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1、 毕业设计(论文) 轮轨振动噪声信号的计算机处理系统设计学 号：Xxxxx姓 名：Xxx专 业：自动化系 别：电子信息与控制工程系指导教师：XxxxXxxx二一二年六月摘 要随着列车的快速发展以及车速的不断提高,轨道交通的振动和噪声问题越来越引起人们的重视。本文简要的叙述了轮轨振动噪声的的产生原因, 并分析了铁路噪声的组成。通过对国内外资料的分析得, 既然轮轨噪声不能完全的消除，那就想办法将其很好的利用起来。所以，合理的利用噪声，并建立起完善的行车安全监控系统刻不容缓。本研究我所承担的是基于轮轨振动噪声轨道列车行车安全监控系统研究课题中的“轮轨振动噪声信号的计算机处理系统设计”。我将轮轨噪声的
2、采集，处理，行车安全运行监控系统的建立以及应用展开了叙述，使读者对此项内容有一个简单的了解，并希望此文能引起更多的人的注意，并对此展开更多的研究。关键词：轮轨噪声；噪声采集；霍尔传感器；噪声处理；MATLABABSTRACTWith the rapid development 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 whee
3、l-rail noises,and analyzed the copmosition of the noise of the wheelrail noises.Through analyzing the data from home and abroad, I think that we dont eliminate noise totally ,but we can do our best to using the noise.So it is a brook no delay to use of noise reasonably and establish the safe train m
4、onitoring system.In this research, my question is The design of the computer processing system about wheel-rail noise ，which is a part of the 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
5、noise, processing signals, establishing the safe train monitoring 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 attention, and make them to conduct more researchs.KEYWORDS：wheel-rail noise;signal collectio
6、n;Hall sensor; process noise;MATLAB目 录摘 要iABSTRACTii目 录iii1绪论11.1目的及意义11.2国内外的现状11.3基本内容和技术方案12铁路噪声的种类以及产生原因42.1铁路噪声种类及产生原因42.2轮轨噪声种类及产生原因42.3铁路噪声的评价指标53轮轨噪声的采集73.1霍尔传感器的工作原理73.2信号采集83.3采集到的信号84轮轨噪声的采集124.1模数转换原理和数模转换原理概述124.2模数转换方法124.2.1直接法134.2.2间接法134.3数模转换器分类134.3.1电压输出型134.3.2电流输出型144.3.3乘算型14
7、4.4数模转换器的转换方式144.4.1并行数模转换154.4.2串行数模转换155轮轨噪声的采集175.1MATLAB的简介与应用185.2噪声采集与分析系统的设计195.3MATLAB的傅里叶分析215.4检测结果分析235.5轮轨振动噪声信号的应用265.5.1轮轨方面265.5.2判断两车行车信息27结论28致 谢29参考文献30附录 一32附录 二351 绪论1.1 目的及意义随着高速铁路技术的不断发展，列车速度不断提高，使得铁路噪声污染与行车安全问题也越来越严重，因此，预测高速列车诱发的路基-地基系统的振动，提出合理的隔振、减振方法与利用对轮轨振动噪声的处理并建立相应的行车安全监控
8、系统，是当今高速铁路发展中必须面对的问题。所以，合理的利用噪声，并建立起完善的行车安全监控系统刻不容缓。本研究我所承担的是基于轮轨振动噪声轨道列车行车安全监控系统研究课题中的“轮轨振动噪声信号的计算机处理系统设计”。通过对轮轨振动噪声信号的处理，我们可用来得到如此信息。1.可用来判断轮轨各部件是否处于正常状态；2.可用来判断两车的行车信息。即实现基于轮轨噪声检测的列车接近报警系统。该系统首先建立了轮轨激励振动的数学模型，然后通过Euler梁近似和降阶处理求解，得到了长钢轨的各阶固有频率，对现场采集的钢轨振动信号进行分析，由此发现明显存在钢轨的某些阶次特征频率分量，且这些分量的能量在列车距离传感
