1 .一種地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試方法，所述低頻設(shè)備指最高工作頻率在10M以內(nèi)的設(shè)備，其特征在于，所述測(cè)試方法采用如下裝置實(shí)現(xiàn)；所述裝置包括天線和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括NI采集設(shè)備和上位機(jī)，所 述天線、NI采集設(shè)備和上位機(jī)依次連接，所述NI采集設(shè)備的前置阻抗為50歐姆，動(dòng)態(tài)范圍大于60dB；
所述測(cè)試方法通過所述裝置獲得輻射騷擾信號(hào)大小與時(shí)間的關(guān)系曲線，還同時(shí)在同一時(shí)鐘頻率下收集列車的速率信號(hào)和入線電流，然后通過絕對(duì)時(shí)間軸下的速率和入線電流，判斷行車工況及所測(cè)低頻磁場(chǎng)與列車工況的聯(lián)系，再根據(jù)列車的主要干擾源產(chǎn)生系統(tǒng)對(duì)外輻射情況與行車工況的聯(lián)系，輔助對(duì)干擾溯源。
2 .權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述NI采集設(shè)備為NI采集卡，其插裝在所述上 位機(jī)的卡槽中。
3 .權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，列車的所述速率信號(hào)和入線電流，通過所述裝 置采集得到。
4 .權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，列車的所述速率信號(hào)和入線電流，由列車的行 車數(shù)據(jù)得到。
5 .權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，列車的所述速率信號(hào)和入線電流與行車工況之 間存在如下關(guān)系：
速率增加，入線電流正值，行車工況為加速；
速率穩(wěn)定，入線電流穩(wěn)定正值，行車工況為勻速；?
速率緩慢減小，入線電流穩(wěn)定，行車工況為惰行；?
速率減小，入線電流負(fù)值，行車工況為制動(dòng)。
6 .權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述裝置工作在后期處理模式，或所述裝置配 置有不同的工作模式，其中包括后期處理模式，在后期處理模式中，測(cè)試時(shí)，所述裝置僅對(duì) 其實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。
7 .權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試方法通過如下處理流程，將獲得的輻 射騷擾信號(hào)、列車的速率和入線電流統(tǒng)一在絕對(duì)時(shí)間軸下：
1）選擇所述關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)范圍；
2）對(duì)選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換和峰值保持處理；
3）根據(jù)待測(cè)設(shè)備工作頻段對(duì)步驟2）數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；
4）將時(shí)間數(shù)據(jù)插入步驟3）所得到的二維頻譜圖，得到一張涉及時(shí)間、頻率和信號(hào)幅值 的三維頻譜圖；
5）將獲取的列車的速率信號(hào)和入線電流數(shù)據(jù)，通過對(duì)齊時(shí)間軸的方式插入所述三維頻 譜圖。
地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試裝置及方法? ? ? ? ?
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]? ??本發(fā)明涉及軌道交通EMI測(cè)試和驗(yàn)證領(lǐng)域，具體涉及地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備 工作環(huán)境符合性測(cè)試裝置及方法。
背景技術(shù)
[0002]? ??截止2019年年底，中國內(nèi)地已有40個(gè)城市開通軌道交通，運(yùn)營線路總長度6882 .13??公里。Balise應(yīng)答器作為地面向列車傳輸信息的點(diǎn)式設(shè)備，能向車載子系統(tǒng)發(fā)送報(bào)文信息， 既可以傳送固定信息，也可連接軌旁單元傳送可變信息，是維持列車安全運(yùn)行的重要手段。
[0003]? ??應(yīng)答器傳輸模塊 (Balise??Transmission??Module,BTM) 作為列車自動(dòng)保護(hù) (Automatic Train Protection ,ATP)設(shè)備的重要組成部分 ,在列車實(shí)際運(yùn)行過程中 ,因其 處于一個(gè)復(fù)雜的電磁環(huán)境 ,可能會(huì)在車地通信時(shí)受到電磁干擾發(fā)生通信故障 ,從而引起ATP 系統(tǒng)故障報(bào)警。
[0004]? ? ?因此，應(yīng)答器的電磁兼容抗干擾水平是當(dāng)下的重要議題。ERTMS/ETCS下的技術(shù)資 料Test Specification for Eurobalise FFFIS(REF:SUBSET-085)和(REF:SUBSET-036)中 提出了應(yīng)答器系統(tǒng)的電磁兼容性要求。所以，測(cè)量運(yùn)行中列車對(duì)應(yīng)答器的電磁干擾強(qiáng)度，即 可預(yù)判該應(yīng)答器是否能在該列車環(huán)境下正常工作。
