列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，具體是一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高速列車已成為鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?，且運(yùn)行速度越來(lái)越快，環(huán)境自然風(fēng)尤其是列車運(yùn)行過(guò)程中車身感受的橫向風(fēng)嚴(yán)重影響了列車運(yùn)行的安全。
[0003]目前，類似的固態(tài)測(cè)風(fēng)傳感器直接采用圓柱體為壓力受感體，壓力受感孔正交方向開(kāi)孔，前后壓力受壓孔直接對(duì)應(yīng)連接差壓傳感器正負(fù)向，采用正交矢量算法解算風(fēng)速風(fēng)向的大小。為保證測(cè)量精度其受感圓柱體直徑較小，不具有抗結(jié)冰、防沙塵、防雨水等惡劣環(huán)境的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有傳感器不能克服其外形造成的擾流的影響，不具有耐風(fēng)沙、耐高低溫、防冰凍、抗雨淋等抗惡劣環(huán)境的能力的問(wèn)題，提供一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的
目.0
[0005]本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，包括安裝板、底部機(jī)架、受感單元和頂蓋，底部機(jī)架通過(guò)安裝板安設(shè)在列車上，底部機(jī)架上部設(shè)有受感單元，受感單元頂部設(shè)有頂蓋。
[0006]所述的受感單元為8個(gè)沿周側(cè)均勻分布的受感盤，受感盤的前緣在十字正交和45°正交處的同一截面分別開(kāi)一組孔，每組孔內(nèi)設(shè)置5個(gè)壓力受感孔，壓力受感孔前側(cè)設(shè)有防塵網(wǎng)，5個(gè)壓力受感孔后端合成一個(gè)壓力腔。
[0007]受感盤后側(cè)的壓力腔通過(guò)受感管路與差壓傳感器連接，受感盤其后端的腔體頂端接向上斜的受感管路，受感管路的最高點(diǎn)彎曲布置，受感盤上的壓力受感孔位于整個(gè)受感管路的最低點(diǎn)；
所述的受感管路包括與壓力腔連接的帶角度彎曲管路和與帶角度彎曲管路連接的專用三通閥，專用三通閥分別與氣泵和差壓傳感器連接。
[0008]所述的受感單元還包括設(shè)置在其內(nèi)部的靜壓傳感器和溫度傳感器。
[0009]頂蓋為橢球流線體。
[0010]受感盤后側(cè)的壓力腔下側(cè)設(shè)有PTC陶瓷加熱器。
[0011 ] 本裝置使用的具體方法如下:
1)在風(fēng)洞中進(jìn)行吹風(fēng)試驗(yàn)，采集固定風(fēng)速V、不同風(fēng)向X來(lái)風(fēng)情況下各傳感器對(duì)應(yīng)的壓力值記為P實(shí)，該風(fēng)速下壓力理論值為P理=0.5 P V2，得出修正系數(shù)k=P實(shí)/Pa，只要吹風(fēng)得出O?45的k值即可，公式為:k = -0.0007x2 + 0.019x + 1.97，其中x為角度；
2)當(dāng)固態(tài)測(cè)風(fēng)裝置周圍有風(fēng)或列車運(yùn)行時(shí)，8個(gè)受壓孔感受到8個(gè)方向的壓力，此壓力加上腔體內(nèi)壓力Ps得到的壓力值記為Pi (i=l?8)，取其中兩個(gè)最大的壓力值記為P1、P2，記ζ=Ρ1/Ρ2，則ζ與風(fēng)向角度Θ有如下關(guān)系: Θ =(1.85-Z)/0.04，θ 為角度，ζ 為 Pl、Ρ2 的比值；
3)裝置內(nèi)的靜壓傳感器測(cè)得腔體內(nèi)壓力Ps，裝置內(nèi)溫度傳感器測(cè)得空氣溫度記為Τ，由此兩個(gè)參數(shù)可計(jì)算出空氣密度記為:
P =Ps/RT，R為氣體常數(shù)取2.8704 ；
4)根據(jù)伯努利方程 P=0.5 P V2
其中，由上述測(cè)量參數(shù)即可解算出綜合風(fēng)速記為Vg，再根據(jù)Vs和風(fēng)向θ分解出縱向分量(即列車行進(jìn)方向分量)Vg y以及橫向分量V g X；
5)通過(guò)連接車上車速傳感器可測(cè)得動(dòng)車行車速度記為，我們認(rèn)為行車本身造成的車體風(fēng)與車速大小相等、方向相反，記為，則有
Vy= V綜「V車風(fēng)
6)Vs )(與V ,進(jìn)行矢量合成，即可得到最終的外界自然風(fēng)速V。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，傳統(tǒng)固態(tài)傳感器采用對(duì)稱壓差式測(cè)量，這種傳感器為了克服外形造成的擾流影響，設(shè)計(jì)的外形結(jié)構(gòu)必須足夠小，但是小直徑的傳感器內(nèi)部無(wú)法安裝抗干擾的各種裝置，因此這種傳感器不具備抗風(fēng)沙、抗雨淋環(huán)境，不能直接應(yīng)運(yùn)在列車車載動(dòng)態(tài)測(cè)風(fēng)的場(chǎng)合。
