信號埠的電平跳變，並進行計數，通過計算決定輸出脈衝信號的邊沿跳變，從而將機車電機端的霍爾速度傳感器速度信號轉換為類似光電轉速傳感器速度信號，通過信號輸出連線送給機車控制系統。如圖1~2所示。
[0029]有益效果:
[0030]本實用新型的脈衝變換裝置，能夠在頂輪檢修作業時，將被檢測電機上霍爾傳感器速度信號經裝置轉換後輸出一路模擬光電傳感器速度信號，提供給機車控制系統，作為速度反饋信號，使得機車能夠正常進行定速控制及電阻制動。
[0031]該裝置為機車檢修頂輪作業時的輔助作業工具，用於頂輪作業時將電機側霍爾速度傳感器速度信號轉化為軸端光電轉速傳感器速度信號，通過光電上車電纜提供給機車控制系統，作為速度反饋信號，使機車能夠實現定速控制以及電阻制動的功能，以期能夠自動定速、迅速停車，保障作業安全，提高作業效率。
[0032]本實用新型具有以下特點: [0033]I)該裝置米集電機上霍爾速度傳感器速度信號,模擬輸出一路光電速度傳感器方波速度信號，提供給機車控制系統作為速度反饋信號，使得機車能夠進行定速控制及電阻制動控制。脈衝頻率轉換精度高，牽引單元轉速能控制在±lkm/h以內；
[0034]2)霍爾速度傳感器速度信號採用JAE連接器直接從機車電子櫃獲取，接插快捷，操作方便、可靠；
[0035]3)輸入與輸出米用隔尚技術,隔尚電壓聞,保障機車電子、電氣設備安全。
[0036]4)採用純硬體電路實現脈衝轉換，輸出脈衝邊沿數，實現信號的實時、可靠轉換。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1為脈衝變換裝置的電路結構框圖；
[0038]圖2為裝置原理框圖。
【具體實施方式】
[0039]以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:
[0040]實施例1:
[0041]如圖1 -2，一種脈衝變換裝置，包括主控模塊、電源模塊、輸入調理電路和脈衝輸出電路；輸入調理電路包括3條調理支路；每條調理支路依次由電平轉換電路和光耦隔離電路串聯而成；
[0042]主控模塊中集成有脈衝採集電路和脈衝比例放大電路；
[0043]3路霍爾傳感器固定在機車電機的旋轉部件的上方【實例中是安裝在與電機轉軸同軸旋轉的齒輪上方工位，該工位專門用於安裝霍爾傳感器】，3路霍爾傳感器的輸出信號分別經3條調理支路與主控模塊的脈衝採集電路相連；[0044]所述的電源模塊包括依次相連的濾波電路和直流變換電路，為主控模塊供電；
[0045]脈衝比例放大電路的輸入端接脈衝採集電路的輸出端；
[0046]脈衝比例放大電路的輸出端即主控模塊的脈衝輸出接口與脈衝輸出電路相連；
[0047] 所述的脈衝輸出電路包括依次相連的放大電路和光耦隔離電路。
[0048]脈衝採集電路為計數器，對到來的3路脈衝進行計數，如果主控電路為微處理器，則脈衝採集電路可以採用計數器中斷埠或外部中斷埠實現，為後續的脈衝比例放大做準備，其實現為現有技術。
[0049]電平轉換電路的作用為將霍爾傳感器輸出脈衝信號電平(低電平越0.7V，高電平約7V)轉換為低電平約0V，高電平約3.3V的脈衝信號，以供主控模塊(CPU)採集。放大電路的作用是將主控模塊輸出為低電平約0V，高電平約3.3V的方波脈衝信號，轉換為高電平>9V，低電平〈IV的脈衝信號。
[0050]所述的主控模塊中集成有串行通信接口和用於與LED顯示器相連的信息顯示接□。
[0051]直流變換電路為12~30V轉3.3V電源。
[0052]脈衝比例放大電路是指用於實現霍爾速度傳感器每輸出2.164275個脈衝對應光電轉速傳感器輸出I個脈衝的電路【可以由FPGA實現】。
[0053]所述的主控模塊採用FPGA或LPC1758晶片。
[0054]該脈衝變換裝置的技術參數如下:
[0055]I)工作電壓:12VDC ~30VDC
[0056]2)脈衝頻率變換範圍:O~3060Hz (電力機車速度為100km/h)
[0057]3)輸出信號:O~1414Hz (電力機車速度為100km/h)
[0058]低電平〈2V，高電平>9V
[0059]4)脈衝變換比例:2.164275: I
[0060]5)變換頻率誤差:±0.5km/h
[0061]6)空載功耗電流:≤35mA
【權利要求】
1.一種脈衝變換裝置，其特徵在於，包括主控模塊、電源模塊、輸入調理電路和脈衝 輸出電路；輸入調理電路包括3條調理支路；每條調理支路依次由電平轉換電路和 光率禹隔尚電路串聯而成； 主控模塊中集成有脈衝採集電路和脈衝比例放大電路； 3路霍爾傳感器固定在機車電機的旋轉部件的上方，3路霍爾傳感器的輸出信號分 別經3條調理支路與主控模塊的脈衝採集電路相連； 所述的電源模塊包括依次相連的濾波電路和直流變換電路，為主控模塊供電； 脈衝比例放大電路的輸入端接脈衝採集電路的輸出端； 脈衝比例放大電路的輸出端即主控模塊的脈衝輸出接口與脈衝輸出電路相連； 所述的脈衝輸出電路包括依次相連的放大電路和光耦隔離電路。
2.根據權利要求1所述的脈衝變換裝置，其特徵在於，所述的主控模塊中集成有串行通信接口和用於與LED顯示器相連的信息顯示接口。
3.根據權利要求1所述的脈衝變換裝置，其特徵在於，直流變換電路為12?30V轉3.3V電源。
4.根據權利要求1-3任一項所述的脈衝變換裝置，其特徵在於，脈衝比例放大電路是指用於實現霍爾速度傳感器每輸出2.164275個脈衝對應光電轉速傳感器輸出I個脈衝的電路。
5.根據權利要求4所述的脈衝變換裝置，其特徵在於，所述的主控模塊採用FPGA或LPC1758 晶片。
【文檔編號】H03K5/156GK203775167SQ201420110928
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】劉石勇, 周維 申請人:長沙南車電氣設備有限公司