一種鐵路線路沖擊狀況檢測系統的設計方案

引言

　　鐵路在經過一定時間的負載后，由于其結構剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等原因，往往會產生不同程度的彈性變形與幾何偏差。在鐵路線路實驗車上設計一套線路沖擊狀況檢測系統，可以檢測出鐵路的偏移與松動等情況，以對這些地方進行檢查與維修。這套系統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用廣泛的測量沖擊裝置，在航天、航空、常規武器、船舶、交通運輸、冶金、機械制造、化工、輕工、生物醫學工程、自動檢測與計量等領域得到越來越廣泛的應用。本文的鐵路線路沖擊狀況檢測系統就是基于雙軸加速度傳感器ADXL210進行設計的。本設計利用ADXL210進行沖擊測量，并將測量到的數據送到數據采集器。而系統數據采集器與上位機的通訊則利用PC機自帶的RS -232總線標準接口和AT89C52的串行口RXD、TXD來實現。

　　1 系統組成及工作原理

　　該檢測系統主要包括傳感器、數據采集器和上位機三個部分。其中傳感器采用雙軸加速度傳感器ADXL210，數據采集器采用8位單片機AT89C52，上位機采用工業控制計算機進行數據處理和顯示。ADXL210可將采集到的沖擊信號以及包含沖擊加速度信息的數字信號直接輸送到數據采集器AT89C52的計數器中。AT89C52接收到來自傳感器的信號后，可利用軟件分析計算出沖擊加速度的大小，并通過RS-232總線將其轉換成相應的信號輸出至上位機。

　　2 系統設計

　　2.1 ADXL210傳感器

　　傳感器模塊采用帶數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，并輸出循環數字信號，同時可與單片機直接接口，而且無須放大和A/D 轉換電路。

　　ADXL210的使用可以使系統設計大大簡化。

　　ADXL210是集雙軸加速度傳感器于一體的單片集成電路，可測量動態加速度和靜態加速度，而且只需調節外接電容就可方便地調整信號帶寬，同時只需調節外接電阻便可方便地調整數字信號的循環輸出周期。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的震動或沖擊。

　　ADXL210是一種帶兩坐標軸傳感器的加速度計，其內部結構框圖如圖1所示。

　　ADXL210內含2個傳感器和信號調節電路。

　　其X/Y軸向傳感器輸出信號經解調電路后可得到標準的電壓模擬信號，然后通過內部的32 kΩ電阻驅動占空比調制電路（DCM），其經DCM調制后，由Xout/Yout輸出與加速度成比例的循環數字信號，且其占空比T1/T2 （信號的脈寬與周期之比） 正比于加速度的大小。占空比信號的輸出端可直接與微處理器的計數器相連，無需A/D轉換或者邏輯電路。其周期T2可由RSET設置為0.5~10ms （T2=RSET/125MΩ），圖2所示是ADXL210的數字信號輸出波形。