高速动车组速度传感器解析

王新祥

摘 要：针对济南铁路局济南电务段济南高铁车载设备车间近期发生关于 CTCS3-300T车载设备速度传感器相关故障，文章是对动车组速度传感器原理进行解析。

关键词：速度传感器；脉冲；测速/测距；霍尔

引言

针对近期发生关于 CTCS3-300T车载设备速度传感器相关故障，本论文是对动车组速度传感器原理进行有效分析。

1 速度传感器

1.1 主要功能

机车轴端光电转速传感器或霍尔磁电转速传感器是铁路机车车辆检测车轮转速的转速传感器，向动车组提供与车轮转数成比例的电脉冲信号。当测得传感器输出脉冲频率f，车轮直径D时，列车速度v可由下式决定：

式中：v-列车运行速度，单位：m/h；f-传感器输出脉冲频率，单位：Hz；D-车轮直径，单位：m；n-传感器一圈脉冲数（目前光电转速传感器每转输出脉冲数是200，霍尔磁电转速传感器输出脉冲数是80）。

1.2 工作原理

光电转速传感器内光栅盘随机车车轴转动，红外发射管发出持续红外光，光栅盘转动将持续的红外光遮挡为断续的红外光线脉冲，红外接收管接收到红外光线后输出对应的高、低电平，从而输出与车轮转速成正比的电脉冲信号。其工作原理可用图1表示（通常光栅片挡住红外光时传感器输出低电平而未挡住红外光时输出高电平）。

霍尔磁电转速传感器的核心为霍尔感应头，在被测齿轮在旋转的过程中，齿顶和齿谷交替对准感应头内的霍尔元件，引起穿过霍尔元件的磁通量交替变换，霍尔元件将磁场转换成电流信号。经后级处理电路处理后，输出频率与转速成线性比例的电压脉冲信号。

输出电路的基本原理如图3所示。

1.3 主要技术参数

1.3.1 光电转速传感器参数

电源电压（VDC）：15×（1±15%） 或24×（1±15%）；工作电流（每路脉冲）：<50mA；输出脉冲幅值（负载电阻3kΩ）：高电平≥9VDC，低电平≤2VDC；相位差：1-2，3-4，5-6通道相位差为：90°±45°；转速测量范围：0～2500r/min；每转脉冲数：200；输出方波波形占空比： 50%±20%。

1.3.2 霍尔磁电转速传感器参数

工作电压（VDC）：Ub=10～20V；输出波形：方波；输出电平：高电平≥（Ub-2）VDC（RL=2.2kΩ）；低电平≤2VDC；停车输出电平：7V±1V；测速范围：0～10kHz；占空比：50%±10%；相位差：90°± 30°；测量气隙：0.2mm～2.2mm。

2 压力传感器

2.1 主要功能

压力传感器向LKJ提供各列车管、风缸的压力信号，输出0～5V直流信号，对应于空气压力0～1000kPa（表压）。

2.2 工作原理

电阻式压敏元件将被测的气体（液体）物理压力大小转变成标准的电信号，再经过信号调整电路处理后，输出与被测压力大小成线性比例的电压信号。

2.3 主要技术参数

测量范围：0～1000kPa；输出电压：DC 0～5V；准确度： ±0.5%VFS；过载能力：3000kPa/1min；供电电源：DC 15×（1±10%）V；电流消耗：不大于15mA；管路接口：M18×1.5、锥螺纹R1/2（TQG14E1）；电气接口：XS12J5A/K5P型航空插座/头；接口定义：1脚-电源+；2脚-空脚；3脚-输出；4脚-公共端；5脚-外壳。

3 结束语

综上，电弧放电激发的强磁场，会在车体铝壳表面形成电影，因为动车组单点保护接地，面电流经过车体时有可能会引起车体对电位的提升，形成骚扰压力。同时，受到速度传感器安装方式影响，车体骚扰电压会传感器传输电缆屏蔽层以及芯线间的寄生电容的耦合至芯线内，并且对速度的信号会产生一定的干扰。因此，通过在端部车辆增加保护接地线，可以降低车体电位方法，并且可在最大限度中减少速度传感器信号端口的干扰电压幅度值，以此有效去解决降弓时传感器所受到的一繁殖电磁干扰的问题。加强保护接地后，虽然可以更好降低车体电位，解决降弓时动车组速度上传感器电磁干扰的问题，但同时也有可能造成負面的影响，例如钢轨上回流经保护接地线在车体上会形成环流，而长时间的环游也会引起轴承发热以及电腐蚀的情况等等。解决的办法是在保护接地线中串连一定阻值的电阻。