2路基凍化檢測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1位置敏感器件PSD簡(jiǎn)介

暗電流是指PSD在無(wú)光源照射的情況下PSD兩極的輸出信號(hào)稱為暗電流。但是因?yàn)榘惦娏鞯漠a(chǎn)生會(huì)同時(shí)混雜在PSD的兩極輸出電流中,所若暗電流太大會(huì)嚴(yán)重干擾到檢測(cè)光源照射在PSD位置的準(zhǔn)確性,影響測(cè)量精度。對(duì)暗電流的大小造成影響的因素主要是偏置電壓的大小與工作環(huán)境溫度的髙低,在對(duì)PSD的應(yīng)用中可選用適宜的反偏電壓大小,從而保證系統(tǒng)的測(cè)量精度PSD在光源照射位置的變化時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)響應(yīng)被稱作為PSD的響應(yīng)速度。響應(yīng)速度是指光源照射位置變化的幅度達(dá)到了PSD的響應(yīng)輸出電流做出變動(dòng)時(shí)所要經(jīng)歷的時(shí)間。響應(yīng)速度對(duì)PSD能否用于檢測(cè)光源照射在光敏面上做高速運(yùn)動(dòng)或者應(yīng)用脈沖調(diào)制光消除背景光影響具有極其重要的意義。其主要受光源波長(zhǎng)、PSD的極間電阻的分布是否均勻、光點(diǎn)的位置等因素影響。

2.2路基凍化檢測(cè)系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)主要包括上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。下位機(jī)主要包括路基凍脹測(cè)量系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)及電源系統(tǒng)四個(gè)子系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示。首先通過(guò)控制器毎隔一小時(shí)產(chǎn)生信號(hào)控制化光器打出反光,利用反射原理,棱鏡將反光反射到PSD上,PSD測(cè)得此時(shí)的路基凍脹值,通過(guò)信號(hào)處理電路后進(jìn)入控制器中,分別將數(shù)據(jù)存于本地SD卡中并通過(guò)3G模塊連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位化可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制下位機(jī)電路,檢査其工作狀態(tài),并獲取下位機(jī)上傳的路基凍脹實(shí)時(shí)情況,完成顯示、存儲(chǔ)等功能。

3信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)...18

3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)...18
3.2系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)...28
3.3上位機(jī)設(shè)計(jì)...35
4位置敏感器件PSD光照補(bǔ)償算法...41
4.1PSD光照補(bǔ)償算法...41
4.2PSD光照補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)...44
4.3本章小結(jié)...46
5實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析...47
5.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境溫度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)...47
5.2哈齊客運(yùn)專線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)...53
5.3本章小結(jié).......55

5實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

5.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境溫度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

由于系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)材料會(huì)存在溫度特性,在溫度變化下會(huì)發(fā)生一定量的形變?而且前文也提到溫度對(duì)位置敏感器件PSD也存在一定的影響。所以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了溫度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。為了驗(yàn)證環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)輸出的影響,本文將系統(tǒng)放入溫控箱中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)改變溫控箱內(nèi)的溫度,模擬系統(tǒng)工作環(huán)境從而獲得在不同溫度下系統(tǒng)的輸出值,通過(guò)比較系統(tǒng)輸出值的變化來(lái)分析系統(tǒng)的溫度特性。為了確保實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的可靠性,將棱鏡與檢測(cè)系統(tǒng)處于同一安裝平臺(tái),保證安裝平臺(tái)使用材料的熱膨脹系數(shù)足夠小,消除除系統(tǒng)自身之外的可能影響輸出結(jié)果的干擾因素。系統(tǒng)溫度實(shí)驗(yàn)安裝示意圖如圖5-1所示。

5.2哈齊客運(yùn)專線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

從圖中可以直觀的看出測(cè)量點(diǎn)的路基凍脹值每天都出現(xiàn)規(guī)律性的變化。通過(guò)分析,路基凍脹值從每天上午8點(diǎn)至下午6點(diǎn)都出現(xiàn)變動(dòng),并在下午兩點(diǎn)時(shí)達(dá)到峰值,隨后逐漸又恢復(fù)穩(wěn)定。因?yàn)榘滋煸谔?yáng)的持續(xù)照射下,路基表面溫度逐漸升高,路基原本的凍脹出現(xiàn)一定的融化現(xiàn)象,路基發(fā)生沉降,從數(shù)據(jù)中可看出路基沉降最大值約2mm。隨時(shí)間的推移,太陽(yáng)漸漸下山,溫度逐漸降低,路基重新又出現(xiàn)凍脹情況。上文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境因素驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),可以知道本文提出的路基凍脹測(cè)系統(tǒng)在無(wú)背景光干擾的情況下系統(tǒng)測(cè)量精度可達(dá)到約化0.05mm,系統(tǒng)自身由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度變化而發(fā)生的形變量約為0.09mm。對(duì)于中國(guó)鐵路總公司對(duì)本課題提出的測(cè)量精度達(dá)到化2mm完全滿足。同時(shí)也測(cè)得哈齊客運(yùn)專線測(cè)量點(diǎn)路基確實(shí)存在凍脹情況。
.......

6總結(jié)與展望

本論文主要完成了以下工作;(1)首先對(duì)路基凍脹的形成以及其可能造成的安全隱患進(jìn)行了調(diào)研,對(duì)國(guó)內(nèi)外各種路基凍脹檢測(cè)方法以及各檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了了解,最后總結(jié)了路基凍脹檢測(cè)方法的研究方向及其發(fā)展趨勢(shì)。(2)設(shè)計(jì)了高速鐵路路基凍脹遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的整體方案,選擇了位置敏感器件PSD,簡(jiǎn)要分析闡述了路基凍脹檢測(cè)系統(tǒng)的下位機(jī)與上位機(jī)所需要完成的功能。(3)設(shè)計(jì)并完成了基于PSD的高速鐵路路基凍脹遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)包括上位機(jī)與下位機(jī)兩部分,下位機(jī)系統(tǒng)主要包括硬件電路系統(tǒng)與系統(tǒng)整體安裝基礎(chǔ)兩部分,系統(tǒng)硬件電路又包括激光器控制電路,PSD輸出信號(hào)處理電路和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸電路三部分。激光器電路由ARM完成激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生,控制激光器每隔一小時(shí)打出一束激光,然后通過(guò)安裝軌道板底座的棱鏡反射激光到PSD上,PSD輸出信號(hào)通過(guò)運(yùn)放處理電路進(jìn)入ARM中進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,ARM將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于SD卡中,方便日后的調(diào)用,同時(shí)通過(guò)3G無(wú)線通訊模塊完成數(shù)據(jù)上傳功能。

.....

參考文獻(xiàn)（略）

，

本文編號(hào)：193902