测量高速列车产生压力波实验装置的发展
高速列车产生的压力波测量试验装置的开发
Tetsuya Doi , Takanobu Ogawa, Takanori Masubuchi , Jiro Kaku
摘要
这是一个用于研究高速列车所产生的压力波的试验装置，该装置使用压缩空气发射了一个比例为1/30的列车模型，模型符合实际列车的形状，同时在实车上进行了相同几何结构的测量。并建立了一个数学模型来预测该实验装置的性能。该模型允许使用实验装置设计参数的最佳值，以实现给定的目标速度，并通过调节压缩空气的压力来控制发射速度。实验装置中流量的测量表明，该装置达到了数学模型预测的性能，并能够以高于500km/h的速度发射列车模型。列车进入隧道所产生的压力波的测量数据，与现场测量的实验数据吻合得较好。还讨论了列车头部对压力波的强度和形式的影响。
关键词：实验，高速列车，低频噪声，压力波
1.引言
高速列车在20世纪60年代最早发展起来，为了满足日益增长的快速大规模运输需求，列车以高达210km/h的速度运行。最新的日本新干线，动车运行速度高达360km/h。同样，日本的磁悬浮列车实验速度已经达到500km/h。列车在这样的高速度下运行，将会引起各种各样的空气动力学问题，其中之一就是低频噪声的产生。
当列车在隧道和房屋等建筑物附近运行时，列车周围的亚音速绕流会与周围的建筑物产生相互作用。这种相互作用产生的压力波，最终会导致低频噪声传播给周围环境。列车进入隧道时产生的问题是最值得注意的。列车压缩隧道中的空气在隧道内外都会产生压力波。在隧道内，形成压缩波并向隧道出口传递，最终成为“隧道音爆”并离开隧道出口。在上世纪60年代，新干线开始运行时，出现了这个问题，Ozawa等人在1991年对其进行了实验和理论研究。同时，在隧道外，当列车进入隧道时，另一个压力波直接从隧道入口处喷出。在这项研究中这种压力波被称为“入口波”，频率通常小于10Hz，并且随着高速列车速度的提高，“入口波”现象将会更加明显（Tanaka 等人.，2001）。
对于列车所产生的压力波的实验研究，用于发射列车模型的轨道等装置是必须的，并且该轨道上应有一些固定的结构，如隧道等。对于动态相似性，列车模型应运行在与实车相同的马赫数下。因此，研发一个以如此高的速度发射列车模型的装置是一个技术问题，在过去已经开发了各种技术。Saito等人在2006年用旋转圆盘向一节管子发射抛射体，以测量隧道音爆。在该实验中，抛射体比例为1 / 97，发射速度为500km/h。Ricco
等人在2007年用弩那样的机制发射了一个比例为1/87、 截面为圆形和方形的模型。另一种方法是使用压缩空气，这被认为一种是比旋转磁盘发射发射列车模型更快的方式。高山等人在1995年使用这种方法，使一个比例为1 / 200的模型速度达到了360km/h 。
在以前的研究中，列车模型或抛射体都是以简化的形状制造，如锥形、抛物面形。这些基础性研究，都是为了对这种现象取得一定的认识。但是，由于实验装置在保持真实列车几何形状方面的局限性，这些认识通常是片面的。然而，列车和隧道的形状会影响压力波。例如，据Bellenoue 等人在2002报道，即使列车的横截面面积分布相同，压力波的峰值仍取决于列车的形状。因此，使用实际形状的列车模型，对于准确估计压力波的强度非常重要。Pope 和Da Costa 等人在1991年开发的实验装置，可以精确地使用列车模型，但它们的发射速度只有200 ~300km/h ，对于最新的高速列车来说这样的速度还是不够的。
在这项研究中，开发了一个利用压缩空气来发射列车模型实验装置，该装置可以发射与实际列车形状一样的列车模型，并对该实验装置的性能进行数学模拟。该模型允许使用实验装置设计参数的最佳值，以实现给定的目标速度，并通过调节压缩空气的压力来控制发射速度。这项研究中的目标速度是500km/h 。通过测量实验装置的流量和压力，对数学模型进行验证，并对数学模型预测的性能与实验装置的性能进行比较。通过测量列车模型进入隧道模型所产生的压力波，并与现场测量数据进行比较，以此来验证该实验装置。同时也讨论了列车头部形状对压力波的影响。 名称 符号定义
名称 符号定义 D C 列车模型阻力系数
T 温度 P C 压力系数
U 列车速度 d 加速度管的水力直径
u 速度 g 重力加速度
V 体积 nose L 列车头部长度
m x 列车模型位移 M 列车模型质量
γ 比热容 P 压力
λ 管摩擦系数 0P 大气压力
μ 列车模型和轨道间的摩擦因数 Q 流量
ξ 压力损失系数 R 气体常数
ρ 空气密度 s 横截面积
τ
无量纲时间 t 时间
2.实验装置及其数学模型
2.1实验装置
实验装置如图1和2所示。模型比例为1/30。过去的研究，例如Ogawa和Fujii在1997，由于其实验模型没有考虑雷诺数的比例，认为粘度对列车产生的压力波的影响是不显著的。该装置主要由三部分组成：发射系统、测试部分和制动管道，如图1所示。
图1实验装置示意图
图2 实验装置视图
发射系统是由一个空气罐和一个加速管道组成，利用压缩空气来对列车模型进行加速，压缩空气被储存在连接到加速管道的空气罐中。列车模型放在加速管道内，空气罐排出压缩空气推动列车模型。列车模型从加速度管道中发射出后，进入金属轨道上的试验段。然后进入制动管道，列车模型自身压缩空气所产生的空气阻力，使其逐渐停止。通过放置固定结构的模型，如在测试部分放置隧道模型，就可以测量列车模型通过该结构时产生的压力波。
加速管道和制动管道都是方形截面，这就要求列车模型有一个方形的横截面，以提高压缩空气所产生的推力的利用率。如果进行实车实验，需要一个方形垫片从后面来推动列车模型。列车模型从加速管发射后，垫片脱离列车模型。列车模型的材质为聚苯乙烯，根据实车的CAD数据利用计算机辅助造型机塑造的列车模型如图3所示。
图3 根据实车的CAD 数据利用造型机塑造的模型列车样本
（a ）CAD 数据（b ）造型机 （c ）比例为1/30的列车模型
2.2发射系统中气流的数学模型
发射系统的设计参数决定了列车模型可以达到的速度。这些参数包括空气罐的容积和空气罐中的空气压力，加速管的长度，以及列车模型的质量。如果不研究发射系统中的气流，可能会导致较差的发射性能。通过数学模拟发射系统中的气流的性能，以获得所需的设计参数的最佳值，实现目标速度。
空气罐中压缩空气通过加速管的流动模拟如图4所示。流场被分为四个区域：1区是空气罐内静气；2区是通过一个被连接到空气罐上阀门处的流动；3区是在阀门旁边的一个腔室中的流动，该腔室为打开阀门提供了空间；4区是加速管内的流动。在下面，一个子索引的变量适用于每个区域。
图4 发射系统中的流动数学模型
当阀门开启时，空气罐中的空气通过阀门排出。刚开始，空气罐中是高压力，空气罐中的流动在阀门处被阻塞。因此，空气罐中的质量流率可以根据从流条件计算出：
）（）（121+112?2
1+==-γγ-γR γT p s dt dm m )( （1） 其中p 1和T 1是空气罐中的压力和温度，γ和R 分别表示比热容量和气体常数，s 2表示2区的横截面积，其取决于阀门的运动，并且是时间的函数。我们简单地假设s 2
与时间成正比，可写为：
)()<<0(=)(112t t s t t s t t t s v v v ≤ （2）
阀门完全打开的时间间隔称为t v ，s 1是阀门的最大横截面面积。
