美國(guó)DYTRAN加速度傳感器在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用

鐵路是人類發(fā)明的首項(xiàng)公共交通工具，在十九世紀(jì)初期便在英國(guó)出現(xiàn)。直至二十世紀(jì)初發(fā)明汽車，鐵路一向是陸上運(yùn)輸?shù)闹髁ΑｋS著高速鐵路飛速發(fā)展，在時(shí)速超過(guò)350km／h的高速鐵路線路上，列車的測(cè)速定位問(wèn)題顯得越來(lái)越重要。

測(cè)速和定位的精度問(wèn)題從根本上制約著高速鐵路列車運(yùn)行中自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度。為確保列 車運(yùn)行安全，并充分發(fā)揮運(yùn)輸效能，只有時(shí)刻掌握高速列車運(yùn)行的即時(shí)速度和位置，才能確保列車的正點(diǎn)到達(dá)和安全運(yùn)行。傳統(tǒng)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(guò)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。加速度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。
   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(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(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(guò)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)速傳感器是利用車輪的周長(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。雖然可以用輪軸脈沖轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)測(cè)定了車的速度。然 而，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(wèn)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。

在高速列車運(yùn)行過(guò)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。

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(guò)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。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?，俗稱信標(biāo)。當(dāng)機(jī)車通過(guò)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。由于相對(duì)傳感器工作的局限性，傳感器成為未來(lái)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。

   利用傳感器進(jìn)行測(cè)速和定位方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，測(cè)量數(shù)據(jù)誤差在規(guī)定范同，而加速度傳感器在高速鐵路的應(yīng)用較廣，是目前應(yīng)用的主導(dǎo)產(chǎn)品?，F(xiàn)已出現(xiàn)的GPS 移動(dòng)通信和衛(wèi)星定位技術(shù)方式就是通過(guò)外加輸入信號(hào)直接獲取列車的位置和速度信息來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)速和定位的，但該方式的測(cè)量精度受到一些因素的制約，暫時(shí)尚未推 廣。但隨著其技術(shù)成熟，移動(dòng)通信、衛(wèi)星定位在高速鐵路的應(yīng)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)。