一种轨道交通通信装置的多复合环境试验方法

技术领域

本发明主要涉及轨道交通技术领域，特指一种轨道交通通信装置的多复合环境试验方法。

背景技术

通信装置作为轨道交通中的重要产品，对于其可靠性要求特别严格。其中环境与可靠性试验是提高产品质量和可靠性的技术手段，通过试验的手段激发产品故障，发现产品的薄弱环节，再通过优化设计以提高产品可靠性。而目前轨道交通产品开展相关的试验，缺乏多应力强化试验剖面方法中具体可执行的技术依据，缺乏对不同应力敏感性的定量评价，无法确定多应力试验的应力类型叠加，对试验条件和试验应力的选择往往依靠试验人员的经验，具有很大的随机性。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、测试全面可靠的轨道交通通信装置的多复合环境试验方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种轨道交通通信装置的多复合环境试验方法，包括以下步骤：

1)首先对待测通信装置进行性能测试，性能测试项目包括以太网通信性能、移动通信性能测试、WiFi通信性能测试、GPS性能测试中的一种或多种；

2)对步骤1)中性能测试合格的通信装置置于多复合环境下进行测试，并在测试过程中或者测试完成后对通信装置的性能进行测量以判断合格是否；其中多复合环境由电应力、振动应力、冲击应力、湿度应力和温度应力叠加而成。

优选地，在步骤2)中，振动应力采用实测路谱数据，基于通信装置在机车实际运行路况上的振动加速度的时域数据，通过快速傅里叶变换转化为加速度频域谱密度值从而得到加速度值；接着采用增强振幅的方法，加大疲劳损伤强度，提高加速度量级，以极大程度加快通信装置出现失稳状态的时间。

优选地，所述加速度量级A

假定损坏正比于应力的m次方乘以循环次数；

损坏∝σ

其中N-循环次数；σ-应力量级；m-指数；

上述关系式与加速度量级有关、并且与运行寿命和试验寿命有相同常数的假设有关，于是：

式中：T

将(1)式转换计算出试验加速度A

优选地，在步骤2)中，冲击应力采用经典半正弦冲击，正反冲击各3次；冲击应力在振动应力持续2h后施加，依次循环；其中峰值加速度3g-5g，单个冲击标称持续时间30ms。

优选地，在步骤2)中，温度应力采用快速温变，确保温变速率不小于10℃/min，温度范围-40℃-70℃；首先从常温开始，快速升值设定的极限高温并保持40min后，快速降至极限低温并保持30min，结束后再次升至极限高温并保持40min，依次循环；其中极限高温为50℃～70℃，极限低温为-40℃～－20℃。

优选地，在步骤2)中，湿度应力测试为：在极限高温应力状态下湿度保持在80％～90％，温度升降状态和极限低温状态下湿度为0％～85％。

优选地，在步骤2)中，电应力测试为：首先给通信装置供电，自动在55min后断开电源，此断开状态下持续保持5min断电后再次供电，依次循环。

优选地，所述冲击应力以2h为一个循环周期；电应力以1h为一个循环周期；振动应力以1h为一个周期以增加振动等级。

优选地，在步骤1)中，在进行各性能测试项目时，当以下条件均满足时，则判断性能测试通过；各条件为：eth状态为1、以太网通信丢包率为0％、lte状态为1、WiFi状态为1、WiFi通信丢包率为0％、GPS模块串口打印的时间信息与信号源的时间误差不超过3-7s、模块串口打印的时间信息与信号源的时间误差不超过3-7s。

优选地，在步骤1)与步骤2)之间，还包括通信装置置于多复合环境的准备步骤：

第一步：多复合环境试验前须将环境箱和振动台设备叠加在一块，确保温度、湿度、振动应力的同时叠加；

第二步：将通信装置安装在工装上，并通过工装固定在振动台面，另将加速度传感器贴在通信装置和工装的固定点附近作为控制点，用于控制和测量振动加速度值；

第三步：将通信装置需要测量温度的地方贴好热电偶，将一根热电偶悬空用于控制试验区域的环境温度，热电偶连接到环境箱，可实时显示并记录温度参数；

第四步：将通信装置需要测量温度的地方贴好湿度传感器，将一根湿度传感器悬空用于控制试验区域的环境湿度，湿度传感器连接到环境箱，可实时显示并记录湿度参数；

第五步：通信装置上电，连接直流稳压电源设置电应力程序自动控制输出电源；

第六步：环境箱、振动台与连接的上位机上电，将振动应力振动加速度频谱密度、冲击应力输入到上位机；环境应力、湿度应力曲线值输入到环境箱。

优选地，在步骤2)中，在测试过程中，如果通信装置出现失稳状态，则试验结束，记录试验时间；否则继续按循环周期进行多复合环境下的测试。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明为全新的轨道交通通信装置的多复合环境试验方案，将电应力、振动步进、冲击振动、温度、湿度联合起来，同时进行通信装置的多复合环境试验，实现了机箱的失稳功能状态再现，通过设计的多复合环境应力试验剖面，实现短时间内通信装置出现快速失稳状态；另外性能试验通过对轨道交通通信装置的功能检测，判定出多复合环境试验前、试验中、试验后的性能是否合格，进而实现对通信装置试验的全程掌控；上述方法操作简便、测试全面可靠，能够有效对通信装置的质量进行精准测试。

