美國DYTRAN加速度傳感器在鐵路運輸中的應用

鐵路是人類發明的首項公共交通工具，在十九世紀初期便在英國出現。直至二十世紀初發明汽車，鐵路一向是陸上運輸的主力。隨著高速鐵路飛速發展，在時速超過350km／h的高速鐵路線路上，列車的測速定位問題顯得越來越重要。

測速和定位的精度問題從根本上制約著高速鐵路列車運行中自動控制系統的控制精度。為確保列 車運行安全，并充分發揮運輸效能，只有時刻掌握高速列車運行的即時速度和位置，才能確保列車的正點到達和安全運行。傳統的軌道電路定位法由于定位粗糙、精 度不夠，并且無法檢知列車的即時速度，難以滿足高速列車的定位要求。還有一種利用電機方式實現測速定位方法，該方式只適用于列車運行速度較低的線路。測速 和定位還可通過外加輸入信號直接獲取列車的位置和速度信息，但該方式的測量精度受到一些因素的制約，在性價比方面存在局限性。加速度傳感器在高速鐵路的測速和定位技術中成為當前的主流產品，應用較廣。
   加速度傳感器是 一種能夠測量加速力的電子設備。加速力是物體在加速過程中作用在物體上的力，可以是常量或變量。一般加速度傳感器根據壓電效應原理工作，加速度傳感器利用 其內部由于加速度造成的晶體變形產生電壓，只要計算出產生的電壓和所施加的加速度之間的關系，就可將加速度轉化成電壓輸出。還有很多其他方法制作加速度傳 感器，如電容效應、熱氣泡效應、光效應，但其zui基本的原理都是由于加速度使某種介質產生變形，通過測量其變形量并用相關電路轉化成電壓輸出。                       輪軸脈沖轉速傳感器是利用車輪的周長作為“尺子"測量列車走行距離，根據所測距離測算列車運行速度。雖然可以用輪軸脈沖轉速傳感器來測定了車的速度。然 而，存在一定缺陷：即車輪空轉或打滑會使列車速度的測量結果存在誤差，為解決此類問題，在列車車軸上加裝一個加速度傳感器，配合脈沖轉速傳感器使用。該方 式工作原理：在列車打滑期間，把機車的內加速度作為測速的信息源，該信息與車輪旋轉的狀態等信息不相關，而在其余工作時間仍用輪軸脈沖傳感器測速，所以該 方式稱為基于慣性加速度傳感器的測速。在車輪打滑時，由加速度傳感器測得加速度及車輪打滑前加速度的傾斜分量，而計算出車輪打滑時的列車運行加速度，再將 該值積分即得車輪打滑時列車實時運行的速度。

在高速列車運行過程中，能否準確及時地獲得列車位置信息是列車安全有效運行的保障。

相對傳感器是 根據預先確定的或先前測量的距離、位置等信息所安裝的一種設備。該方式目前由輪軸傳感器實現。其工作原理：將傳感器輸出頻率與輪軸轉速成正比的脈沖信號， 通過對頻率進行一系列換算先得出速度，再由速度對時間進行積分得到距離。相對傳感器在工作時必須首先確定其相對于大地的位置和取向。為此，在地面適當 位置必須加裝地面傳感器，俗稱信標。當機車通過時，車上感應器接收到地面傳感器提供的位置信息，使列車對距離信息進行更新，得到新的初始位置，從而克 服了相對傳感器的誤差缺陷。由于相對傳感器工作的局限性，傳感器成為未來高速鐵路運行中列車定位的主流技術。傳感器可直接提供位置和取向信 息，進而實現列車的測距定位。

   利用傳感器進行測速和定位方法簡單、經濟實用，測量數據誤差在規定范同，而加速度傳感器在高速鐵路的應用較廣，是目前應用的主導產品。現已出現的GPS 移動通信和衛星定位技術方式就是通過外加輸入信號直接獲取列車的位置和速度信息來實現測速和定位的，但該方式的測量精度受到一些因素的制約，暫時尚未推 廣。但隨著其技術成熟，移動通信、衛星定位在高速鐵路的應用前景將更為廣闊。相信在不久的將來加速度傳感器會在高鐵上隨處可見。