阿尔斯通案例研究——在最恶劣条件下使用
传感器从ASC确保铁路运输安全和舒适
阿尔斯通是世界领先的轨道车辆制造商之一。此外，该公司还在德国萨尔茨基特的工厂对新列车的运行动力学和转向架强度进行了测试。电容式加速度传感器ASC GmbH是一家-全球领先的制造商-在测试期间提供关键的测量数据。
阿尔斯通在德国的工厂生产区域列车、有轨电车、快速交通列车、地下列车以及火车头。然而，在德国联邦铁路局(EBA)批准这些列车用于客运之前，这些列车必须在现实条件下通过一系列测试。
“我们进行运行测试和其他动态测试。这使我们能够验证火车在技术上不会脱轨。”
“技术上”在这里的意思是列车在没有外部影响的情况下不能脱轨或倾覆。除了火车的安全性，乘坐的舒适性也是最重要的。
ASC传感器精度高，工作稳定性好
Salzgitter的测试工程师按照EN14363(运行动力学)和EN13749(转向架强度)标准对轨道车辆进行测试。当这样做时，他们依赖于高精度传感器在测试期间记录的数据。ASC GmbH的电容式加速度传感器自2013年以来一直用于测试运行。在此之前，阿尔斯通使用的是竞争对手的传感器，但在该领域使用了5年后出现了缺陷。决定选择ASC作为新的供应商，不仅是因为传感器的高精度，还因为它们的高工作稳定性和抗冲击性——这确实是非常重要的标准。“在对轮副和转向架的测试中，会产生高达400g的冲击力，”工程师蒂姆·米查兹谈到当时的情况时说。这样的负载对ASC传感器是无害的，ASC传感器实际上能够承受高达6000克的冲击。
DAkkS校准是一个重要的优势
对阿尔斯通来说，还有另一个方面发挥了重要作用——ASC为其客户校准传感器，并已为此目的获得德国认证机构(DAkkS)的认证。“这是一个很好的匹配，因为我们也是通过DAkkS认证(按照DIN EN ISO/IEC 17025)作为阿尔斯通测试实验室，这意味着我们使用的传感器也必须满足这些条件，”Michatz说。
然而，要找到一个产品符合这些规格的制造商并不容易。“他们中的许多人不愿付出努力，也没有对传感器进行认证校准。有时，他们甚至根本不校准传感器。在这种情况下，客户必须自己做，这是一项非常费力的任务。”
列车在开放轨道上进行测试
阿尔斯通因此收到了ASC 44211型(单轴)和ASC 55211型(三轴)完全校准的传感器，它们由特殊的插头连接器制成，可以直接使用它们进行测量。与你所想的相反，他们对萨尔茨吉特的熟悉程度并不高。这样做的原因是适用的标准，其中规定测试必须在公共铁路网上进行。在这些测试运行中，阿尔斯通使用具有非常特殊特性的某些路段的铁路。
“在进行动态测试时，我们会穿过从纽伦堡到奥格斯堡的路段，以及特里尔附近的路段，因为那里的轨道圆弧半径很窄，所以我们可以轻松测试火车在弯道上的表现。”
在测试期间，这些路段被封锁，因为在测试运行期间，列车的速度比正常速度快10%，造成了碰撞的风险。
测量灵敏度高，频率范围宽
ASC通用系列电容式加速度传感器由于其高测量灵敏度和稳定性，非常适合阿尔斯通这样的测试设备。它们能够精确测量，甚至是轻微的线性加速度和低频动态加速度。此后，ASC在其产品系列中包括了后续生产线MF系列。这些中频加速度传感器还配备了从0到7 kHz(±3 dB)的大频率范围，这打开了广泛的应用，包括在汽车和风能领域。MF加速度传感器还具有差分输出，在较高的工作温度范围内可靠测量，并能够在非常低的电压下工作。
传感器不受环境影响
与传感器的高测量灵敏度同样重要的是其极端的坚固性，因为在测试运行期间，传感器暴露在雨、雪和雾中，并且必须在-20到+100°C的宽温度范围内完美运行。除了他们自己的外壳，电子产品没有进一步的保护，因为他们只是拧到磁性块，然后安装在阿尔斯通工程师测量的位置。这使得传感器坚固的结构成为一个很大的优势。ASC的传感器专家以这样一种方式设计他们的传感器，即使在这些苛刻的条件下，它们也能可靠和精确地工作。他们不仅额定防护等级IP67，他们也设计非常宽的温度范围从-40到+125°C。
持续使用6至8周
尽管阿尔斯通列车的运行动态只在少数几段轨道上进行了测试，但车辆的转向架强度测试的距离约为2000公里。“为了做到这一点，我们从鲁尔地区经过科隆到法兰克福，每站都停一站。”Michatz说。“在测试中，我们在每一种可能的运行情况下模拟正常列车运行。”虽然每次试车都以运行安全为首要考虑，但乘坐舒适度也被“放在了试车台上”。这已经用数值表示，在欧盟标准EN12299中规定并适用于整个欧洲。ASC 4421是用来测量列车平稳运行的，因为它也可以精确地测量轻微的线性加速度。
每辆列车都要进行测试，但每个系列只需要一辆列车进行全面运行动力学和转向架强度测试。这些列车在测试前两周就配备了传感器，然后运行六到八周。“在此期间，我们每天测量8到10小时低于15赫兹的低频，”Michatz说。传感器以500 Hz的频率被扫描，它们的信号被测量放大器记录下来。
ASC的转速传感器降低成本
为了进行测试运行，阿尔斯通需要测试区段的线路路由数据。这些是轨道的路线和位置的精确规格。以前，公司不得不每六个月从外部购买这些数据，因为它们会由于外部影响而不断发生轻微变化。为了节省资金，阿尔斯通希望将来自己收集数据。除了已经在使用的70个加速度传感器，ASC还订购了一个额外的转速传感器，很快将在测试运行期间安装在飞机上。测试结果将在萨尔茨吉特试验场进行分析。
五年后仍然非常稳定
然而，只有当传感器始终处于正常工作状态时，才会在测试过程中产生可用的数据。这就是ASC为客户提供校准服务的原因——包括其他制造商的传感器。阿尔斯通的传感器每两年重新校准一次，其值记录在“老化日志”中。即使在五年之后，传感器仍然非常稳定。
