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摘 要：在研究高速动车组行驶过程中，车顶或车下吊挂舱内设备振动状态时，需要将被测设备上的加速度传感器线缆引入车厢内部以接入数据采集系统。布线及走线过程往往耗费大量的时间。提出的试验数据无线传输系统大大减少了传感器线缆的使用，节省了测试前的准备时间，提高了测试效率。
关键词：LAN-XI数据采集系统；无线传输；振动测试
中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.095
0 引言
高速动车组车厢是一个相对封闭的空间，对车厢顶部设备（如空调室外机、受电弓等）或车下吊挂设备（逆变器、空气压缩机、齿轮箱、车体构架等）进行振动测试时，通常需要将传感器线缆沿着车体通过客室门接入位于车厢内的数据采集系统。对复杂大型车外设备进行振动测试时，会使用大量的振动加速度传感器。测试前传感器线缆的布置与固定需要消耗大量的时间与精力，以保证列车在高速行驶的过程中高风速、剧烈的振动以及雨雪天气等因素不会使线缆脱落，而对列车正常运行造成隐患。本文提出的振动试验数据无线传输系统可省去在车外布置的传感器线缆的工作，保证了列车运行期间的安全性，减少测试前准备时间，提高测试效率。
1 系统构成
如图1所示，无线传输系统是由硬件设备及软件两部分组成。硬件设备包括LAN-XI数采板卡及电池模块、WLAN路由器、12V直流稳压电源及笔记本电脑。LAN-XI数采板卡与其相配套的电池模块可组成一套完整的小型测试系统，采集传感器的信号；WLAN路由器及一个直流电源组成可移动的无线信号发射传输模块。这两部分可灵活置于车外被测设备附近。测试人员可在车内使用带有WLAN功能的笔记本电脑进行测试工作。测试用软件包括数采前端设置软件Reflex Front-end Setup、数据采集软件Time Data Recorder及数据处理软件Reflex。这套系统摆脱了传统线缆的束缚，可对高速行驶中的高速动车组车顶及车下设备进行振动或噪声信号的测试，利用配套软件可对前端数采硬件进行配置，实时观测传感器时域信号、频域信号并对采集的信号进行后处理。
2 系统硬件组成
2.1 LAN-XI 3053 型数采板卡
LAN-XI数采系统是B&K公司的一种模块化的硬件系统。单模块数采板卡可以作为独立的前端使用，单个板卡可采集多至12通道的数据。需要采集更多通道数据时，可采用多个板卡组成多至1000+通道的分布式测量系统。其体积小，方便携带，特别适合于现场使用。LAN-XI 3053 型数采板卡是世界上最小的12通道数采板卡，它可以同时测量振动与噪声信号，最高采集频率可达65.5kHz。支持带有TEDS 的IEEE 1451.4 智能传感器，根据存储于传感器中的TEDS 信息实现传感器自动设置，包括灵敏度、序列号、制造商和校準日期。支持24V、3.6mA的CCLD供电、输入电压可达10V（峰值），并带扩展量程31.6 V （峰值）。LAN-XI 3053 型数采板卡支持RJ45接口通信，其采集的数据可以通过RJ45接口传输至WLAN路由器。
2.2 LAN-XI 2831-A型电池模块
2831-A型电池模块为可充电锂离子电池，输出电压为14.8 V，容量为6400 mAh，与LAN-XI数采模块的尺寸相同，可供单个LAN-XI数采模块工作七个小时以上。前端面板上有电池状态指示灯，可随时查看剩余电量。电池模块可以与数采模块单独组成小型测试系统，将其放置在被测系统附近，极大缩短了与传感器的距离，减少传感器线缆的使用，提高了系统的便捷性。
2.3 WLAN 路由器及供电模块
WLAN是无线局域网网络的简称，目前技术成熟，数据传输速率高，应用广泛。现有802.11/a/g/b/n/ac等几个标准，802.11g/b 协议为当前应用最为广泛的标准，使用2.4至2.4835GHz的频率范围，最大传输速度可达54Mbit/s，最远传输距离100米。WLAN网络传输速率高，传输半径广，适合作为采集数据的传输媒介。WLAN路由器一般需要一个12V稳压直流电源供电。WLAN路由器及其直流电供电模块组成了单独的数据传输模块，将由RJ45接口传输来的数采模块信号转换为无线信号发射出去。
