[科普中国]-动作电流

动作电流是指由于产生动作电位的结果而流动的微弱电流。

生物学名词：自意大利的C．Matteucci和德国的E．H．Du Bois-Reymond在1842年分别独立发现以来，曾进行了广泛的研究。动作电流十分迅速（在神经中为毫秒水平）。它在细胞外侧由静止部位流向兴奋部位，在细胞内侧则由兴奋部流向静止部。即在细胞外记录的动作电位表现为兴奋部与非兴奋部相反，呈负的方向。动作电流之所以按这种方向通过局部回路流动，是由于膜的内部在兴奋部位是向正方向极化，而在非兴奋部位则是向负方向极化所致。所以如将膜视为具有各种极性的电池便能很好地理解。在与兴奋部位毗连的静止部位由于受到这种电流的刺激而兴奋，进而再刺激下一个相邻部位，从而使兴奋传导下去。

物理学名词：流过PTC热敏电阻的电流，足以使PTC热敏电阻自热温升超过居里温度，这样的电流称为动作电流。动作电流的最小值称为最小动作电流。

基于小波分析的电动转辙机动作电流的分析采用人工方法来分析电动转辙机动作电流曲线、进而判断其相应故障，存在着故障诊断效率低、漏判等问题，提出将小波分析应用到电动转辙机动作电流曲线的自动分析，结果作为故障诊断的基础，实现快速、准确、自动的故障诊断。首先对采集的动作电流曲线进行A/D转换，然后对数据做小波包特征向量提取，把提取的特 征向量输入故障分类器进行分析，以确定各种特征向量对应的故障类型，实验结果证明了该方法的合理性和有效 性及在故障诊断理论上的可行性。1

电动转辙机动作电流曲线分析电动转辙机动作电流曲线各种各样，不同的动作电流曲线预示着不同的故障类型，下面以ZD6型电动转辙 机正常状态下动作电流曲线为例分析原理。电动转辙机牵引道岔正常动作的过程可分为：解锁———转换———锁闭。可以把电动转辙机动作电流曲线分为4个时段来分析；第一时段为道岔解锁的过程，第二时段为道岔的转换过程，第三时段为道岔进入锁闭过程，第四个时段为曲线尾部电流为0的阶段。正常情况下道岔电流曲线的采 集是从1DQJ吸起开始，落下停止。在道岔转换完毕后，切断动作电流，1DQJ缓放（缓放时间不小于0.4s）落下，从尾部曲线可观察1DQJ的缓放时间符合要求。1

道岔在转换过程中，动作电流存在较大的波动，曲线表现为锯齿波状。道岔在转换的过程中阻力逐渐加大，这就很容易造成道岔转换不到位；道岔反弹、道岔的尖轨与基本轨密贴不好、滑床板吊板严重造成尖轨下沉都有可能是这种情况发生的原因。动作电流值固定在一个不同于正常值的状态，造成转换过程超时且道岔不能锁闭。动作电流一直保持在一个很大的值，减速器故障或电机定子线圈绝缘不良都可能造成这种情况的发生。1

小波包特征向量提取方法小波包分析能够将频带进行多层次划分，不仅对低频部分进行分解，同时对高频部分进一步分解，并能够根据被分析信号的特征自适应地选择相应频带，使之与信号频谱相适应，从而提高了时频分辨率，使故障特征提取 能在更加细化的频带内进行。S表示原始信号，A表示低频轮廓信号分解，D表示高频细节信号分解，后面的数字表示小波包分解的层数，分解具有如下关系：

S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD31

同理，小波包重构过程是小波包分解过程的逆．由于电动转辙机故障时机体振动会受到脉冲力的作用，在靠近脉冲 力作用的时刻振动信号的能量比较大，而在远离脉冲力作用的时刻振动信号的主要成分是平稳振动信号和 噪声以及低频干扰，信号能量相对较小。因此可以利用各个频带能量的变化来提取故障特征，具体步骤如下：

1）信号消噪。利用在时域和频域都有良好的局部化特性的db4小波，选用软阈值（软阈值方法克服了硬阈值方法不连续的缺点），对信号进行消噪。

2）小波包分解。采用db4对动作电流曲线进行3层小波包分解，取小波包分解后信号第三层各节点系数进行后续分析。

3）重构第三层节点系数S3i（i=0，1，2，…，7）．利用 Wprcoef命令对小波包分解后第三层各节点系数进行重构。

4）计算重构系数的频带总能量，以频谱总能量为元素构造特征向量，并进行归一化处理。特征向量构造如下：

R=[E'0，E'1，E'2，E'3，E'4，E'5，E'6，E'7]

当频谱能量较大 时，E'j通常是一个比较大的数值，在数据分析时计算量会很大。归一化的特征向量为：

T=[E0，E1，E2，E3，E4，E5，E6，E7]

利用小波包分析方法能有效的提取动作电流的特征向量，电流曲线的频谱能量比较集中，主要分布在分解电流曲线的第一个频带范围内，其他各频带范围内的频谱能量相对较小。从特征向量并不能直接辨别电动转辙机的故障类型，需要将特征向量作为故障分类器的输入，定义故障代码作为输出，进行学习、分类，从直观的看出电动转辙机故障属于哪一类故障。1

动作电流曲线分析及处理方法针对许多道岔故障在处理过程中由于电气特性测试繁杂，出现测试不及时、分析不清、判断不准等，造成故障延时或故障影响范围扩大的问题，提出了利用TDCS/信号集中监测分析道岔动作电流曲线，快速判断出故障处所及原因，以便及时采取对策缩短故障处理时间。2

各故障动作曲线分析及处理方法1、延时形动作电流曲线：道岔在转换过程中，动作电流曲线长时间在一个固定值范围内，道岔不能锁闭，转换过程超时，摩擦连接器空转。

2、动作电流过小曲线：动作电流过小曲线，表明道岔在转换过程中突然转辙机本身停转，控制台无表示，实际道岔在四开状态。2

3、锁闭电流增大曲线：当道岔转动时，能正常转换，当转辙机锁闭时，动作电流增大，电流曲线上翘。

1） 原因分析： 在锁闭齿轮与齿条块削尖齿圆弧转动 32.9°时，动作电流增大，是锁闭齿轮、齿条块及齿条块的毡垫缺油造成。

2 ）处理方法： 对锁闭齿轮、齿条块及齿条块的毡垫进行注油，另外毡垫不能过低，注意检查转动时毡垫是否贴到锁闭齿轮圆弧。

4、锯齿形动作电流曲线：锯齿波即动作电流存在较大波动的动作电流曲线。2

其他道岔动作电流曲线1、 双动及多动道岔动作电流曲线：双动、三动及四动道岔，其动作过程是串连的，第一动转换完毕其自动开闭器接点自动切断其动作电流，同时接通第二动作电流，以此类推，因此其动作电流曲线是单动的组合。2

2、 双机多动道岔曲线 ：双机多动道岔曲线是2个单动曲线的叠加，特点是由于B动阻力比较小、转的快就形成了下台阶曲线，这种曲线属于正常曲线。有时双机锁闭电流稍大一些，也就是同时锁闭时，锁闭电流应该小于0.6A。最后一动为双机牵引，形成下台阶曲线。

3、 提速道岔曲线：提速道岔曲线由黑线、红线、绿线3条曲线组成，其中绿色为A相，黑色为B相，红色为C相，也可以单相显示。2

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学