智能传感器及其在高速机车状态监测中的应用

　　高速铁路作为当今世界铁路高新技术的一项重大成就，以其安全性能好、旅行速度快、能源消耗低、环境污染低、经济效益好等不可比拟的优越性而成为 安全可靠的现代化交通工具，在许多国家得到迅猛发展并日益赢得人们的欢迎和赞赏。而对其车速、轴温、制动缸和列车管压力、车厢温度、列车供电以及其他有关 的辅助设备进行状态监测和故障诊断是保证列车高速安全运行的重要手段。不断发展的智能传感器技术、微型计算机技术、数字通信技术及信号处理技术为之提供了 坚实的技术支持。

　　传统的监测仪表以电信号的产生、传输、模拟处理和显示(包括指针指示和数字显示)为主来反映被测量的变化，存在着严重不足：结构尺寸大，传感器 与仪表之间连线多，中间环节多，系统结构复杂;输入—输出特性存在非线性，且随时间漂移，存在交叉灵敏度;信噪比低，传输的模拟信号易受外界噪声干扰，测 量结果的稳定性和可靠性差。而智能传感器赋予传感器与微处理器以智能相结合，兼有信号检测与信息处理的功能，它将检测到的信号经过变换处理后，以数字量形 式通过现场总线与高/上位机进行串行通讯，可以大大削减现场与高/上位机之间的一对一连接导线，简化整个系统的布线和设计，节约初期安装费用。该类传感器 具有高精度、高可靠性和稳定性、高信噪比和高分辨率及低的价格性能比等特点，在测量距离远、安装空间小、测点多的高速机车状态监测和过程控制中具有广阔的 应用前景。该文以DS1820型数字式温度传感器为例探讨智能传感器在高速机车轴温监测中的具体应用。

　　一、数字式温度传感器DS1820

　　125℃，精度0.5℃。传感器和上位机之间只须一根总线即可完成信息的读写，DS1820本身供电、数据的读写和温度变换所需功率均来自于该 总线，不需要额外的电源。每片DS1820均含有一个惟一的64位硅串行数，通过识别该码可以区分不同的传感器，因此可以在一根总线上挂接多个 DS1820，由上位机通过选择传感器和硅串行数对选定的传感器进行读、写、启动转换和设置报警参数等操作，从而在结构上大大简化系统设计和安装维护工 作。传感器的内部结构和外接引线如图1—1所示。

　　图1—1中，GND为地线，DQ为数据输入/输出管脚(单线接口，可作寄生供电)，VDD为电源电压。DS1820既可以寄生供电又可以外 部+5V供电。寄生供电时，当总线上是高电平时，传感器从总线上获得能量并储存在内部电容上;当总线上是低电平时，由内部电容向传感器供电。DS1820 由3个主要的数字元件组成：64位ROM;温度感应器;非易失性温度报警触发器TH和TL。64位ROM中前8位为传感器种类代码(DS1820均为 10H)，中间48位为每个传感器惟一的出厂序列编号，后8位为前56位的校验码。温度感应器负责将被测温度量转变为电量。TH、TL触发器用于存储用户 设定的温度报警上、下限TH、TL值。