[0005]? ??應(yīng)答器系統(tǒng)要求車輛在頻率范圍為3 .5MHz～5MHz的輻射一般不得超過47dBuA/m。 目前主流機(jī)構(gòu)的測(cè)試方法如圖1所示。移除BTM天線，在原位置安裝MFP loop天線，接收機(jī)通??過射頻線纜采集MFP loop天線的輸出，獲取最大輸出值，以此判斷列車對(duì)BTM天線的輻射干??擾強(qiáng)度。
[0006]? ??上述方法存在如下缺點(diǎn)：
[0007]? ??1、裝置成本高。一臺(tái)接收機(jī)價(jià)值超過60萬元，而且還需額外配備相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化軟 件，都造成測(cè)試成本增加。另外，上述測(cè)試在運(yùn)行中的列車上進(jìn)行，搬運(yùn)及測(cè)試過程中，設(shè)備 損傷風(fēng)險(xiǎn)不可避免，這無疑又進(jìn)一步增加了企業(yè)負(fù)擔(dān)。
[0008]? ??2、接收機(jī)只能記錄單通道信號(hào)，無擴(kuò)展能力。
[0009]? ??3、接收機(jī)只能記錄時(shí)段最大值，不能結(jié)合行車速度等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，不利 于干擾工況溯源和進(jìn)行進(jìn)一步的整改分析。
[0010]? ??4、上述接收機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試軟件，對(duì)測(cè)試人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求較高，需要一定的 測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。且標(biāo)準(zhǔn)化軟件沒有結(jié)合實(shí)際工況進(jìn)行優(yōu)化，測(cè)試周期無法壓縮，試驗(yàn)場(chǎng)地承租費(fèi) 用昂貴，達(dá)15萬/6-8小時(shí)，較長的測(cè)試周期造成企業(yè)較大的場(chǎng)地承租費(fèi)用開支。
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發(fā)明內(nèi)容
[0011]? ??本發(fā)明的目的在于，提供一種能降低地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性 測(cè)試的成本的裝置及方法。
[0012]? ??本發(fā)明裝置方案如下：一種地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試裝置，所述低頻設(shè)備指最高工作頻率在10M以內(nèi)的設(shè)備，所述裝置包括天線和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括NI采集設(shè)備和上位機(jī)，所述天線、NI (National Instruments)采集設(shè)備和上位機(jī)依次連接，所述NI采集設(shè)備的前置阻抗為50歐姆，動(dòng)態(tài)范??
圍大于60dB。
[0013]? ??所述NI采集設(shè)備為NI采集卡，其插裝在所述上位機(jī)的卡槽中。
[0014]? ??采集天線的輸出采用接收機(jī)，在本領(lǐng)域已經(jīng)成為一種約定俗成的搭配方案。NI采 集卡又叫示波器采集卡，是一種數(shù)字示波器。在本發(fā)明之前，相關(guān)測(cè)試不應(yīng)用示波器原因如 下：
[0015]? ??1、一般示波器測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于接收機(jī)；
[0016]? ??2、一般示波器的可測(cè)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于接收機(jī)。
[0017]? ??另外，由于示波器與接收機(jī)采集原理等方面的不同，也沒人想過用示波器替代接 收機(jī)。
[0018]? ??本發(fā)明實(shí)質(zhì)是發(fā)現(xiàn)了示波器在地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試 時(shí)，取代傳統(tǒng)接收機(jī)的一種可能性，從而推出這種針對(duì)特定工況的測(cè)試裝置，不僅能同樣符 合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，而且能極大程度的降低該測(cè)試的裝置成本，使裝置成本總體只有原 先的六分之一到八分之一。另外，本發(fā)明這種新的測(cè)試裝置還具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，其數(shù)字 濾波器持續(xù)采集，獲得的數(shù)據(jù)是輻射騷擾信號(hào)大小與時(shí)間的關(guān)系曲線，而且支持多通道采 集，在同一時(shí)鐘頻率下可同時(shí)采集多路信號(hào)，借助上位機(jī)程序植入的便利性，可方便的開展 輻射與行車工況等的關(guān)聯(lián)分析，有利于溯源低頻輻射干擾來源，達(dá)到診斷目的。
[0019]? ??本發(fā)明方法方案如下：一種地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試方 法，其特征在于，其采用上述裝置完成測(cè)試。
[0020]? ??利用上述裝置完成測(cè)試時(shí)，獲得的數(shù)據(jù)是輻射騷擾信號(hào)大小與時(shí)間的關(guān)系曲線， 作為進(jìn)一步方案，所述方法進(jìn)一步收集列車的速率信號(hào)和入線電流，以便分析行車工況。
[0021]? ??列車的所述速率信號(hào)和入線電流，通過所述裝置采集得到。
