关于动态轨道衡系统的探讨

[摘 要]本文笔者阐述了动态轨道衡的称重原理，探讨了动态轨道衡的硬软件系统和自动校准系统。具有重要的现实意义。

[关键词]动态轨道衡系统；称重；硬软件系统

中图分类号：TP855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0300-01

引言

计量是研究测量、保证测量统一和准确的科学，计量学在国民经济建设、国防建设、科学研究以及社会生活中都起着极其重要的作用，是社会经济和科学活动的技术基础和基本手段，是特殊的社会生产力。动态轨道衡是称量运动中铁路货车重量的一种轨道衡，这种轨道衡的称重台面（秤台）有足够的工作长度，以保证列车经过时有足够的时间进行有效的采样，在称重台面上，设置了不影响称量准确度的水平约束限位器；在台面与引轨衔接处还装有过渡器，以使列车能平稳地进入和退出台面。动态轨道衡技术对于解决工程中称重系统的实时称重问题尤为重要，特别是对于陆路交通以及大宗物品的称重极为重要。因此，对于动态轨道衡称重系统的研究是十分必要的。

一、动态轨道衡的称重原理

轨道衡的称重台面上铺有铁路钢轨（即称量轨）与铁路线相通，包括称重梁、称重杠杆以及若干横梁，其作用是用来承受被称量车辆及所承载货物的重量；台面还装有横向限位系统、纵向限位系统、锁定和调整构件、抗扭装置和引线轨、秤梁轨、铁垫板、锚固花梁等附件系统，这些附件起到固定秤体，减少火车震动撞击对称量的影响，同时将承受到的重力均衡的传递到各个传感器上的作用。

在理想状态下，传感器的输出信号只是由重力作用产生的，那么在没有车辆通过称重台面时，称重台面输出的重量值应该只是称重台面自身的重量，称重台面的输出值对时间的函数应该是一个恒定的值。当车轮压上称重台面的一刹那，称重台面的输出值会出现一个跳跃。跳跃的输出表示车厢的第一根轴重，随着时间的推移，车厢的第二根轴也移至称重台面上称重，称重台面的输出值会产生另一个跳跃，这个跳跃和第一个跳跃的幅值之和代表了这个转向架的重量。在第一根轴走下称重台面之前，称重台面输出应保持不变，随着两根轴相继离开称重台面称重，称重台面的输出会出现两次方向相反的跳跃，见图1波形所示：

二、动态轨道衡硬件系统

1、称重传感器

随着信息处理技术、微处理器、计算机技术的高速发展，各类称重传感器的开发有了长足的进展，称重传感器现在已经在测量和控制系统中得到了广泛的应用，随着传感器技术、数据采集和处理以及通信系统各功能的不断增强，作为信息采集系统的前端单元，称重传感器的作用越来越重要。称重传感器已成为称量自动化系统技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。

称重传感器是轨道衡的重要组成部分，是把计量的重量转换成电量或其它量的一种力传感器，它的精度是由弹性体变形系数、几何尺寸、电阻应变片的数量和连接方式、测量电路以及传感器安装的垂直度来决定的。称重传感器种类较多，有电阻应变式、电容式、压磁式、差动变压器式、谐振式等。轨道衡称量中最常用的是电阻应变式传感器。

2、称重通道

轨道衡称重系统一般没有专门化的专用仪表，通常采用称重通道或模数转换的专用插板来完成放大、模数转换、提供供桥电源等功能，再通过接口电路由计算机进行数据处理。

（1）线性放大器

称重通道的输入信号为传感器的输出信号。传感器输出的信号很弱，仅为毫伏级，所以在进行A/D转换之前，必须经过放大，且放大倍数约为几百倍才能满足要求。由于动态轨道衡用称重传感器是应变片式的，激励电压为和信号共模电压较高，所以线性放大器应有很高的共模抑制比；同时，要求线性放大器有较高的输入电阻，避免减低传感器输出信号；为提高精度，放大器还应有较高的开环增益，较低的失调电压、失调电流、噪声及漂移等，故我们选用的放大器为差动输入、单端输出方式。

（2）滤波电路

动态轨道衡的应用环境一般比较恶劣，存在多种干扰源，因此必须进行信号滤波，为提高抗干扰性，削弱现场高次谐波或高频干扰和噪声，在硬件方面我们选用二阶有源低通滤波器使二级放大兼有放大和对20Hz以上干扰信号的滤波作用。此滤波电路由集成运放和RC网络组成，其优点是输入阻抗高、输出阻抗低，输入与输出间有很好的隔离。

（3）A/D转换器

A/D转换器是通道的一个重要组成部分。因为输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号代码是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间（即时间坐标轴上的一些规定点上）对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换为输出的数字量。因此，一般的A/D转换过程是通过取样、保持、量化和编码这4个步骤完成的。

三、动态轨道衡软件系统

1、动态计量程序

动态计量程序的实现主要包括数据采集、数字滤波、车型判别等部分。

（1）数据采集：是计算机通过PCI接口将由通道转换的数字信号采入计算机的数据缓冲区中；

（2）数字滤波：我们采用平均滤波法，即将需要的数据进行平均处理来消除波动信号；

（3）车型判别：我们利用模拟量判别法进行车型判别。模拟旦判别法是根据称重传感器愉出的模拟量信号变化的情况来进行车型的判别的。模拟量信号的变化反映到计算机中表现为“重量信号增量”，当车轮进入或离开秤台时，称重信号产生一个正的或负的增量。当列车通过轨道衡时，一对对车轮不断进入、离开秤台，重量信号也随着连续发生变化。将重量信号随时间变化的情况绘成曲线如图2：

货车通过台面时，有一段空台时间来判断是否为被计量车厢，而如上图所示的空台两边的两个T时间段就为计量段。没有空台时间的列车就为非货车，一般来说为牵引机车。依据动态轨道衡操作规程，车辆过衡限速为10-15km/h，动态计量软件监测秤台信号，并显示机车速度，自动进行数据采集，整车过衡后（秤台空秤信号时间己到设定值）。计量软件对采集到的信号进行分析，依据上述车型判别方法，确定机头位置，剔除机头数据，自动保存鱼雷罐数据，然后进入管理模块，生成最终有效计量数据，按照锁定的格式生成数据报表。

静态称重程序与动态称重程序的不同在于其没有车型判别，它利用键盘输入来控制计量。当一列车计量完成后，进入管理模块进行数据输入、管理、打印、报表等工作。

四、自动校准系统

自动校准系统是利用轨道衡专用土建基础、传力装置和秤体结构，由伺服装置控制液压站和液压阀组，继而作用于液压缸，实现在轨道衡基坑内向轨道衡施加向下的力，采集系统通过标准传感器的输出显示对轨道衡施加的力源大小，这个力源的大小作为轨道衡的标准载荷，通过多阀路反馈液压控制技术，对力源进行稳压控制，并根据轨道衡检定规程选择加载方式和加载值，完成对轨道衡的参数设置等标定工作；轨道衡运行期间，可用自动系统的显示值校准轨道衡的显示值，完成轨道衡校准，保证轨道衡校准的科学性、有效性和经济性。

结语

以上本文笔者对动态轨道衡系统进行了粗略探讨，由于篇幅和时间有限，还有许多内容没涉及到，比如：液晶显示电路、数据传输等，在今后的工作中笔者将进一步做研究。

参考文献

[1] 周祖濂.衡器的比较与发展[J].衡器，2007.36（1）：5-10.

[2] 杨忠.车辆动态称重系统的设计[J]，交通科技与经济，2004，（06）：17-19.