电涡流传感器用于铁路机车速度与路程的测夏虹，曹欣荣，董惠，宿成基（哈尔滨工程大学动力与核能工程学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：介绍一种采用电涡流传感器的无“滑差”测量铁路机车速度与路程的方法.在机车的车轮架前后设置两个电涡流传感器，获得两个反映铁轨中非均质特性的随机信号.利用它们的相关特性可以计算出机车的运行速度与行驶过的路程.文中说明了传感器与信号处理的原理，并且介绍了模拟试验装置与实测结果。电涡流传感：TB22文献标识码：A：1006-7043（2002）02-0030-03UseofeddyCurrentsensorsformeasurementofrailvehiclespeedXIA~ong，CAOXin-rong，DONG~ui，XUCheng-激（CollegeofPowerandNuclearEnergyEngineering，~arbinEngineeringUniversity，~arbin150001，China）Abstract：Inordertosolvethe“slip-error”ofwheeltachometerthepaperpresentsanewmethodofnon-铁路运输未来的发展趋势是高速度与高度自动化，由此造成了铁路网络使用的高负荷与高密度，要求机车配备精度更高的速度与路程测试仪表.目前通过测量车轮转速求出机车的运行速度，由于车轮与铁轨之间的相对滑动，使测得的机车速度产生误差，限制了仪表的测量精度.不久前出现的微波传感器，利用铁路路基散射微波的多普勒效应进行测量.然而，在路基结冰的情况下，难以保证获得满意的传感器函数.采用电涡流传感器，将它们安装在机车的车轮支架上（图1），利用相关原理测量机车的速度与路程.不仅解决了上述测试仪表的缺陷，而且，结构简单其性能不受天气条件等因素的影响，使测量系统测试原理电涡流传感器在金属材料的无损探伤、振动测试等领域得到了广泛应用.它的工作原理如图2所示.当传感器中的激磁绕组通过交变电流时，产生交变磁场!"，该磁场在铁轨中感应出一个1图1用相关法测量机车速度fig.1Measurementofthespeedofrailvehicle收稿日期：2001-03-09；修订日期：第2期夏虹，等：电涡流传感器用于铁路机车速度与路程的测量·31·电涡流，而电涡流同样会产生磁场HW，它的方向与磁场HE方向相反.由于该磁场的变化，会在传感器的测量绕组得到一个测量信号u（t）.信号u（t）除了受激磁绕组的电路特性、磁场HE的强度等设计参数影响外，还与铁轨局部区域的电磁特性、铁轨的几何特性以及铁轨与传感器的相对位置等因素有关.因为，材料的电磁特性（电导率、磁导率）取决于该种材料的性能和状态，例如晶粒结构、硬度、强度以及材料中的缺陷—气孔、裂缝、偏析等.当机车携带电涡流传感器定角度S.对于S=2!G，G，=，1，2，...，则有u=Re｛u｝，u=Im｛u｝.（2）图4通过选相抑制干扰信号Fig.4Separationofanoisesignalbymeansofphaseselection图4示出一个复数坐标平面，矢量!M代表测量参数在复平面上的幅值与相位；矢量!S代能有一个确定的方向［1］现在引入—坐标系，.它的原点与复平面的原点重合，—坐标轴相对于复平面坐标轴旋转了一个角度S.该角度由图3中的调相器设定.在—坐标系有uM=!Mcos，uM=!Msin.（3）设定角度S时应当使轴指向uS调器的输出信号为，由此，相敏解图2电涡流传感器原理Fig.2Theprincipleofeddycurrentsensoru=!S+!Mcos，u=!Msin.（4）如果干扰参数在复平面上呈线性，!S全部并入信号u使测量信号u与干扰信号无关.通过相位选择达到抑制干扰的目的.在理想情况下，可以使测量信号与干扰信号完全分离，使u=!S与u=!M.在一定范围内，可以通过电涡流传感器的激磁频率对角度进行调整.此外，当机车运行时，由于车轮支架弹簧的振动引起传感器与铁轨之间的距离的波动、传感器相对于铁轨长度方向的测向偏移、以及铁路的信号装置与轨道中电流所形成的电磁场干扰等因素。都可能会对测量产生影响，必须采取相应措施抑制上述干扰.根据相关测量原理，在机车的车轮支架上、前后相距1处安装两个电涡流传感器，它们测出反映铁轨非均质性的随机信号在理想情况下图3电涡流传感器信号处理框图Fig.3Diagramofsignalprocessingbyeddycurrentsensor图3示出了电涡流传感器的信号处理框图。i（t）=*i·sint，=2!f.（1）式中：f为激磁频率；电流i（t）相当于载波信号，它的幅值与相位在电涡流传感器中被调制，产生的信号u（...