[0013]本發(fā)明研制的固態(tài)測(cè)風(fēng)裝置及其使用的方法從測(cè)量原理上改變了傳統(tǒng)固態(tài)測(cè)風(fēng)傳感器的壓差式測(cè)量方法，克服了由于結(jié)構(gòu)外形造成的擾流影響，由于增加了內(nèi)部的空間可以增加必要的抗惡劣環(huán)境影響的組件，增加了產(chǎn)品的耐風(fēng)沙、抗雨淋性能，選用滿足-45~70°C的電子元器件，滿足了固態(tài)測(cè)風(fēng)裝置的高低溫使用環(huán)境。在測(cè)量范圍和測(cè)量精度方面不低于現(xiàn)有的固態(tài)傳感器指標(biāo)，是一款為列車車載動(dòng)態(tài)測(cè)風(fēng)專用裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明裝置外型圖；
圖2是受壓孔方位示意圖；
圖3是受感單元布置圖；
圖4是受感單元內(nèi)部構(gòu)型圖；
圖5是壓力采集孔示意圖；
圖6是受感管路組件感壓氣流流向示意圖；
圖7是受感管路組件反向吹風(fēng)氣流流向示意圖；
1-頂蓋，2-受感單元，3-底部機(jī)架，4-安裝板，5-受感盤，6-受感管路，7-專用三通閥，8-差壓傳感器，9-氣泵，10-PTC陶瓷加熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖4，5所示，一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，包括安裝板4、底部機(jī)架3、受感單元2和頂蓋1，底部機(jī)架3通過(guò)安裝板4安設(shè)在列車上，底部機(jī)架3上部設(shè)有受感單元2，受感單元2頂部設(shè)有頂蓋I。
[0016]所述的受感單元2為8個(gè)沿周側(cè)均勻分布的受感盤5，受感盤(5)的前緣在十字正交和45°正交處的同一截面分別開(kāi)一組孔，每組孔內(nèi)設(shè)置5個(gè)壓力受感孔，壓力受感孔前側(cè)設(shè)有防塵網(wǎng)，5個(gè)壓力受感孔后端合成一個(gè)壓力腔。
[0017]受感盤5后側(cè)的壓力腔通過(guò)受感管路6與差壓傳感器8連接，受感盤5其后端的腔體頂端接向上斜的受感管路6，受感管路6的最高點(diǎn)彎曲布置，受感盤5上的壓力受感孔位于整個(gè)受感管路的最低點(diǎn)。
[0018]所述的受感管路6包括與壓力腔連接的帶角度彎曲管路和與帶角度彎曲管路連接的專用三通閥，專用三通閥7分別與氣泵9和差壓傳感器8連接。如圖6所以，專用三通閥斷電時(shí)，其閥芯處于圖示位置，此時(shí)壓力受感孔與差壓傳感器相通(如圖箭頭所示為通路)，其連接氣泵的一側(cè)為常閉狀態(tài)。
[0019]如圖7所示，專用三通閥通電時(shí)，其閥芯向上動(dòng)作，處于圖示位置，此時(shí)壓力受感孔與氣泵相通(如圖箭頭所示為通路)，其連接差壓傳感器一側(cè)為封閉狀態(tài)，防止對(duì)傳感器的損壞。通過(guò)反向吹風(fēng)清除管路及壓力受感孔處殘留的沙塵，保證氣路暢通。
[0020]所述的受感單元2還包括設(shè)置在其內(nèi)部的靜壓傳感器和溫度傳感器。
[0021]頂蓋I為橢球流線體。
[0022]受感盤5后側(cè)的壓力腔下側(cè)設(shè)有PTC陶瓷加熱器10。加裝PTC陶瓷加熱器，裝置檢測(cè)外界溫度低于零度時(shí)啟動(dòng)加熱裝置，加熱裝置通過(guò)結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，將熱量傳遞到受壓孔周圍，使裝置能夠除去受壓孔附近的結(jié)冰或防冰。
[0023]為減少風(fēng)阻和噪音裝置受感體設(shè)計(jì)為流線型，受感單元與受感體融為一體。裝置外型圖見(jiàn)附圖1、受壓孔方位見(jiàn)附圖2、受感單元布置圖見(jiàn)附圖3。
[0024]該裝置受感單元由風(fēng)壓受感體、防結(jié)冰加熱組件、正向隔離逆向吹塵組件、雨水隔離組件8個(gè)差壓傳感器、I個(gè)靜壓傳感器等組成。受感部分內(nèi)部構(gòu)型見(jiàn)附圖4。
[0025]雨水隔離組件:
裝置壓力采集孔為整個(gè)測(cè)壓管路的最低點(diǎn)，在測(cè)壓孔后置腔體頂端接向上斜斜導(dǎo)管，管路的最高點(diǎn)彎曲布置，阻止水的進(jìn)入。通過(guò)向上彎曲的管路設(shè)計(jì)使受壓孔始終處于整個(gè)管路的最低處，使進(jìn)入到管路的液體靠自重自行流出裝置。防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)附圖5。
