CN104793011A - 一种列车车载全向固态测风的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于一种测风方法，具体是一种列车车载全向固态测风的方法。基于一种列车车载全向固态测风的装置，本发明研制的固态测风装置及其使用的方法从测量原理上改变了传统固态测风传感器的压差式测量方法，克服了由于结构外形造成的扰流影响，由于增加了内部的空间可以增加必要的抗恶劣环境影响的组件，增加了产品的耐风沙、抗雨淋性能，选用满足-45~70℃的电子元器件，满足了固态测风装置的高低温使用环境。在测量范围和测量精度方面不低于现有的固态传感器指标，是一款为列车车载动态测风专用传感器的使用方法。

Description

一种列车车载全向固态测风的方法
技术领域
  本发明属于一种测风方法，具体是一种列车车载全向固态测风的方法。
背景技术
当前在列车车载测风的产品据我们所知还没有一个成熟产品，一般的测风传感器如：风杯式、热线式等测风传感器存在的主要问题是抗环境影响不足，不能满足列车在恶劣环境下的使用要求。固态测风传感器在其他领域有应用的先例，但是他们采用的是前后受压孔连接在差压传感器上，通过感受180°方向上的压力差解算出风速风向。此种技术方案在环境较好的情况下可以应用，由于在受压孔的圆柱面上开孔，圆柱体内部安装传感器，圆柱体直径越大给圆柱体背风面造成的扰流也越大，由于感受180°方向上的压力值扰流就会给压差值带来波动，误差加大。由于圆柱体内部不仅仅安装传感器还要安装各种抗环境影响的器件，在这种情况下固态传感器的测风就会造成较大的误差。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种列车车载全向固态测风的方法。
本发明采取以下技术方案：一种列车车载全向固态测风的方法，基于一种列车车载全向固态测风的装置，包括安装板底部机架、受感单元和顶盖，底部机架通过安装板安设在列车上，底部机架上部设有受感单元，受感单元顶部设有顶盖；
所述的受感单元为8个沿周侧均匀分布的受感盘，受感盘的前缘在十字正交和45°正交处的同一截面分别开一组孔，每组孔内设置5个压力受感孔，压力受感孔前侧设有防尘网，5个压力受感孔后端合成一个压力腔；
受感盘后侧的压力腔通过受感管路与差压传感器连接，受感盘其后端的腔体顶端接向上斜的受感管路，受感管路的最高点弯曲布置，受感盘上的压力受感孔位于整个受感管路的最低点；
所述的受感管路包括与压力腔连接的带角度弯曲管路和与带角度弯曲管路连接的专用三通阀，专用三通阀分别与气泵和差压传感器连接；
所述的受感单元还包括设置在其内部的静压传感器和温度传感器；
具体步骤如下：
1) 在风洞中进行吹风试验，采集固定风速V、不同风向x来风情况下各传感器对应的压力值记为P实，该风速下压力理论值为P理=0.5ρV2，得出修正系数k=P实/P理，只要吹风得出0～45的k值即可，公式为：k = -0.0007x2 + 0.019x + 1.97，其中x为角度；
2) 当固态测风装置周围有风或列车运行时，8个受压孔感受到8个方向的压力,此压力加上腔体内压力PS得到的压力值记为Pi（i=1～8），取其中两个最大的压力值记为P1、P2，记z=P1/P2，则z与风向角度θ有如下关系：
θ=(1.85-z)/0.04，θ为角度，z为P1、P2的比值；
由上述公式得到来风矢量与P1口夹角θ，与P2口的夹角为（45°-θ），带入修正公式对P1、P2进行修正得到P1＇、P2＇，修正公式如下
P1＇=kP1
将P1＇和P2＇进行矢量合成得到综合压力P；
3) 装置内的静压传感器测得腔体内压力PS，装置内温度传感器测得空气温度记为T，由此两个参数可计算出空气密度记为：
ρ=Ps/RT，R为气体常数取2.8704；
4) 根据伯努利方程
P=0.5ρV2
其中，由上述测量参数即可解算出综合风速记为V综，再根据V综和风向θ分解出纵向分量（即列车行进方向分量）V综y以及横向分量V综X；
5) 通过列车上的车速传感器测得动车行车速度记为V车，设行车本身造成的车体风与车速大小相等、方向相反，记为V车风，则有
Vy= V综y-V车风
6) V综X与Vy进行矢量合成，即可得到最终的外界自然风速V。
与现有技术相比，传统固态传感器采用对称压差式测量，这种传感器为了克服外形造成的扰流影响，设计的外形结构必须足够小，但是小直径的传感器内部无法安装抗干扰的各种装置，因此这种传感器不具备抗风沙、抗雨淋环境，不能直接应运在列车车载动态测风的场合。
本发明研制的固态测风装置及其使用的方法从测量原理上改变了传统固态测风传感器的压差式测量方法，克服了由于结构外形造成的扰流影响，由于增加了内部的空间可以增加必要的抗恶劣环境影响的组件，增加了产品的耐风沙、抗雨淋性能，选用满足-45~70℃的电子元器件，满足了固态测风装置的高低温使用环境。在测量范围和测量精度方面不低于现有的固态传感器指标，是一款为列车车载动态测风专用传感器的使用方法。
附图说明
图1是本发明装置外型图；
图2是受压孔方位示意图；
图3是受感单元布置图；
图4是受感单元内部构型图；
图5是压力采集孔示意图；
图6是受感管路组件感压气流流向示意图；
图7是受感管路组件反向吹风气流流向示意图；
1-顶盖，2-受感单元，3-底部机架，4-安装板，5-受感盘，6-受感管路，7-专用三通阀,8-差压传感器，9-气泵,10-PTC陶瓷加热器。
具体实施方式
一种列车车载全向固态测风的方法，基于一种列车车载全向固态测风的装置，包括安装板4、底部机架3、受感单元2和顶盖1，底部机架3通过安装板4安设在列车上，底部机架3上部设有受感单元2，受感单元2顶部设有顶盖1；
所述的受感单元2为8个沿周侧均匀分布的受感盘5，受感盘5的前缘在十字正交和45°正交处的同一截面分别开一组孔，每组孔内设置5个压力受感孔，压力受感孔前侧设有防尘网，5个压力受感孔后端合成一个压力腔；
受感盘5后侧的压力腔通过受感管路6与差压传感器8连接，受感盘5其后端的腔体顶端接向上斜的受感管路6，受感管路6的最高点弯曲布置，受感盘5上的压力受感孔位于整个受感管路的最低点；
所述的受感管路6包括与压力腔连接的带角度弯曲管路和与带角度弯曲管路连接的专用三通阀，专用三通阀7分别与气泵9和差压传感器8连接；
所述的受感单元2还包括设置在其内部的静压传感器和温度传感器；
具体步骤如下：
1) 在风洞中进行吹风试验，采集固定风速V、不同风向x来风情况下各传感器对应的压力值记为P实，该风速下压力理论值为P理=0.5ρV2，得出修正系数k=P实/P理，只要吹风得出0～45的k值即可，公式为：k = -0.0007x2 + 0.019x + 1.97，其中x为角度；
2) 当固态测风装置周围有风或列车运行时，8个受压孔感受到8个方向的压力,此压力加上腔体内压力PS得到的压力值记为Pi（i=1～8），取其中两个最大的压力值记为P1、P2，记z=P1/P2，则z与风向角度θ有如下关系：
θ=(1.85-z)/0.04，θ为角度，z为P1、P2的比值；
由上述公式得到来风矢量与P1口夹角θ，与P2口的夹角为（45°-θ），带入修正公式对P1、P2进行修正得到P1＇、P2＇，修正公式如下
P1＇=kP1
将P1＇和P2＇进行矢量合成得到综合压力P；
3) 装置内的静压传感器测得腔体内压力PS，装置内温度传感器测得空气温度记为T，由此两个参数可计算出空气密度记为：
ρ=Ps/RT，R为气体常数取2.8704；
4) 根据伯努利方程
P=0.5ρV2
其中，由上述测量参数即可解算出综合风速记为V综，再根据V综和风向θ分解出纵向分量（即列车行进方向分量）V综y以及横向分量V综X；
5) 通过列车上的车速传感器测得动车行车速度记为V车，设行车本身造成的车体风与车速大小相等、方向相反，记为V车风，则有
Vy= V综y-V车风
6) V综X与Vy进行矢量合成，即可得到最终的外界自然风速V。