储气罐中的压力p 1，随着罐内空气的排出逐渐减小，阀门处的流动将很快成为亚声速流动。然后，质量流量取决于由于横截面面积的变化引起的压力损失。初步计算表明，在大多数空气的排出阶段，气流的马赫数为0.5左右。在此马赫数下，压缩性对压力损失的影响并不显著。在这里，使用不可压缩流动的压力损失计算式，可以写为：
22
2312312)+(=u ρξξp -p （3） 其中12ξ和23ξ分别是1区和2区之间以及2区和3区之间的压力损失系数。ρ表示空气密度，2区的速度可由方程（3）得到。
在一个短的时间间隔t Δ，阀的流量Q 可写为：
t Δs u Q 22= （4）
从罐中释放的流量使3区和4区的压力升高。如后所示，从开启阀门到发射列车模型的时间尺度约为0.1s ，远小于通过管壁的热传导过程。因此，在一个时间间隔t Δ后，3区的压力可应用绝热假定，如下式：
γγ
V t Δs u V t p t Δt p 3
44333)+()(=)+( (5) 储气罐中的压力p 1，随着压缩空气的释放逐渐减小。
考虑到由于3区和4区之间的横截面面积的改变以及4区的摩擦，所产生的压力损失，列车模型末端的压力为：
21+=24343u ρd x λξ-p p m m ）（ （6）
其中，d 是加速度管道的液压直径，λ是由莫迪图获得的管道摩擦系数。压力p m 推动列车，而列车模型与轨道间的空气阻力和摩擦也会作用于列车模型。考虑到这些力后，质量为M 的列车模型，其运动方程可以写为
Mg μ-s dt
dx ρC -s p -p dt x d M m D m m 424022)(21)(= （9） 其中，m x 是列车模型的位移，s 4是加速管道横截面面积。该方程给出了列车模型
的位移和速度。μ是列车模型和轨道摩擦系数，通过弹簧秤测得其为0.4。通过实验也得到了列车模型的阻力系数C D，假定该阻力系数为常数。加速度管道中列车模型是以某一速度牵引的，可以用弹簧秤测量模型的阻力。
2.3发射系统设计参数的优化
上一节中的方程表明了发射系统的空气流量与列车模型的运动之间的关系。通过数值求解这些方程，可以获得为达到列车模型给定的目标速度所需的实验装置的最佳设计参数的值。
首先，确定列车模型的质量。从加速管道发射后，列车模型运行在测试部分，由于轨道上的摩擦和空气动力学阻力，速度逐渐下降。一个重载列车模型，由于模型的大惯性，可以在很大程度上维持其速度。另一方面，空气罐中需要更高的压力，以加速重载列车模型，使其达到所需的目标速度。测试段列车速度的减少，可以通过求解运动方程（即方程（7））来确定，忽略压力项，可以得到给定长度的测试部分上列车模型的最佳质量。
图5显示了质量从0.01~5kg的列车模型，在试验段起始的列车速度和试验段末端速度的比例，这个比例表明试验段列车模型在减速。随着列车模型的质量的增加，由于列车模型的惯性较大，因此，列车的速度减小更慢。质量大于1kg的列车速度的减小小于6%。因此，在这项研究中使用质量为1kg的列车模型。
然后，确定为实现500km/h的目标速度所需的空气罐的体积及其压力。加速管道是一个比例为1/30的模型，其横截面是一个边长为0.12m的正方形。对质量为1kg，罐内初始压力分别为1atm、5atm和10atm时，列车模型的速度进行计算。图6表明列车模型的最大速度是每罐压力罐容积的函数，速度随罐容积的增加，所能接近的上限值取决于罐中的初始压力的大小。
图6提供了为实现列车模型给定的目标速度所需的空气罐的容积和压力。为了达到500km/h的速度，当罐内压力为5atm时，所需的空气罐容积约为0.1m3。当空气罐初始压力为10atm时，一个容积为0.05m3的空气罐就足够了。在这项研究中，所使用的空气罐容积为0.1m3，最大压力为10atm。因此，该发射系统可以使质量为1kg列车模型发射速度达到约780km/h。更重要的是，可以根据数学模型计算值来设置罐内初始压力，以此来控制列车模型速度。
同样，也可以利用数学模型来确定加速管道的长度。它提供的列车模型的速度和位置是时间函数。因此，列车速度达到最大时列车的位置可以被计算出来，为了达到最大速度，而这个位置必须在加速管道的末端。在上述给定的条件下，加速度管道的长度应
为7.3m。但是，在实际的实验装置中，由于将来使用的列车模型的质量将大于1kg，需要更长的距离来加速，因此，该实验装置加速管道的长度设置为10m。
图5 不同质量模型列车试验段速度的计算
图6 列车模型质量为1kg，初始油箱压力分别为
1、5、10个大气压时，列车模型与油箱体积之间的函数关系
3.实验结果
3.1数学模型的验证
首先，通过测量加速度管道内的压力和列车模型的发射速度，验证了该数学模型。图7显示了本次测量的配置。在加速管道中，使用位于靠近腔室的压力传感器测量压力，该传感器（SSK P210-10）是一个平膜片式压力传感器，其峰值频率为38 kHz。放置在加速管出道口处的磁性线圈，在其经过的列车模型上检测连接到它上面的一个磁铁，以此来并确定列车速度。
图7测量加速管内压力和列车速度的实验装置
图8显示了在初始罐内压力为4.6 atm，列车模型质量为1 kg时，加速管内的压力曲线。在时间s
=时，空气罐阀门打开，加速管道内压力增加，推动列车模型向前运
t0
动。由于列车模型的移动，在列车模型后面加速管道内的体积膨胀，并消耗罐内更多的空气。然后，在大约s
.0
=时，空气罐中的压缩空气释放完毕，加速管道内的压力
t025
开始下降，列车模型的速度和位移如图8b和c所示。在本实验中，加速管道末端列车速度达到509km/h（如图8b中圆圈处所示），这个值已经接近518km/h的预期值。
这个结果表明，通过数学模型计算的压力曲线和列车速度曲线与实验数据相吻合，并且发射系统的性能达到了数学模型的设计要求。然而，在s
=后，如图8a所
.0
t06
示，压力曲线出现差异。在这次试验中，列车模型从加速管道中发射出后，加速管道中的压力趋近于大气压力。数学模型中的加速管道被模拟成无限长，管道中的压力一直减小，直到列车模型停止。这将导致数学模型计算中，s
=后，压力更低。然而，列
t06
.0
车模型从加速管道中发射出后，管道中的压力将不再作用于列车模型。因此，这个差异对最大速度的预测影响很小。
图8 压力变化曲线和质量为1kg、油箱压力4.6atm，油箱体积0.1m3列车模型的运动(a)加速管中的压力变化曲线（b）列车模型速度（c）列车模型的位移
3.2实验结果的验证
现在，通过对列车在隧道中运动时所产生的压缩波的传播进行测量，来验证实验结果。流场与Shimbo 和Hosaka1993年现场测量相同。图9了显示实车测量的配置，一辆新干线列车在隧道内以270km/h 的速度运动，在距离隧道入口30m 的地方放置一个压力传感器，列车与隧道之间的截面积之比为0.18。
图10显示了在隧道内测量的无量纲压力曲线。Shimbo 定义的无量纲时间
U L t
τnose = (8)
其中nose L 是列车头部的长度，U 是列车的速度。在0=τ，列车头部到达隧道入口之前，大约2=-τ时，压力开始一点点的上升。在2=-τ到2=τ期间的压力分布是列车进入产生的压缩波。5=τ时出现峰值，这是由于列车头部经过测量点时滞止参数的影响。当列车肩部经过测量点时，压力会突然下降。无论是本次实验还是现场测量，在该低压区中都发现有压力波动，这是由列车肩部上的分离区域引起的。
