輪軌振動噪聲系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(論文) </b></p><p><b>　　輪軌振動噪聲信號的</b></p><p><b>　　計算機處理系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　二○一二年六月</b></p><p>　學(xué) 號：Xxx

2、xx</p><p>　姓 名：Xxx</p><p>　專 業(yè)：自動化</p><p>　系 別：電子信息與控制工程系</p><p>　指導(dǎo)教師：XxxxXxxx</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著列車的快速發(fā)展以及車速的不斷提

3、高,軌道交通的振動和噪聲問題越來越引起人們的重視。本文簡要的敘述了輪軌振動噪聲的的產(chǎn)生原因, 并分析了鐵路噪聲的組成。通過對國內(nèi)外資料的分析得, 既然輪軌噪聲不能完全的消除，那就想辦法將其很好的利用起來。所以，合理的利用噪聲，并建立起完善的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。</p><p>　　本研究我所承擔(dān)的是《基于輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究》課題中的“輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設(shè)計”。我將輪軌噪聲

4、的采集，處理，行車安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的建立以及應(yīng)用展開了敘述，使讀者對此項內(nèi)容有一個簡單的了解，并希望此文能引起更多的人的注意，并對此展開更多的研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：輪軌噪聲；噪聲采集；霍爾傳感器；噪聲處理；MATLAB</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid deve

5、lopment of the train and increasing speed , the vibration and noise induced by the rail transit is attended more and more. This paper briefly described the cause of wheel-rail noises,and analyzed the copmosition of the n

6、oise of the wheel</p><p>　　rail noises.Through analyzing the data from home and abroad, I think that we don’t eliminate noise totally ,but we can do our best to using the noise.So it is a brook no delay to u

7、se of noise reasonably and establish the safe train monitoring system.</p><p>　　In this research, my question is ‘The design of the computer processing system about wheel-rail noise ‘，which is a part of the

8、paper that is about ‘The research on safe train monitoring system of wheel-rail vibration and noise ‘.I will account of some things about collecting wheel-rail noise, processing signals, establishing the safe train monit

9、oring system and applicating it , I think it will help readers to learn about this content easily, and I hope this paper can attract more people 's atten</p><p>　　KEYWORDS：wheel-rail noise;signal collect

10、ion;Hall sensor; process noise;MATLAB</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　ABSTRACTii</p><p><b>　　目 錄iii</b></

11、p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1目的及意義1</p><p>　　1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3基本內(nèi)容和技術(shù)方案1</p><p>　　2鐵路噪聲的種類以及產(chǎn)生原因4</p><p>　　2.1鐵路噪

12、聲種類及產(chǎn)生原因4</p><p>　　2.2輪軌噪聲種類及產(chǎn)生原因4</p><p>　　2.3鐵路噪聲的評價指標(biāo)5</p><p>　　3輪軌噪聲的采集7</p><p>　　3.1霍爾傳感器的工作原理7</p><p>　　3.2信號采集8</p><p>　　3.3

13、采集到的信號8</p><p>　　4輪軌噪聲的采集12</p><p>　　4.1模數(shù)轉(zhuǎn)換原理和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理概述12</p><p>　　4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換方法12</p><p>　　4.2.1直接法13</p><p>　　4.2.2間接法13</p><p>　　4.

14、3數(shù)模轉(zhuǎn)換器分類13</p><p>　　4.3.1電壓輸出型13</p><p>　　4.3.2電流輸出型14</p><p>　　4.3.3乘算型14</p><p>　　4.4數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式14</p><p>　　4.4.1并行數(shù)模轉(zhuǎn)換15</p><p>

15、　　4.4.2串行數(shù)模轉(zhuǎn)換15</p><p>　　5輪軌噪聲的采集17</p><p>　　5.1MATLAB的簡介與應(yīng)用18</p><p>　　5.2噪聲采集與分析系統(tǒng)的設(shè)計19</p><p>　　5.3MATLAB的傅里葉分析21</p><p>　　5.4檢測結(jié)果分析23</p

16、><p>　　5.5輪軌振動噪聲信號的應(yīng)用26</p><p>　　5.5.1輪軌方面26</p><p>　　5.5.2判斷兩車行車信息27</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p>&

17、lt;p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　附錄 一32</b></p><p><b>　　附錄 二35</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　目的及意義</

18、b></p><p>　　隨著高速鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展，列車速度不斷提高，使得鐵路噪聲污染與行車安全問題也越來越嚴(yán)重，因此，預(yù)測高速列車誘發(fā)的路基-地基系統(tǒng)的振動，提出合理的隔振、減振方法與利用對輪軌振動噪聲的處理并建立相應(yīng)的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)，是當(dāng)今高速鐵路發(fā)展中必須面對的問題。所以，合理的利用噪聲，并建立起完善的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。本研究我所承擔(dān)的是《基于輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究》課題

19、中的“輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設(shè)計”。</p><p>　　通過對輪軌振動噪聲信號的處理，我們可用來得到如此信息。</p><p>　　1.可用來判斷輪軌各部件是否處于正常狀態(tài)；</p><p>　　2.可用來判斷兩車的行車信息。</p><p>　　即實現(xiàn)基于輪軌噪聲檢測的列車接近報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先建立了輪軌激勵振動的數(shù)學(xué)模型，然

20、后通過Euler梁近似和降階處理求解，得到了長鋼軌的各階固有頻率，對現(xiàn)場采集的鋼軌振動信號進行分析，由此發(fā)現(xiàn)明顯存在鋼軌的某些階次特征頻率分量，且這些分量的能量在列車距離傳感器1000m以內(nèi)時有逐漸增大的趨勢。對基于輪軌振動噪聲檢測列車接近報警系統(tǒng)的可行性進行了探討。</p><p><b>　　國內(nèi)外的現(xiàn)狀</b></p><p>　　在歐美國家,鐵路噪聲早已引起各

21、國政府、鐵路運輸部門、高等院校的高度重視, 政府發(fā)布的環(huán)境噪聲綠皮書都對鐵路噪聲給予了充分的敘述.迄今為止, 已召開了六屆有軌運輸系統(tǒng)噪聲國際會議。各個國家都在積極研究如何降低軌道噪聲，并且在一定程度上得到了很大的進步。</p><p>　　值得注意的是，多數(shù)的研究注重如何降低軌道噪聲上，而對輪軌振動噪聲的利用相對較少。但是事實上，利用輪軌噪聲達到對列車運行安全實時監(jiān)控也是有關(guān)噪聲研究的另一個重要的課題，且具有非

