光电信息技术研究性教学列车测速系统设计(7页).doc
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1、-光电信息技术研究性教学列车测速系统设计-第 7 页摘 要针对轮轴速 度 传 感 器 的 测 速 定 精 度 随 着 轮 对 的空转滑行逐渐降低的问 题, 通 过 分 析 定测速 传 感 器 的 误 差 特性, 采用多普勒雷达构成列车组合定位系统。结合 速度差检测列车是否发生空转滑行。建立列车的正常状态、 空转状 态、 滑 行 状 态、 不 可 信 状 态, 以 及 状 态之间转换的数学模型, 对 列 车 发 生 空 转滑 行 之 后 的 速 度 和走行距离误差进行 计 算 补 偿。仿 真 结 果 表 明, 设 计 的 空 转滑行检测与校正模型能够有效检测列车是否发生空转滑行并对误差进行校正,
2、 测速精度满足 车 载 ( 列 车 自 动防护) 的精度要求, 达到了模型设计的目的。关键词 轨道交通;车载列车防护系统;多传感器列车测速系统;空转/滑行一、背景与意义轮轴速度传感器是目前广泛应用于列车测速定位系统的测速测距设备, 但由于其与车轮相连, 直接受到车轮影响, 容易产生误差。误差来源主要包括脉冲计数误差( 车轮空转、 滑行等造成) 和车轮磨损导致轮径减小两个方面。列车在运行过程中不可避免会出现空转滑行, 导致轮轴传感器测速定位精度降低。如何降低空转滑行对测速定位的影响, 是基于轮轴传感器的列车定位方法必须要解决的关键问题。随着列车运行控制技术的发展, 新的趋势是增强列车的自主控制能
3、力, 在减少或完全不依赖轨旁设备的情况下, 由列车本身完成定位参数测量并能保证列车运行安全。为了增强车载定位系统的可靠性和自主定位能力, 引入其它类型的传感器构成列车组合定位系统, 是实现列车高精度定位的有效方法。在列车组合测速中, 可利用辅助传感器提供的冗余定位信息对轮轴传感器的测量参数进行实 时 修 正, 从 而 完 成 空 转滑行 的 检 测 和 误 差校正。二、系统原理与框图本系统以车轮转速传感器、雷达测速传感器构成列车组合测速系统,结合光电传感器测量车轮转速和雷达传感器测量列车速度两种检测方法,对列车是否发生空转/打滑进行检测。当车轮转速大于列车速度时,判断列车为空转;当车轮转速小于
4、列车速度时,判断列车为打滑。 光电开关传感器测得数据经调理电路输入单片机,同时雷达测速测得数据经调理电路和模数转换输入单片机,LED显示为车轮转速和列车速度作为数据监测,并设置报警装置,当发生空转/打滑时,做出报警,提醒工作人员对列车行驶状况进行调整。图1 系统原理框图三、 光电开关及调理电路(一) 光电开关原理光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体的有无。物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可以被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。图3.1 光电
5、开关原理图(二) 光电开关选型 光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器内藏型和电源内藏型三类。 放大器分离型是将放大器与传感器分离,并采用专用集成电路和混合安装工艺制成,由于传感器具有超小型和多品种的特点,而放大器的功能较多。因此,该类型采用端子台连接方式,并可交、直流电源通用。具有接通和断开延时功能,可设置亮、音动切换开关,能控制6种输出状态,兼有接点和电平两种输出方式。 放大器内藏型是将放大器与传感一体化,采用专用集成电路和表面安装工艺制成,使用直流电源工作。其响应速度局面(有0.1ms和1ms两种),能检测狭小和高速运动的物体。改变电源极性可转换亮、暗动,并可设置自诊断稳定工作区指示灯
6、。兼有电压和电流两种输出方式,能防止相互干扰,在系统安装中十分方便。 电源内藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化,采用专用集成电路和表面安装工艺制成。它一般使用交流电源,适用于在生产现场取代接触式行程开关,可直接用于强电控制电路。也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯,输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点,可防止相互干扰,并可紧密安装在系统中。 按检测方式可分为漫射式、对射式、镜面反射式、槽式光电开关和.光纤式光电开关 对射型由发射器和接收器组成,结构上是两者相互分离的,在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化,典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。 特征:辨别不
7、透明的反光物体;有效距离大,因为光束跨越感应距离的时间仅一次;不易受干扰,可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中;装置的消耗高,两个单元都必须敷设电缆。 漫反射型是当开关发射光束时,目标产生漫反射,发射器和接收器构成单个的标准部件,当有足够的组合光返回接收器时,开关状态发生变化,作用距离的典型值一般到3米。特征:有效作用距离是由目标的反射能力决定,由目标表面性质和和颜色决定;较小的装配开支,当开关由单个元件组成时,通常是可以达到粗定位;采用背景抑制功能调节测量距离;对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。 镜面反射由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置,从发射器发出的光束在对面的
8、反射镜被反射,即返回接收器,当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间,有效作用距离从0.1米至20米。特征:辨别不透明的物体;借助反射镜部件,形成高的有效距离范围;不易受干扰,可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。 槽式光电开关通常是标准的U字型结构,其发射器和接收器分别位于U型槽的两边,并形成一光轴,当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时,光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化,分辨透明与半透明物体。 光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线,以实现被检测物体不在相近区域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射
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