基于激光的列车接近预警系统研究

论文摘要

在传统的列车接近预警系统中对声音振动信号采集多数运用接触式传感器,其主要缺点是遇上雨天、雾天、钢轨生锈等原因,使得传感器无法附着在钢轨表面,导致不能成功的进行信号采集。激光是一种非接触的,可以不遗留下任何痕迹的探测手段。本文利用激光特有的单色性、强度高、相干性与方向性的特点,设计一种基于激光的非接触式列车接近预警系统。(1)本文首先对轮轨振动产生的噪声建模,基于Remington轮轨滚动声模型,综合考虑了钢轨垂向的Euler梁振动、钢轨整体振动和两点固定棒的横向振动,建立了新的轮轨噪声模型。利用该数学模型分析列车轮轨振动的各阶特征频率,得到轮轨各阶的固有频率。通过比较,得出当轮轨振动在频率1000Hz以下时,轮轨噪声是轮轨整体振动产生的。(2)利用Matlab软件对轮轨噪声信号进行了时域和频域分析,通过分析轮轨噪声信号的频谱特性,确定通过检测轮轨噪声信号的短时平均能量,以及在300Hz处功率谱的幅值变化作为列车接近预警的特征信号。(3)本文设计了改进型谱减法。为了得到平稳的信号谱,把整个信号按30ms进行分段,形成若干段短时功率谱。然后在短时功率谱的基础上利用改进型谱减法去掉干扰噪声,以便更清楚的分析轮轨噪声信号的特性。(4)本文选取合适的硬件,搭建了以激光采集装置、前置放大电路和MPS010601数据采集卡为主的硬件系统。在此基础上设计仿真软件进行验证,利用LabVIEW虚拟仪器平台搭建了基于激光的轮轨噪声信号采集、分析、识别和预警等功能于一体的仿真软件系统,分析列车轮轨噪声的时域和频域上的频谱特性,利用识别算法和相关数据参数,构建了列车接近预警虚拟仪器系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究的背景和意义
•   1.2 列车接近预警的主要方法和国内外研究现状
•     1.2.1 预警系统的主要方法
•     1.2.2 国内发展现状
•     1.2.3 国外发展现状
•   1.3 本论文研究内容和结构安排
•   1.4 小结
• 第二章 列车运行时轮轨噪声分析
•   2.1 声音信号的基本概念
•     2.1.1 声音的频率及能量
•     2.1.2 列车激励钢轨产生的噪声
•   2.2 钢轨振动模型分析
•     2.2.1 钢轨的竖直振动
•     2.2.2 钢轨的水平振动
•   2.3 轮轨噪声的特征分析
•     2.3.1 轮轨噪声的时域特征分析
•     2.3.2 信号的频域特征分析
•   2.4 谱减法
•   2.5 结论
• 第三章 激光的预警系统硬件设计方案
•   3.1 激光采集信号原理
•   3.2 总体方案设计
•     3.2.1 预警系统整体结构设计方案
•     3.2.2 传感器
•     3.2.3 光电探测器
•     3.2.4 前置放大电路
•     3.2.5 二阶带通滤波器
•     3.2.6 信号调理模块
•   3.3 语音识别模块
•   3.4 小结
• 第四章 激光的预警系统软件设计方案
•   4.1 LabVIEW简介
•   4.2 软件设计及仿真的总体方案
•     4.2.1 系统整体工作流程
•   4.3 LabVIEW的信号采集VI设计
•     4.3.1 参数子VI
•     4.3.2 采集电压的子VI
•   4.4 LabVIEW信号采集的储存与分析设计
•     4.4.1 数据采集卡的采集与储存功能
•     4.4.2 LabVIEW的短时平均能量模块设计
•     4.4.3 功率谱判断
•   4.5 仿真软件系统整体设计图
•   4.6 结论
• 第五章 实验结果与分析
•   5.1 激光采集系统的验证
•   5.2 预警系统现场采集方案
•     5.2.1 方案目的
•     5.2.2 测试地点
•     5.2.3 测试仪器
•     5.2.4 测试内容和方法
•   5.3 小结
• 第六章 结论和展望
•   6.1 结论
•   6.2 课题展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐彻

导师: 周丽娟

关键词: 列车接近预警,激光,轮轨噪声信号,数据采集,信号分析

来源: 广西科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,铁路运输,无线电电子学

单位: 广西科技大学

分类号: TN249;U284.48

总页数: 64

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