“十一五”期間全路節(jié)能 總體目標(biāo)是鐵路單位運(yùn)輸收入能耗 比“十五”期末降低20% ,節(jié)能管理 邁上新臺階。機(jī)車燃油消耗是機(jī)務(wù) 段成本支出的重頭，約占運(yùn)營成本 的70%左右,各段在燃油管理方面 一直在不斷改進(jìn)管理措施,從燃油 的“儲、發(fā)、領(lǐng)、用”等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。 在“用”的環(huán)節(jié)上，對運(yùn)用中機(jī)車燃 油位置的測量是燃油管理的基礎(chǔ)。在對液位高度測量的方法中， 有20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的液位計(jì)量 法、20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的壓力和差壓變送器測量 法以及由這兩種方法相結(jié)合的混合測量法等。這 些測量方法不但投入設(shè)備資金較大,而且很難與運(yùn) 行中的機(jī)車相適應(yīng)。隨著磁致伸縮技術(shù)在傳感器 上的應(yīng)用與發(fā)展，因其具有高精度、耐腐蝕、抗振動(dòng) 等特點(diǎn)，為機(jī)車燃油的監(jiān)測提供了*的手段。
2磁致伸縮液位傳感器的工作原理
磁致伸縮是指一些金屬（如鐵或鐐）在磁場作 用下具有的伸縮能力。磁致伸縮量是非常微小的, 一般的鐐鐵合金是30 ppmo現(xiàn)在科學(xué)界已設(shè)計(jì)出 更新的物質(zhì),將磁致伸縮量提升至1 500 ppm以上。 磁致伸縮液位傳感器由外管、波導(dǎo)絲、電子部分、阻 尼單元和可移動(dòng)磁鐵5個(gè)主要部分組成（見圖 Do外管部分是耐腐蝕、耐工業(yè)惡劣環(huán)境的產(chǎn)品材 料;波導(dǎo)絲是磁致伸縮性材料；電子部分產(chǎn)生電流 脈沖信號和接收應(yīng)變脈沖;阻尼單元?jiǎng)t是抑制底端 機(jī)械振動(dòng)和雜波。
磁致伸縮的原理并不復(fù)雜，它利用兩個(gè)不同的 磁場相交時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)應(yīng)變脈沖信號，然后計(jì)算出 這個(gè)信號被探測所需的時(shí)間周期,從而換算出準(zhǔn)確 的位置。這兩個(gè)磁場一個(gè)來自活動(dòng)磁鐵，另一個(gè)則 來自由傳感器的電子部件產(chǎn)生的電流脈沖。這個(gè) 被稱為“詢問信號”的脈沖沿著傳感器內(nèi)磁致伸縮 材料制造的波導(dǎo)絲以聲音的速度運(yùn)行。當(dāng)兩個(gè)磁 場相交時(shí)，波導(dǎo)絲發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象，產(chǎn)生一個(gè)應(yīng) 變脈沖。這個(gè)被稱為“返回信號”的脈沖很快便被 感測電路探測到。從產(chǎn)生詢問信號到返回信號被 探測到所需的時(shí)間周期乘以固定的聲音速度，便能 準(zhǔn)確地計(jì)算出磁鐵的位置變化。這個(gè)過程是連續(xù) 不斷的，所以每當(dāng)活動(dòng)磁鐵被帶動(dòng)時(shí)，新的位置很 快就會被感測出來。由于輸出信號是一個(gè)真正的 值，而不是比例的或需要再放大處理的信號， 所以不存在信號漂移或變值的情況，更不必像其他 類型位移傳感器一樣需要定期重新標(biāo)定。
磁致伸縮液位傳感器是將磁鐵固 定于浮子中，液面的移動(dòng)引起浮子的移動(dòng)。
3磁致伸縮液位傳感器在機(jī)車上的安裝
為克服機(jī)車在運(yùn)行中燃油波動(dòng)而造成的測量 誤差，傳感器在安裝時(shí)選擇了燃油箱頂部的中間位 置，如圖3所示。以DF4型機(jī)車為例，考慮到機(jī)車 運(yùn)行中的安全性,安裝傳感器時(shí)，從燃油箱頂部的 人孔蓋處“并列內(nèi)置”兩個(gè)傳感器。傳感器上部與 人孔蓋相連接,下部直接與燃油箱底部相接觸，有 效地防止了因機(jī)車晃動(dòng)而產(chǎn)生的傳感器振動(dòng)。采 用“內(nèi)置”方式安裝，較原設(shè)計(jì)時(shí)擬釆用的從燃油箱 油表處“側(cè)掛”方式安裝，既消除了機(jī)車運(yùn)行中對走 行部安全帶來的不利因素，更重要的是避免了油箱 與傳感器之間由于油位涌動(dòng)引起瞬時(shí)真空造成的 壓力差，測量效果大大提高。“并列內(nèi)置”兩個(gè)相同 的傳感器,其中任何一個(gè)做為備份使用，正常情況 下數(shù)據(jù)采用兩個(gè)傳感器的平均值。當(dāng)一個(gè)傳感器 發(fā)生故障時(shí)，由于兩個(gè)傳感器園處于油箱的中間位 置,另一個(gè)傳感器仍可正常工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可 靠性。
