2路基凍化檢測系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1位置敏感器件PSD簡介

暗電流是指PSD在無光源照射的情況下PSD兩極的輸出信號稱為暗電流。但是因為暗電流的產(chǎn)生會同時混雜在PSD的兩極輸出電流中,所若暗電流太大會嚴(yán)重干擾到檢測光源照射在PSD位置的準(zhǔn)確性,影響測量精度。對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)的測量精度PSD在光源照射位置的變化時所產(chǎn)生的動態(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)輸出電流做出變動時所要經(jīng)歷的時間。響應(yīng)速度對PSD能否用于檢測光源照射在光敏面上做高速運動或者應(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、PSD的極間電阻的分布是否均勻、光點的位置等因素影響。

2.2路基凍化檢測系統(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量系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)及電源系統(tǒng)四個子系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示。首先通過控制器毎隔一小時產(chǎn)生信號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測得此時的路基凍脹值,通過信號處理電路后進(jìn)入控制器中,分別將數(shù)據(jù)存于本地SD卡中并通過3G模塊連接無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。上位化可通過網(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)上傳的路基凍脹實時情況,完成顯示、存儲等功能。

3信號處理系統(tǒng)設(shè)計...18

3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計...18
3.2系統(tǒng)程序設(shè)計...28
3.3上位機(jī)設(shè)計...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)償實驗...44
4.3本章小結(jié)...46
5實驗與結(jié)果分析...47
5.1監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境溫度驗證實驗...47
5.2哈齊客運專線現(xiàn)場實驗...53
5.3本章小結(jié).......55

5實驗與結(jié)果分析

5.1監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境溫度驗證實驗

由于系統(tǒng)的安裝基礎(chǔ)材料會存在溫度特性,在溫度變化下會發(fā)生一定量的形變?而且前文也提到溫度對位置敏感器件PSD也存在一定的影響。所以對系統(tǒng)進(jìn)行了溫度驗證實驗。通過分析實驗結(jié)果確定環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)輸出的影響。為了驗證環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)輸出的影響,本文將系統(tǒng)放入溫控箱中進(jìn)行實驗。通過改變溫控箱內(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,通過比較系統(tǒng)輸出值的變化來分析系統(tǒng)的溫度特性。為了確保實驗測量結(jié)果的可靠性,將棱鏡與檢測系統(tǒng)處于同一安裝平臺,保證安裝平臺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)溫度實驗安裝示意圖如圖5-1所示。

5.2哈齊客運專線現(xiàn)場實驗

從圖中可以直觀的看出測量點的路基凍脹值每天都出現(xiàn)規(guī)律性的變化。通過分析,路基凍脹值從每天上午8點至下午6點都出現(xiàn)變動,并在下午兩點時達(dá)到峰值,隨后逐漸又恢復(fù)穩(wěn)定。因為白天在太陽的持續(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。隨時間的推移,太陽漸漸下山,溫度逐漸降低,路基重新又出現(xiàn)凍脹情況。上文對系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境因素驗證實驗,可以知道本文提出的路基凍脹測系統(tǒng)在無背景光干擾的情況下系統(tǒng)測量精度可達(dá)到約化0.05mm,系統(tǒng)自身由于現(xiàn)場環(huán)境溫度變化而發(fā)生的形變量約為0.09mm。對于中國鐵路總公司對本課題提出的測量精度達(dá)到化2mm完全滿足。同時也測得哈齊客運專線測量點路基確實存在凍脹情況。
.......

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,對國內(nèi)外各種路基凍脹檢測方法以及各檢測方法的優(yōu)缺點進(jìn)行了了解,最后總結(jié)了路基凍脹檢測方法的研究方向及其發(fā)展趨勢。(2)設(shè)計了高速鐵路路基凍脹遠(yuǎn)程監(jiān)測的整體方案,選擇了位置敏感器件PSD,簡要分析闡述了路基凍脹檢測系統(tǒng)的下位機(jī)與上位機(jī)所需要完成的功能。(3)設(shè)計并完成了基于PSD的高速鐵路路基凍脹遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(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輸出信號處理電路和數(shù)據(jù)存儲與傳輸電路三部分。激光器電路由ARM完成激勵信號的產(chǎn)生,控制激光器每隔一小時打出一束激光,然后通過安裝軌道板底座的棱鏡反射激光到PSD上,PSD輸出信號通過運放處理電路進(jìn)入ARM中進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,ARM將數(shù)據(jù)存儲于SD卡中,方便日后的調(diào)用,同時通過3G無線通訊模塊完成數(shù)據(jù)上傳功能。

.....

參考文獻(xiàn)（略）

，

本文編號：193902