一種動車組速度傳感器失效模式研究

1、    一種動車組速度傳感器失效模式研究    賴天倫摘 要：本文對動車組牽引速度傳感器進行失效分析，確定傳感器低電源電壓時浪涌沖擊的影響易出現(xiàn)丟失脈沖現(xiàn)象，并通過可靠性試驗驗證改進方法的可行性和有效性。關(guān)鍵詞：速度傳感器;脈沖丟失;失效為保證車輛安全運行，動車組設(shè)置了大量的傳感器。某型動車組牽引電機非傳動端設(shè)置有兩個速度傳感器，分別為牽引變流器及制動控制裝置提供速度信號。本文針對動車組牽引速度傳感器輸出信號脈沖異常丟失進行研究，以提高速度傳感器的可靠性。1.速度傳感器原理及失效分析1.1傳感器原理分析某型速度傳感器電路由電源處理電路、信號處理電路、霍爾

2、集成芯片組成，等效電路如圖1所示。電源處理電路由瞬間抑制二極管 、防反接二極管、儲能電容、濾波電容和分壓電阻組成。信號處理電路采用運放芯片構(gòu)成遲滯比較器，運放芯片自身集成推挽輸出電路，并在輸出端口增加浪涌保護和短路保護電路，提高其抗干擾能力?；魻柤尚酒袘?yīng)測試齒輪旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的磁場變化，并輸出調(diào)理后的方波信號。霍爾感應(yīng)芯片封裝在探頭內(nèi)部。速度傳感器設(shè)計工作電壓范圍為8v36v?；魻柛袘?yīng)芯片的工作電壓范圍為4v30v，為保證霍爾感應(yīng)芯片在傳感器工作電壓范圍內(nèi)正常工作，采用分壓電阻r11、r12分壓。當(dāng)霍爾感應(yīng)芯片供電低于3.95v時，出現(xiàn)欠壓鎖死狀態(tài)，如圖1。1.2速度傳感器失效模式分析速度傳

3、感器故障失效模式主要有探頭損傷、電源中斷、引腳焊接松脫、擊穿短路、感應(yīng)元件或連接導(dǎo)線虛焊/脫焊;電路板保護器件短路或斷路、元器件供電中斷、電器回路絕緣擊穿、元器件虛焊/脫焊、電源不穩(wěn)定、保護上位機供電電壓低、元器件損傷、電磁干擾;電纜及組件電纜斷線、電纜芯線絕緣破損、信號傳輸鏈中的連接端子或焊盤松動、脫落。針對上述故障失效模式均可通過以下試驗進行驗證：基本性能測試、絕緣耐壓試驗、高溫試驗、低溫試驗、快速溫變試驗、溫度+振動復(fù)合試驗、靜電放電抗擾度試驗、電快速脈沖群抗擾度試驗、浪涌抗擾度試驗。1.3過分相時刻輸出脈沖丟失原因分析動車組在運行過程中多次記錄滑行。通過車載記錄數(shù)據(jù)分析，滑行現(xiàn)象均出現(xiàn)

4、在過分相時刻，如圖2所示。故障時刻處于b3、b4級位。制動控制裝置記錄信息，發(fā)現(xiàn)故障點的前一個和后一個記錄周期（40ms）速度均正常，滑行時單軸速度比正常速度約低3km/h。通過車載數(shù)據(jù)分析表明，故障時刻滿足車輛滑行判據(jù)：制動級位在1級6級時，減速度大于10km/h/s且速度差大于3km/h。故障復(fù)現(xiàn)試驗通過在傳感器線-地施加浪涌電壓，同時逐步降低傳感器供電電壓方式進行。在傳感器線-地施加2kv浪涌電壓，電源電壓降至6.5v時，傳感器偶發(fā)性出現(xiàn)輸出信號丟失脈沖的現(xiàn)象，且脈沖丟失呈持續(xù)低電平狀態(tài)，如圖2所示。注：藍色為傳感器輸出信號，綠色為霍爾感應(yīng)芯片電壓信號，粉色為浪涌電壓信號。綜合故障時傳感

5、器輸出信號波形特征及速度傳感器失效模式，分析為浪涌電壓施加瞬間，霍爾感應(yīng)芯片供電低于3.95v，欠壓鎖死，傳感器輸出信號表現(xiàn)為脈沖丟失。2.傳感器改進方式2.1電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化優(yōu)化速度傳感器電路，取消霍爾感應(yīng)芯片前端分壓電阻r11、r12。優(yōu)化后傳感器等效電路如圖3所示。2.2試驗驗證優(yōu)化后速度傳感器供電范圍可達6v30v，霍爾感應(yīng)芯片兩端的電壓為5.5v29.5v。優(yōu)化后速度傳感器進行性能及浪涌抗擾度、高低溫等試驗，傳感器各項指標達到初始技術(shù)要求。開展浪涌及低電源電壓復(fù)合試驗，傳感器線-地施加2kv浪涌電壓，電源電壓逐步降至6v時，傳感器輸出信號無丟失脈沖的現(xiàn)象，如圖4所示。3.結(jié)論（1）動車組在過分相時，傳感器在低電源供電時受浪涌沖擊的影響，導(dǎo)致霍爾感應(yīng)芯片供電不足失效，出現(xiàn)丟失脈沖現(xiàn)象，導(dǎo)致車輛誤報滑行。（2）取消霍爾感應(yīng)器件前端分壓電阻，可有效提高傳感器芯片的適應(yīng)能力，提高產(chǎn)品可靠性。（3）通過試驗驗證可知，改進速度傳感器與改進前的產(chǎn)品相比，可靠性得到提高，改進方法可行、有效，提高了動車組的可用性。參考文獻：1 董昱，史佳.基于lkj數(shù)據(jù)分析的機車速度傳感器智能故障診斷j.鐵道學(xué)報， 2015， 11： 7074.2 張明川.crh2型動車組牽引電機速度傳感器故障的