22、常重要的現(xiàn)實意義。</p><p><b>　　基本內(nèi)容和技術(shù)方案</b></p><p>　　本課題是輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究一部分，主要承擔(dān)的是研究輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　輪軌振動噪聲是由一定的頻譜組成的，故可用傳感器將這些噪聲采集起來進行信號處理。本方案通過計算機控制系統(tǒng)對輪軌振動噪聲處

23、理，將采集的信號與安全行車的標(biāo)準(zhǔn)信號相比較，從而判斷列車運行中輪軌是否處于正常狀態(tài)，實現(xiàn)行車系統(tǒng)的實時監(jiān)控。</p><p>　　設(shè)定正常情況下，不同車速，不同載重的每節(jié)列車輪軌振動噪聲為L。將傳感器采集的信號X，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換,以及程序處理，通過與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值L比較，判斷列車運行是否處于安全狀態(tài)，報警器是否需要發(fā)出警報，從而達到實時監(jiān)控的目的。</p><p><b>　　簡要流程圖

24、如下：</b></p><p><b>　　圖1.1程序流程圖</b></p><p>　　此次論文，我們主要研究的是圖1.2中第三根線，是數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等部分。</p><p>　　圖1.2 機車安全運行專家系統(tǒng)</p><p>　　鐵路噪聲的種類以及產(chǎn)生原因</p><p>　

25、　鐵路噪聲種類及產(chǎn)生原因</p><p>　　鐵路環(huán)境噪聲根據(jù)聲源的不同大致可以分成以下幾種：</p><p>　　(1)機車車輛的機械設(shè)備噪聲，如機車發(fā)動機轟鳴聲；</p><p>　　(2)輪軌噪聲，由輪軌相互作用引起的，當(dāng)列車速度低于250km／h時，這是鐵路噪聲的主要來源；</p><p>　　(3)空氣動力噪聲，即車體與空氣摩擦而產(chǎn)

26、生的噪聲，當(dāng)列車速度大于350km／h時，它將成為鐵路主要噪聲來源；</p><p>　　(4)集電系噪聲，由受電弓和電線相互摩擦引起的；</p><p>　　(5)構(gòu)造物二次噪聲，如列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產(chǎn)生的噪聲。</p><p>　　就目前鐵路運營速度來說，大多數(shù)列車速度都小于250km/h。即一般情況，輪軌噪聲在鐵路噪聲中占有很高的比

27、例，要降低鐵路噪聲首先要降低輪軌噪聲。因此，研究輪軌噪聲對鐵路減振降噪具有重要意義。</p><p>　　輪軌噪聲種類及產(chǎn)生原因</p><p>　　輪軌噪聲主要有三種：滾動噪聲、沖擊噪聲和尖嘯聲。</p><p>　　(1)滾動噪聲是輪／軌接觸而引發(fā)的，由車輪和鋼軌粗糙表面的不規(guī)則波紋(其波長約為1cm～10cm)激發(fā)車輪及鋼軌產(chǎn)生振動，從而向周圍輻射噪聲。車輪及

28、鋼軌表面有擦傷溝紋時會使?jié)L動噪聲顯著增大。</p><p>　　(2)沖擊噪聲主要是由于車輪在通過鋼軌接頭、道岔以及擦傷后車輪在鋼軌上滾動產(chǎn)生的。</p><p>　　(3)尖嘯聲主要是由于大噸位列車通過小半徑曲線時，外側(cè)車輪輪緣擠壓外軌側(cè)面以及內(nèi)側(cè)車輪踏面在鋼軌上滑動產(chǎn)生的。</p><p>　　高速鐵路線路上，曲線半徑很大，采用超長無縫線路，基本上消滅了鋼軌接頭

29、，使得輪軌撞擊聲也基本得到了控制。因而滾動噪聲成為輪軌噪聲中的主要噪聲。</p><p>　　在對輪軌噪聲源的研究中發(fā)現(xiàn)，鋼軌輻射的主要是中、高頻噪聲，車輪輻射的主要是中頻噪聲，而軌枕主要輻射低頻噪聲。從三者對總噪聲的貢獻來看，鋼軌是主要的輻射源，車輪次之，枕軌最小。因此，控制輪軌噪聲輻射，主要是要控制鋼軌和車輪輻射的噪聲，軌枕次之。</p><p><b>　　鐵路噪聲的評價指

30、標(biāo)</b></p><p>　　噪聲的影響，不僅與噪聲的聲級大小有關(guān)，而且還與噪聲的狀態(tài)性質(zhì)和作用時間的長短有關(guān)。因此引入等效連續(xù)A聲級指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中的等效連續(xù)A聲級Leq為規(guī)定時間內(nèi)A聲級的能量平均值，用下式表示：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：pA（t）是瞬時A計權(quán)聲壓；p0是參考聲壓（2

31、15;10-5 Pa）；LA是變化A聲級的瞬時值，單位dB；T是某段時間的總量。</p><p>　　目前，大部分國家的環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)都以等效聲級為平均指標(biāo)。下表為各國鐵路環(huán)境噪聲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　表2.1 各國鐵路環(huán)境噪聲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　本課

32、題是利用采集到輪軌信號所形成的模擬信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號、再利用計算機控制系統(tǒng)對其處理，而達到對行駛中的列車及軌道的安全性進行實時監(jiān)控。</p><p>　　隨著電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，在各種能量形式中，電信號是最容易控制和處理的。因此我們將傳感器采集到的信號轉(zhuǎn)換為電信號，來滿足對軌道振動噪聲的采集和轉(zhuǎn)換成模擬電信號的目的。</p><p>　　經(jīng)查證，我們了解到，磁電式傳感器是

33、利用電磁感應(yīng)效應(yīng)，霍爾效應(yīng)或磁陽效應(yīng)等電磁現(xiàn)象，把被測物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動勢的變化，實現(xiàn)速度位移等參數(shù)測量，按電磁轉(zhuǎn)換機理的不同，磁電式傳感器可分為磁電感應(yīng)式傳感器，霍爾式傳感器，和磁陽效應(yīng)傳感器等，廣泛應(yīng)用于建筑，工業(yè)等領(lǐng)域中振動，速度，加速度，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，磁場參數(shù)等的測量。此處，我們采用霍爾傳感器采集信號。</p><p>　　霍爾傳感器屬于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁電轉(zhuǎn)換原理，磁敏傳感器是把磁學(xué)物理

