可测试的振动监测设备和方法技术

振动监测设备具有参考轴线并且设置有固定到公共支撑的两个加速度计。每个加速度计包括：惯性体，可平行于参考轴线在中间静止位置与两个相反限制之间移动；内部测试电路，在公共支撑没有振动的情况下使惯性体在一个可测试方向上从静止位置向两个相反限制的第一限制移动；以及传感装置，用于传递与惯性体平行于参考轴线的运动对应的加速度信号，加速度信号包括第一信号部分和第二信号部分，第一信号部分对应于惯性体在中间静止位置与两个相反限制的第一限制之间的运动，第二信号部分对应于惯性体在中间静止位置与两个相反限制的另一限制之间的运动。明显地，两个加速度计的可测试方向彼此相反。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本发 明涉及振动监测设备，更具体地涉及在恶劣环境中使用的可测试的振动监测 设备，尤其是用于监测铁路车辆的转向架的稳定性的可测试的振动监测设备。本专利技术还涉 及使用这种设备监测振动的方法，以及测试这种设备的可操作性的方法。
技术介绍
传统的转向架设置有无源稳定装置(如抗偏器或摩擦片)，其抵消了转向架沿正 弦路径运动的趋势。这些稳定装置也被用于增加了速度——所谓的“不稳定性限制”—— 相当平滑的正弦运行以这种速度恶化成转向架震荡，引起不良的乘坐舒适度、在车轮与铁 轨之间的高作用力以及最终的脱轨风险。为了减小危险运行(例如，由有缺陷的抗偏器所引起)的风险，由欧盟委员会发布 的TSI HS (互操作性的技术规范-高速)包含在高速列车的车板上安装装置的规定，该装 置可以检测出火车的转向架运动的不稳定性。在UIC规程515. 5中定义了用于检测铁路客车的转向架的运行不稳定性的算法。 根据这个算法，当在4Hz至8Hz的范围内高于预定阈值的转向架框架横向加速度表示在预 定时间段内(例如，500毫秒)存在超过预定数量(例如，6)的高于预定阈值的(例如，Sm/ S2)连续峰值时，检测到不稳定性。从EP 1 197 739获知用于转向架的不稳定性监测系统。转向架设置有位于转向 架的纵向中心面的每一侧上的两个纵向加速度计。比较并处理来自两个加速度计的信号以 确定它们是否相差超过预定数量，在相差超过预定数量的情况下触发报警信号。从文件DE 100 20 519、DE 100 20 520禾口 DE 100 20 521中获知用于铁路车辆 的振动监测系统。一个或多个加速度计(优选地是三轴加速度计)连接到位于列车编组的 远程位置处的中央信号处理单元。虽然这种类型的配置可能证明适于监测如制动器、转向 架或车体等具体车辆子系统以用于诊断，但是它不提供安全组件所需的安全性和可靠性等 级。特别地，加速度信号从加速度计到远程处理单元的传输可能遭受不足的信噪比。此外， 一个加速度计或中央信号处理单元的故障可能仍未被检测到。实现不稳定性检测设备的现有尝试都是基于传感器(例如加速度计)和远程基 于软件的处理单元，这不能满足CENELEC标准EN 50126-50129的安全性和可靠性要求，因 此不能被认定为是安全的。虽然通过安装这些设备可以减少不稳定性的风险，但是不稳定 性的风险不能降低到零，因为在不稳定运行过程中监测装置的未检测到的故障可能仍然存在。可测试的加速度计是现有技术中所公知的。例如，在DE 43 16 263中描述了包括 内部测试电路的加速度计，用于在没有振动的情况下，使加速度计的惯性体在一个可测试 方向上从静止位置向两个相反限制的第一限制移动。然而，市场上可获取的可测试的加速 度计不能够使惯性体可选择地朝向静止位置每侧上的两个相反限制的每个限制移动。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术的上述缺点。根据本专利技术的一个方面，提供了具有参考轴 线且包括固定到公共支撑的两个加速度计的振动监测设备，每个加速度计包括-惯性体，可在中间静止位置与两个相反限制之间平行于参考轴线移动；-内部测试电 路，用于在公共支撑没有振动的情况下，使惯性体在一个可测试方向 上从静止位置向两个相反限制的第一限制移动；以及-传感装置，用于传递与惯性体平行于参考轴线的运动对应的加速度信号，该加速 度信号包括第一信号部分和第二信号部分，第一信号部分对应于惯性体在中间静止位置与 两个相反限制的第一限制之间的运动，第二信号部分对应于惯性体在中间静止位置与两个 相反限制的另一限制之间的运动，其中，两个加速度计的可测试方向是彼此相反的。两个加速度计的使用增加了系统的冗余。