2.4 信号接收端
信号接收端为一个带有WLAN功能的笔记本电脑，通过WLAN来获得数采的数据信号。通过在笔记本上预装的软件可实现远程数采设备管理及数据信号在线监测与后处理等功能。
3 系统软件组成
软件系统由B&K公司的Reflex Front-end Setup、Time Data Recorder、Reflex软件组成。从功能上来分，这三个软件分别实现了数采硬件前端设置、时域数据采集及数据分析的功能。这三个软件高度模块化，独立工作。笔记本电脑连接WLAN路由器后，通过Reflex Front-end Setup软件可远程激活数采设备。利用Time Data Recorder软件可对数采前端进行配置：检查采集通道是否正常开启，信号是否正常传输，设置数据储存路径，设置传感器灵密度、采样频率及分析带宽。Reflex软件可直接读取Time Data Recorder已采集的时域数据文件，对其进行处理，如滤波、FFT（快速傅里叶变换）等。
4 无线传输系统在实际中的应用
图2为测试流程图，现以测试某高速动车组车顶空调室外机设备振动状况为例，阐述测试流程。此次测试对分别对离心风机固定架、离心风机安装座、压缩机固定座、冷凝风机固定座、空调机组安装座布置了多个单向及三向加速度传感器。由于离心风机固定架最上方处振动幅值较大，故选择量程为50g的三向加速度传感器。其余测点位置因振动幅值较小，故选择量程为10g的单向加速度传感器。 本次测试共使用1个三向加速度传感器、19个单向加速度传感，总计22个通道。每个LAN-XI 3053 型数采板卡最多支持12个通道输入，故使用2个LAN-XI 3053 型数采板卡及2个LAN-XI 2831-A型电池模块，组成两套独立测试系统置于车顶被测空调设备附近。通过传感器线缆就近与在被测设备上布置好的加速度传感器相连。数采设备通电开机后，检查是否每个数采通道都能采集到传感器信号，若不能则重新检查传感器及线缆连接。本次测试选择了一块容量为11400mAh、输出12V的直流电源为WLAN路由器供电。打开WLAN路由器供电电源并通过RJ45接口连接两个数采与WLAN路由器。打开笔记本电脑，通过无线网络连接WLAN路由器，通过Reflex Front-end Setup 软件查找并连接两台数采设备。若不能找到数采设备则重新检查WLAN路由器供电是否正常。此时硬件设置全部完成，测试人员可以进入车厢内部，等待正式测试。
测试开始前，打开Time Data Recorder软件，设置分析带宽为1600Hz，由奈奎斯特采样定律可知，采样频率至少为分析带宽的2.56倍，故设置采样频率为4096Hz。开始测试后，通過Time Data Recorder软件记录时域数据，同时可以观察数据实时时域及频域数值，对数据进行实时监测。测试结束后，通过Reflex软件可对数据进行后处理，生成测试报告。
5 结束语
本文提出的振动试验数据无线传输系统具有扩展性强、灵活性高的特点，大大降低了对传感器线缆的依赖。数采系统与其电池模块可组成独立的测试系统、WLAN路由器与其供电模块可组成独立数据传输模块，将其放置于被测设备附近，减少了传感器线缆的使用，省去在车外布置的传感器线缆的工作，因而避免了因被测设备上有多个传感器多而产生走线难、走线乱的问题。对测量行驶中高速动车组车顶设备、车下吊挂仓内设备振动情况提供了可行的解决方案。
参考文献
[1]李睿， 赵会兵.基于虚拟仪器技术的铁路信号嵌入式测试系统[J].铁道通信信号， 2007，43（1）：56-58.
[2]邵银萍.基于Ethernet-分布式虚拟仪器的铁路信号设备检测系统[J].传感器世界， 2007，13（6）：34-36.