34、量轉(zhuǎn)換成電信號。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好、壽命長。正好滿足輪軌振動噪聲引號的采集與研究。</p><p>　　圖3.1 磁敏傳感器的原理</p><p>　　霍爾傳感器的工作原理</p><p>　　一塊半導(dǎo)體薄片，其長度為L，寬度為B，厚度為D，置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，在相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體的兩邊將產(chǎn)生一個

35、與控制電流和磁感應(yīng)強度乘積成正比的電勢U，該電勢即為霍爾電壓，用UH表示，即UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。</p><p>　　圖3.2 霍爾效應(yīng)工作原理</p><p><b>　　信號采集</b></p><p>　　由霍爾傳感器傳感器產(chǎn)生電壓信號，信號通過差分放大，在經(jīng)過濾波器得到較清晰的輪軌噪聲信

36、號。</p><p>　　圖3.3 傳感器信號發(fā)生裝置</p><p><b>　　采集到的信號</b></p><p>　　圖3.4 車輪激勵噪聲</p><p>　　圖3.5 車輪激勵噪聲信號頻譜</p><p>　　圖3.6 滾動噪聲時程曲線</p><p>　　圖3

37、.7 車輪輪緣噪聲</p><p>　　圖3.8 車輪輪緣信號頻譜</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種數(shù)字設(shè)備，特別是數(shù)字電子計算機的應(yīng)用日益廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟的所有領(lǐng)域之中。數(shù)字計算機只能夠?qū)?shù)字信號進行處理，處理的結(jié)果還是數(shù)字量，它在用于生產(chǎn)過程自動控制的時候，所要

38、處理的變量往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、速度，噪聲等都是模擬量，這些非電子信號的模擬量先要經(jīng)過傳感器變成電壓或者電流信號， 然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能夠送往計算機進行處理。</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換原理和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理概述</p><p>　　模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程被稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡稱A/D轉(zhuǎn)換；完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路被稱為 A/D 轉(zhuǎn)換器，簡稱 ADC。 數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過程稱

39、為數(shù)模轉(zhuǎn)換， 簡稱 D/A轉(zhuǎn)換；完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC。</p><p><b>　　圖4.1工作流程圖</b></p><p>　　模擬信號由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大送入AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由數(shù)字電路進行處理，再由DA轉(zhuǎn)換器還原為模擬量，去驅(qū)動執(zhí)行部件。為了保證數(shù)據(jù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器必須有足夠的轉(zhuǎn)換精度。同時，為了

40、適應(yīng)快速過程的控制和檢測的需要，AD轉(zhuǎn)換器和 DA轉(zhuǎn)換器還必須有足夠快的轉(zhuǎn)換速度。因此，轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度乃是衡量AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣的主要標(biāo)志。</p><p><b>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換方法</b></p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號

41、相對應(yīng)的代碼。最普通的碼制是二進制，它有2的n次方個量級（n為位數(shù)）,可依次逐個編號。模數(shù)轉(zhuǎn)換的方法很多，從轉(zhuǎn)換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。</p><p><b>　　直接法</b></p><p>　　直接法是直接將電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它用數(shù)模網(wǎng)絡(luò)輸出的一套基準(zhǔn)電壓，從高位起逐位與被測電壓反復(fù)比較，直到二者達到或接近平衡（見圖）?？刂七壿嬆軐崿F(xiàn)對分搜索的控制

42、，其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的最高位Dn-1=1，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到一個整個量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相比較，若Vin>VS,則保留這一位；若Vin<Vs，則Dn-1=0。然后使下一位Dn-2=1,與上一次的結(jié)果一起經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后與Vin相比較,重復(fù)這一過程，直到使D0=1，再與Vin相比較,由Vin>VS還是Vin<V來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

43、這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。</p><p><b>　　間接法</b></p><p>　　間接法不將電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字，而是首先轉(zhuǎn)換成某一中間量,再由中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字。常用的有電壓-時間間隔(V/T)型和電壓-頻率(V/

44、F)型兩種，其中電壓-時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 </p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質(zhì)以及需要的速度、分辨率和精度。 </p><p>　　用半導(dǎo)體分立元件制成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器常常采用單元結(jié)構(gòu)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路。</p><p><b>

45、;　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器分類</b></p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，以電壓或電流的形式輸出。</p><p><b>　　電壓輸出型</b></p><p>　　電壓輸出型，如TLC5620 </p><p>　　電壓輸出型DA轉(zhuǎn)換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內(nèi)置輸

46、出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉(zhuǎn)換器使用。</p><p><b>　　電流輸出型</b></p><p>　　電流輸出型，如THS5661A</p><p>　　電流輸出型DA轉(zhuǎn)換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉(zhuǎn)換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出

47、引腳上接負載電阻而進行電流—電壓轉(zhuǎn) 換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流—電壓轉(zhuǎn)換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內(nèi)使用，而且由于輸出阻抗高， 所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOS DA轉(zhuǎn)換器當(dāng)輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。當(dāng)外接運算放大器進行電流電壓轉(zhuǎn)換時，則電路構(gòu)成基本上與內(nèi)置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉(zhuǎn)換器的電流建立時間上加入了運算放大器的延遲，

48、使響應(yīng)變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內(nèi)部電容而容易起振，有時必須作相位補償。</p><p><b>　　乘算型</b></p><p>　　乘算型如DA7533</p><p>　　DA轉(zhuǎn)換器中有使用恒定基準(zhǔn)電壓的，也有在基準(zhǔn)電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果而輸出，因而稱為乘算型DA轉(zhuǎn)換器。

49、乘算型DA轉(zhuǎn)換器一般不僅可以進行乘法運算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進行調(diào)制的調(diào)制器使用。 </p><p>　　另外，按照輸入數(shù)字信號的方式又分為串行DA轉(zhuǎn)換器和并行DA轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式</p><p><b>　　并行數(shù)模轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　

