結冰傳感器基本特性分析
為驗證動車組列車結冰狀態傳感器的單純積水及結冰效果,進行傳感器基本特性試驗。傳感器基本特性試驗不僅驗證傳感器對單純結冰和水的測量能力,而且為建立噴灑防冰液條件下的結冰狀態判斷準則提供依據。
動車組列車結冰狀態傳感器試驗布局圖4。將傳感器及數字顯微攝像頭置于常溫環境中,對傳感器分多次進行緩慢加水。此時傳感器敏感表面為水層,通過計算機采集傳感器的輸出電壓和頻率信號,并通過數字顯微攝像頭測量水層的厚度。清除水層,然后降低高低溫箱內溫度至-20℃,再次對傳感器分多次進行緩慢加水。
此時傳感器敏感表面為冰層,通過計算機采集傳感器的輸出電壓和頻率信號并按照對應關系計算冰層厚度,繪制傳感器輸出信號與水和冰的厚度之間的關系曲線,并通過數字顯微攝像頭驗證冰層的厚度。本試驗中主要采集的傳感器信號為諧振頻率和反饋電壓,其試驗曲線可以驗證傳感器對單純結冰和水的測量能力。
結冰傳感器反饋電壓曲線仿真曲線及試驗曲線見圖7。圖中反映傳感器反饋電壓隨負載厚度變化的特性,當負載為水時,因為水層不具有剛度,對振動的阻尼可以忽略不計,所以積水電壓曲線基本維持在初始電壓值附近,電壓變化值為0.1 V。當負載為冰時,因為冰層對振動的阻尼影響較大,所以隨著冰層的厚度從0 mm增長到1 mm,其反饋電壓從3.2 V下降到1.4 V。隨著冰層厚度增長到2 mm,反饋電壓從1.4 V下降到1.2 V。之后冰層繼續增長,而反饋電壓基本無變化。
這主要是因為1.2 V為反饋電壓檢測電路的Z小輸出值,反饋電壓降至1.2 V附近時振動已十分微弱。傳感器基本特性試驗不僅直接驗證了其對單純結冰和積水的測量能力,還說明了反饋電壓可用于判斷傳感器表面的狀態,為后續防冰液試驗提供依據。
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