9、器1000m以内时有逐渐增大的趋势。对基于轮轨振动噪声检测列车接近报警系统的可行性进行了探讨。1.2 国内外的现状在欧美国家,铁路噪声早已引起各国政府、铁路运输部门、高等院校的高度重视, 政府发布的环境噪声绿皮书都对铁路噪声给予了充分的叙述.迄今为止, 已召开了六届有轨运输系统噪声国际会议。各个国家都在积极研究如何降低轨道噪声，并且在一定程度上得到了很大的进步。值得注意的是，多数的研究注重如何降低轨道噪声上，而对轮轨振动噪声的利用相对较少。但是事实上，利用轮轨噪声达到对列车运行安全实时监控也是有关噪声研究的另一个重要的课题，且具有非常重要的现实意义。1.3 基本内容和技术方案本课题是轮轨振动噪
10、声轨道列车行车安全监控系统研究一部分，主要承担的是研究轮轨振动噪声信号的计算机处理系统设计。轮轨振动噪声是由一定的频谱组成的，故可用传感器将这些噪声采集起来进行信号处理。本方案通过计算机控制系统对轮轨振动噪声处理，将采集的信号与安全行车的标准信号相比较，从而判断列车运行中轮轨是否处于正常状态，实现行车系统的实时监控。设定正常情况下，不同车速，不同载重的每节列车轮轨振动噪声为L。将传感器采集的信号X，经过模数转换,以及程序处理，通过与标准数值L比较，判断列车运行是否处于安全状态，报警器是否需要发出警报，从而达到实时监控的目的。简要流程图如下：输入信号X计算机控制系统与行车安全噪声区间准值L进行比
11、较，整理，判断NO报警器发出警报L1X L2YES正常指示图1.1程序流程图此次论文，我们主要研究的是图1.2中第三根线，是数据采集，数据处理等部分。图1.2 机车安全运行专家系统2 铁路噪声的种类以及产生原因2.1 铁路噪声种类及产生原因铁路环境噪声根据声源的不同大致可以分成以下几种：(1)机车车辆的机械设备噪声，如机车发动机轰鸣声；(2)轮轨噪声，由轮轨相互作用引起的，当列车速度低于250kmh时，这是铁路噪声的主要来源；(3)空气动力噪声，即车体与空气摩擦而产生的噪声，当列车速度大于350kmh时，它将成为铁路主要噪声来源；(4)集电系噪声，由受电弓和电线相互摩擦引起的；(5)构造物二次
12、噪声，如列车振动引起桥梁、隧道或周围建筑物的二次振动而产生的噪声。就目前铁路运营速度来说，大多数列车速度都小于250km/h。即一般情况，轮轨噪声在铁路噪声中占有很高的比例，要降低铁路噪声首先要降低轮轨噪声。因此，研究轮轨噪声对铁路减振降噪具有重要意义。2.2 轮轨噪声种类及产生原因轮轨噪声主要有三种：滚动噪声、冲击噪声和尖啸声。(1)滚动噪声是轮轨接触而引发的，由车轮和钢轨粗糙表面的不规则波纹(其波长约为1cm10cm)激发车轮及钢轨产生振动，从而向周围辐射噪声。车轮及钢轨表面有擦伤沟纹时会使滚动噪声显著增大。(2)冲击噪声主要是由于车轮在通过钢轨接头、道岔以及擦伤后车轮在钢轨上滚动产生的。
13、(3)尖啸声主要是由于大吨位列车通过小半径曲线时，外侧车轮轮缘挤压外轨侧面以及内侧车轮踏面在钢轨上滑动产生的。高速铁路线路上，曲线半径很大，采用超长无缝线路，基本上消灭了钢轨接头，使得轮轨撞击声也基本得到了控制。因而滚动噪声成为轮轨噪声中的主要噪声。在对轮轨噪声源的研究中发现，钢轨辐射的主要是中、高频噪声，车轮辐射的主要是中频噪声，而轨枕主要辐射低频噪声。从三者对总噪声的贡献来看，钢轨是主要的辐射源，车轮次之，枕轨最小。因此，控制轮轨噪声辐射，主要是要控制钢轨和车轮辐射的噪声，轨枕次之。2.3 铁路噪声的评价指标噪声的影响，不仅与噪声的声级大小有关，而且还与噪声的状态性质和作用时间的长短有关。
14、因此引入等效连续A声级指标。标准中的等效连续A声级Leq为规定时间内A声级的能量平均值，用下式表示：=式中：pA（t）是瞬时A计权声压；p0是参考声压（210-5 Pa）；LA是变化A声级的瞬时值，单位dB；T是某段时间的总量。目前，大部分国家的环境噪声标准都以等效声级为平均指标。下表为各国铁路环境噪声法规标准。表2.1 各国铁路环境噪声法规标准国别法规线别标准值Lep（dB(A)）日本基本法（1975）新干线70（6:0012:00）居民区75（6:0024:00）商业区法规（1995）既有线60（7:0022:00）55（22:007:00）商业区法国提案TGV6570(8:0022:00)70（TGV之外）德国提案新线67（6:0022:00）57（22:006:00）美国提案全线70（6:0022:00）65（22:006:00）瑞士法规新线60（6:0022:00）50（22:006:00）荷兰法规新线60（7:0019:00）55（19:0023:00）50（23:007:00）丹麦法规全线60（全天24h）中国法规（GB122590）干线70（全天24h）3 轮轨噪声的采集本课题是利用采集到轮轨信号所形成的模拟信号，经过A/D转换成数字信号、再利用计算机控制系统对其处理，而
