美國DYTRAN加速度傳感器在鐵路運輸中的應用

鐵路是人類(lèi)發(fā)明的首項公共交通工具，在十九世紀初期便在英國出現。直至二十世紀初發(fā)明汽車(chē)，鐵路一向是陸上運輸的主力。隨著(zhù)高速鐵路飛速發(fā)展，在時(shí)速超過(guò)350km／h的高速鐵路線(xiàn)路上，列車(chē)的測速定位問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。

測速和定位的精度問(wèn)題從根本上制約著(zhù)高速鐵路列車(chē)運行中自動(dòng)控制系統的控制精度。為確保列 車(chē)運行安全，并充分發(fā)揮運輸效能，只有時(shí)刻掌握高速列車(chē)運行的即時(shí)速度和位置，才能確保列車(chē)的正點(diǎn)到達和安全運行。傳統的軌道電路定位法由于定位粗糙、精 度不夠，并且無(wú)法檢知列車(chē)的即時(shí)速度，難以滿(mǎn)足高速列車(chē)的定位要求。還有一種利用電機方式實(shí)現測速定位方法，該方式只適用于列車(chē)運行速度較低的線(xiàn)路。測速 和定位還可通過(guò)外加輸入信號直接獲取列車(chē)的位置和速度信息，但該方式的測量精度受到一些因素的制約，在性?xún)r(jià)比方面存在局限性。加速度傳感器在高速鐵路的測速和定位技術(shù)中成為當前的主流產(chǎn)品，應用較廣。
   加速度傳感器是 一種能夠測量加速力的電子設備。加速力是物體在加速過(guò)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壓電效應原理工作，加速度傳感器利用 其內部由于加速度造成的晶體變形產(chǎn)生電壓，只要計算出產(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、熱氣泡效應、光效應，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(guò)測量其變形量并用相關(guān)電路轉化成電壓輸出。                       輪軸脈沖轉速傳感器是利用車(chē)輪的周長(cháng)作為“尺子"測量列車(chē)走行距離，根據所測距離測算列車(chē)運行速度。雖然可以用輪軸脈沖轉速傳感器來(lái)測定了車(chē)的速度。然 而，存在一定缺陷：即車(chē)輪空轉或打滑會(huì )使列車(chē)速度的測量結果存在誤差，為解決此類(lèi)問(wèn)題，在列車(chē)車(chē)軸上加裝一個(gè)加速度傳感器，配合脈沖轉速傳感器使用。該方 式工作原理：在列車(chē)打滑期間，把機車(chē)的內加速度作為測速的信息源，該信息與車(chē)輪旋轉的狀態(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速，所以該 方式稱(chēng)為基于慣性加速度傳感器的測速。在車(chē)輪打滑時(shí)，由加速度傳感器測得加速度及車(chē)輪打滑前加速度的傾斜分量，而計算出車(chē)輪打滑時(shí)的列車(chē)運行加速度，再將 該值積分即得車(chē)輪打滑時(shí)列車(chē)實(shí)時(shí)運行的速度。

在高速列車(chē)運行過(guò)程中，能否準確及時(shí)地獲得列車(chē)位置信息是列車(chē)安全有效運行的保障。

相對傳感器是 根據預先確定的或先前測量的距離、位置等信息所安裝的一種設備。該方式目前由輪軸傳感器實(shí)現。其工作原理：將傳感器輸出頻率與輪軸轉速成正比的脈沖信號， 通過(guò)對頻率進(jìn)行一系列換算先得出速度，再由速度對時(shí)間進(jìn)行積分得到距離。相對傳感器在工作時(shí)必須首先確定其相對于大地的位置和取向。為此，在地面適當 位置必須加裝地面傳感器，俗稱(chēng)信標。當機車(chē)通過(guò)時(shí)，車(chē)上感應器接收到地面傳感器提供的位置信息，使列車(chē)對距離信息進(jìn)行更新，得到新的初始位置，從而克 服了相對傳感器的誤差缺陷。由于相對傳感器工作的局限性，傳感器成為未來(lái)高速鐵路運行中列車(chē)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)現列車(chē)的測距定位。

   利用傳感器進(jìn)行測速和定位方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟實(shí)用，測量數據誤差在規定范同，而加速度傳感器在高速鐵路的應用較廣，是目前應用的主導產(chǎn)品?，F已出現的GPS 移動(dòng)通信和衛星定位技術(shù)方式就是通過(guò)外加輸入信號直接獲取列車(chē)的位置和速度信息來(lái)實(shí)現測速和定位的，但該方式的測量精度受到一些因素的制約，暫時(shí)尚未推 廣。但隨著(zhù)其技術(shù)成熟，移動(dòng)通信、衛星定位在高速鐵路的應用前景將更為廣闊。相信在不久的將來(lái)加速度傳感器會(huì )在高鐵上隨處可見(jiàn)。