由于加速度计的特殊配置，所以可在两 个相反方向上测试振动监测设备，并且使用可实际测试到的每个信号的第一部分来重构完 整加速度信号，或用于监测或测试目的。如上所述，可测试的加速度计是本领域所公知的。内部测试电路可以包括与惯性 体协作并连接到测试终端的电容板，从而施加到测试终端的直流电压引起惯性体在可测试 方向上的运动，该内部测试电路模拟在这个方向上的恒定加速度。优选地，振动监测设备进一步包括信号处理单元，该信号处理单元处理由两个加 速度计传递的加速度信号并且执行传递不稳定性信号的不稳定性监测算法。根据优选的实施方式，振动监测设备进一步设置有执行测试过程的装置，所述测 试过程包括-激活所述加速度计的内部测试电路，以模拟不稳定性情况；-执行不稳定性监测算法；-如果不稳定性监测算法传递不稳定性信号，那么传递正的测试结果，否则传递负 的测试结果。由加速度计产生的测试信号用于测试加速度计的可操作性和稳定性监测算法。有 利地，执行测试过程的装置包括状态机。根据优选的实施方式，不稳定性监测算法监测两个加速度信号的第一信号部分， 而不考虑两个加速度信号的第二信号部分。换句话说，不稳定性监测算法只考虑加速度信 号的可实际测试的部分。加速度计在它们不可测试方向上的潜在不可检测的缺陷将不影响 设备的可操作性。根据优选的实施方式，信号处理单元包括可编程逻辑器件，可编程逻辑器件连接 到两个加速度计并且设置有非易失性逻辑块，该非易失性逻辑块同时并行运行并且执行不 稳定性监测算法。由于使用硬件架构，并且异乎寻常地使用运行不稳定性检测算法的可编 程逻辑器件(PLD)，所以可为不稳定性监测装置指定安全完整性等级(SIL)。优选地，可编程逻辑器件可以是现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器 件(CPLD)，可编程逻辑器件可设置有非易失性可擦除可改编程序存储器，如闪存。因此，不 需要配置设备以将代码放入PLD单元。在启动后立即运行PLD。根据优选的实施方式，不稳定性监测算法包括-预处理第一加速度信号；-检测预处理的加速度信号的、在可测试方向上高于预定加速度阈值的峰值；-如果两个连续峰值之间的时间在预定时间窗内，那么递增计数器；-如果计数器达到或超过预定计数器阈值，那么激活固态安全继电器；以及-如果在预定时间段内没有检测到峰值，那么复位计数器。这个算法基于UIC规程515. 5中所定义的要求。时间窗具有下限(例如，150ms) 和上限(例如，250ms)，它提供了在标准中所考虑的频谱中有限带宽的时间等同。有利地，预处理第一加速度信号包括通过低通滤波器和高通滤波器处理第一加速 度信号。低通滤波器用于消除高频噪声，而高通滤波器用于消除在曲线中体现的或由设备 不适当定位引起的直流偏置。有利地，两个加速度计是相同的，从而如果信号被比较或被组合，或者如果信号通 过实现相同逻辑块的并行信道被并行处理，那么不需要预处理信号。例如，相同加速度计将 具有相同增益，从而相同阈值可用于检测来自两个加速度计的加速度信号的峰值。根据本专利技术的另一方面，提供了一种设置有如上所述的振动监测设备的转向架。然而，本专利技术不限于铁路行业，本专利技术的优点还体现在与恶劣外部条件和高安全 要求相结合的其他系统或应用中。根据本专利技术的另一方面，提供了一种利用如上所述的振动监测设备监测振动的方 法，包括执行用于传递不稳定性信号的不稳定性监测算法。优选地，不稳定性监测算法监测 两个加速度信号的第一信号部分，而不考虑两个加速度信号的第二信号部分。优选地，所述方法进一步包括测试过程，所述测试过程包本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有参考轴线且包括固定到公共支撑的两个加速度计的振动监测设备，每个加速度计包括：－惯性体，能够平行于所述参考轴线在中间静止位置与两个相反限制之间移动；－内部测试电路，用于在所述公共支撑没有振动的情况下，使所述惯性体在一个可测试方向上从静止位置向所述两个相反限制的第一限制移动；以及－传感装置，用于传递与所述惯性体平行于所述参考轴线的运动对应的加速度信号，所述加速度信号包括第一信号部分和第二信号部分，所述第一信号部分对应于所述惯性体在所述中间静止位置与所述两个相反限制的第一限制之间的运动，所述第二信号部分对应于所述惯性体在所述中间静止位置与所述两个相反限制的另一限制之间的运动，其中，所述两个加速度计的可测试方向是彼此相反的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克·贝尔特，
申请(专利权)人：巴姆邦德尔运输有限公司，
类型：发明
国别省市：DE