隨著高速鐵路在中國(guó)，的快速發(fā)展，許多人在旅行時(shí)選擇高速鐵路，這在速度、舒適性和安全性上與飛機(jī)相似。

傳感器在高鐵中的應(yīng)用
高速鐵路上最常見(jiàn)的傳感器技術(shù)應(yīng)用是速度傳感器。當(dāng)我們乘坐高鐵時(shí)，我們會(huì)在列車(chē)上滾動(dòng)顯示屏上檢查高鐵的運(yùn)行速度，這是使用速度傳感器。

高鐵上的速度傳感器主要有三種。第一種是光電速度傳感器，由帶孔轉(zhuǎn)盤(pán)的兩根光導(dǎo)纖維、發(fā)光二極管和光電三極管組成光傳感器。發(fā)光二極管通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的孔照射在光電二極管上，實(shí)現(xiàn)光的傳輸和接收。

第二種是磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的模擬交流信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生交流信號(hào)，通常由磁芯和兩端線(xiàn)圈組成。磁輪上的齒輪會(huì)一個(gè)個(gè)產(chǎn)生一系列形狀相同的脈沖。輸出信號(hào)的幅度與磁輪的轉(zhuǎn)速(車(chē)速)成正比，信號(hào)的頻率反映在磁輪的轉(zhuǎn)速上。


第三種是霍爾速度傳感器，主要用于曲軸轉(zhuǎn)角和凸輪軸位置，用于切換點(diǎn)火和觸發(fā)噴油電路，也用于其他需要控制旋轉(zhuǎn)部件位置和速度的計(jì)算機(jī)電路。它由一個(gè)幾乎完全封閉的磁路組成，包含永磁體和磁極。軟磁體葉片轉(zhuǎn)子穿過(guò)磁體和磁極之間的氣隙。葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場(chǎng)不受影響地通過(guò)并到達(dá)霍爾開(kāi)關(guān)，而沒(méi)有窗口的部分中斷磁場(chǎng)。

這些傳感器的應(yīng)用保證了高速列車(chē)的實(shí)時(shí)速度監(jiān)控。

傳感器在高速鐵路中的應(yīng)用研究
慣性加速度傳感器
加速度傳感器是一種可以測(cè)量加速力的電子設(shè)備。加速力是加速過(guò)程中施加在物體上的力，可以是恒定的，也可以是可變的。加速度傳感器一般根據(jù)壓電效應(yīng)原理工作，加速度傳感器利用加速度引起的晶體變形產(chǎn)生電壓。只要計(jì)算出產(chǎn)生的電壓和施加的加速度之間的關(guān)系，加速度轉(zhuǎn)化就可以作為電壓輸出。其他的方法加速度傳感器還有很多，比如電容效應(yīng)、熱泡效應(yīng)、光效應(yīng)等，但最基本的原理是某些介質(zhì)因加速度而變形，測(cè)量變形并由相關(guān)電路轉(zhuǎn)化輸出電壓。

基于STM32的塞拉門(mén)高速列車(chē)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為列車(chē)的重要子系統(tǒng)之一，塞拉門(mén)也對(duì)其控制性能提出了更高的要求。目前，我國(guó)高速列車(chē)用塞拉門(mén)基本上是從國(guó)外進(jìn)口的，因此開(kāi)發(fā)一套完全自主產(chǎn)權(quán)的塞拉門(mén)控制系統(tǒng)具有重要的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本課題來(lái)源于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組的塞拉門(mén)項(xiàng)目，時(shí)速350公里。根據(jù)項(xiàng)目要求，研究了塞拉門(mén)網(wǎng)守的硬件組成和軟件實(shí)現(xiàn)方法，優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)用無(wú)刷DC電機(jī)的控制方案。


首先介紹了塞拉門(mén)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它是一種帶霍爾開(kāi)關(guān)的無(wú)刷DC電機(jī)。但其反電動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)正弦波，因此采用矢量控制代替方波控制，以提高控制性能?；魻栭_(kāi)關(guān)和改進(jìn)的滑模觀測(cè)器方法用于估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。同時(shí)，為了提高速度跟隨性和抗干擾性，采用一種新的滑?？刂破鞔?zhèn)鹘y(tǒng)的PI控制器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。根據(jù)上述控制方案，在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真驗(yàn)證和波形分析。

其次，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用高性能控制芯片STM32F407作為主處理器。設(shè)計(jì)了電磁兼容抗干擾電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、輸入輸出電路和CAN通信電路。根據(jù)硬件基礎(chǔ)和系統(tǒng)功能，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能程序設(shè)計(jì)、新車(chē)門(mén)速度曲線(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)、障礙物檢測(cè)程序設(shè)計(jì)和CAN通信程序設(shè)計(jì)等。最后，在塞拉門(mén)模擬器上對(duì)硬件電路進(jìn)行了測(cè)試和調(diào)試。