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            IFM傳感器在高速鐵路上的應(yīng)用

            2022-12-13 閱讀(1004)

            德國(guó)易福門IFM傳感器在高速鐵路上的應(yīng)用
            隨著高速鐵路飛速發(fā)展,在時(shí)速超過350km/h的高速鐵路線路上,列車的測(cè)速定位問題顯得越來越重要。傳統(tǒng)的軌道電路定位法由于定位粗糙、精度不夠,并且無法檢知列車的即時(shí)速度,難以滿足高速列車的定位要求。還有一種利用電機(jī)方式實(shí)現(xiàn)測(cè)速定位方法,該方式只適用于列車運(yùn)行速度較低的線路。測(cè)速和定位還可通過外加輸入信號(hào)直接獲取列車的位置和速度信息,但該方式的測(cè)量精度受到一些因素的制約,在性價(jià)比方面存在局限性。傳感器在高速鐵路的測(cè)速和定位技術(shù)中成為當(dāng)前的主流產(chǎn)品,應(yīng)用較廣,有多種類型:脈沖轉(zhuǎn)速傳感器、慣性加速度傳感器、相對(duì)傳感器、地面?zhèn)鞲衅?、傳感器等?/span>
              2、列車測(cè)速
              2.1輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器
              轉(zhuǎn)速傳感器的種類很多,有磁電式、光電式、離心式、霍爾式等轉(zhuǎn)速傳感器。其中輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器在高速鐵路中應(yīng)用較為廣泛。輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速的基本工作原理:利用車輪的周長(zhǎng)作為“尺子"測(cè)量列車走行距離,根據(jù)所測(cè)距離測(cè)算列車運(yùn)行速度,其基本公式為:
              V=πDn/3.6
              式中,π=3.14,D為車輪直徑,n為車輪轉(zhuǎn)速。
              從上式可知,測(cè)量列車速度就是檢測(cè)列車車輪轉(zhuǎn)速和列車輪徑。脈沖轉(zhuǎn)速傳感器安裝在輪軸上,輪軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,傳感器輸出一定數(shù)目的脈沖,使脈沖頻率與輪軸轉(zhuǎn)速成正比。輸出的脈沖經(jīng)隔離和整形后直接輸入計(jì)算機(jī)CPU進(jìn)行頻率測(cè)量,再經(jīng)換算從而得出車組速度和走行距離閉。
              

            2.2慣性加速度傳感器
              加速度傳感器是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備。加速力是物體在加速過程中作用在物體上的力,可以是常量或變量。一般加速度傳感器根據(jù)壓電效應(yīng)原理工作,加速度傳感器利用其內(nèi)部由于加速度造成的晶體變形產(chǎn)生電壓,只要計(jì)算出產(chǎn)生的電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系,就可將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。還有很多其他方法制作加速度傳感器,如電容效應(yīng)、熱氣泡效應(yīng)、光效應(yīng),但其zui基本的原理都是由于加速度使某種介質(zhì)產(chǎn)生變形,通過測(cè)量其變形量并用相關(guān)電路轉(zhuǎn)化成電壓輸出。
              輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器也存在一定缺陷:即車輪空轉(zhuǎn)或打滑會(huì)使列車速度的測(cè)量結(jié)果存在誤差,為解決此類問題,在列車車軸上加裝一個(gè)加速度傳感器,配合脈沖轉(zhuǎn)速傳感器使用。該方式工作原理:在列車打滑期間,把機(jī)車的內(nèi)加速度作為測(cè)速的信息源,該信息與車輪旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)等信息不相關(guān),而在其余工作時(shí)間仍用輪軸脈沖傳感器測(cè)速,所以該方式稱為基于慣性加速度傳感器的測(cè)速。在車輪打滑時(shí),由加速度傳感器測(cè)得加速度及車輪打滑前加速度的傾斜分量,而計(jì)算出車輪打滑時(shí)的列車運(yùn)行加速度,再將該值積分即得車輪打滑時(shí)列車實(shí)時(shí)運(yùn)行的速度。
              

            3、列車定位
              在高速列車運(yùn)行過程中,能否準(zhǔn)確及時(shí)地獲得列車位置信息是列車安全有效運(yùn)行的保障。
              3.1相對(duì)傳感器
              相對(duì)傳感器是根據(jù)預(yù)先確定的或先前測(cè)量的距離、位置等信息所安裝的一種設(shè)備。該方式目前由輪軸傳感器實(shí)現(xiàn)。其工作原理:將傳感器輸出頻率與輪軸轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào),通過對(duì)頻率進(jìn)行一系列換算先得出速度,再由速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到距離。
              3.2地面?zhèn)鞲衅?/span>
              相對(duì)傳感器在工作時(shí)必須首先確定其相對(duì)于大地的位置和取向。為此,在地面適當(dāng)位置必須加裝地面?zhèn)鞲衅鳎追Q信標(biāo)。當(dāng)機(jī)車通過時(shí),車上感應(yīng)器接收到地面?zhèn)鞲衅魈峁┑奈恢眯畔?,使列車?duì)距離信息進(jìn)行更新,得到新的初始位置,從而克服了相對(duì)傳感器的誤差缺陷。
              3.3傳感器
              由于相對(duì)傳感器工作的局限性,傳感器成為未來高速鐵路運(yùn)行中列車定位的主流技術(shù)。傳感器可直接提供位置和取向信息,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)列車的測(cè)距定位。



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