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1、河北工业大学硕士学位论文机场跑道摩擦系数车标定方法的研究姓名：沈合利申请学位级别：硕士专业：仪器科学与技术指导教师：张思祥20091201河北工业大学硕士学位论文 i 机场跑道摩擦系数车标定方法的研究机场跑道摩擦系数车标定方法的研究 摘摘 要要 为了保障机场的安全运营和乘客的生命财产安全，在飞机起降的时候，机场工作人员需要知道机场跑道的摩擦系数。机场跑道摩擦系数车是测量跑道摩擦系数的特种设备，但因为各种因素的影响，包括车载传感器自身因素和外部因素，会造成摩擦系数测量值跟实际值产生偏差，若测量值误差较大，就会造成飞机起降的安全隐患。为了保证机场跑道摩擦系数车摩擦系数测量精确性，就需要定期对它进行
2、标定。 本文介绍了如何对摩擦系数车进行科学的标定，并设计了一种可以实现自动标定的装置。 该装置是基于 C8051F020 单片机的智能仪器， 它的设计包括硬件电路设计和软件设计。在硬件电路的设计方面，主要包括电源电路、放大电路、显示电路、控制电路等。软件设计的主要作用，是实现数据采集、数据转换、数据滤波和系统抗干扰，及控制部分的逻辑判断。 整个装置组装完毕，我们完成了它的整机调试，对其进行了功能测试和数据分析，并进行了现场的实地标定实验，结果证明了这种方案的正确性和可行性，实现了预定功能，完成了任务。 关键词：关键词：标定，摩擦系数车，单片机，称重传感器 机场跑道摩擦系数车标定方法的研究 ii
3、 RESERCH ON THE CALIBRATION METHOD OF AIRPORT RUNWAY SURFACE FRIC TION TESTER ABSTRACT In order to safeguard the security operation of airport and the passengers personal safety and property, the airport staff need to know the runways friction coefficient before the airplanes take off or land. Airpo
4、rt Runway Surface Friction Tester is the special equipment for the measurement of runway friction coefficient. Because of the effect from the sensors own factor of Airport Runway Surface Friction Tester and the external factor, there will be deviation between observed value and actual value. If the
5、observed value error is big, that will bring potential danger to airplane taking off and landing. In order to guarantee survey accuracy of Airport Runway Surface Friction Tester, we must calibrate it termly. This article introduced how to calibrate Surface Friction Tester in a scientific way, and de
6、signed an automatic calibration device .This equipment is a intelligent instrument which is based on the C8051F020 MCU .It included hardware circuit design and software design. In hardware circuit design aspect, it mainly included the power circuit, the amplifying circuit, the display circuit, the c
7、ontrol circuit and so on. Software designs leading role, is to realize the data acquisition and conversion, the data filter, the system anti- jamming, and logical judge of control section. After the accomplishment of the device, we completed whole machine debugging and the function testing, we also
8、carried on the calibration experiment on the spot. The result showed the accuracy and the feasibility of this project, we have realized the predetermined function, and completed the task finally. Key word: calibration, friction coefficient tester of airport runway，MCU，weighing sensor 河北工业大学硕士学位论文 v
