论文摘要
列车车轮踏面擦伤检测是铁路安全检测的一个重要组成部分。车轮踏面擦伤是由于列车在运行过程中的紧急制动等情况下产生的踏面的损伤,它严重的影响了列车的安全运行,所以及时有效的检测出车轮擦伤具有重要的现实意义。本文正是在这样的背景下设计并实现了一套车轮踏面擦伤的在线自动检测系统。通过大量调研国内外已有的擦伤检测系统,并分析其优劣性,本文选择了振动式擦伤检测原理来设计整套系统。它是利用列车在运行过程中车轮踏面擦伤与钢轨接触时产生的较大振动信号来检测车轮踏面擦伤的。整个检测系统主要由振动加速度传感器、光电开关、电荷放大器、采集处理板卡以及上位机等组成。振动加速度传感器主要是捕捉列车运行中的振动信号,光电开关作为检测区间的开始和结束信号,电荷放大器是将振动加速度传感器得到的电荷信号转换为电压信号,采集处理板卡是本系统中的核心,主要完成整个系统的采集控制、模数转换、数据存储、传输、处理以及与外围的通讯等功能,上位机主要是显示检测结果。本文在确定检测系统方案后,重点进行了系统的硬件平台设计与实现。本系统硬件平台包含两块板卡,采集扩展板及控制处理核心板。其中采集扩展板主要完成多路模拟信号、IO信号的输入,前端信号调理,A/D转换,通讯接口等功能。控制处理核心板采用了XILINX Spartan3 xc3s1000 FPGA和TMS320C6713 DSP相结合的方式来实现。FPGA作为系统的控制核心,主要完成A/D采集控制、开关控制、数据缓存、数据传输以及数据通讯等,故根据其功能采用自顶向下的设计方法将FPGA划分为6个子模块,分别为时钟模块、开关控制模块、AD控制模块、五通道异步FIFO模块、总线接口模块以及UART通讯模块。DSP作为系统的处理核心,主要完成信号的处理并将处理结果传送回上位机。在完成了系统软硬件设计之后,进行了系统联调及实验。实验结果表明,本套系统能够完成车轮踏面擦伤的在线自动检测,达到了设计的预期目的。