[0022]? ??列車的所述速率信號(hào)和入線電流，由列車的行車數(shù)據(jù)得到，如此可避免在安裝速 度和電流傳感器上的耗時(shí)。
[0023]? ??列車的所述速率信號(hào)和入線電流與行車工況之間存在如下關(guān)系：
[0024]
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[0025]? ??所述裝置工作在后期處理模式，或所述裝置配置有不同的工作模式，其中包括后 期處理模式，在后期處理模式中，測(cè)試時(shí)，所述裝置僅對(duì)其實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。
[0026]? ??所述方法還包括對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理的流程，該流程包括如下步驟：
[0027]? ??5)選擇數(shù)據(jù)范圍；
[0028]? ??6)對(duì)選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換和峰值保持處理；
[0029]? ??7)根據(jù)待測(cè)設(shè)備工作頻段對(duì)步驟2)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；? ??
[0030]? ??8)將時(shí)間數(shù)據(jù)插入步驟3)所得到的二維頻譜圖，得到一張涉及時(shí)間、頻率和信號(hào) 幅值的三維頻譜圖。
[0031]? ??所述流程還包括：
[0032]? ??將獲取的列車的速率信號(hào)和入線電流等數(shù)據(jù)，通過對(duì)齊時(shí)間軸的方式插入所述三 維頻譜圖。
[0033]? ??有益效果：
[0034]? ??1)相比于采用接收機(jī)和天線進(jìn)行設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試而言，采用本發(fā)明裝 置，能極大的降低裝置成本；
[0035]? ??2)本發(fā)明裝置可擴(kuò)展性強(qiáng)；
[0036]? ??3)本發(fā)明方法獲取的數(shù)據(jù)能反映列車磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度隨時(shí)間的變化情況，使擴(kuò)展其 他參數(shù)，進(jìn)行深入分析成為可能；
[0037]? ??4)本發(fā)明方法通過對(duì)列車速率和入線電流的采集，分析列車車況，并建立列車車 況與磁場(chǎng)干擾強(qiáng)度的聯(lián)系，有利于溯源低頻輻射干擾來源，達(dá)到診斷目的。
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附圖說明
[0038]? ??圖1為主流測(cè)試方法的原理示意圖；
[0039]? ??圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的測(cè)試方法的原理示意圖；
[0040]? ??圖3為數(shù)字示波器NI PXI 5105參數(shù)圖；
[0041]? ??圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例的測(cè)試方法的后期處理流程的流程示意圖。
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具體實(shí)施方式
[0042]? ??下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。下面實(shí)施例涉及一種地 鐵車輛應(yīng)答器工作環(huán)境符合性測(cè)試裝置，如圖2所示，該裝置包括天線、NI采集設(shè)備和上位 機(jī)，天線、NI采集設(shè)備和上位機(jī)依次連接。
[0043]? ??天線采用MFP loop天線。
[0044]? ??NI采集設(shè)備為NI采集卡，其插裝在上位機(jī)的卡槽中。
[0045]? ??上位機(jī)采用筆記本電腦。
[0046]? ??本實(shí)施例采用的NI采集卡型號(hào)為NI??PXI??5105，它是一種數(shù)字示波器。它的前置阻 抗為50歐姆，與接收機(jī)相同，這對(duì)本發(fā)明方案而言，是非常必要的。
[0047]? ??這種帶有前置抗混疊濾波器的采集卡的參數(shù)如圖3所示。此采集卡在使用50歐姆 前置阻抗的情況下的動(dòng)態(tài)范圍為72dBc，高于CISPR 16-1-1標(biāo)準(zhǔn)中最小范圍60dB的要求，也 接近于R&S ESR系列接收機(jī)75dB的范圍，表明該采集卡測(cè)量精度能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0048]? ??根據(jù)奈奎斯特采樣定理，在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率大于信 號(hào)中最高頻率的2倍時(shí)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)能完整地保留原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng) 用中，采樣頻率為信號(hào)最高頻率的2 .56～4倍為佳。可見，對(duì)于最高頻率在4-6MHz(地鐵車輛 應(yīng)答器的工作頻率一般小于5MHz)的待測(cè)信號(hào)，NI PXI 5105采集卡60Ms/s的采樣速率完成 可以滿足信號(hào)的完整記錄。
[0049]? ??由上可見，上述采集卡能滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)應(yīng)用于上述測(cè)試的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的要求。? ??