[3]张梁.基于无线局域网的机车牵引实验数据采集传输系统[D].成都：西南交通大学， 2004.
关键词：LAN-XI数据采集系统；无线传输；振动测试
中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.095
0 引言
高速动车组车厢是一个相对封闭的空间，对车厢顶部设备（如空调室外机、受电弓等）或车下吊挂设备（逆变器、空气压缩机、齿轮箱、车体构架等）进行振动测试时，通常需要将传感器线缆沿着车体通过客室门接入位于车厢内的数据采集系统。对复杂大型车外设备进行振动测试时，会使用大量的振动加速度传感器。测试前传感器线缆的布置与固定需要消耗大量的时间与精力，以保证列车在高速行驶的过程中高风速、剧烈的振动以及雨雪天气等因素不会使线缆脱落，而对列车正常运行造成隐患。本文提出的振动试验数据无线传输系统可省去在车外布置的传感器线缆的工作，保证了列车运行期间的安全性，减少测试前准备时间，提高测试效率。
1 系统构成
如图1所示，无线传输系统是由硬件设备及软件两部分组成。硬件设备包括LAN-XI数采板卡及电池模块、WLAN路由器、12V直流稳压电源及笔记本电脑。LAN-XI数采板卡与其相配套的电池模块可组成一套完整的小型测试系统，采集传感器的信号；WLAN路由器及一个直流电源组成可移动的无线信号发射传输模块。这两部分可灵活置于车外被测设备附近。测试人员可在车内使用带有WLAN功能的笔记本电脑进行测试工作。测试用软件包括数采前端设置软件Reflex Front-end Setup、数据采集软件Time Data Recorder及数据处理软件Reflex。这套系统摆脱了传统线缆的束缚，可对高速行驶中的高速动车组车顶及车下设备进行振动或噪声信号的测试，利用配套软件可对前端数采硬件进行配置，实时观测传感器时域信号、频域信号并对采集的信号进行后处理。
2 系统硬件组成
2.1 LAN-XI 3053 型数采板卡
LAN-XI数采系统是B&K公司的一种模块化的硬件系统。单模块数采板卡可以作为独立的前端使用，单个板卡可采集多至12通道的数据。需要采集更多通道数据时，可采用多个板卡组成多至1000+通道的分布式测量系统。其体积小，方便携带，特别适合于现场使用。LAN-XI 3053 型数采板卡是世界上最小的12通道数采板卡，它可以同时测量振动与噪声信号，最高采集频率可达65.5kHz。支持带有TEDS 的IEEE 1451.4 智能传感器，根据存储于传感器中的TEDS 信息实现传感器自动设置，包括灵敏度、序列号、制造商和校準日期。支持24V、3.6mA的CCLD供电、输入电压可达10V（峰值），并带扩展量程31.6 V （峰值）。LAN-XI 3053 型数采板卡支持RJ45接口通信，其采集的数据可以通过RJ45接口传输至WLAN路由器。
2.2 LAN-XI 2831-A型电池模块
2831-A型电池模块为可充电锂离子电池，输出电压为14.8 V，容量为6400 mAh，与LAN-XI数采模块的尺寸相同，可供单个LAN-XI数采模块工作七个小时以上。前端面板上有电池状态指示灯，可随时查看剩余电量。电池模块可以与数采模块单独组成小型测试系统，将其放置在被测系统附近，极大缩短了与传感器的距离，减少传感器线缆的使用，提高了系统的便捷性。
2.3 WLAN 路由器及供电模块
WLAN是无线局域网网络的简称，目前技术成熟，数据传输速率高，应用广泛。现有802.11/a/g/b/n/ac等几个标准，802.11g/b 协议为当前应用最为广泛的标准，使用2.4至2.4835GHz的频率范围，最大传输速度可达54Mbit/s，最远传输距离100米。WLAN网络传输速率高，传输半径广，适合作为采集数据的传输媒介。WLAN路由器一般需要一个12V稳压直流电源供电。WLAN路由器及其直流电供电模块组成了单独的数据传输模块，将由RJ45接口传输来的数采模块信号转换为无线信号发射出去。