50、數(shù)模轉(zhuǎn)換有兩種轉(zhuǎn)換方式：并行數(shù)模轉(zhuǎn)換和串行數(shù)模轉(zhuǎn)換。圖1為典型的并行數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。虛線框內(nèi)的數(shù)碼操作開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)是基本部件。圖中裝置通過一個模擬量參考電壓和一個電阻梯形網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生以參考量為基準(zhǔn)的分?jǐn)?shù)值的權(quán)電流或權(quán)電壓；而用由數(shù)碼輸入量控制的一組開關(guān)決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權(quán)”，就是二進制數(shù)的每一位所代表的值。例如三位二進制數(shù)“111“,右邊第1位的“權(quán)”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位

51、是22/23=1/2。位數(shù)多的依次類推。圖2為這種三位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中產(chǎn)生二進制權(quán)電流,電流通過開關(guān)。當(dāng)該位的值是“0”時,與地接通；當(dāng)該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經(jīng)過反饋電阻Rf產(chǎn)生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入端的數(shù)字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23=1/8,此值稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率。位數(shù)越多分辨率就越高，轉(zhuǎn)換的精度也越高。工業(yè)自動控制系統(tǒng)采用的數(shù)模轉(zhuǎn)

52、換器大多是10位、12位，轉(zhuǎn)換精度達0.5～0.1％。</p><p><b>　　串行數(shù)模轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　串行數(shù)模轉(zhuǎn)換是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成脈沖序列的數(shù)目，一個脈沖相當(dāng)于數(shù)字量的一個單位，然后將每個脈沖變?yōu)閱挝荒M量，并將所有的單位模擬量相加，就得到與數(shù)字量成正比的模擬量輸出，從而實現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　隨

53、著數(shù)字技術(shù)，特別是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路--模數(shù)

54、和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。</p><p>　　為確保系

55、統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，A/D與D/A轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來愈先進的技術(shù)指標(biāo)。本章將介紹幾種常用A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用。</p><p>

56、　　用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　本系統(tǒng)基于MATLAB編程語言，利用PC機+軟件系統(tǒng)的形式實現(xiàn)通用的振動信號實時采集與分析系統(tǒng)。</p><p>　　輪軌振動噪聲信號經(jīng)傳感器輸入到電荷放

57、大器，經(jīng)電荷放大器將信號放大一定的增益后，信號輸入到多功能數(shù)據(jù)采集卡，然后由多功能數(shù)據(jù)采集卡將采集的信號輸入到pc機進行分析處理。</p><p><b>　　圖5.1流程圖</b></p><p>　　因此我們把霍爾傳感器與MATLAB相結(jié)合來建設(shè)一個輪軌振動噪聲信號的采集與分析系統(tǒng)。</p><p>　　現(xiàn)代噪聲測試與分析技術(shù)是建立在聲學(xué)測

58、量理論、電子技術(shù)、數(shù)字計算技術(shù)和信號處理理論上的一門不斷發(fā)展的技術(shù)。其中噪聲采集和分析儀器的小型化、智能化、數(shù)字化以及多功能化的發(fā)展越來越快，分析速度較以往也有了大幅度的提升。但一般的噪聲采集與分析系統(tǒng)通常價格昂貴、操作復(fù)雜、升級費用高，且有些儀器只能用于某個特定的測量分析項目，適用的范圍較窄。筆者設(shè)計和研制的基于MATLAB的噪聲信號采集與分析系統(tǒng)，通過聲卡將傳感器得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存人計算機后，在MATLAB環(huán)境中完成數(shù)據(jù)

59、的各項分析工作。實驗證明，該系統(tǒng)是一種具有實際應(yīng)用潛力的噪聲采集與分析系統(tǒng)。 </p><p>　　現(xiàn)階段的聲卡技術(shù)已相當(dāng)成熟，價格也比專業(yè)采集卡便宜很多，其工作性能完全可以保障聲音信號采集工作的順利完成。比如，一般的聲卡的聲音處理芯片均能夠以16 bit/48 kHz 工作，聲卡內(nèi)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器最高可提供24 bit/96 kHz的A/D轉(zhuǎn)換模式，工作狀態(tài)下最多能同時提供8個數(shù)據(jù)通道傳輸數(shù)據(jù)。對于噪聲信號的采集和

60、分析而言，聲卡所具備的以上工作特性已具有足夠高的采樣率和量化精度，其性能甚至優(yōu)于一些數(shù)據(jù)采集卡。因此，用聲卡作為噪聲信號的采集設(shè)備，不僅能滿足信號分析的要求，而且性價比也很高。</p><p>　　MATLAB的簡介與應(yīng)用</p><p>　　MATLAB(Matrix Laboratory)是由美國MathWorks公司研制的一套用于工程計算與分析的軟件環(huán)境。它以矩陣計算為基礎(chǔ)，將計算及

61、可視化程序設(shè)計融合在一個交互式的工作環(huán)境中，現(xiàn)已發(fā)展成為一個具有高性能數(shù)值計算的可視化科學(xué)計算環(huán)境，集成了數(shù)值計算、矩陣計算、信號處理與圖形編輯等眾多功能，具有高效的數(shù)值計算、符號計算、文字處理、可視化建模以及實時控制能力，被廣泛地應(yīng)用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設(shè)計、通信、系統(tǒng)仿真等諸多科研領(lǐng)域。</p><p>　　MATLAB自帶的數(shù)據(jù)采集工具箱(Data Acquisition Toolbox)是為簡化和加

62、快數(shù)據(jù)采集工作而專門設(shè)計的，該工具箱能更容易地將實驗測到的數(shù)據(jù)進行分析和可視化操作。數(shù)據(jù)采集工具箱提供了一整套的命令和函數(shù)，可用來直接控制與PC機兼容的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集。這些設(shè)備包括：多媒體聲卡，美國國家儀器E-系列，1200-系列接口板，Hewlett-PackardVXIE1432-系列接口板以及其它多種數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備。數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備的內(nèi)部特性對MATLAB的接口完全透明，無論是使用一個或幾個硬件設(shè)備，數(shù)據(jù)采集工具箱都會

63、向所有硬件設(shè)備提供單一的和統(tǒng)一的接口。通過調(diào)用MATLAB命令和函數(shù)可對與PC機兼容的數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備進行訪問并對它的屬性進行可視化監(jiān)控。因數(shù)據(jù)采集工具箱集成于MATLAB中，所以在數(shù)據(jù)采集的同時，既可對采集的數(shù)據(jù)進行實時分析，也可在存儲后再進行處理，用戶可針對數(shù)據(jù)分析的需要對測試條件的設(shè)立進行不斷的更新。</p><p>　　利用數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令和函數(shù)可控制數(shù)據(jù)采集的全過程。例如，采集前用戶可設(shè)置所有的