[0050]? ??在采用接收機(jī)采集天線的輸出的傳統(tǒng)模式下，本實(shí)施例實(shí)質(zhì)是發(fā)現(xiàn)了示波器在地 鐵車輛應(yīng)答器這類低頻設(shè)備(通常而言，最高工作頻率應(yīng)在10M以內(nèi)，否則，示波器成本將升 高，會(huì)逐漸失去用其取代接收機(jī)的意義)工作環(huán)境符合性測(cè)試時(shí)的一種應(yīng)用，尋求以低成本 的這種示波器，取代傳統(tǒng)接收機(jī)的一種可能性。本實(shí)施例推出的這種針對(duì)特定工況的測(cè)試 裝置，在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求的同時(shí)，能極大程度降低裝置成本，裝置成本只有接收機(jī)的 六分之一到八分之一。
[0051]? ??除此之外，采用本實(shí)施例裝置取代接收機(jī)，還能帶來一些附加好處：
[0052]? ??本實(shí)施例裝置采用數(shù)字濾波器持續(xù)采集方式，最終獲得的數(shù)據(jù)是輻射騷擾信號(hào)大 小與時(shí)間的關(guān)系曲線，而且支持多通道采集，在同一時(shí)鐘頻率下可同時(shí)采集多路信號(hào)，借助 上位機(jī)程序植入的便利性，可方便的開展輻射與行車工況等的分析，有利于溯源低頻輻射 干擾來源，達(dá)到診斷目的。
[0053]? ??總之，本實(shí)施例裝置相比于接收機(jī)，不僅裝置成本低，而且裝置的可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0054]? ??另外，本實(shí)施例裝置還具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，對(duì)測(cè)試人員經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求較低，沒 有測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的新人，也可以快速上手。
[0055]? ??利用上述裝置進(jìn)行地鐵車輛應(yīng)答器等低頻設(shè)備工作環(huán)境符合性測(cè)試，方法介紹如 下：
[0056]? ??移除BTM天線，并在原位置安裝MFP??loop天線，連接MFP??loop天線與NI采集卡，并 將NI采集卡插裝在上位機(jī)的卡槽中。
[0057]? ??通過上位機(jī)控制NI采集卡的采樣速率和采樣時(shí)間等，獲得輻射騷擾信號(hào)大小與時(shí) 間的關(guān)系曲線。這種可反映測(cè)試過程中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化的記錄，相比于接收機(jī)獲得的區(qū)段最 大值，具有更好的應(yīng)用價(jià)值。
[0058]? ??NI采集卡具有8個(gè)通道，同一時(shí)鐘頻率下可同時(shí)采集多路信號(hào)。比如通過連接速度??傳感器可加入列車的速率信號(hào)，也可以通過在列車進(jìn)線處加裝電流鉗增加入線電流信號(hào)。 通過絕對(duì)時(shí)間軸下的速率和入線電流，可判斷行車工況，評(píng)估所測(cè)低頻磁場(chǎng)與列車工況的??聯(lián)系，便于找出最大發(fā)射工況，以便溯源低頻輻射干擾來源，達(dá)到診斷目的。
[0059]? ??此外，由于實(shí)際測(cè)試過程中時(shí)間緊迫，安裝速率和電流電壓傳感器工序復(fù)雜耗時(shí)， 可以讓列車生產(chǎn)方或運(yùn)營方導(dǎo)出測(cè)試過程中的行車數(shù)據(jù)，在比對(duì)絕對(duì)時(shí)間軸后，依據(jù)時(shí)間??軸，將所述速率和入線電流信息導(dǎo)入到獲得的頻譜圖中。
[0060]? ??入線電流電壓以及車速和行車工況的關(guān)系
[0061]? ??現(xiàn)代地鐵列車一般有四種基本行車工況。入線電壓基本維持在額定范圍。入線電??流在保障輔助設(shè)備持續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，隨著牽引電機(jī)的功率而呈現(xiàn)比例關(guān)系。如表1所示， 列車啟動(dòng)過程中，伴隨著牽引功率的增加和入線電流的增大，列車持續(xù)加速。一段加速時(shí)間??后，進(jìn)入電流穩(wěn)定輸入和牽引持續(xù)輸出的工況。列車員停止加速后，列車進(jìn)入惰行區(qū)間，此??時(shí)牽引電機(jī)停止工作，入線電流僅為輔助設(shè)備所需電流，行車速度會(huì)緩慢減小。隨著列車員??進(jìn)行制動(dòng)減速操作，列車啟動(dòng)常用電制動(dòng)程序。牽引電機(jī)變?yōu)槟芰炕厥盏陌l(fā)電機(jī)，提供制動(dòng)??反向阻力。同時(shí)電流反向輸出給供電網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行能量回收，入線口電壓會(huì)有所增加。
[0062]? ??表1
?[0064] ? ?
