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原文传递基于轮轨激励声检测的列车接近报警系统研究

论文题名：	基于轮轨激励声检测的列车接近报警系统研究
关键词：	轮轨激励声;导纳;功率谱密度;单片机;列车接近预报;报警系统
摘要：	对于铁路交叉道口过往车辆行人的安全防护和铁路维修维护施工人员的人身安全保障问题，提前预报接近的列车是解决该问题较好的一种方法.目前国内外在短轨铁路上已研制多种预报列车接近的报警系统，主要是针对铁路中大桥、隧道、矿山等特殊地段，但是造价相对较高，并且难以适应我国现在的长轨铁路的要求. 本文依据对轮轨激励声和轨中固体声传播规律的研究，提出了一种利用测量钢轨中固体声变化来预报运行列车的方法，该方法不受长短轨的限制可以在我国铁路系统中推广使用. 1.车轮和钢轨的振动激励轮轨声.车轮的径向振动与钢轨的垂向振动耦合，根据Remington模型可以得到钢轨垂向振动速度的功率谱与轮轨表面粗糙度谱之间的关系，用导纳测量及频率扫描方法获得我国常用的60kg/m的钢轨垂向振动的特征频率值：一阶为150Hz，二阶为300Hz.钢轨的横向振动简化成棒振动模型来计算，根据两端固定棒的振动方程，计算出60kg/m钢轨的横向振动特征频率值：一阶为155Hz，二阶为310Hz.证明钢轨在低频段是整体振动. 2.轮轨激励声通过两个途径传播：一是向周围空气辐射的空气声；二是钢轨中传播的固体声.在空气中传播时近似于是在无限介质中的传播，且空气对声波的阻尼大，使得空气中的声能因扩散半径增大和阻尼的作用而衰减很快，另外空气中的干扰声源多，难以根据空气中的声来判断列车的驶近.固体声在钢轨中传播时，由于钢轨的形状尺寸固定而具有“波导效应”，通过计算其截止频率可以看出钢轨中不存在高次谐波，钢轨中传播的固体声频率是和轮轨激励源的频率一致，且钢轨对固体声的阻尼小利于固体声的远距离传播.钢轨的阻抗和空气阻抗相差很大，空气中的干扰声很难影响钢轨中的固体声.说明测量钢轨中的固体声可以获得列车的行使信息. 3.钢轨中固体声测量用的传声器和空气中声测量的传声器有区别，但是检声原理有共同之处.DSY-1型固体传声器的频带和灵敏度都能满足钢轨固体声测量的要求，其输出电量和声压成正比.根据实地测量钢轨中的固体声，用MATLAB进行数据处理，得到了随着列车接近的固体声信号的功率谱图.显示钢轨中固体声的谱峰集中在几个特征频率处，尤其是300Hz处的谱峰变化明显. 4.根据钢轨中固体声变化的规律，设计了以MCU为核心的便携式、低功耗的列车接近报警系统.该报警系统的电源部分要求12V和5V电压，对于进行铁路维修维护的施工人员来讲，可以使用干电池及蓄电池；对于无人值守的铁路道口安装该系统时，可以使用太阳能电池来供电.该系统通过报警驱动电路能实现声光报警、振动报警等多种报警形式.固体声传感声器检测列车的接近信号不必要等列车通过传声器的安装位置，避免了由于过长的电缆受到外界干扰而引起的误报，使得系统具有抗干扰、可靠性好、性价比高、便携耐用等特点.
作者：	杨清雷
专业：	声学
导师：	傅圣雪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中国海洋大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文