2.4 信号接收端
信号接收端为一个带有WLAN功能的笔记本电脑，通过WLAN来获得数采的数据信号。通过在笔记本上预装的软件可实现远程数采设备管理及数据信号在线监测与后处理等功能。
3 系统软件组成
软件系统由B&K公司的Reflex Front-end Setup、Time Data Recorder、Reflex软件组成。从功能上来分，这三个软件分别实现了数采硬件前端设置、时域数据采集及数据分析的功能。这三个软件高度模块化，独立工作。笔记本电脑连接WLAN路由器后，通过Reflex Front-end Setup软件可远程激活数采设备。利用Time Data Recorder软件可对数采前端进行配置：检查采集通道是否正常开启，信号是否正常传输，设置数据储存路径，设置传感器灵密度、采样频率及分析带宽。Reflex软件可直接读取Time Data Recorder已采集的时域数据文件，对其进行处理，如滤波、FFT（快速傅里叶变换）等。
4 无线传输系统在实际中的应用
图2为测试流程图，现以测试某高速动车组车顶空调室外机设备振动状况为例，阐述测试流程。此次测试对分别对离心风机固定架、离心风机安装座、压缩机固定座、冷凝风机固定座、空调机组安装座布置了多个单向及三向加速度传感器。由于离心风机固定架最上方处振动幅值较大，故选择量程为50g的三向加速度传感器。其余测点位置因振动幅值较小，故选择量程为10g的单向加速度传感器。 本次测试共使用1个三向加速度传感器、19个单向加速度传感，总计22个通道。每个LAN-XI 3053 型数采板卡最多支持12个通道输入，故使用2个LAN-XI 3053 型数采板卡及2个LAN-XI 2831-A型电池模块，组成两套独立测试系统置于车顶被测空调设备附近。通过传感器线缆就近与在被测设备上布置好的加速度传感器相连。数采设备通电开机后，检查是否每个数采通道都能采集到传感器信号，若不能则重新检查传感器及线缆连接。本次测试选择了一块容量为11400mAh、输出12V的直流电源为WLAN路由器供电。打开WLAN路由器供电电源并通过RJ45接口连接两个数采与WLAN路由器。打开笔记本电脑，通过无线网络连接WLAN路由器，通过Reflex Front-end Setup 软件查找并连接两台数采设备。若不能找到数采设备则重新检查WLAN路由器供电是否正常。此时硬件设置全部完成，测试人员可以进入车厢内部，等待正式测试。
测试开始前，打开Time Data Recorder软件，设置分析带宽为1600Hz，由奈奎斯特采样定律可知，采样频率至少为分析带宽的2.56倍，故设置采样频率为4096Hz。开始测试后，通過Time Data Recorder软件记录时域数据，同时可以观察数据实时时域及频域数值，对数据进行实时监测。测试结束后，通过Reflex软件可对数据进行后处理，生成测试报告。
5 结束语
本文提出的振动试验数据无线传输系统具有扩展性强、灵活性高的特点，大大降低了对传感器线缆的依赖。数采系统与其电池模块可组成独立的测试系统、WLAN路由器与其供电模块可组成独立数据传输模块，将其放置于被测设备附近，减少了传感器线缆的使用，省去在车外布置的传感器线缆的工作，因而避免了因被测设备上有多个传感器多而产生走线难、走线乱的问题。对测量行驶中高速动车组车顶设备、车下吊挂仓内设备振动情况提供了可行的解决方案。
参考文献
[1]李睿， 赵会兵.基于虚拟仪器技术的铁路信号嵌入式测试系统[J].铁道通信信号， 2007，43（1）：56-58.
[2]邵银萍.基于Ethernet-分布式虚拟仪器的铁路信号设备检测系统[J].传感器世界， 2007，13（6）：34-36.
[3]张梁.基于无线局域网的机车牵引实验数据采集传输系统[D].成都：西南交通大学， 2004.