4液位傳感器測量數(shù)據(jù)的處理方法
4.1基本數(shù)據(jù)的測量
根據(jù)現(xiàn)場安裝環(huán) 境需要，烏的長度可變。液位測量是由磁致伸縮液位傳感器給出的脈 寬周期信號經(jīng)過計(jì)算得到。如圖5所示,其中,1為 激勵(lì)脈沖,2為液體液面浮子返回脈沖。令脈沖沿波導(dǎo)管傳播的速度為公,計(jì)數(shù)脈沖的 脈寬為匸。激勵(lì)脈沖與液面浮子返回脈沖之間計(jì) 數(shù)脈寬個(gè)數(shù)為0,對應(yīng)的長度為烏:
4.2測量數(shù)據(jù)的濾波處理
為消除機(jī)車運(yùn)行中因油箱內(nèi)油位的波動(dòng)造成 的測量誤差，對基本數(shù)據(jù)采取了“滾動(dòng)濾波”的方 法。在油箱內(nèi)對稱裝入了兩個(gè)傳感器，對其分別采 集液位數(shù)據(jù)，并保存最近31次的采集數(shù)據(jù)，分別進(jìn) 行滾動(dòng)濾波。其具體方法如下。
設(shè)31次的數(shù)據(jù)按時(shí)間先后順序存儲在數(shù)組x [0"?30] ： *[O]"?x[3O],每新采集一次數(shù)據(jù)，按堆棧 方式將前一個(gè)數(shù)據(jù)去掉，然后將后30個(gè)數(shù)據(jù)前移， 新數(shù)據(jù)放在虹30]中。引入新的數(shù)組y[O-3O] = x [0-30],按冒泡方法對這31個(gè)數(shù)據(jù)按從小到大進(jìn) 行排序。設(shè)排完序的新數(shù)組為z[0“?30],取中間
11個(gè)數(shù)，即z [ 10…20],求其平均，即 S'0 z[i]/ll ,就是傳感器測得的液面高度。I = 10若設(shè)兩個(gè)傳感器一次計(jì)算得到的兩個(gè)液面高 度分別為Z1 =虹20孫[門/11和Z2 =I = 10S20 ,宀["/11測將兩個(gè)液面高度進(jìn)行平均處 I = 10理，即（Z1 + Z2 ）/2,這個(gè)值就是所求液面高度。由于原始數(shù)據(jù)中存有歷史數(shù)據(jù),并且總是讓的數(shù)據(jù)進(jìn)入到序列中,所以數(shù)據(jù)中總有信息，而 另存排序是為了濾除由于油面波動(dòng)引起的數(shù)據(jù)波 動(dòng)。最后對數(shù)據(jù)平均是應(yīng)付油面微小波動(dòng)引起的 誤差。整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程是隨時(shí)間滾動(dòng)的，所以稱 滾動(dòng)濾波。
5結(jié)語
以磁致伸縮液位傳感器為基礎(chǔ),通過與計(jì)算機(jī) 接口連接,編寫分析軟件，我們已研制出了內(nèi)燃機(jī) 車燃油消耗分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，實(shí)時(shí)地顯示機(jī)車存油量、加油量、耗油率、 柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)等技術(shù)信息。通過無線傳輸，在機(jī) 務(wù)段就可以隨時(shí)查詢和顯示機(jī)車燃油的瞬時(shí)單耗、 本班耗油量和累計(jì)耗油量等數(shù)據(jù)，方便地繪制出柴 油機(jī)工況曲線、燃油消耗動(dòng)態(tài)曲線、不同機(jī)車燃油 單耗的對比圖等，為燃油管理、節(jié)支降耗、機(jī)車檢修 等提供了科學(xué)的管理手段和依據(jù)。
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