[0026]正向防塵逆向吹塵組件: a)余度設(shè)計(jì)
受感單元的受感孔采用多余度設(shè)計(jì)，受感盤前緣在十字正交和45°正交處的同一截面分別開(kāi)一組孔，每組在Φ10的區(qū)間內(nèi)設(shè)置5個(gè)Φ1.5壓力受感孔，5個(gè)Φ1.5壓力孔后端合成一壓力腔，5個(gè)壓力采集孔互為備份，有一孔通即可正常采集壓力。
[0027]b)隔離設(shè)計(jì)
受感管路組件(單路)由一個(gè)測(cè)壓?jiǎn)卧?、帶角度彎曲管路、專用三通閥、一個(gè)差壓傳感器組成。在受感部件的受感孔處和專用三通閥入口處加裝防塵網(wǎng)，阻止沙塵進(jìn)入。
[0028]c)逆向吹氣
受感孔隔離網(wǎng)外側(cè)殘留的沙塵通過(guò)逆向吹氣的方式清理。受感孔與氣壓源和傳感器之間氣路連接專用三通閥，專用三通閥連接氣泵的一側(cè)為常閉狀態(tài)，此時(shí)受感孔與差壓傳感器相通；當(dāng)氣泵向受感孔逆向吹氣時(shí)三通閥通電，氣壓源與受感孔管路導(dǎo)通，傳感器與管路關(guān)斷，防止對(duì)傳感器的損壞。通過(guò)逆向吹氣清理掉受感孔隔離網(wǎng)外側(cè)殘留的沙塵，保證氣路暢通。
[0029]防結(jié)冰加熱組件: 在分壓受感體上加裝PTC陶瓷加熱器，裝置檢測(cè)外界溫度低于零度時(shí)啟動(dòng)加熱裝置，加熱裝置通過(guò)結(jié)構(gòu)的熱轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，將熱量傳遞到受壓孔周圍，使裝置能夠除去受壓孔附近的結(jié)冰或防冰。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，其特征在于:包括安裝板(4)、底部機(jī)架(3)、受感單元(2)和頂蓋(I )，底部機(jī)架(3)通過(guò)安裝板(4)安設(shè)在列車上，底部機(jī)架(3)上部設(shè)有受感單元(2 )，受感單元(2 )頂部設(shè)有頂蓋(I); 所述的受感單元(2)為8個(gè)沿周側(cè)均勻分布的受感盤(5)，受感盤(5)的前緣在十字正交和45°正交處的同一截面分別開(kāi)一組孔，每組孔內(nèi)設(shè)置5個(gè)壓力受感孔，壓力受感孔前側(cè)設(shè)有防塵網(wǎng)，5個(gè)壓力受感孔后端合成一個(gè)壓力腔； 受感盤(5 )后側(cè)的壓力腔通過(guò)受感管路(6 )與差壓傳感器(8 )連接，受感盤(5 )其后端的腔體頂端接向上斜的受感管路(6)，受感管路(6)的最高點(diǎn)彎曲布置，受感盤(5)上的壓力受感孔位于整個(gè)受感管路的最低點(diǎn)； 所述的受感管路(6)包括與壓力腔連接的帶角度彎曲管路和與帶角度彎曲管路連接的專用三通閥，專用三通閥(7)分別與氣泵(9)和差壓傳感器(8)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，其特征在于:所述的受感單元(2)還包括設(shè)置在其內(nèi)部的靜壓傳感器和溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，其特征在于:頂蓋(I)為橢球流線體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置，其特征在于:受感盤(5)后側(cè)的壓力腔下側(cè)設(shè)有PTC陶瓷加熱器(10)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，具體是一種列車車載全向固態(tài)測(cè)風(fēng)的裝置。解決了現(xiàn)有傳感器不能克服其外形造成的擾流的影響，不具有耐風(fēng)沙、耐高低溫、防冰凍、抗雨淋等抗惡劣環(huán)境的能力的問(wèn)題，本發(fā)明研制的固態(tài)測(cè)風(fēng)裝置及其使用的方法從測(cè)量原理上改變了傳統(tǒng)固態(tài)測(cè)風(fēng)傳感器的壓差式測(cè)量方法，克服了由于結(jié)構(gòu)外形造成的擾流影響，由于增加了內(nèi)部的空間可以增加必要的抗惡劣環(huán)境影響的組件，增加了產(chǎn)品的耐風(fēng)沙、抗雨淋性能。
【IPC分類】G01P5-14, G01P1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104764901
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410788998
【發(fā)明人】王紅, 于衛(wèi)東, 范英杰
【申請(qǐng)人】太原航空儀表有限公司, 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2014年12月19日