9、符号符号 一、缩写摩擦系数 SFTSurface Friction Tester，摩擦系数测试车。 MCUMicro Control Unit,微控制器。 PCBPrinted Circuit Board,印刷电路板。 EMCElectromagnetic Compatibility，磁兼容特性。 EMIElectromagnetic Interference,电磁干扰。 CMRRCommon Mode Rejection Ratio，模抑制比。 ADCAnalog- to- Digital Converter，模数转换器。 SOCSystem On Chip,片上系统。 OEoutput e
10、nable,输出允许。 PWMPulse Width Modulation,脉冲宽度调制。 PIDProportion Integration Differentiation，比例积分微分调节。 WDTWatchdog Timer,看门狗定时器。 I/OIn/Out，输入/输出。 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任
11、由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内 容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和 电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索 以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务； 学校有权按有关规定向国家有关部门或者 机构送交论文的复印件和电子版； 在不以赢利为目的的前提下， 学校可以适当复制论文的 部分或全部内容用于学术活动。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名：
12、 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1- 1 引言引言 标定装置是与机场跑道摩擦系数车配套使用的专用设备,摩擦系数车主要用来测量机场跑道的摩擦系数。摩擦系数车的车载测量系统在使用一段时间后，由于各种因素的影响，会出现测量偏差，这就需要重新对测量系统的传感器进行标定， 标定装置就是为了此项工作而设计的。 为了使读者更好的理解标定装置的工作目的和工作原理，我们下面首先对机场跑道摩擦系数车的工作原理和工作方式做简要介绍。 1- 2 机场跑道摩擦系数车及其工作原理机场跑道摩擦系数车及其工作原理 摩擦系数（friction factor）是指两表面间的摩擦
13、力和作用在其一表面上的垂直力之比值，它是和表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。 机场跑道的摩擦系数是机场安全运行的重要参数, 是影响航运安全的重要因素， 许多飞机安全事故都是由于跑道摩擦系数过低造成的1。摩擦系数是机场跑道摩擦特性的最重要指标，由于各种天气和跑道长期使用等各种因素的影响，会降低跑道的摩擦系数，当跑道摩擦系数降到规定的最低标准 0.41 以下时2，将会严重影响飞机的起降安全。机场跑道摩擦系数车是测量跑道摩擦系数的特种装备，具有测量数据准确、稳定性好等特点，是机场飞机安全起降的重要保障。这种设备可以测量机场跑道的摩擦系数，从而反映
14、出路面对车辆制动距离长短的影响3 4 5。 机场跑道摩擦系数车(在本文后面的内容中，统称为摩擦系数车)由车载工控机、液压系统、喷水系统等设备组成的可以进行摩擦系数测量的机场专用特种车辆。 液压系统和测量系统位于摩擦系数车的后备箱位置， 方便测量； 车载工控机在副驾驶位置， 方便工作人员操作； 测量系统和车载工控机通过 RS232串口来通讯。如图 1.1 所示，为摩擦系数车示意图。 图 1.1 摩擦系数车整体示意图 Fig. 1.1 The general view of Surface Friction Tester 机场跑道摩擦系数车标定方法的研究 2 设计人员专门设计制造了乘用车后桥，这种
15、专用乘用车后桥由链传动齿轮、多排传动链、单向离合器等组成，它具有差速及功率传递作用。测量臂装置采用多排链及齿轮，根据道面测试要求，要求主齿轮与从动齿轮的齿数不同，从而可以实现一定的传动比6，即测试轮的滑溜比。同时在第二传动链的张紧轮上装有高精度的力传感器， 保证摩擦力的测量精度及可靠性。 测量轮在进行道面摩擦系数测量时与车轮一起转动， 在不测量时则由液压系统控制测试轮收起， 并通过专用汽车后桥上的单向离合器来保证测试轮不转动。通过喷水系统装置可模拟雨雪天气下的机场跑道道面状况。基本原理图如下示： 摩擦系数车在行驶过程中， 以一定的滑溜比及保持在一定的正压力时， 测量轮与被测道面之间所产生的摩擦力 f 与道面特性有关，摩擦力 f 的大小反映传动链张紧力 F 和 F(F与 F 大小相等，方向相反)的大小。张紧力 F 可由水平传感器测得，而 F 与摩擦力 f 成正比关系。设水平传感器受力为 T，则由力矩平衡原理知： 因 rfRF2= （1.1） 又 FF = （1.2） 求得水平传感器受力为： frRFFFT222222cos12cos12cos22+=+=+= （1.3） 则 kTf = （1.4） 图1.2 机场道面摩擦系数测试车传动原理图 Fig.1