实验结果与现场实测数据吻合地较好。在6=τ后，在分离区有一些差异，这可能是由雷诺的数影响引起的，而雷诺数又会影响分离区域的大小。
图9 测量列车在隧道中运动时产生的压力波的结构
图10 隧道中距离入口30m 处的压力变化曲线
3.3列车头部形状对压力波的影响
接下来，将使用不同的列车模型，研究头部形状对压力波的产生的影响。图11显示了2种列车模型的头部形状，其中一个是抛物线楔形头部，而另一是抛物面形头部。虽然它们的头部的形状不同，但它们的横截面面积分布相同。图12绘制的抛物线是到鼻端距离的函数。列车头部的实际尺寸是6m长。图13是列车和隧道的横截面图。日本的高速列车隧道入口，通常采用方形截面形状。列车靠左运行，列车和隧道壁之间的距离是1.5m。如图14所示，压力曲线分别是在距离隧道入口38m的P1点和距离隧道入口50m的P2点测量的，列车速度为360km/h 。
图15显示了隧道内的无量纲压力梯度曲线。Ozawa等人在1978指出，隧道出口处隧道音爆强度正比于隧道出口处头部入口压力波梯度。因此，图15显示了隧道音爆的强度。从这个图可以看出，头部为抛物线楔形的列车比头部为抛物面形的列车产生的最大隧道音爆强度大5%。
P2点观察到的压力曲线，如图16所示。在大约s
t35
=时，观察到的负脉冲波是
.0
“入口波”，它是列车进入隧道入口时，从入口发出的。头部为抛物线楔形的列车比头部为抛物面形的列车产生的“入口波”强15%。
这一结果表明，即使横截面面积分布相同，列车形状仍会对压力波产生影响。由于抛物线楔形鼻端比抛物面形鼻端更靠近隧道壁，而列车与隧道壁之间的距离越短，列车头部和隧道壁之间产生的相互作用会越强烈。因此，头部为抛物线楔形的列车会产生更强的压力波。从图15和16可以看出，在越靠近壁面的地方，抛物线楔形鼻端比抛物面形鼻端越早产生压力峰值。这些研究表明，已开发了可以用来观察列车形状详细形式对压力波的影响的验装置。
图11 抛物线楔形和抛物面形列车模型
图12 图11所示列车模型横截面面积的分布
图13 列车和隧道横截面图
图14 测量入口压力布局
图15 隧道中P1处压力变化梯度曲线
图16 隧道外P2处压力变化曲线
3.结论
开发了一种用于通过发射列车模型来研究高速列车产生的压力波的实验装置。列车模型和实际列车的比例为1/30。这一装置使对与实际情况相同的几何形状的测量能够进行。压缩空气用于加速列车模型，并已开发了一种用于确定实验装置性能的数学模型。该模型允许使用实验装置设计参数的最佳值，以实现给定的目标速度，并通过调节压缩空气的压力来控制发射速度。在实验装置上已经对列车的速度和压力曲线进行了测量，结果与数学模型预测的结果吻合较好。这表明，该装置达到了数学模型预测的性能，并能够以高于500km/h的速度发射列车模型。
展示了一系列的实验结果。对列车在隧道中运动时产生的压缩波进行了测量，并对列车头部和肩部通过固定测试点所产生的压力波动，以及压缩波沿隧道的传播进行了观察，它们都和现场测量所获得的数据吻合地较好。同时，也研究了列车形状对压力的影
响。结果表明，当列车具有相同的横截面积时，可以利用实验装置对列车详细形状进行观察，并对列车形状对压力波的强度和形式的影响进行研究。使用可以精确代表实车形状的列车模型，对获得压力波的准确模拟是特别重要的。
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世界各国高速动车组技术的发展现状
世界各国高速动车组技术的发展现状１．１概述 先来介绍一下“动车组”这个概念：把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引力，又可以载客，这样的客车车辆便叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组。带动力的车辆叫动车，不带动力的车辆叫拖车组.动车组技术源于地铁，是一种动力分散技术。一般情况下，我们乘坐的普通列车是依靠机车牵引的，车厢本身并不具有动力，是一种动力集中技术。而采用了“动车组”的列车，车厢本身也具有动力，运行的时候，不光是机车带动，车厢也会“自己跑”，这样把动力分散，更能达到高速的效果。 １．２动车组分类 按照动力排布：动力集中，动力分散 按照用途：客运，货运（比如日本M250，法国TGV行邮），特殊用途（轨道检测等） 按照性能：高性能，低性能。 １．３牵引方式 动车组有两种牵引动力的分布方式，一种叫动力分散，一种叫动力集中。 动力分散电动车组的优点是,动力装置分布在列车不同的位置上,能够实现较大的牵引力,编组灵活。由于采用动力制动的轮对多,制动效率高,且调速性能好,制动减速度大,适合用于限速区段较多的线
路。另外,列车中一节动车的牵引动力发生故障对全列车的牵引指标影响不大。动力分散的电动车组的缺点是:牵引力设备的数量多,总重量大。动力集中的电动车组也有其优点,动力装置集中安装在2～3节车上,检查维修比较方便,电气设备的总重量小于动力分散的电动车组。动力集中布置的缺点是动车的轴重较大,对线路不利。 1903年7月8日，在德国柏林诞生了一种“动车+无动力车厢+动车+动车+无动力车厢+动车”这样编组的列车。这种无动力车厢不会隔断动车之间的联系，因为它安装了重联线。与动车相对，这种专门为动车组准备的无动力车厢叫从车，中文翻译为拖车。 8月14日，由接触网供电的单相交流电动车组问世。 10月28日，西门子公司制造的三相交流电动车组进行高速试验，首创时速210. 2公里的历史性记录。 一战结束，内燃机车开始普及，内燃动车出现。 二战结束，内燃机车也能重联了，内燃动车组出现。 60年代，日木决心新建高速客运铁路网，于是有了世界上首列运营用高速动车组—新干线—0系。 70年代，法国试制了燃气轮机高速动车组—TGV-0。 80年代，高速铁路网在欧洲延伸，风驰电掣的各系TGV以300km/h 的速度成为法国人的骄傲。 90年代，TGV试验速度突破500km/h。 新世纪，TGV试验速度突破500km/h 。 ２．１国外动车组状况
综合检测列车
高速铁路“体检列车”---高速综合检测列车简介 中国铁路高速综合检测列车 中国铁路高速综合检测列车 （英语：Comprehensive Inspection Train，简称CIT）是一系列应用于中国高速铁路的综合检测动车组列车。 高速综合检测列车――为高速动车组安全护航的“体检列车”。是为时速200公里以上高速铁路基础设施实施定期检测、综合检测和高速检测的重要技术装备，拥有对轨道、接触网、通信信号等基础设施的综合检测能力。为高速铁路运营安全评估和指导各铁路局的养护维修提供技术支撑。 2007年4月18日，中国铁路实施第六次大提速，4月20日，为保障既有提速干线的持续安全运营，铁道部决定开行综合检测列车，对全路开行动车组的京沪、京广等提速线路和即将陆续开通的高速铁路进行周期性综合检测。伴随着中国高铁发展，铁科院与中国南车四方公司联手，于2008年相继成功开发出时速350公里的CRH2-061C、068C高速综合检测列车。其中CRH2-061C检测车于当年3月15日投入京津城际高铁联调联试，068C检测车于当年年底投入武广高铁联调联试。2010年，铁科院再次与中国南车四方公司联手，开发出时速350公里的CRH2-150C高速综合检测列车，用于京沪高铁联调联试。