Claims (1)

1.一种列车车载全向固态测风的方法，其特征在于：基于一种列车车载全向固态测风的装置，包括安装板（4）、底部机架（3）、受感单元（2）和顶盖（1），底部机架（3）通过安装板（4）安设在列车上，底部机架（3）上部设有受感单元（2），受感单元（2）顶部设有顶盖（1）；
所述的受感单元（2）为8个沿周侧均匀分布的受感盘（5），受感盘（5）的前缘在十字正交和45°正交处的同一截面分别开一组孔，每组孔内设置5个压力受感孔，压力受感孔前侧设有防尘网，5个压力受感孔后端合成一个压力腔；
受感盘（5）后侧的压力腔通过受感管路（6）与差压传感器（8）连接，受感盘（5）其后端的腔体顶端接向上斜的受感管路（6），受感管路（6）的最高点弯曲布置，受感盘（5）上的压力受感孔位于整个受感管路的最低点；
所述的受感管路（6）包括与压力腔连接的带角度弯曲管路和与带角度弯曲管路连接的专用三通阀，专用三通阀（7）分别与气泵（9）和差压传感器（8）连接；
所述的受感单元（2）还包括设置在其内部的静压传感器和温度传感器；
具体步骤如下：
1）在风洞中进行吹风试验，采集固定风速V、不同风向x来风情况下各传感器对应的压力值记为P实，该风速下压力理论值为P理=0.5ρV2，得出修正系数k=P实/P理，只要吹风得出0～45的k值即可，公式为：k = -0.0007x2 + 0.019x + 1.97，其中x为角度；
2）当固态测风装置周围有风或列车运行时，8个受压孔感受到8个方向的压力,此压力加上腔体内压力PS得到的压力值记为Pi（i=1～8），取其中两个最大的压力值记为P1、P2，记z=P1/P2，则z与风向角度θ有如下关系：
θ=(1.85-z)/0.04，θ为角度，z为P1、P2的比值；
由上述公式得到来风矢量与P1口夹角θ，与P2口的夹角为（45°-θ），带入修正公式对P1、P2进行修正得到P1＇、P2＇，修正公式如下
P1＇=kP1
将P1＇和P2＇进行矢量合成得到综合压力P；
3）装置内的静压传感器测得腔体内压力PS，装置内温度传感器测得空气温度记为T，由此两个参数可计算出空气密度记为：
ρ=Ps/RT，R为气体常数取2.8704；
4）根据伯努利方程
P=0.5ρV2
其中，由上述测量参数即可解算出综合风速记为V综，再根据V综和风向θ分解出纵向分量（即列车行进方向分量）V综y以及横向分量V综X；
5）通过列车上的车速传感器测得动车行车速度记为V车，设行车本身造成的车体风与车速大小相等、方向相反，记为V车风，则有
Vy= V综y-V车风
6) V综X与Vy进行矢量合成，即可得到最终的外界自然风速V。
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