64、硬件設(shè)備的工作參數(shù)以滿足采集任務(wù)的指標(biāo)要求。在硬件設(shè)備運行時，可獲取事件信息，評估采集狀態(tài)，定義觸發(fā)器和回訪狀態(tài)，預(yù)覽數(shù)據(jù)以及進行實時分析。</p><p>　　噪聲采集與分析系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　首先將要分析的噪聲信號的頻率與強度范圍確定下來，進而確定硬件設(shè)備的各項參數(shù)。</p><p>　　筆者設(shè)計的噪聲信號采集與分析系統(tǒng)由采集子系統(tǒng)和分析子系統(tǒng)2個子

65、系統(tǒng)組成。采集子系統(tǒng)完成噪聲信號的實時采集任務(wù)，即由MATLAB控制PC機聲卡將傳感器得到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號存儲在計算機中；分析子系統(tǒng)將采集到的數(shù)字信號進行時、頻域分析及各項數(shù)值分析。</p><p>　　圖 5.2 硬件使用流程圖</p><p>　?。?）采集系統(tǒng)的硬件安裝</p><p>　　將聲卡插入PC機的PCI插槽，安裝好相應(yīng)的驅(qū)動程序后，將霍爾傳

66、感器與聲卡的模擬輸入端連接起來，需要注意的是模擬信號的引入應(yīng)使用音頻電纜或屏蔽電纜以減小干擾信號的引入。MATLAB6.1以上版本均采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，所以在數(shù)據(jù)采集前必須用一個對象將聲卡進行封裝，創(chuàng)建對象后才可對聲卡進行直接操作。</p><p>　?。?）硬件設(shè)備初始化</p><p>　　在MATLAB中為聲卡生成一個操作對象，初始化該操作對象使MATLAB與聲卡建立通信，并為已創(chuàng)建

67、的聲卡設(shè)備對象增加數(shù)據(jù)通道和觸發(fā)通道。如果只設(shè)置一個數(shù)據(jù)通道，且系統(tǒng)采用手動觸發(fā)方式時，可不設(shè)置觸發(fā)通道。需要注意的是對聲音傳感器的選擇, 應(yīng)選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號的引入。</p><p>　?。?）硬件設(shè)備的配置</p><p>　　根據(jù)所配聲卡的工作特性和信號分析的設(shè)計要求，可設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)控制聲卡在數(shù)據(jù)采集時的行為，常見的參數(shù)如內(nèi)存的基地址、模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣速率、采樣

68、時間、預(yù)計模擬信號的輸入/輸出范圍、采樣觸發(fā)方式、采樣點數(shù)據(jù)的存儲等。需要注意的是采樣速率的值由聲卡的物理特性決定，用戶可選擇一個聲卡支持的采樣速率。MATLAB支持電平觸發(fā)、事件觸發(fā)和手動觸發(fā)3種觸發(fā)方式來啟動數(shù)據(jù)采集工作。在配置參數(shù)時要考慮到出現(xiàn)各種容易錯誤的情況，比如當(dāng)輸入的模擬信號過載或采集工作時突然斷電等。MATLAB允許編程者以調(diào)用回調(diào)函數(shù)(Callback Function)和消息對話框(Message Box)的方式解決

69、數(shù)據(jù)采集過程中出錯應(yīng)答和出錯信息管理等問題。</p><p>　　聲音信號采集硬件配置的具體實現(xiàn)過程:</p><p>　　sound= analogin put (‘winsound’) ; % ‘winsound’ 為聲卡的驅(qū)動程序</p><p>　　channel= addchannel( sound, 1) ; %添加通道為單聲道</p>&

70、lt;p>　　set ( sound, ‘ SampleRate’, 44100 ) ; % 設(shè)置采樣頻率為44100Hz</p><p>　　set( sound, ‘SamplesPerTrigger’, 22050) ; %設(shè)置采樣時間為0. 5s</p><p>　　set( sound, ‘TriggerType’, ‘manual’) ; % 設(shè)置觸發(fā)方式為手工觸發(fā)<

71、;/p><p>　　. . . %其它的相關(guān)設(shè)置</p><p><b>　　（4）采集</b></p><p>　　啟動設(shè)備對象，控制聲卡開始采集數(shù)據(jù)，采集過程中可以向聲卡發(fā)送控制命令，如暫停采集、退處采集等。采集到的數(shù)據(jù)被暫時存放在PC機的內(nèi)存里，理論上可采集的最大數(shù)據(jù)量（即采集時間的最大長度）由PC機的內(nèi)存容量決定，這一點相對于一般的數(shù)據(jù)采集

72、系統(tǒng)而言有強的優(yōu)勢。MATLAB提供了記錄采集過程中的所有犄殊事件的函數(shù)，可記錄的事件包括采集設(shè)備的硬件配置、采集的啟動時刻、采集時間、采樣速率、通道數(shù)目等。如果采集過程中出現(xiàn)了錯誤．出錯的時刻、錯誤產(chǎn)生的來源以及數(shù)據(jù)的采集情況等信息也都會被記錄下來作為以后工作的參考使用。要說明的是，執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)采集工作后應(yīng)當(dāng)刪除設(shè)備對象，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲在硬盤上之后釋放數(shù)據(jù)存儲所占用的內(nèi)存空間，以備下一次采集能有足夠的內(nèi)存空間存儲新的數(shù)據(jù)。<

73、;/p><p>　　聲音信號采集的實現(xiàn)程序為:</p><p>　　start( sound) ; %啟動設(shè)備對象</p><p><b>　　try</b></p><p>　　time= 0; data= 0;</p><p>　　[ data, time] = getdata( sound) ;

74、 %獲取采樣數(shù)據(jù)</p><p><b>　　catch</b></p><p>　　time= 0; data= 0; disp(‘A timeout occurred’) ;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　stop( sound) ; % 停止設(shè)備對象</

75、p><p>　　delete( sound) ; %刪除設(shè)備對象</p><p><b>　　(5)數(shù)據(jù)的分析</b></p><p>　　在MATLAB中調(diào)用頻譜分析函數(shù)、功率譜分析函數(shù)或數(shù)值分析函數(shù)就可將采集到的數(shù)字信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析，并且可方便的將分析結(jié)果以面圖的形式顯示出來。</p><p>　