铁科院基础所是国家8 6 3计划重点项目最高试验时速400公里高速检测列车研制的主要承担单位，经过一年多科研攻关，铁科院与中国南车四方公司联合研发的CRH380A-001、与中国北车唐山轨道客车有限责任公司联合研发的CRH380B-002两列最高时速达380公里至400公里的高速综合检测列车，分别于2011年2月和5月出厂，相继投入京沪高铁的联调联试与运行试验。该项目总体技术指标代表世界高速检测列车的最高水平。4年来，基础所科研团队攻坚克难，勇于创新，与中国南车四方公司、中国北车长客股份、中国北车唐山公司联合攻关，相继研制出6列高速综合检测列车。其中3列时速达250公里至350公里，2列时速达380公里至400公里，标志着我国高速铁路检测技术与装备站在了世界发展的最前沿。截至2012年2月，我国拥有高速综合检测列车已从2007年的1列发展到8列，所有列车均直属中华人民共和国铁道部及中国铁道科学研究院，由其管理和运用。 我国每天有1400多列动车组奔驰在25条高速线路上，以快捷、安全、舒适的良好运营品质，为广大旅客出行提供了便利。铁道部对高速线路，每隔十天到半月就要开行高速综合检测列车，运用高科技的装备与手段，对列车运行品质及基础设施状态进行检测与评价，即对线路等基础设施进行全面“体检”，查找安全隐患与病害。人们称之为“列车医生”。按照国务院批准的《中长期铁路网规划》，中国铁路紧紧抓住加快发展的黄金机遇期，组织展开了前所未有的大规模客运专线建设，随着京津城际铁路、武广高速铁路以及合武、石太、甬台温、温福、郑西等一批客运专线的开通运营，标志着中国铁路已经昂首迈入高速时代。确保高速铁路安全高效运营，是中国铁路面临的新的、巨大的挑战。高速铁路系统复杂，基础设施各子系统之间，基础设施与移动设备之间关联性极强，为此，国外高速铁路普遍采用综合检测列车进行综合检测，并将检测结果作为指导基础设施养护维修的重要依据。高速综合检测列车以高速动车组为载体，集现代测量、时空定位同步、大容量数据交换、实时图像识别和数据综合处理等先进技术于一
压力和液位传感器测量实验
压力和液位传感器测量实验 一、实验目的： 1. 了解压力传感器和液位传感器的工作原理和结构 2. 学习如何安装和使用压力传感器、液位传感器 3. 学习如何测定和校正传感器的量程曲线 4. 学习传感器、数字转换仪表的连接和参数设置 二、实验装置及试剂 压力传感器一台，液位传感器一台，直流电源，数字显示仪表，高位槽，低位槽，电磁阀。 三、实验原理 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业过程的测量和自控包括石油、化工、航空、制药、环境等不同的行业和过程，按照不同的类型，还可以有用来测量液体或气体压力的，测量物体重量的，测量流体压差的和物体的位移量。也可以分别叫做压力传感器、重量传感器、液位传感器和差压传感器等名称，下本实验简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 实验装置为一个透明的有机玻璃塔，也可以作为一个液体罐。在塔体的下部，安装有压力传感器，通过改变液体的高度，或者气体的压力，都可以造成系统压力的变化，可以用来测量塔内液体水产生的压力，并显示在数字仪表上。该数据也可以直接连接到计算机上，实现在线监控和采集。
在塔的上、下部位，安装有液位传感器，用来测量液体的位差。本实验中液体是水，不管液体上方的气体压力如何变化，液位传感器只是测量上下两个测量口之间的压力差。 图1 压力/液位传感器测量试验流程图 传感器测量原理： 压力传感器的种类繁多，有压阻式压力传感器、电容式压力传感器、半导体应变片压力传感器电、感式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感
器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 压阻式压力传感器： 通常是将电阻膜片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在一个固定基体上，当基体受力发生应力变化时，膜片的电阻值也发生相应的改变，如果电路中有一个恒流源，从而使加在电阻上的电压发生变化。通过用电桥放大后测量该电压值，就可以知道施加到膜片上的压力值。电阻膜片应用最多的是金属电阻膜片和半导体膜片两种。金属电阻膜片又分丝状膜片和金属箔状片两种。 金属电阻膜片是利用吸附在基体材料上金属丝或金属箔，受应力变化时，电阻发生变化的特性来测量的。应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。 图2 传感器接线原理 采用水的变化来引起压力和压差的变化，用压力传感器来测量气
压力检测系统设计
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题:压力检测系统设计 学院名称:电气工程学院 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 设计地点 : 31-505 设计时间 : 2015-12-28～2016-01-08
单片机系统 课程设计课程设计名称:压力检测系统设计 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 课程设计地点: 31-505 课程设计时间: 2015-12-28～2016-01-08 单片机系统课程设计任务书
目录 1绪论 (3) 1、1压力检测系统概述 (3) 2总体方案设计原理 (4) 2、1 基于单片机的智能压力检测的原理 (4) 2、2 压力传感器 (4) 2、2、1 压力传感器的选择 (4) 2、2、2金属电阻应变片的工作原理 (5) 2、3 A/D转换器 (5) 2、3、1 A/D转换模块器件选择 (5) 2、3、2 A/D转换器的简介 (5) 2、4单片机 (6) 2、4、1 AT89C51单片机简介 (6) 2、4、2主要特性 (7) 2、4、3 管脚说明 (7) 2、5单片机于键盘的接口技术 (8) 2、5、1 键盘功能及结构概述 (8) 2、5、2 单片机与键盘的连接 (9) 2、6 LED显示接口 (10)
2、6、1 LED显示器 (10) 2、6、2七段数码显示器 (11) 2、6、3LED数码管静态显示接口 (12) 3软件设计 (14) 3、1 A/D转换器的软件设计 (14) 3、1、1 ADC0832芯片接口程序的编写 (14) 3、2 单片机与键盘的接口程序设计 (15) 3、3 LED数码管显示程序设计 (16) 总结 (18) 参考文献 (19) 附录A (19) 附录B (20) 1绪论 1、1压力检测系统概述 压力就是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制就是保证生产与设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计就是基于AT89C51单片机的测量与显示。就是通过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位A／D转换器,然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号,再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息,最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘,向计算机系统输入各种数据与命令,让单片机系统处于预定的功能状态,显示需要的值。 本设计的最终结果就是,将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据,当输入的模拟信号发生变化的时候,通过A/D转换后,LED将显示不同的数值。
