列車的振動性能，包括舒適性、平穩性的檢測與評價是新型列車研究、檢驗過程中的一項重要工作。隨著我國鐵路新型高速列車研究、研制及實驗運行工作的大面積展開，十分需要一種方便、快捷的便攜式列車振動測試儀。

       國內有多家單位開展了研制工作，例如，北京化工大學開發的基于DSP的便攜式測振儀，河北工業大學研制的便攜式車輛振動測試分析系統，東北農業大學研制的便攜式測振儀等。這些專用儀器對常規速度列車的振動檢測是比較有效的，信號控制與數據采集也比較方便。但這些設計多采用有線傳輸方式，對于高速列車，檢測人員在密閉的車箱內，而振動檢測包括車體下方的轉向架、軸箱多處測點，車下到車上的電纜布線就成了很大的問題。而且，對已經投入運營的高速列車，檢測布線因為會嚴重影響車體的氣密性，所以幾乎是不可能的，即便可以也是非常不便的。

       北方交通大學機電學院研制的無線便攜式列車測振儀，雖采用了無線傳輸，但記錄的數據通過終IC卡下載至地面PC，由地面分析軟件對原始數據進行處理，無法實現實時監測。

       因此針對高速列車振動性能檢測的特點及要求，有必要將測振系統分為車內接收端+車下數據采集器兩部分，二者之間采用無線連接，解決布線難的問題。本文對測振儀關鍵技術進行了研究，研制了以DSP、藍牙、GPS為基礎的便攜式列車測振儀，介紹了在高速列車線路實驗中的試用情況。

       1 系統方案

       按照GB 5599-85，列車測振儀主要測試參數是車體、轉向架構架、軸箱的振動加速度以及車體和構架之間、構架和軸箱間的相對位移。

       列車測振儀分為傳感器、數據采集、數據發送、數據接收存儲4部分，該系統一方面是一個相對獨立的系統，它可以可通過藍牙模塊實現與PC／PDA的無線連接，進行信號的采集、處理、顯示提供了與PC之間進行有線數據通信的接口，在沒有藍牙設備的情況下，也可以把系統采集的原始數據送到微機進行二次處理，既實現硬件冗余性設計，又方便了系統調試。檢測參數振動加速度位移軸箱轉向架構架車體二系一系通道。

       此外系統還采用了GPS手持定位儀(如圖1)，獲取評價列車振動性能必需的運行速度信號。

       (1)不能犧牲數據采集的精度來換取便攜性；
       (2)數采盒在車底只能采用電池供電，因此系統功耗必須低；
       (3)系統要能適應復雜的實地檢測環境；
       (4)為確保數據有效傳輸，無線傳輸必須有強抗干擾能力；
       (5)無線傳輸速率要滿足系統基本要求。

       2系統實現

       2.1系統硬件

       在列車測振儀的數據采集過程中，不可避免地會有電氣化鐵路高壓電力線、動車大功率脈沖電壓和脈動電流對有用信號造成干擾。為了地抑制或消除混疊現象對動態測控系統數據采集的影響，需要設置抗混疊濾波器。 常用的模擬低通濾波器有3種：

       (1)巴特沃思濾波器：通帶平坦，相位特性；7階以上的截止特性和阻帶衰減率滿足本系統抗混疊濾波器要求。
       (2)切比雪夫濾波器：過渡帶陡，但通帶內有一定偏差，且相位特性差。
       (3)濾波器：通帶邊緣過渡帶陡，但相位特性也差。

       故本系統選用MAX7480作為抗混疊濾波器。MAX7480是低功耗8階巴特沃思低通濾波器，中心頻率1 Hz～2 kHz，單+5 V供電，工作電流2.9 mA。

       根據通道數及精度、輸入量程、轉換速率、功耗、工作電壓等指標我們選擇了ADS8381，18位500k逐次逼近(SAR)模數轉換器。其高動態范圍改善了數據采集系統的效能。ADS8381在前8位輸人范圍內的非線性小于+／-9.5×10-6，在頻率為500 kHz時功耗為100 mW。ADS8381使用一個單獨+5 V電源，溫度范圍為：-40℃到+85℃。

       TMS320F2812 DSP芯片為數據采集的核心，主頻150 MHz，可解決數據流量大、實時性高等問題。它一方面控制多種信號的采集、緩存以及處理，另一方面負責系統與PDA或PC之間的通信。數據采集器硬件電路主要包括：DSP小系統、外擴存儲器的接口、SCI串口通信。其系統原理框圖如圖2所示。

       列車測振儀借助藍牙通信相連進行無線連接。藍牙通信具有連線簡單，無須電平轉換；可組網，多機共享；傳輸速率高接口廣泛，和多數手持設備／筆記本電腦連接方便等特點。藍牙采用跳頻機制進行數據傳送，故能極大提高數據傳送的抗干擾性能。由表1，系統需要的理論帶寬為163.84 kbps。本設備無線傳輸速率可達400 kbps以上，充分保證了系統性能。視距傳輸可達100 m，完全能夠勝任大部分測試場合。

       2.3系統軟件

       根據總體方案設計，振列車測振儀軟件設計主要包括DSP數據采集發送程序設計、Notebook人機界面程序設計兩大部分。DSP采集加速度／位移信號，通過藍牙傳送到Notebook；Notebook接收、存儲所有傳送的數據，同時繪制變化曲線。根據上述要求我們設計的列車測振儀實物如圖3所示。

       (1)通過ADC模塊采集傳感器數據；
       (2)將采集數據進行打包；
       (3)查詢藍牙模塊狀態和寫數據。

       列車測振儀優于其他測振系統的地方不僅在于高精度、高速率、小體積、輕重量，還在于它有基于Notebook良好的人機界面(如圖4)。進一步我們擬采用帶藍牙的PDA／智能手機作為接收平臺。

       (1)接收、存儲所有列車測振儀發送的數據；
       (2)實時分析數據，計算、顯示、保存平穩性和舒適性指標；
       (3)動態繪制變化曲線。

       3列車測振儀試用情況

       在我國某高速列車實驗的振動參數測試中，對列車測振儀進行了試用，通過了280 km／h動車組實際運行檢驗。圖5為實驗中測得的部分數據，我們可以看出，運行中車體的橫垂向振動加速度均在0.1 g左右，而軸箱處則高達數10 g。

       4結 論

       以DSP、Notebook為基礎，綜合運用藍牙、GPS等技術的列車測振儀對于高速列車的振動性檢測具有可靠性。

       且本測振儀不僅能用于檢測列車振動性能，在接收端虛擬儀器進行外擴后能很方便的實現頻譜分析，故障診斷及其他振動測試 。