一种适应长距传输的轮载扫掠力检测系统集成与实验研究

摘要

从铁路的快速发展来看，铁路货运的超偏载检测在保障铁路运输安全中发挥着重要的作用。如何较准确地获得快速行进中的货运列车轮轨间的扫掠力状态，对防止超偏载导致的货运安全问题的发生有着重要作用。本课题前期研究中，由于当时的阶段目标主要定位于方法及手段的论证，采用的是电压传输方式。虽然能完成应变传感器信号的采集，但未考虑工程应用现场信号长距离传输的需求。故研究设计一种长距离传输下适应能力强的检测系统对轮载扫掠力检测走向工程应用具有重要意义。
　　 本文的主要研究内容如下:
　　 1)从轮载扫掠力检测工程应用要求出发，分析研究了长距离传输环境下，扫掠力检测系统设计的各环节间存在的干扰与相应的解决办法。选择AD693高集成调理芯片设计了一款可以适用于长距离传输的信号调理电路，使信号能以电流方式完成较远距离的传输。
　　 2)依据实验论证要求规划了采样控制程序功能，借助MATLAB软件平台，设计了数据采集硬件的采集控制程序。能够实现应变传感器信号的采集、数据存储以及图形化显示，为后续研究提供了基础。
　　 3)在实验室条件下，利用加长信号传输电缆的方式模拟实际检测中的长距离传输环境。并通过弹射实验对其工作性能进行了测试，验证了检测系统在长距离传输下的工作性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 扫掠力检测研究背景

1．1．1 研究背景

1．1．2 轮载扫掠力定义及其检测方法概述

1．2 国内外扫掠力检测发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 课题组研究进展

1．3 研究意义

1．4 研究内容

1．5 小结

第二章 轮载扫掠力检测系统功能分析

2．1 轮载扫掠力检测实验台

2．1．1 检测实验台介绍

2．1．2 实验台工作原理

2．1．3 实验台应变传感器输出信号特点

2．2 检测系统功能分析

2．2．1 扫掠力检测系统

2．2．2 检测系统功能需求

2．3 检测系统功能规划

2．3．1 硬件电路功能规划

2．3．2 采样程序功能规划

2．4 小结

第三章 长距离传输轮载扫掠力检测系统干扰噪声分析

3．1 轮载扫掠力检测工程环境

3．2 长距离传输轮载扫掠力检测系统主要模块干扰分析与抑制

3．2．1 应变传感器调理放大电路的放置对检测端信噪比的影响

3．2．2 长距离传输使用电流与电压方式的比较

3．2．3 应变传感器电桥的输出稳定性

3．2．4 扫掠力检测放大器内部噪声与放大级数对系统噪声影响

3．2．5 应变传感器信号的线性放大

3．3 从耦合途径抑制长距离传输的干扰噪声

3．3．1 阻抗性干扰及其抑制

3．3．2 电容性、电感性干扰的产生

3．3．3 电容性、电感性干扰的抑制措施

3．4 小结

第四章 检测系统硬件电路设计

4．1 应变传感器集成调理芯片的选择

4．1．1 电压信号远距传输的弊端

4．1．2 电流变送器的优势

4．1．3 集成传感器变送芯片的选择

4．2 集成调理芯片应用电路设计

4．2．1 集成调理芯片功能、原理

4．2．2 应用电路设计

4．3 数据采集控制电路设计

4．3．1 光电开关及电平转换

4．3．2 光电开关外部触发控制

4．4 小结

第五章 数据采集控制程序设计

5．1 MATLAB软件平台概述

5．2 程序设计目标

5．3 采集程序M脚本文件编程

5．3．1 图形界面设计

5．3．2 通过DAQ数据采集工具箱采集数据

5．3．3 数据处理功能实现

5．3．4 程序调试

5．4 小结

第六章 实验分析研究

6．1 电路性能测试

6．1．1 抗干扰措施验证

6．1．2 传感器激励测试

6．1．3 调理电路线性度

6．2 静态标定实验

6．3 动态信号重复性

6．3．1 信号重复性

6．3．2 实验曲线特征

6．4 小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间主要研究成果