一种动车组速度传感器失效模式研究

1、    一种动车组速度传感器失效模式研究    赖天伦摘 要：本文对动车组牵引速度传感器进行失效分析，确定传感器低电源电压时浪涌冲击的影响易出现丢失脉冲现象，并通过可靠性试验验证改进方法的可行性和有效性。關键词：速度传感器;脉冲丢失;失效为保证车辆安全运行，动车组设置了大量的传感器。某型动车组牵引电机非传动端设置有两个速度传感器，分别为牵引变流器及制动控制装置提供速度信号。本文针对动车组牵引速度传感器输出信号脉冲异常丢失进行研究，以提高速度传感器的可靠性。1.速度传感器原理及失效分析1.1传感器原理分析某型速度传感器电路由电源处理电路、信号处理电路、霍尔

2、集成芯片组成，等效电路如图1所示。电源处理电路由瞬间抑制二极管 、防反接二极管、储能电容、滤波电容和分压电阻组成。信号处理电路采用运放芯片构成迟滞比较器，运放芯片自身集成推挽输出电路，并在输出端口增加浪涌保护和短路保护电路，提高其抗干扰能力。霍尔集成芯片感应测试齿轮旋转时所产生的磁场变化，并输出调理后的方波信号。霍尔感应芯片封装在探头内部。速度传感器设计工作电压范围为8v36v。霍尔感应芯片的工作电压范围为4v30v，为保证霍尔感应芯片在传感器工作电压范围内正常工作，采用分压电阻r11、r12分压。当霍尔感应芯片供电低于3.95v时，出现欠压锁死状态，如图1。1.2速度传感器失效模式分析速度传

3、感器故障失效模式主要有探头损伤、电源中断、引脚焊接松脱、击穿短路、感应元件或连接导线虚焊/脱焊;电路板保护器件短路或断路、元器件供电中断、电器回路绝缘击穿、元器件虚焊/脱焊、电源不稳定、保护上位机供电电压低、元器件损伤、电磁干扰;电缆及组件电缆断线、电缆芯线绝缘破损、信号传输链中的连接端子或焊盘松动、脱落。针对上述故障失效模式均可通过以下试验进行验证：基本性能测试、绝缘耐压试验、高温试验、低温试验、快速温变试验、温度+振动复合试验、静电放电抗扰度试验、电快速脉冲群抗扰度试验、浪涌抗扰度试验。1.3过分相时刻输出脉冲丢失原因分析动车组在运行过程中多次记录滑行。通过车载记录数据分析，滑行现象均出现

4、在过分相时刻，如图2所示。故障时刻处于b3、b4级位。制动控制装置记录信息，发现故障点的前一个和后一个记录周期（40ms）速度均正常，滑行时单轴速度比正常速度约低3km/h。通过车载数据分析表明，故障时刻满足车辆滑行判据：制动级位在1级6级时，减速度大于10km/h/s且速度差大于3km/h。故障复现试验通过在传感器线-地施加浪涌电压，同时逐步降低传感器供电电压方式进行。在传感器线-地施加2kv浪涌电压，电源电压降至6.5v时，传感器偶发性出现输出信号丢失脉冲的现象，且脉冲丢失呈持续低电平状态，如图2所示。注：蓝色为传感器输出信号，绿色为霍尔感应芯片电压信号，粉色为浪涌电压信号。综合故障时传感

5、器输出信号波形特征及速度传感器失效模式，分析为浪涌电压施加瞬间，霍尔感应芯片供电低于3.95v，欠压锁死，传感器输出信号表现为脉冲丢失。2.传感器改进方式2.1电路结构优化优化速度传感器电路，取消霍尔感应芯片前端分压电阻r11、r12。优化后传感器等效电路如图3所示。2.2试验验证优化后速度传感器供电范围可达6v30v，霍尔感应芯片两端的电压为5.5v29.5v。优化后速度传感器进行性能及浪涌抗扰度、高低温等试验，传感器各项指标达到初始技术要求。开展浪涌及低电源电压复合试验，传感器线-地施加2kv浪涌电压，电源电压逐步降至6v时，传感器输出信号无丢失脉冲的现象，如图4所示。3.结论（1）动车组在过分相时，传感器在低电源供电时受浪涌冲击的影响，导致霍尔感应芯片供电不足失效，出现丢失脉冲现象，导致车辆误报滑行。（2）取消霍尔感应器件前端分压电阻，可有效提高传感器芯片的适应能力，提高产品可靠性。（3）通过试验验证可知，改进速度传感器与改进前的产品相比，可靠性得到提高，改进方法可行、有效，提高了动车组的可用性。参考文献：1 董昱，史佳.基于lkj数据分析的机车速度传感器智能故障诊断j.铁道学报， 2015， 11： 7074.2 张明川.crh2型动车组牵引电机速度传感器故障的