“十一五”期間全路節(jié)能 總體目標是鐵路單位運輸收入能耗 比“十五”期末降低20% ,節(jié)能管理 邁上新臺階。機車燃油消耗是機務(wù) 段成本支出的重頭，約占運營成本 的70%左右,各段在燃油管理方面 一直在不斷改進管理措施,從燃油 的“儲、發(fā)、領(lǐng)、用”等環(huán)節(jié)進行控制。 在“用”的環(huán)節(jié)上，對運用中機車燃 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80年代出現(xiàn)的液位計量 法、20世紀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 行中的機車相適應(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 等特點，為機車燃油的監(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)在科學界已設(shè)計出 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 尼單元和可移動磁鐵5個主要部分組成（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;阻尼單元則是抑制底端 機械振動和雜波。
磁致伸縮的原理并不復(fù)雜，它利用兩個不同的 磁場相交時產(chǎn)生的一個應(yīng)變脈沖信號，然后計算出 這個信號被探測所需的時間周期,從而換算出準確 的位置。這兩個磁場一個來自活動磁鐵，另一個則 來自由傳感器的電子部件產(chǎn)生的電流脈沖。這個 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)絲以聲音的速度運行。當兩個磁 場相交時，波導(dǎo)絲發(fā)生磁致伸縮現(xiàn)象，產(chǎn)生一個應(yīng) 變脈沖。這個被稱為“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 探測到所需的時間周期乘以固定的聲音速度，便能 準確地計算出磁鐵的位置變化。這個過程是連續(xù) 不斷的，所以每當活動磁鐵被帶動時，新的位置很 快就會被感測出來。由于輸出信號是一個真正的 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，液面的移動引起浮子的移動。
3磁致伸縮液位傳感器在機車上的安裝
為克服機車在運行中燃油波動而造成的測量 誤差，傳感器在安裝時選擇了燃油箱頂部的中間位 置，如圖3所示。以DF4型機車為例，考慮到機車 運行中的安全性,安裝傳感器時，從燃油箱頂部的 人孔蓋處“并列內(nèi)置”兩個傳感器。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 效地防止了因機車晃動而產(chǎn)生的傳感器振動。采 用“內(nèi)置”方式安裝，較原設(shè)計時擬釆用的從燃油箱 油表處“側(cè)掛”方式安裝，既消除了機車運行中對走 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引起瞬時真空造成的 壓力差，測量效果大大提高。“并列內(nèi)置”兩個相同 的傳感器,其中任何一個做為備份使用，正常情況 下數(shù)據(jù)采用兩個傳感器的平均值。當一個傳感器 發(fā)生故障時，由于兩個傳感器園處于油箱的中間位 置,另一個傳感器仍可正常工作，增強了系統(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)過計算得到。如圖5所示,其中,1為 激勵脈沖,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,計數(shù)脈沖的 脈寬為匸。激勵脈沖與液面浮子返回脈沖之間計 數(shù)脈寬個數(shù)為0,對應(yīng)的長度為烏:
4.2測量數(shù)據(jù)的濾波處理
為消除機車運行中因油箱內(nèi)油位的波動造成 的測量誤差，對基本數(shù)據(jù)采取了“滾動濾波”的方 法。在油箱內(nèi)對稱裝入了兩個傳感器，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 行滾動濾波。其具體方法如下。
設(shè)31次的數(shù)據(jù)按時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 方式將前一個數(shù)據(jù)去掉，然后將后30個數(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個數(shù)據(jù)按從小到大進 行排序。設(shè)排完序的新數(shù)組為z[0“?30],取中間
11個數(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)兩個傳感器一次計算得到的兩個液面高 度分別為Z1 =虹20孫[門/11和Z2 =I = 10S20 ,宀["/11測將兩個液面高度進行平均處 I = 10理，即（Z1 + Z2 ）/2,這個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引起的數(shù)據(jù)波 動。最后對數(shù)據(jù)平均是應(yīng)付油面微小波動引起的 誤差。整個數(shù)據(jù)處理過程是隨時間滾動的，所以稱 滾動濾波。
5結(jié)語
以磁致伸縮液位傳感器為基礎(chǔ),通過與計算機 接口連接,編寫分析軟件，我們已研制出了內(nèi)燃機 車燃油消耗分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進 行分析，實時地顯示機車存油量、加油量、耗油率、 柴油機運行參數(shù)等技術(shù)信息。通過無線傳輸，在機 務(wù)段就可以隨時查詢和顯示機車燃油的瞬時單耗、 本班耗油量和累計耗油量等數(shù)據(jù)，方便地繪制出柴 油機工況曲線、燃油消耗動態(tài)曲線、不同機車燃油 單耗的對比圖等，為燃油管理、節(jié)支降耗、機車檢修 等提供了科學的管理手段和依據(jù)。