本发明的振动应力采用实测路谱数据，基于通信装置在机车实际运行路况上的振动加速度的时域数据，通过快速傅里叶变换转化为加速度频域谱密度值从而得到加速度值，接着采用增强振幅的方法，加大疲劳损伤强度，提高加速度量级，极大程度加快通信装置出现失稳状态的时间。

附图说明

图1为本发明的性能测试中的串口打印图。

图2为本发明的性能测试中的GPS信号源时间图。

图3为本发明的多复合环境试验剖面图。

图4为本发明的加速度频谱密度值。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1～3所示，本实施例的轨道交通通信装置的多复合环境试验方法，包括以下步骤：

1)首先对待测通信装置进行性能测试，性能测试项目包括以太网通信性能、移动通信性能测试、WiFi通信性能测试、GPS性能测试中的一种或多种；

2)对步骤1)中性能测试合格的通信装置置于多复合环境下进行测试，并在测试过程中或者测试完成后对通信装置的性能进行测量以判断合格是否；其中多复合环境由电应力、振动应力、冲击应力、湿度应力和温度应力叠加而成。

本发明为全新的轨道交通通信装置的多复合环境试验方案，将电应力、振动步进、冲击振动、温度、湿度联合起来，同时进行通信装置的多复合环境试验，实现了通信装置的失稳功能状态再现，通过设计的多复合环境应力试验剖面，实现短时间内通信装置出现快速失稳状态；另外性能试验通过对轨道交通通信装置的功能检测，判定出多复合环境试验前、试验中、试验后的性能是否合格，进而实现对通信装置试验的全程掌控。

如图1和图2所示，在步骤1)中，在进行各性能测试项目时，当以下条件均满足时，则判断性能测试通过；各条件为：eth状态为1、以太网通信丢包率为0％、lte状态为1、WiFi状态为1、WiFi通信丢包率为0％、GPS模块串口打印的时间信息与信号源的时间误差不超过3-7s、模块串口打印的时间信息与信号源的时间误差不超过3-7s。如图1和图2示出了一种性能测试通过的示例，其中图1为串口打印图(定位时间为北京时间)，图2为信号源时间(格林威治时间)。

上述多复合环境试验由电应力、振动应力、冲击应力、湿度应力和温度应力叠加组成。下面以如图3所示的环境试验剖面进行说明如下：

电应力：最先开启电应力，通过可编程直流电源控制12V-24V通断电，首先打开可编程直流电源给通信装置供电12-24V，通过编程设计自动在55min后断开电源，此状态下持续保持5min断电后再次启动12-24V电源，依次循环，一循环为1h；

振动应力采用实测路谱数据，基于通信装置在机车实际运行路况上的振动加速度的时域数据，通过快速傅里叶变换转化为加速度频域谱密度值从而得到加速度值，如图4所示；接着采用增强振幅的方法，加大疲劳损伤强度，提高加速度量级，以极大程度加快通信装置出现失稳状态的时间；其中加速度量级A

假定损坏正比于应力的m次方乘以循环次数；

损坏∝σ

其中N-循环次数；σ-应力量级；m-指数；

上述关系式与加速度量级有关、并且与运行寿命和试验寿命有相同常数的假设有关，于是：

式中：T

将(1)式转换计算出试验加速度A

冲击应力采用经典半正弦冲击，正反冲击各3次；冲击应力在振动应力持续2h后施加，依次循环；其中峰值加速度3g-5g，单个冲击标称持续时间30ms。

温度应力采用快速温变，确保温变速率不小于10℃/min，温度范围-40℃-70℃；首先从常温开始，快速升值设定的极限高温并保持40min后，快速降至极限低温并保持30min，结束后再次升至极限高温并保持40min，依次循环；其中极限高温为50℃～70℃，极限低温为-40℃～－20℃。

湿度应力测试为：在极限高温应力状态下湿度保持在80％～90％，温度升降状态和极限低温状态下湿度为0％～85％。

本实施例中，在步骤1)与步骤2)之间，还包括通信装置置于多复合环境的准备步骤：

第一步：多复合环境试验前须将环境箱和振动台设备叠加在一块，确保温度、湿度、振动应力的同时叠加；

第二步：将通信装置安装在工装上，并通过工装固定在振动台面，另将加速度传感器贴在通信装置和工装的固定点附近作为控制点，用于控制和测量振动加速度值；

第三步：将通信装置需要测量温度的地方贴好热电偶，将一根热电偶悬空用于控制试验区域的环境温度，热电偶连接到环境箱，可实时显示并记录温度参数；

第四步：将通信装置需要测量温度的地方贴好湿度传感器，将一根湿度传感器悬空用于控制试验区域的环境湿度，湿度传感器连接到环境箱，可实时显示并记录湿度参数；

第五步：通信装置上电，连接直流稳压电源设置电应力程序自动控制输出电源；

第六步：环境箱、振动台与连接的上位机上电，将振动应力振动加速度频谱密度、冲击应力输入到上位机；环境应力、湿度应力曲线值输入到环境箱。

之后，确认无误后开启振动应力、冲击应力、温度应力、湿度应力等，记录振动、温度、湿度变化；

在断电后再次通电后(电应力1h/次)测量通信装置的性能，判断通信装置是否出现失稳状态，如果出现失稳状态，则试验结束，记录试验时间。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。