一種鐵路線路沖擊狀況檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

引言

　　鐵路在經(jīng)過一定時(shí)間的負(fù)載后，由于其結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動(dòng)等原因，往往會(huì)產(chǎn)生不同程度的彈性變形與幾何偏差。在鐵路線路實(shí)驗(yàn)車上設(shè)計(jì)一套線路沖擊狀況檢測系統(tǒng)，可以檢測出鐵路的偏移與松動(dòng)等情況，以對(duì)這些地方進(jìn)行檢查與維修。這套系統(tǒng)給鐵路維修工作帶來了很大的方便，其中的加速度傳感器是目前應(yīng)用廣泛的測量沖擊裝置，在航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運(yùn)輸、冶金、機(jī)械制造、化工、輕工、生物醫(yī)學(xué)工程、自動(dòng)檢測與計(jì)量等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文的鐵路線路沖擊狀況檢測系統(tǒng)就是基于雙軸加速度傳感器ADXL210進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)利用ADXL210進(jìn)行沖擊測量，并將測量到的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)采集器。而系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集器與上位機(jī)的通訊則利用PC機(jī)自帶的RS -232總線標(biāo)準(zhǔn)接口和AT89C52的串行口RXD、TXD來實(shí)現(xiàn)。

　　1 系統(tǒng)組成及工作原理

　　該檢測系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器和上位機(jī)三個(gè)部分。其中傳感器采用雙軸加速度傳感器ADXL210，數(shù)據(jù)采集器采用8位單片機(jī)AT89C52，上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。ADXL210可將采集到的沖擊信號(hào)以及包含沖擊加速度信息的數(shù)字信號(hào)直接輸送到數(shù)據(jù)采集器AT89C52的計(jì)數(shù)器中。AT89C52接收到來自傳感器的信號(hào)后，可利用軟件分析計(jì)算出沖擊加速度的大小，并通過RS-232總線將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)輸出至上位機(jī)。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 ADXL210傳感器

　　傳感器模塊采用帶數(shù)字輸出的雙軸加速度傳感器ADXL210。ADXL210傳感器可測量雙軸向加速度，并輸出循環(huán)數(shù)字信號(hào)，同時(shí)可與單片機(jī)直接接口，而且無須放大和A/D 轉(zhuǎn)換電路。

　　ADXL210的使用可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)大大簡化。

　　ADXL210是集雙軸加速度傳感器于一體的單片集成電路，可測量動(dòng)態(tài)加速度和靜態(tài)加速度，而且只需調(diào)節(jié)外接電容就可方便地調(diào)整信號(hào)帶寬，同時(shí)只需調(diào)節(jié)外接電阻便可方便地調(diào)整數(shù)字信號(hào)的循環(huán)輸出周期。ADXL210的功耗低（0.6 Ma）；單電源供電（+ 3V～+ 5.25V）； 測量范圍為±10g；可承受1000g的震動(dòng)或沖擊。

　　ADXL210是一種帶兩坐標(biāo)軸傳感器的加速度計(jì)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　ADXL210內(nèi)含2個(gè)傳感器和信號(hào)調(diào)節(jié)電路。

　　其X/Y軸向傳感器輸出信號(hào)經(jīng)解調(diào)電路后可得到標(biāo)準(zhǔn)的電壓模擬信號(hào)，然后通過內(nèi)部的32 kΩ電阻驅(qū)動(dòng)占空比調(diào)制電路（DCM），其經(jīng)DCM調(diào)制后，由Xout/Yout輸出與加速度成比例的循環(huán)數(shù)字信號(hào)，且其占空比T1/T2 （信號(hào)的脈寬與周期之比） 正比于加速度的大小。占空比信號(hào)的輸出端可直接與微處理器的計(jì)數(shù)器相連，無需A/D轉(zhuǎn)換或者邏輯電路。其周期T2可由RSET設(shè)置為0.5~10ms （T2=RSET/125MΩ），圖2所示是ADXL210的數(shù)字信號(hào)輸出波形。