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锁定轨温监测节点传感单元的设计与实现

作　者: 张海瑞
导　师: 董维杰
学　校: 大连理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 锁定轨温 温度应力 传感单元 低温漂 低功耗
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 26次
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内容摘要


随着我国高速铁路的快速发展,全国主要城市之间纷纷开通了高速铁路客运专线。锁定轨温是衡量高速铁路无缝线路安全性的一个重要参数,其传统的监测方法测试过程复杂、精度不高以及需要人为进入铁路现场等不足已不能适应现代铁路发展的需要。在此背景下,结合现代传感器技术、电子技术、通信技术以及数据库技术等,探索开发一套基于无线传感网的锁定轨温监测系统意义重大。本文作为整个监测系统的一部分,以当前锁定轨温监测方法为基础,研究适合于高速铁路发展的监测方案,并按系统要求设计传感单元的硬、软件系统,为锁定轨温监测系统提供重要保证。本文首先结合监测系统的指标要求,在详细分析无缝线路应变测试原理的基础上阐述了适合于无缝线路的锁定轨温测试方案,并给出了传感单元部分的实现思路,同时分析了传感单元信号处理中的噪声问题。其次,本论文详细叙述了传感单元的硬件设计。作为无线传感网的一部分,硬件设计以低功耗、低噪声、高精度、小尺寸为原则,先后阐述了应变信号、温度信号采集电路以及其他相关单元电路,接着详细分析并给出了电路的低功耗和低温漂设计。然后,在硬件的基础上,同样以低功耗为原则,设计了传感单元的软件部分。软件部分在功能上起着承前启后的作用：既有对应变和温度信号的采集,还有对信号的滤波、校准等处理,还包括与收发模块的通信。最后,论文给出了传感单元的低噪声、应变精度和低温漂三个性能实验,并分析了某高速铁路线的实验数据。这些实验除了验证传感单元的性能,进一步说明了测试方案的合理性,适合于锁定轨温监测。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 课题背景及其研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
2 锁定轨温测试方案设计  16-22
  2.1 锁定轨温测试方案  16-20
    2.1.1 传感单元的技术要求和性能指标  16
    2.1.2 无缝钢轨应变的测试原理分析  16-19
    2.1.3 锁定轨温测试方案设计  19-20
  2.2 传感电路的噪声分析  20-21
  2.3 本章小结  21-22
3 传感单元的硬件设计  22-43
  3.1 静态应变信号的调理与采集  23-30
    3.1.1 桥路设计  23-26
    3.1.2 前端调理电路设计  26-28
    3.1.3 AD转换及MCU电路设计  28-30
  3.2 温度采集  30-33
    3.2.1 温度传感器的选择  30-31
    3.2.2 温度采集电路设计  31-33
  3.3 其他电路设计  33-36
    3.3.1 电压监控电路设计  33-34
    3.3.2 时钟电路设计  34-35
    3.3.3 保护电路设计  35-36
  3.4 传感单元低功耗设计  36-40
    3.4.1 低功耗设计原则  36-37
    3.4.2 传感单元低功耗设计  37-40
  3.5 系统低温漂设计  40-42
    3.5.1 温度漂移的来源及其抑制措施  40-42
    3.5.2 抑制温度漂移的其他措施  42
  3.6 本章小结  42-43
4 传感单元软件设计  43-56
  4.1 软件设计概述  43-44
    4.1.1 传感单元程序设计思想  43-44
    4.1.2 传感单元程序设计任务规划  44
  4.2 数据采集任务  44-50
    4.2.1 LTC-U5L驱动程序设计  44-47
    4.2.2 DS18B20驱动程序设计  47-50
  4.3 数据处理任务  50-51
  4.4 与收发模块通信任务  51-54
    4.4.1 帧格式介绍  52-53
    4.4.2 与收发模块的通信设计  53-54
  4.5 本章小结  54-56
5 传感单元性能实验及系统实验  56-68
  5.1 传感单元的噪声性能实验  56-58
    5.1.1 实验环境  56-57
    5.1.2 实验数据及分析  57-58
  5.2 传感单元的应变精度实验  58-61
    5.2.1 实验环境  58-59
    5.2.2 实验结果分析  59-61
  5.3 传感单元的温度漂移实验  61-65
    5.3.1 实验设备及方案设计  61-62
    5.3.2 实验步骤及结果  62-65
  5.4 某高速铁路备用站段锁定轨温测试实验  65-67
    5.4.1 实验环境  66
    5.4.2 实验结果及分析  66-67
  5.5 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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