轨道检查列车的现状及发展趋势
轨道检查列车的现状 及发展趋势 张育飞 2007-11-5
目录 第一章绪论 (3) 第二章国外轨道检查车技术 (4) 2.1 日本East－i综合检测列车 (4) 2.2 美国Ensco和ImageMap公司轨检车 (5) 2.3 奥地利Plasser公司EM－250型轨检车 (5) 2.4 德国OMWE和RAILAB轨检车 (5) 2.5 意大利“阿基米德号”综合检测列车 (6) 2.6 法国MGV综合检测列车 (7) 第三章我国的轨道检测车 (8) 3.1 GJ-3型轨检车 (8) 3.2 GJ-4型轨检车 (8) 3.2.1 GJ-5的原理及应用 (18) 3.2.2 GJ-5型软件的自主研发 (19) 3.3 轨检车的应用情况及优缺点 (22) 3.3.1 上海局的管理 (22) 3.3.2 济南局的管理 (23) 3.3.3 TQI指数的优缺点 (25) 3.4 我国轨检车技术发展方向 (27) 3.5 轨检车发展趋势 (29) 第四章结论与建议 (31) 4.1 运用综合检测列车是必然选择 (31) 4.2 提高检测可靠性是轨道动态检测技术的发展方向 (32) 4.3 建立科学合理的轨道动态检测评价体系 (34) 致谢 (36) 参考文献 (37)
第一章绪论 轨道检测的设备主要是轨检车。我国XGJ-1准高速（140~160km/h)轨检车可检测13项内容，包括：左右轨的前后高低、左右轨的轨向、水平、左右轨的不平顺、曲线外轨超高、曲线半径、轨距、线路扭曲、车体水平和垂直振动加速度、左右轴箱垂直振动加速度等。除检测轨道几何形位外，还可以从轮轨相互作用和行车平稳性等方面对轨道状态作出综合评价。 轨检车由检测装置和数据处理系统两大部分组成。检测装置包括：惯性基准轨道不平顺测量装置、光点轨距测量装置和多功能振动测量装置等。数据处理系统包括：模数转换器、计算机、打印机等组成。 轨距检测采用光电式轨距测量装置，应用光学、磁学和电学原理，通过不同的传感器把轨距几何量值的变化转换成电容、电感和电流或电压等电气参数的变化，实现动态条件下轨距的无接触测量，这种测量方法不仅适用于常速轨检车，在高速轨检车上也普遍适用。测量前后高低和左右水平时，采用惯性基准轨道不平顺测量装置。该装置应用质量-弹簧-阻尼系统构成惯性基准，对轨道不平顺和水平进行测量。车体和轴箱振动加速度检测采用多功能振动测量装置。 轨检车载数据处理系统能对测试结果进行实时处理。由各检测装置测得的模拟信号通过模数转换器转化为数字信号，输入计算机进行分析和处理。处理结果打印成图表，给出某段线路上各检测项目的平均值、标准值、各级超限峰值几最大超限值、累计超限罚分值等。同时，模拟信号还被记录在波形记录仪或模拟磁带机上，供进一步分析和处理用。 发达国家大多数拥有自己研制生产的中高速或高速轨检车。在高速轨检车上，激光、数字滤波及图象处理技术得到广泛应用，以计算机为数据处理主体，对轨检信号进行模拟与数字混合处理，确保检测结果不受轨检车运行速度和运行方向的影响。与发达国家相比，我国轨检车的性能和应用标准还存在一定差距，主要表现在：尚没有高速轨检车，现有的准高速轨检车也主要靠引进国外技术制造；部分关键传感器未能国产化；对轨检车的检测数据还不能充分利用。这些都是急待研究和改进的地方。
中国高速铁路发展历程
中国高速铁路发展历程 2010年12月03日 12月3日，中国自主研发的"和谐号"CRH380高速动车组列车在京沪高铁枣庄至蚌埠段试验运行最高时速达486.1公里。这是中国铁路创造的世界纪录，更是世界铁路发展史上值得书写的重要章节，因为，高速铁路是人类文明与智慧的宝贵结晶，是人类社会走向现代化的重要标志和有力支撑。 目前，中国高速铁路建立了较为完善的运营管理体系，确保了运营持续安全，取得了良好的经营业绩，提供了安全、快捷、舒适、经济的运输服务，有力地促进了经济社会又好又快发展。如今，中国铁路每天开行"和谐号"高速动车组列车1000多列，发送旅客近百万人。而且高速铁路开通后，既有铁路通道的货运能力得到了巨大释放，为实现货运增量、丰富货运产品体系、提升货运服务质量奠定了坚实基础。 中国人在建设和发展高速铁路的历史进程中，不仅在技术上取得了重大突破，在营业里程上不断快速扩展，而且锤炼了"勇攀科技高峰，争创世界一流"的高速铁路精神，形成了以"运行高速度、安全高可靠、服务高品质"为基本内涵的高速铁路文化体系。 作为带动性产业、战略性新兴产业，高速铁路不仅大大加快了中国铁路现代化建设进程，而且对国家新兴产业的发展和产业结构的优化产生了积极影响，在加快转变经济发展方式、促进经济社会又好又快发展中发挥了重要作用，对政治、经济、文化、社会等诸多领域产生了重要而深远的意义，是加快实现国家现代化的助推器。 中国高速铁路发展的历史起点 在中国，铁路是国家重要的基础设施、国民经济的大动脉和大众化交通工具，在综合交通运输体系中处于骨干地位。新中国成立以来，尤其是改革开放以来，中国铁路取得了长足进步，为经济建设做出了重要贡献。但与其他行业相比，铁路发展相对滞后，运输能力严重不足，"一票难求、一车难求"的现象十分突出，铁路成为制约经济社会发展的"瓶颈"。 从世界范围看，速度作为交通运输现代化的重要标志之一，往往在很大程度上影响着某种运输方式或某种交通工具的兴衰。铁路自诞生以来，正是由于它在运输速度和运输能力上的巨大优势，才在很长的历史时期内成为世界各国交通运输的骨干，极大地推动着社会进步和历史进程。曾几何时，由于忽视了普遍提高行车速度，铁路在速度方面的优势迅速缩小，甚至消失。速度慢成了阻碍铁路发展的重要因素之一。 20世纪中叶以来，世界铁路以高速客运为突破口开始了新一轮的复兴。高速铁路的问世，使一度被人们称为"夕阳产业"的铁路焕发了青春，出现了新的生机。客运高速化是世界铁路发展的趋势。在许多国家，越来越多的旅客把乘坐舒适便捷的高速列车作为出行的首选。 建设现代化的中国铁路，必须在速度上"突出重围"。高速铁路具有速度快、运量大、节约土地、节能环保等明显优势。发展高速铁路，符合中国经济社会发展需要，对于构建现代
《电容式传感器的工作原理及其在压力测量中的应用》
检测与转换技术 大作业 题目 院系 班级 学生姓名 日期
