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基于时间数字测量车体表面压力测量的研究

作　者: 张雄杰
导　师: 陈建政
学　校: 西南交通大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 时间数字测量车体表面压力电磁干扰 FAT32 温度补偿滤波
分类号: U266
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来,随着高速铁路的迅速发展,人们对高速动车组参数特别是车体表面压力的测量技术越来越关注了。在实践中,传统测量技术在对车体表面压力值进行测量时,精度和抗干扰性的不足逐渐表现出来了。本文针对高速动车组车体表面压力测量现状,研究并建议采用基于TDC时间数字转换技术,用于高速列车上参数的测量。这篇文章首先阐述了车体表面压力测量的国内发展情况。然后构建了TDC测量系统。这个测量系统以低功耗时间间隔测量模块为核心,在模块外围电路进行补偿和信号调理。这样可以提高测量精度、降低系统功耗。本论文是基于TDC时间数字测量方法在车体表面压力测量的研究,在深入了解了车体表面压力测量的发展现状后,实现了一种基于的TDC测量系统。主要工作包括以下几个方面：1.研究了车体表面压力测量技术的发展情况,研究开发了TDC测量模块的主要硬件电路并实现了TDC测量技术。2.整个TDC测量系统的设计。包括传感器信号调理为时间信号模块；MCU控制TDC测量模块；采集与外部通信模块和电源模块的硬件设计。以及系统的电磁兼容问题和PCB设计中的抗电磁干扰等问题的解决。最后是测试系统的软件设计以及上位机监控与参数调整软件的设计。3.基于TDC的车体表面压力测量系统的设计,是TDC测量技术的一个具体应用。根据车体表面压力传感器的特征,进行TDC测量系统的放电电容选择,惠斯通电桥的设计与等效电阻的计算,以及外部比较器电路的设计。最后对测量数据的存储—采用基于SD卡的FAT32文件系统的设计。4.测量数据的误差处理。采用两种方法来减小误差,第一采用温度补偿电路调整,这种方式是基于TDC测量原理的补偿,采用软件来实现的。第二是对测量数据采取抽频滤波和中值滤波,以及测量结果比较分析。本文的最后,根据实际研究的进展情况提出了系统的可改进性和不足之处。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-21
  1.1 选题背景  10-12
  1.2 TDC测量技术的应用  12-14
  1.3 车体表面压力测量技术的国内现状  14-17
  1.4 本论文研究内容及难点  17-19
    1.4.1 采用TDC测试技术的优势以及对现有TDC技术研发的不足之处  18-19
    1.4.2 本论文研究的内容  19
  1.5 本章小结  19-21
第2章 TDC测量系统设计  21-47
  2.1 TDC技术的原理与测量结构  21-22
  2.2 TDC测量系统模块开发  22-28
    2.2.1 TDC测量模块  23-26
    2.2.3 SPI接口模块  26-27
    2.2.4 电容选择部分  27-28
  2.3 TDC测量模块设计  28-31
    2.3.1 TDC测量整体结构  28-31
  2.4 TDC控制模块  31-38
    2.4.1 TDC控制模块的选型  31-33
    2.4.2 TDC控制部分功能  33-35
    2.4.3.TDC控制模块的设计  35-37
    2.4.4.电源模块  37-38
  2.5 TDC控制模块的软件设计  38-40
  2.6 硬件电路的EMC  40-43
    2.6.1 EMI机理  40-41
    2.6.2 PCB制作设计中的EMC设计  41-43
  2.7 TDC测量上位机软件  43-46
  2.8 本章小结  46-47
第3章基于TDC的高速动车组车体表面气压测量系统  47-61
  3.1 测量系统设计  47-50
    3.1.1 传感器选型  47-48
    3.1.2 测量原理介绍  48-49
    3.1.3 TDC测量的外部比较器设计  49-50
  3.2 数据存储部分设计  50-54
    3.2.1 SD卡数据存储硬件设计  51
    3.2.2 基于FAT32的SD卡存储设计  51-54
  3.3 SD卡文件系统设计  54-60
  3.4 本章小结  60-61
第4章 TDC测量系统的误差与结果分析  61-70
  4.1 温度偏移和零点偏移误差处理  61-63
  4.2 测量数据滤波  63-65
  4.3 测量结果分析与比较  65-69
  4.4 本章小结  69-70
结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况  74

基于时间数字测量车体表面压力测量的研究

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