76、　MATLAB的傅里葉分析</p><p>　　MATLAB的傅里葉分析傅里葉分析是數(shù)字信號處理的基礎(chǔ)，是頻域分析的重要工具。在振動與噪聲分析中，常會遇到處理噪聲信號等數(shù)字信號的問題。傅里葉分析包括：連續(xù)傅里葉級數(shù)、連續(xù)傅里葉變換、離散時間傅里葉級數(shù)離散時間傅里葉變換。通過這些變換，可將一個信號分解為表征信號頻域特性的不同正弦波分量的組合。</p><p>　　建模：設(shè)產(chǎn)生60Hz和150

77、Hz帶噪聲的信號源，并用傅里葉變換方法查找主頻信號。我們利用MATLAB進行分析。</p><p>　　MATLAB編程如下：</p><p>　?。ギa(chǎn)生有噪聲的聲源信號．并提取離散信號</p><p>　　t=0：0．001：0．6：</p><p>　?。ピ肼曅盘柕闹黝l為60 Hz和150 Hz</p><p>　

78、　x=sin(2 pi 60 t)+sin(2 pi 150 t)：</p><p>　　y=x+2 randn(size(t))；</p><p>　　plot(1000 t(1：50)，y(1：50))</p><p>　　title('Signal Corrupted with Zero—Mean Random Noise3</p>&l

79、t;p>　　xlabel( time(ms)')</p><p><b>　　grid on；</b></p><p>　?。ミM行5l2點的快速傅里葉變換</p><p>　　Y=ft(y，512)；</p><p><b>　?。スβ首V測量計算</b></p><

80、p>　　Pyy=Y． conj(Y)／512；</p><p>　　f=1000"(0：256)／512；</p><p><b>　　％繪制頻譜圖形</b></p><p><b>　　figure；</b></p><p>　　plot Pyy(1：257))</p>

81、<p>　　title( Frequency content of y’</p><p>　　xlabel('frequency(Hz)’</p><p><b>　　grid on；</b></p><p>　　所得結(jié)果見圖5.3和圖5.4。</p><p>　　圖5.3 帶噪聲的原始信號<

82、/p><p>　　圖5.4 傅里葉變換后的頻率分布</p><p><b>　　檢測結(jié)果分析</b></p><p>　　我們用磁電式加速度傳感器在現(xiàn)場采集了列車接近及經(jīng)過時的鋼軌振動信號，其實驗系統(tǒng)框圖，如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 實驗系統(tǒng)框圖</p><p>　　測得的鋼軌振動

83、信號，如圖5.6所示。如圖5.6(a)所示，為長時問序列原始信號波形，在從開始采集至210s之前波形為列車離現(xiàn)場采集點距離較遠時信號；如圖5.6(b)所示，為列車經(jīng)過傳感器正上方時信號時域波形圖；如圖5.6(c)所示，為列車由遠到近接近傳感器時信號時域波形圖。</p><p>　　圖5.6原始信號時間—振幅關(guān)系圖</p><p>　　圖5.6(a) 原始信號時域波形圖</p>

84、<p>　　圖5.6(b) 列車經(jīng)過傳感器正上方時信號時域波形圖</p><p>　　圖5.6(c) 列車逐漸接近傳感器正上方時信號時域波形圖</p><p>　　對信號時域進行頻譜分析可以得到信號的頻域特征，如圖5.6所示，信號進行頻譜分析可得信號的譜分析圖，如圖4所示。如圖5.7(a)所示，為列車經(jīng)過前200s功率譜，如圖5.7(b)所示，為列車經(jīng)過前100秒功率譜，如圖5

85、.7(c)所示，為列車經(jīng)過前10秒功率譜，如圖5.7(d)所示，為列車經(jīng)過后10s功率譜。對采集到得260s時域信號每隔5s取2s數(shù)據(jù)進行幅值譜分析與功率譜分析并相互比較和判斷，以提取信號的主要特征頻率，如圖5.8所示。</p><p>　　如圖5.7所示，信號的功率譜中可以明顯的讀出信號在150Hz、245Hz、340Hz、450Hz以及630Hz附近有較明顯的峰值，查數(shù)據(jù)并對比得知，發(fā)現(xiàn)這些特征頻率正好是鋼軌

86、的某些階次固有頻率。在列車經(jīng)過傳感器正上方時，由于列車自身的復(fù)雜的振動對鋼軌振動的巨大影響左右，信號的功率譜較為雜亂難以判別其主要特征頻率。</p><p>　　圖5.7 振動信號頻譜分析圖</p><p>　　如圖5.8所示，特征頻率分量所對應(yīng)的能量隨時問變化規(guī)律看，各個頻率分量的能量在整個時間軸上的(0～150)s之間分布雜亂，基本上沒有任何規(guī)律可循，但在列車接近前(150～210)s

87、左右至列車經(jīng)過傳感器上方的時間內(nèi)能量有逐漸變大的趨勢，并且能夠明顯的看出在列車經(jīng)過傳感器正上方時各頻率分量的能量有突變的現(xiàn)象產(chǎn)生。</p><p>　　圖5.8（a）150HZ分量</p><p>　　圖5.8（b）340HZ分量</p><p>　　圖5.8（c）450HZ分量</p><p>　　輪軌振動噪聲信號的應(yīng)用</p>

88、<p><b>　　輪軌方面</b></p><p>　　此系統(tǒng)需要長期的跟蹤檢測，并將其各種數(shù)據(jù)輸入電腦中生成一個數(shù)據(jù)庫。主要記錄并統(tǒng)計在不同軌道，不同車速，不同載重，以及輪軌各部件正常情況下，列車所產(chǎn)生的輪軌噪聲大小。</p><p>　　在監(jiān)測噪聲的時候，調(diào)出相應(yīng)的車速，載重下的輪軌噪聲L，并將新的噪聲與其比較，若在這個安全行車噪聲區(qū)間內(nèi)就正常顯示

89、；若不在這個安全區(qū)間之中，就報警，提示相關(guān)人員作出相應(yīng)的應(yīng)對措施。</p><p><b>　　判斷兩車行車信息</b></p><p>　　整理數(shù)據(jù)庫的同時還需要統(tǒng)計，在不同車速，不同載重的情況下，兩車在安全距離，其安全噪聲是多少，如果新采集的噪聲大于安全噪聲L的最大值，發(fā)出警報，提示司機作出檢查，一方面檢查是否處于相同軌道，另一方面檢查列車是同向的還是相向的，再作