电容式传感器的工作原理及其在压力测量中的应用 摘要： 电容式传感器以各种类型的电容器作为传感器元件，通过传感器元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化，在经过测量电路转化为电压、电流或频率。电容式传感器广泛的应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的测量，还应用于压力、差压、液位、料位等热加工量的测量。本文主要介绍电容式传感器的工作原理及其在压力测量中的应用。 关键词： 电容式传感器 工作原理 压力测量 应用发展 Summary: In all types of capacitive sensors as the sensor capacitor element, the sensor element by changes in the measured physical quantity as a change in capacitance is converted, after measuring circuit into a voltage, current or frequency. Capacitive sensors are widely used in displacement, vibration, angle, acceleration and other mechanical measurement of the amount, also applies pressure, differential pressure, level, level and other thermal processing of the measurement. This paper describes the working principle of the capacitive sensor and its application in pressure measurement. Keywords: capacitive pressure sensor measurement applications development works 1.引言 电容式传感器是把被测量转换为电容量变化的一种参量型传感器。电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，由于形式多种多样，传感器电容值相差很大。电容式传感器可分为变面积变化式、变间隙式、变介电常数式三类。变面积变化式一般用于测量角位移或较大的线位移。变间隙式一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。变介电常数式常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。这种传感器具有高阻抗、小功率、动态范围大、动态响应较快、几乎没有零漂、结构简单和适应性强等优点。70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。 电容式传感器的基本工作原理 以储存电荷为目的制成的元件称为电容器。由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器, 如果不考虑边缘效应, 其电容量为 d A d A c r εεε0= =
基于单片机的压力检测系统设计
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
火车的发展历程
火车的发展历程 梁政 我们进行远距离旅行，往往会乘坐火车，车上有座位、床铺、餐桌、洗手间等，简直就是一座流动的旅馆。坐在平稳的车厢里遥望车外的青山绿水、田园景色，令人心旷神怡。除此之外，火车还担负着运送工农业生产和国防建设物资的重任，真不愧为国民经济的大动脉！从火车的发明到现在已走过了207年，这个对推动世界工业化革命发挥了巨大作用的火车是怎样发生、发展、变化的呢现在就让我们一起去回顾这一段闪烁着人类智慧的光辉历史吧。 火车和所有其他的发明一样，都是为了满足社会需要而问世的。18世纪初，随着社会生产力的发展，人们急需一种比马车装得多、跑得快的新型车辆。在这种情况下，英国人瓦特发明了蒸汽机。这种机器比马的力气可大多了，它一问世就引起了人们的关注。 在那时，一些具有改革创新激情的人萌发了将蒸汽机装在车上，以代替人力或者畜力来拖动车辆。这个设想首先在军事上得到了应用。那时，欧洲各国的军队为了满足作战需要，把大炮的口径和射程做得越来越大。这就导致了炮的重量不断增加，用人推马拉的办法很难保证大炮能及时跟随部队转战。法国一位名叫居尼奥的炮兵军官，针对这一问题研制成了用蒸汽机推动的“蒸汽车”来拉炮，从而开辟了以机器为动力的现代车辆发展的道路，也为火车的诞生打下了基础。
这种将蒸汽机装在车子上的机械车是怎样推动车辆行驶的呢我 们从它的外形上可以看到，蒸汽机有一个大锅炉，装在车架的前端。在锅炉下面烧着煤火，用来将锅炉里面的水加热成蒸汽。由锅炉上的一根管子将蒸汽引入车子前轮上方的汽缸里，蒸汽的力气很大，便推着汽缸里的活塞向前移动，而活塞通过连杆和曲轴与前轮连在一起，于是随着曲轴的转动，车轮就跟着转起来，这就是蒸汽机车行走的基本原理。 此后不久，这种冒着黑烟、喘着粗气的车子先后在英国和德国出现了。英国人于1804年制成了蒸汽机车。不过，它的模样和先前不大一样了：有的将锅炉移到车子的中间，并罩上罩子，两头还装上几排座位；有的把锅炉移到车后部，而在前面坐人的地方装了一个车厢，等等。这种蒸汽车已经颇有点近代车的气派了。但提醒大家注意的是，当时这种蒸汽机车是在公路上行驶的，因为那时世界上还没有铁路。 世界上第一台行驶于轨道上的蒸汽机车是“新城堡号”蒸汽机车。它是由英国一位出身贫寒、到处漂泊的发明家理查德·特里维西克设计制造的。1804年2月29日，这台机车（自重5吨）首次在南威尔士的麦瑟尔提德维尔到阿巴台之间的轨道上作运行试验，车速为每小时8公里，只能牵引十几吨重，比马车好不了多少。但它却开辟了世界铁路史上第一台蒸汽机车的光辉行程。 图1 世界上第一台蒸汽机车“新城堡号”
压力传感器原理及应用-称重技术
压力传感器是压力检测系统中的重要组成部分,由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电 信号作输出,给显示仪表显示压力值,或供控制和报警使用。 压力传感器的种类繁多，如压阻式压力传感器、应变式压力传感器、压电式压力传感器、电容式压力传感 器、压磁式压力传感器、谐振式压力传感器及差动变压器式压力传感器，光纤压力传感器等。 一、压阻式压力传感器 固体受力后电阻率发生变化的现象称为压阻效应。压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片 受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。 压阻式具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 1、压阻式压力传感器基本介绍 压阻式传感器有两种类型：一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，因此 应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩 散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。 半导体应变式传感器半导体应变式传感器的结构形式基本上与电阻应变片传感器相同，也是由弹性敏感元件等三部分组成，所不同的是应变片的敏感栅是用半导体材料制成。半导体应变片与金属应变片相比，最 突出的优点是它的体积小而灵敏高。它的灵敏系数比后者要大几十倍甚至上百倍，输出信号有时不必放大 即可直接进行测量记录。