基于声卡的信号继电器动作时间检测

摘要：本文简单介绍了轨道交通信号系统中常用的继电器，以及其在应用中遇到的问题，提出一种基于声卡的虚拟仪器技术，测试继电器悬空时间的方法。

关键字：继电器；检测；动作时间；声卡

中图分类号：TP274.2

继电器是轨道交通中信号设备主要元件之一，在轨道交通信号的远程控制和自动控制系统中，用它可构成逻辑电路、作为不同信号子系统之间的接口、或作为执行元件直接监督和控制列车的运行。继电器工作状态的好坏，是信号设备能否安全运用和可靠动作的重要因素之一，直接关系到信号设备的可靠性，关系着列车运行安全和运输效率。为确保轨道交通运输的安全与效率，信号设备工作性能必须安全、可靠。因此，轨道信号部门主要使用安全型系列继电器，以实现信号设备的“故障-安全”（故障导向安全）原则。

1. 轨道交通中常用的继电器简介

1） JWXC型直流无极继电器：它主要由直流电磁系与接点系统两大部分组成。电磁系统由两个线圈组成，可以根据需要串联、并联或单独使用；接点系统最多8组接点，每组接点分为动接点，前接点和后接点。此类继电器是直流区段的，没有极性，只要线圈电流（或电压）达到规定值，继电器衔铁励磁吸起。当衔铁吸起是，各组动接点（每组中间位置）断开后接点，接通前接点；当衔铁落下，各组动接点断开前接点，接通后接点。衔铁能确保任何情况下（包括故障）掉电时在重力作用下落下，实现其安全性。

2） 有极继电器：此继电器结构为将磁路轭铁前部改为永久磁铁，当衔铁处于释放位置时通电，如线圈产生的磁通与用永磁铁磁通相叠加时衔铁吸起，线圈断电后，继电器能借永磁铁磁通将衔铁保持在此位置；如线圈产生的磁通与永磁铁磁通方向相反，磁通互相抵消衔铁不能吸起，继电器保持在释放位置，当衔铁处于吸起状态，要使衔铁落下需使线圈通与永久磁通方向相反，抵消永磁铁磁通并使衔铁后部与永磁间的磁力激增，再加接点弹力是衔铁返回释放位置。

3） 偏极继电器：偏极继电器是一种有极继电器，结构由永磁铁与衔铁、轭铁，铁心构成回路。当线圈通电，产生的磁场方向与永磁铁方向相同，衔铁释放，当线圈产生磁场方向与永磁铁方向相反，衔铁与铁心吸力增强，衔铁吸起。断电时衔铁弹簧弹力返回，衔铁处于释放位置。与有极继电器的区别在于偏极继电器在线圈断电后保持释放位置，而有极继电器可保持通电前的任一位置。

2. 研究背景

深圳地铁三号线信号系统中，信号联锁系统要采集现场继电器状态，实现联锁采集现场设备状态的功能。系统对安全相关的继电器往往要同时采集继电器的前后接点，确保系统的安全可靠。但在运用过程中，偶有采集继电器状态瞬间故障后马上恢复的情况发生，经分析可能是系统采集周期过短，在继电器在落下至吸起或吸起至落下的接点悬空过程中，采集到继电器的非预定状态，系统给出瞬间的故障显示。这可能导致运行中的列车产生紧急制动，影响行车的安全与效率。然而，更换下来的继电器经送检后没有发现任何问题，因为检测参数的标准中对接点悬空时间并未作明确规定。为此，需要精确测出继电器接点悬空过程的时间与系统采集周期对比，找出系统瞬间故障显示的原因。

3. 国内外研究现状

1） 一种是以80C196KC单片机为核心扩充电路制作成板卡，直接插入PC机总线插槽内。系统按照固定的采样频率检测继电器动作与释放时各个触点的状态，计算得出继电器的时间参数（动作时间、动作回跳时间、释放回跳时间、动作同步时间差和释放同步时间差）。通过并行接口可以将计算得的数据传送给计算机。

2） 一种由微机控制的对DL、DY-20C系列电流、电压电磁继电器动作时间及抖动时间自动检测的方法。 它综合应用了模拟、数字电子技术及计算机技术。由于采用了STA、STB控制电路， 实现了动作时间刚量的规范化.抖动时间检测电路的设计， 解决了多年来国内对出厂电流、电压电磁继电器抖动时间无法检测的难题。

3） 一种以LabVIEW8.20为开发平台，搭建了可实现多通道时间参数采集的继电器可靠性测试系统.数据采集卡利用FIFO缓冲器以250 kS/s的速率进行触点电压采集，采集卡内置Intel 82C54定时器同步计时.虚拟机对采集的数据进行处理，利用最小二乘法完成参数校正，最终实现继电器动作时间参数的实时采集.经试验证明，该测试系统所测量的继电器动作时间参数误差小，精度高。

以上方法不外乎都是借助计算机技术，再搭建一个硬件平台实现对继电器各参数的测试，然而这些都需要较大的投入，能否找到一种简单方便且易于实现的检测方法，方便一些临时性测试需要。

4. 基于声卡的信号继电器动作时间检测

普通计算机声卡既有输入接口，也有输出接口，模拟量输入经A/D转换后存储到计算机，数字信号经D/A转换后输出至音响设备。我们可以利用声卡的这些特性，几乎不增加更多的硬件设备，就制作一个带信号发生器的虚拟示波器，而且能方便的存储所采集的波形。

1） 声卡的主要技术参数

采样位数：目前市场上一辈声卡按其位数可分成8位和16位。

采样频率：普通声卡采样频率有4档，分别为44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz、8kHz。

没有基准电压：声卡不提供基准电压，因此当A/D或D/A使用时，需要用户自己参照基准电压进行标定。

不响应直流信号：声卡对输入信号都经过一个电容，以隔离直流信号。

2） 声卡的输入输出

插头：一般个人PC机上的声卡输入输出为大三芯插头，输出插头的三端由外到里分别为左声道信号线、右声道信号线、地线；输入插头的三端分别是热端（火线）、冷端（零线）、地端（地线）。

3） 检测原理

继电器接点悬空时间测试，我们要测试其中接点既不与前接点接触，也不与后接点接触的时间，我们可以吧前后接点并起来当作一个接点，测试这两个接点断开的时间即可。测试此时间关键是要测试仪器有足够的响应速度，并能存储以便分析。由于声卡对直流输入信号不响应，可以由声卡输出一定频率的的信号经过继电器接点后再由声卡输入采集并存储波形。最后分析采集到的波形，波形完整为接点闭，波形出现缺口，则为接点断开。波形缺口持续时间即为继电器接点悬空时间。

4） 检测方法

① 根据声卡输入输出原理，制作两个声卡插头，并焊接好连接线。

② 网上下载一个声卡虚拟示波器软件，一个软件界面如图1所示。此虚拟示波器同时可以作为信号发生器，可输出不同频率的正弦波、三角波、方波，这些信号由声卡输出口输出。对采集波形信号可以进行存储，以便进行分析。

由图2可以清楚的看到可以看出继电器落下的时间从00：00：20：200到00：00：20.209，即继电器接点悬空时间为9毫秒。

参考文献

[1] 李真. 继电器时间参数计算机测试系统[D]. 河北工业大学. 2003

[2] 王美刚. 基于声卡的虚拟示波器[D]. 大原理工大学. 2006