90、出相應(yīng)的對策。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)畢業(yè)論文即將結(jié)束，在這段日子里，我感到了時間的重要性和緊迫性，也鍛煉了自己的心理素質(zhì)，感想很深。早在論文前期我就收集了大量的資料，并且閱讀了大量的相關(guān)文獻，對輪軌噪聲的產(chǎn)生原因及分類、傳感器、MATLAB和輪軌振動噪聲信號的采集與分析系統(tǒng)進行了簡單的了解和分析，并且又重新的溫習(xí)了下MAT

91、LAB這個功能很強悍的軟件。目前，理論研究工作已基本完成，但具體情況還需與實際相結(jié)合。通過本課題的研究，我得到如下幾點：</p><p>　　一：了解到國內(nèi)外對輪軌噪聲的研究現(xiàn)狀，并且知道了將來對輪軌噪聲的研究方向。</p><p>　　二：全面的了解了該課題的研究步驟。首先從分析產(chǎn)生原因開始，其次采集信號，處理信號，利用信號。</p><p>　　三：對傳感器，濾

92、波器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，MATLAB等有了更深的認識，我相信這些一定會給將來的工作上提供很多幫助。</p><p>　　四：雖然論文告了一段落，但是我深知，并且由于時間的緣故，此次的論文還差的很多，尤其是各個章節(jié)的銜接，以及整個系統(tǒng)中很多細小的環(huán)節(jié)并沒有考慮到位。</p><p>　　五：要正式的將其轉(zhuǎn)換為實際的應(yīng)用，即真正意義上實現(xiàn)通過輪軌振動噪聲對列車安全運行實時監(jiān)控

93、還是有相當(dāng)大的距離，但是在今后的工作中，我會繼續(xù)對此研究，爭取為我國鐵路事業(yè)貢獻自己的力量。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本畢業(yè)論文的工作是在xxx老師的悉心指導(dǎo)下完成的，xxx老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝這半年來王老師對我的關(guān)心和指導(dǎo)。</p><p>　　xxx

94、悉心指導(dǎo)我們完成了畢業(yè)論文，在學(xué)習(xí)上和生活上都給予了我很大的關(guān)心和幫助，尤其是xxx有段時間在周末加班給我們收集資料，進行輔導(dǎo)讓我感觸頗深，在此再次向王老師表示衷心的謝意。</p><p>　　在撰寫畢業(yè)論文期間，xxxx、xxx等同學(xué)對我畢業(yè)論文中的材料收集研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激之情。</p><p>　　另外也感謝家人，他們的理解和支持才使我能夠在學(xué)校專心完成我

95、的學(xué)業(yè)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]雷曉燕,圣小珍.鐵路交通振動與噪聲[M].北京：北京科學(xué)出版社，2004</p><p>　　[2]房建,雷曉燕.城市軌道交通列車噪聲預(yù)測模型研究[J].城市軌道交通研究，2006</p><p>　　[3]雷曉燕,劉林芽,練松良.軌道交通

96、噪聲計算方法研究[J].噪聲與振動控制,2006</p><p>　　[4]王澤華,隋樹林,唐亞明.基于功率譜平均的列車接近預(yù)警系統(tǒng)的研制[J]儀器儀表用戶，2005</p><p>　　[5]劉正平,程蔚,馮召勇,楊衛(wèi)平.基于輪軌噪聲檢測的列車接近報警研究[J].機械設(shè)計與制造，2011</p><p>　　[6]杜錦程,薛軍興.基于移動通訊網(wǎng)絡(luò)的提速列車接近報警

97、系統(tǒng)研究[J].鐵道機車車輛，2008</p><p>　　[7]劉靜茹,馬筠,張海波.輪軌運行狀態(tài)對輪軌噪聲及振動的影響分析[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，2010</p><p>　　[8]徐志勝,翟婉明.輪軌噪聲預(yù)測模型研究概況及新進展[J].噪聲與振動控制，2007</p><p>　　[9]圣小珍，雷曉燕.歐洲鐵路輪軌噪聲研究概況[J].鐵道工程學(xué)報年，2

98、001（6）</p><p>　　[10]房建,雷曉燕,練松良,程小平.鐵路噪聲預(yù)測方法研究[J].噪聲與振動控制，2010</p><p>　　[11]楊清雷.基于輪軌激勵聲檢測的列車接近報警系統(tǒng)研究[D]：[碩士學(xué)位論文]．中國海洋大學(xué)，2005</p><p>　　[12]王昌林.高速鐵路噪聲與振動因素的分析及其對策的探討[J]. 中國學(xué)術(shù)期刊電子出版社.19

99、94-2008</p><p>　　[13]孫大新，高亮.高速鐵路輪軌噪聲及其控制措施[N].《中國安全科學(xué)學(xué)報》1995-2006</p><p>　　[14]卜建清，高勇利，袁向榮.減小鐵路振動與噪聲影響的方法[N]. 《鐵道工程學(xué)報》2001年第3期</p><p>　　[15]李德軍.淺談鐵路噪聲污染的治理[J].云南環(huán)境科學(xué), 1998,(4):48—50

100、.</p><p>　　[16]ISO/DIS 3095，2 001 Railway application-Acoustics-Measurement of noise rail bound vehicles</p><p>　　[17]ISO/DIS 3381:2001 Railway application-Acoustics-Measurement of noise houn

101、d vehicles emitted by inside rail</p><p><b>　　附錄 一</b></p><p>　　高速鐵路輪軌噪聲理論計算與控制研究</p><p>　　楊新文，翟婉明 (博導(dǎo))</p><p>　　(1．蘭州交通大學(xué)數(shù)理與軟件工程學(xué)院，甘肅蘭州730070；</p>&

102、lt;p>　　2．西南交通大學(xué)牽引動力國家重點實驗室，四川成都610031)</p><p>　　關(guān)鍵詞：高速鐵路；無砟軌道；耦合動力學(xué)；輪軌噪聲；有限元法；邊界元法；聲輻射；吸聲板；聲屏障</p><p>　　中圖分類號：U211.5；TB533.2</p><p><b>　　文獻標(biāo)識碼：A</b></p><p&