此外，半导体应变片横向效应非常小，蠕变和滞后也小，频率响应范围亦很宽， 从静态应变至高频动态应变都能测量。由于半导体集成化制造工艺的发展，用此技术与半导体应变片相结 合，可以直接制成各种小型和超小型半导体应变式传感器，使测量系统大为简化。但是半导体应变片也存 在着很大的缺点，它的电阻温度系统要比金属电阻变化大一个数量级，灵敏系数随温度变化较大它的应变 —电阻特性曲线性较大，它的电阻值和灵敏系数分散性较大，不利于选配组合电桥等等。 扩散型压阻式传感器扩散型压阻传感器的基片是半导体单晶硅。单晶硅是各向异性材料，取向不同时特性不一样。因此必须根据传感器受力变形情况来加工制作扩散硅敏感电阻膜片。 利用半导体压阻效应，可设计成多种类型传感器，其中压力传感器和加速度传感器为压阻式传感器的基本 型式。 硅压阻式压力传感器由外壳、硅膜片（硅杯）和引线等组成。硅膜片是核心部分，其外形状象杯故名硅杯，在硅膜上，用半导体工艺中的扩散掺杂法做成四个相等的电阻，经蒸镀金属电极及连线，接成惠斯登电桥 再用压焊法与外引线相连。膜片的一侧是和被测系数相连接的高压腔，另一侧是低压腔，通常和大气相连，也有做成真空的。当膜片两边存在压力差时，膜片发生变形，产生应力应变，从而使扩散电阻的电阻值发 生变化，电桥失去平衡，输出相对应的电压，其大小就反映了膜片所受压力差值。
法国高速列车(TGV)教学提纲
法国高速列车(T G V)
法国高速列车（TGV） 概述 1971年，法国政府批准修建东南线TGV（巴黎至里昂，全长417公里，其中新建高速铁路线389公里），1976年10月正式开工，1983年9月全线建成通车。TGV高速列车最高运行时速270公里，巴黎至里昂间旅行时间由原来的3小时50分缩短到2小时，客运量迅速增长，预期的经济效益良好。TGV东南线的成功运营，证明高速铁路是一种具有竞争力的现代交通工具。1989年和1990，法国又建成巴黎至勒芒、巴黎至图尔的大西洋线，列车最高时速达到300公里。1993年，法国第三条高速铁路TGV北线开通运营。北线也称北欧线，由巴黎经里尔，穿过英吉利海峡隧道通往伦敦，并与欧洲北部比利时的布鲁塞尔、德国的科隆、荷兰的阿姆斯特丹相连，是一条重要的国际通道。由于在修建高速铁路之初，就确定TGV高速列车可在高速铁路与普通铁路上运行的技术政策和组织模式，所以目前法国高速铁路虽然只有1282公里，但TGV高速列车的通行范围已达5921公里，覆盖大半个法国国土。根据规划，法国将在21世纪的头10年内，把东南线延伸至马赛，还要修建通向意大利和西班牙的南部欧洲线以及巴黎至德国的东部欧洲线。 路网介绍 按照建造时间顺序，法国TGV高速铁路网主要包括东南线、大西洋线、北方线、东南延伸线（或称罗纳河一阿尔卑斯线）、巴黎地区联络线、地中海线和东部线等7个组成部分。下面分别对其发展过程作一简单描述。 1、东南线 巴黎和里昂是法国两个最大的城市，人口分别为1000万和l50万，自20世纪60年代起，联结巴黎-第戎-里昂的铁路运量就已达到饱和状态，当时曾考虑过加修复线等多种方案，
压阻式压力传感器的压力测量实验
实验二压阻式压力传感器的压力测量实验 一、实验目的： 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理： 扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 图一压阻式压力传感器压力测量实验 三、需用器件与单元： 主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。 四、实验步骤： 1、将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据图二连接管路和电路（主机箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好）。引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中（注意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压，则可轻松拉出），另一端口与压力传感器相连。压力传感器引线为4芯线： 1端接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源， 4端为Uo－，接线见图9-2。
2、实验模板上R W2用于调节放大器零位，R W1 调节放大器增益。按图9-2将实 验模板的放大器输出V02接到主机箱(电压表)的Vin插孔，将主机箱中的显示选 择开关拨到2V档，合上主机箱电源开关，R W1 旋到满度的1／3位置(即逆时针旋 到底再顺时针旋2圈)，仔细调节R W2 使主机箱电压表显示为零。 3、输入气压，压力上升到4Kpa左右时调节调节Rw2（低限调节），，使电压表显示为相应的0.4V左右。再仔细地反复调节旋钮使压力上升到19Kpa左右时调节差动放大器的增益电位器Rw1（高限调节），使电压表相应显示1.9V左右。 4、再使压力慢慢下降到4Kpa，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.400V。再仔细地反复调节汽源使压力上升到19Kpa时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示1.900V。 5、重复步骤4过程，直到认为已足够精度时仔细地逐步调节流量计旋钮，使压力在4－19KPa之间变化，每上升3KPa气压分别读取电压表读数，将数值列于表1。 作业： 1、画出实验曲线，并计算本系统的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭所有电源。
数字显示压力测量系统设计
数字显示压力测量系统设计 一、数字显示仪表的设计原理 工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。数字式仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨率高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。同时数字量传输信息，可使得传输距离不受限制。 数字仪表按工作原理可分为：带微处理器的和不带微处理器的。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现有关功能。 1.传感器输出信号的特点： （1）传感器的输出会受温度的影响，有温度系数变化。 （2）传感器的输出顺着输入的变化而变化，但之间的关系不一定是线性比例关系。 （31传感器的动态范围很宽。 （4）传感器的种类多，输出的形式也多种多样。 （5）传感器的输出阻抗较高，到测量电路时会产生较大的信号衰减。 2.传感器信号的二次变换 根据上述的传感器输出信号的特点来看，传感器输出的信号一般是能直接用于仪器、仪表显示作控制信号用，往往需要通过专门的电子电路对传感器输出信号进行“加工处理”。如将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，如有必要再加温度补偿电路。这种信号变换一般称为二次变换。完成二次变换的电路称为传感器电子电路，一般也称为测量电路，仪表电子电路或调理电路。