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[0065]? ??列車上的主要電力設(shè)備和干擾源有如下所示：
[0066]? ??電制動(dòng)系統(tǒng)；
[0067]? ??牽引系統(tǒng)(高速斷路器、牽引逆變器、牽引電機(jī)和電抗器)；
[0068]? ??輔助電源系統(tǒng)(濾波電抗器、輔助逆變器和充電機(jī))；
[0069]? ??空調(diào)系統(tǒng)；
[0070]? ??軌道信號(hào)系統(tǒng)；
[0071]? ??門禁系統(tǒng)和乘客信息交互系統(tǒng)。
[0072]? ??上述系統(tǒng)特別是牽引系統(tǒng)對(duì)外輻射情況是與行車工況息息相關(guān)的。所以，聯(lián)系行 車工況，有利于對(duì)干擾的溯源，可大大提高列車低頻輻射診斷的效率。如在低頻輻射超標(biāo)的 情況下，可通過通斷各個(gè)列車子系統(tǒng)，進(jìn)行特性工況測(cè)試，從而快速找出發(fā)射源，從而更為 有的放矢的實(shí)施下一步的整改工作。
[0073]? ??在上位機(jī)端，數(shù)據(jù)可以一邊記錄一邊分析結(jié)果，也可以先保存原始數(shù)據(jù)，后期再進(jìn) 行分析，以節(jié)省測(cè)試時(shí)間。兩種方式的轉(zhuǎn)換，用戶可通過上位機(jī)進(jìn)行選擇。
[0074]? ??經(jīng)過采集的數(shù)據(jù)，以TDMS文件形式存儲(chǔ)在筆記本電腦上，保存的TDMS文件是具有 時(shí)間刻度的連續(xù)時(shí)域信號(hào)。通常情況下，該數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)采集后，同時(shí)在上位機(jī)端進(jìn)行FFT變 換和峰值保持處理，得到一張二維頻譜圖。
[0075]? ??也可以在用戶選擇后，在測(cè)試過程中，僅采集和保存數(shù)據(jù)(以TDMS文件形式存儲(chǔ))， 在后期再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)的后期處理流程如圖4所示。
[0076]? ??1)設(shè)置時(shí)域數(shù)據(jù)起始點(diǎn)，以過濾掉前期不符合測(cè)試工況的數(shù)據(jù)；
[0077]? ??2)進(jìn)行FFT變換和峰值保持處理；
[0078]? ??3)進(jìn)行濾波，僅保存監(jiān)測(cè)頻段內(nèi)的數(shù)據(jù)；
[0079]? ??4)將時(shí)間數(shù)據(jù)插入步驟3)所得的二維頻譜圖中，得到一張涉及時(shí)間、頻率和信號(hào) 幅值的三維頻譜圖；
[0080]? ??5)將采集的速率、入線電流等數(shù)據(jù)，通過對(duì)齊時(shí)間軸的方式，插入所述三維頻譜圖 中。
? ?圖1
? ? ? ? ?? ?
? ? ? ? ?? ?圖2
? ?? ? ? ? ?圖3
? ? ?? ? ? ? ?? ?圖4