103、gt;　　輪軌噪聲是鐵路主要的噪聲源。針對高速鐵路輪軌噪聲輻射問題，綜合運用車輛一軌道耦合動力學(xué)理論與噪聲輻射理論，建立高速鐵路輪軌噪聲預(yù)測模型，應(yīng)用數(shù)值仿真的方法研究高速鐵路輪軌噪聲產(chǎn)生機理、輻射特性、傳播規(guī)律以及控制技術(shù)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下。</p><p>　　輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)納和聲輻射效率是預(yù)測輪軌噪聲非常重要的2個基礎(chǔ)性問題。運用有限元方法計算分析輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)納特性，在此基礎(chǔ)上運用邊界元方法研究輪軌

104、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的聲輻射效率。</p><p>　　利用程序設(shè)計語言FORTRAN95編制輪軌噪聲預(yù)測分析系統(tǒng)WRNOISE(Wheel／Rail Noies)，并與已有的輪軌噪聲預(yù)測模型. TWINS(Track and Wheel Interaction Noise Sim ulation) ，STTIN(Simulation of Train and Track Interaction Noise) 及實測數(shù)據(jù)進行

105、比較研究。結(jié)果表明：WRNOISE預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測結(jié)果，與TWINS模型預(yù)測結(jié)果基本吻合；比STTIN模型預(yù)測輪軌噪聲結(jié)果更加精確；與高速鐵路實車試驗測試結(jié)果相比較，除個別頻段有差異外，在500—4000Hz頻段內(nèi)變化趨勢是一致的。</p><p>　　利用WRNOISE預(yù)測系統(tǒng)，對高速列車通過無砟軌道區(qū)段時產(chǎn)生的輪軌沖擊噪聲和滾動噪聲進行理論分析，探明車輪扁疤、鋼軌焊縫接頭產(chǎn)生輪軌沖擊噪聲的機理，以及輪軌表面粗糙

106、度激發(fā)輪軌滾動噪聲的頻譜特性、時程特性和聲傳播規(guī)律。結(jié)果表明：車輪扁疤和鋼軌焊縫接頭產(chǎn)生的輪軌沖擊噪聲能量主要集中在中高頻段；隨著列車速度的提高，輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺陷會激發(fā)更嚴(yán)重的噪聲輻射；輪軌系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)部件對輪軌噪聲的主要貢獻是鋼軌輻射的中、高頻噪聲，車輪輻射的高頻噪聲，軌道板或道床板輻射的中、低頻噪聲；輪軌滾動噪聲頻譜呈現(xiàn)寬頻帶特性，能量主要集中在400—4000Hz范圍內(nèi)；在距線路中心線5～50m范圍內(nèi)，輪軌噪聲聲壓級隨著距離加倍而衰

107、減3～6dB(A)，基本滿足有限長線聲源隨距離衰減的規(guī)律。</p><p>　　利用WRNOISE預(yù)測系統(tǒng)進行高速鐵路輪軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的低噪聲化研究。結(jié)果表明：在不影響行車安全的情況下，適當(dāng)?shù)卦黾榆囕嗇棸搴穸龋梢越档?00Hz以上高頻段的車輪噪聲；直型輻板車輪比起S型輻板車輪，能有效地降低在300—1000Hz頻段輪軌噪聲；適當(dāng)?shù)卦黾愉撥壻|(zhì)量，可降低鋼軌和軌道板在高頻段的振動與噪聲；軌下膠墊剛度對降低輪軌噪聲輻

108、射影響不大。軌下膠墊阻尼越大，振動能量在向軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)傳遞過程中的損耗也越多，對降低輪軌系統(tǒng)振動與噪聲是有利的。對于有砟軌道，軌枕和道床參數(shù)對軌下部件的噪聲輻射影響較大，而對車輪和鋼軌噪聲輻射影響甚微。適當(dāng)增加軌枕質(zhì)量、降低道床剛度和增加道床阻尼，可有效地降低輪軌系統(tǒng)的振動與噪聲。對于板式軌道，增加軌道板質(zhì)量，能有效地降低軌道板噪聲的輻射，從而從整體上降低輪軌噪聲的輻射；采用高彈性模量的CA砂漿，可有效降低軌道板噪聲；對環(huán)境要求較高的高

109、速鐵路，增設(shè)板下橡膠墊板，能降低輪軌系統(tǒng)的振動與噪聲。</p><p>　　利用WRNOISE預(yù)測系統(tǒng)，研究多孔吸聲板的空隙率、厚度和孔徑對降低輪軌噪聲的影響。結(jié)果表明：多孔吸聲板空隙率越大，對輪軌噪聲吸聲效果越好，但太大會降低對高頻噪聲的吸收；吸聲板厚度越厚，對輪軌噪聲吸聲效果越好；吸聲板孔徑在0.2～0.4mm范圍內(nèi)，孔徑越大，對輪軌噪聲吸聲效果越不利。</p><p>　　運用邊界元

110、法研究聲源的頻率、聲屏障安裝位置、聲屏障結(jié)構(gòu)型式及聲屏障表面敷設(shè)吸聲材料等因素對其降噪效果的影響。結(jié)果表明：聲屏障對高頻噪聲輻射的降噪效果比低頻噪聲的要好；聲屏障高度越大引起的聲壓插入損失越大；對不同結(jié)構(gòu)型式的聲屏障的吸聲效果，直立型聲屏障的降噪效果最差，圓弧型、倒L型、內(nèi)傾型次之，A字型、T字型和V字型最佳；聲屏障內(nèi)側(cè)表面敷設(shè)低阻抗的吸聲材料，具有良好的降噪效果。</p><p><b>　　附錄 二

111、</b></p><p>　　The oretical Calculation and Control Study on the Wheel／Rail Noises of High Speed Railway</p><p>　　(Abstract of the Ph.D.Dissertation)</p><p>　　YANG Xinwen，ZHAI

112、Wanming (Doctor Supervisor)</p><p>　　(1．School of Mathematics，Physics and Software Engineering， Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou Gansu 730070，China；</p><p>　　2.Traction Power State Key Labora

113、tory，Southwest Jiaotong University，Chengdu Siehuan 610031，China)</p><p>　　Wheel／rai1 noise is the main noise source of railway．The work in this dissertation focuses on wheel／rail noise radiation in high—spee

114、d railway．Based on the vehicle-track coupling dynamics theory and the acoustics radiation theory，a model is proposed to predict wheel／rail noise in high speed railway．Numerical simulation method is used to investigate th