3.传感器二次变换的组成 传感器电子电路主要是模拟电路，它与数字电路一样，是由一些单元电路组成。这些单元电路有：各种信号放大电路、有源及无源滤波电路、绝对值检测电路、峰值保持电路、采样.保持电路、A/D及D/A 变换电路、V/F及F/V变换电路、调制解调电路温度补偿电路及非线性特性化补偿电路等。 4.传感器信号的调理电路 信号调理是指测量系统的组成部分，它的输入时传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配、滤波、解调功能。 传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量两类。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂些，通常需要放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及AD/A 转换电路等。而对于数字量信号进行调理匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路，控制計数器技术即可。 5.DVM的概述 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差。数字电压表（DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表。 DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变换成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部件是A/D转换器，最后用电子计数器计数显示，因此，DVM的基本组成是A/D 转换器和电子计数器。 二、压力测量数显系统设计 测量系统的整机电路包括：P3000S-102A压力传感器、恒流源、
国外综合检测技术
1 国外高速综合检测技术概述 综合检测工作是制定维修计划的基础，利用综合检测数据安排维修养护可有效地保证线路、通信信号、接触网等基础设施的良好状态，保证高速铁路安全运营。由于各国高速铁路运输体系不同，在综合检测方面也有差异。法国、意大利、英国、日本等国家采用综合检测列车对高速铁路进行检测，而德国等国家采用专业检测车。根据世界检测技术的发展，“等速检测、综合检测”是高速铁路检测技术的发展方向。 1．1 法国 自2002年起，法国国家铁路(SNCF)利用使用了7年的一列TGV—A动车组研发最高检测速度320 km／h的IRIS320综合检测列车，将轨道、接触网、车辆动态响应、通信信号等检测设备集中在列车上。2006年4月，IRIS320综合检测列车投入运用。目前，综合定位系统、轮轨作用检测已启用，轨道几何检测系统处于验收阶段，接触网和通信信号检测系统正在安装调试，钢轨表面损伤检测还达不到实时要求。IRIS320综合检测列车在检测中不断完善，2008年将承担新建东部高速线检测验收工作。 1．2 意大利 意大利“阿基米德”号综合检测列车于2001年交付使用，检测速度220 km／h，可检测轨道几何参数、钢轨断面、钢轨波浪磨耗、接触网及受流状态、通信信号、车体和轴箱加速度、轮轨作用力等。“阿基米德”号综合检测列车配属在“意大利铁路基础设施管理中心(RFI)”，统一对意大利的铁路进行检测，并有一套功能较强的数据分析处理软件INOFFICE，可对其所有检测数据进行综合分析。同时，开发了一套指导养护维修的信息系统RAMSY能最大限度地帮助用户利用检测数据进行分析，更好地指导铁路基础设施保养规划，降低保养费用。 1．3 英国 目前，英国铁路运营里程11 808．6 km，其中高速铁路1 267．9 km，产权隶属英国铁路路网公司(NetworkRail)。路网公司配属一列综合检测列车NMT，该车由7辆编组的内燃动组组成，车体是1977年制造，2002年开始改造，最高运行速度200 km／h。车上安装了轨道几何、接触网、车辆动态响应、视频监测、钢轨表面伤损、轨道部件等检测设备，通过定位系统、检测专用网络、数据库和综合分析系统对检测数据进行同步采集、分析和管理。目前，检测系统已集成完毕并投入使用。 1．4 德国 目前，德国联邦铁路(DB)的路网公司(DBNetz)管理约35 000 km的运营线路，其中包括约3 500 km的高速及提速线路。动态检测设备包括轨道检查车、钢轨探伤车、波浪磨耗检测车等。路网公司的轨道检测工作统一由检测部f]NBI 4完成，该部门负责轨道检查车的研究开发和检测使用，并配备了7辆轨道检查车，其中一辆新型高速轨检车RaiLAB已投入运行，检测速度250 km/h；一辆高速轨检车(0MWE)检测运营速度受车体构造速度限制为200 km/h。检测线路时，德国联邦铁路的轨道检查车均采用单机牵引，必要时加挂一辆普通客车，检测列车一般3辆编组。 1．5 日本 日本新干线由IJR东日本、IJR东海、JR西日本公司经营，这些公司相互独立，有些公司间的线路互不相通。因此，日本的综合检测列车配属给各JR公司，用于检查公司的铁路，指导维修。日本新干线以往采用电气轨道综合试验车(“黄医生”)，并在“黄医生”的基础上进一步改进，研制成功E926型“East—i”综合检测列车。该检测列车由6辆车组成，自带动力，可检测轨道几何参数、接触网、通信信号、轮轨作用力、环境噪声等项目，最高检测速度275 km／h，检测系统各自独立完成检测工作，并在速度、时间和里程位置上与检测保持同步。
基于应变片传感器的压力测量
“传感器与检测技术”研究小论文基于应变片传感器的压力测量 姓名：李 班级：2011 学号： 2014年4 月14 日
目录 第1章应变片传感器综述 (3) 1.1 应变片传感器简介 (3) 1.2 应变片传感器的工作原理 (3) 第2章传感器的选用 (4) 2.1 几种传感器及外围电路的比较 (4) 2.2 市场上的同类产品 (5) 第3章具体方案设计与分析 (6) 3.1 温度补偿电路 (6) 3.2 测量电路 (7) 3.3 系统总图 (8) 参考文献 (8)
应变片传感器综述 1.1应变片传感器简介 压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及膜片电极式压力传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 1.2应变片传感器的工作原理 电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： S L R ρ= 式中： ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m ） S ——导体的截面积（cm2） L ——导体的长度（m ）
基于单片机的智能压力检测系统的设计—-毕业论文设计
题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计
基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；
Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;