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弓网振动在线检测及信号分析

作　者: 赵波
导　师: 王黎
学　校: 西南交通大学
专　业: 光学工程
关键词: 弓网振动检测加速度传感器数字信号处理 DSP处理
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 199次
引　用: 4次
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内容摘要

弓网的振动状态是评价弓网关系的重要指标之一。振动加速度参数检测能够反应受电弓的振动故障,如硬点、冲击。当电力机车处于高速行驶状态时,由于接触网结构缺陷会造成弓网之间的振动。受电弓上形成水平方向上的冲击和垂直方向的硬点。由于接触网硬点造成的“弓网事故”占弓网事故总和的比重相当大。由于弓网振动检测系统的前端处于高压环境中,这个环境中由于电弧干扰和电气的不连续性所产生的电磁干扰给检测系统提出了严峻的挑战。弱电级的检测电路要在高达100KV浪涌和由电弧引起的宽频带电磁干扰,以及瞬时电流高达1KA,同时机械振动超过50g的情况下稳定运行,为系统提出了新的要求。本文针对硬点和冲击检测的现状设计了弓网振动加速度检测系统。针对现场环境的实际情况选择了两款不同原理的加速度传感器,并对两种传感器进行了适应现场环境的改进。论文中采用高速模数转换,应用过采样技术,较好的完成信号的采集以及滤波预处理,降低了抗混叠滤波器的设计难度,提高了信噪比。DSP技术已大量应用于各领域,本文中引入DSP技术到弓网检测中,提高了检测系统实时性,并降低了功耗。为了实现模拟信号与采集电路的隔离,利用光耦隔离技术,实现了模拟信号的隔离。加速度信号必须要从高压部分传输到低压部分,利用光纤进行高低压隔离传输是有效的方法。最后基于工控机平台对信号进行了现代数字信号处理,包括短时傅里叶变换,小波分析等。通过信号分析发现,压电式加速度传感器和电容式加速度传感器的联合应用可以有效的克服高压端的干扰。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 弓网系统振动研究的意义和研究内容  11-13
    1.1.1 弓网振动研究的意义  11
    1.1.2 弓网振动研究的内容  11-13
  1.2 接触网硬点检测的主要问题  13-14
  1.3 论文的主要工作和突出特点  14-15
  1.4 软硬件开发环境和工具  15-16
第2章振动检测原理与数据采集系统设计  16-34
  2.1 弓网振动检测综述  16-19
    2.1.1 振动的描述  16-17
    2.1.2 弓网振动信号的处理内容  17-18
    2.1.3 振动信号的测量  18-19
    2.1.4 信号的采集  19
  2.2 弓网振动信号的测量  19-20
    2.2.1 弓网振动信号检测的主要特点  19
    2.2.2 加速度传感器的类型选择  19-20
  2.3 工业环境中传感器的特殊要求  20-29
    2.3.1 压电式加速度传感器的原理与选型  22-27
    2.3.2 电容式加速度传感器的原理  27-28
    2.3.3 传感器环境适应性改装  28-29
  2.4 弓网振动信号的采集  29-34
    2.4.1 过采样算法的原理和特点  29-30
    2.4.2 带内噪声分析  30-32
    2.4.3 弓网振动检测系统过采样算法的实现  32-34
第3章基于数字信号处理器的硬件系统设计  34-53
  3.1 硬件系统的设计内容  34-35
  3.2 DSP芯片简介  35-37
    3.2.1 该芯片的功能特征  35-37
    3.2.2 DSP主要接口电路  37
  3.3 加速度信号调理与隔离电路设计  37-43
    3.3.1 差模干扰抑制  37-39
    3.3.2 共模电压抑制  39-40
    3.3.3 压电式传感器衡流源设计  40-41
    3.3.4 模拟信号隔离放大电路设计  41-43
  3.4 AD选型及与DSP接口电路实现  43-46
    3.4.1 AD7864的特点  43
    3.4.2 内部结构和引脚配置  43-44
    3.4.3 工作方式  44-46
  3.5 开关量信号输入与开关量信号输出  46-48
  3.6 异步串口通讯  48
  3.7 DSP电源管理  48-50
  3.8 光隔离模块  50-53
第4章基于DSP/BIOS嵌入式实时操作系统的软件设计  53-67
  4.1 传统的结构编程方式  53-55
  4.2 基于DSP/BIOS的开发  55
  4.3 实时操作系统和DSP/BIOS  55-59
    4.3.1 DSP/BIOS基于主机端配的配置工具  56-57
    4.3.2 DSP/BIOS内核  57-59
  4.4 软件系统功能需求  59-64
    4.4.1 功能分析  59-63
    4.4.2 线程之间的通信与同步  63
    4.4.3 对DSP/BIOS内核的评估  63-64
  4.5 利用配置工具对DSP/BIOS进行优化  64-67
第5章振动信号的数字信号分析处理  67-87
  5.1 实验室典型数据  67-71
  5.2 现场静态数据  71-74
  5.3 动态振动信号分析  74-87
第6章系统抗干扰设计  87-92
  6.1 高压环境的干扰源的产生  87
  6.2 干扰的传输途经  87-88
    6.2.1 传导耦合  87
    6.2.2 感应耦合  87-88
    6.2.3 电磁辐射耦合(远场耦合)  88
  6.3 弓网加速度检测系统的抗干扰措施  88-92
    6.3.1 系统中用到的硬件抗干扰技术  89-91
    6.3.2 软件抗干扰措施  91-92
总结  92-94
  一、研究成果  92
  二、关键问题  92
  三、改进方案  92-94
致谢  94-95
参考文献  95-98
附录  98-122
读硕士学位期间发表的论文及科研成果  122

弓网振动在线检测及信号分析

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