CN108061813A - 一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，包括：测量终端，其设置于高速列车外侧，包括：五孔探针，其具有五个测压孔；五个测压管，每个测压管的一端连接至所述五孔探针的每个测压孔；五个压力传感器，每个压力传感器连接至每个测压管的另一端，用于采集对应测压孔的压力值；控制器，其用于接收每个压力传感器所采集到的压力值，用于获取所述高速列车的行车速度，用于根据预先给定的所述五孔探针的标定拟合公式，结合每个压力传感器所采集到的压力值，计算出一个速度矢量，以及用于从所述速度矢量中解算出侧风数据。本发明可实时测量计算出当前实际侧风的大小和方向等侧风数据，可应用在各种环境、各种条件下运行的高速列车上。
Description
技术领域
本发明属于高速列车运行数据监测领域，具体涉及一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，可用于对200km/h至400km/h的较高行驶速度行进的动车或高铁列车进行监测。
背景技术
伴随着我国高铁事业的蓬勃发展，高速列车的行车安全也成为一个重要问题。其中，侧风是影响列车行车安全的主要因素，强侧风发生时，列车必须及时获得相应信息，采取相应措施，以保证列车运行安全。
国内风速监测系统多采用在铁路沿线以数公里为间隔设置风速监测点的方法，通过沿线车站将各监测点数据汇集于路局调度所，形成风速监测网络系统。这种监测系统无法提供准确、实时的数据信息，往往不能准确反应现场的实际情况。
目前，为解决以上问题，出现了在列车上安装风速测量系统，进行风速实时测量的新思路。申请号为CN201010109500.0的专利《动车组车载嵌入式侧风压与能见度实时监测系统》在列车车身两侧各设一测风速装置，通过风速的大小来转换得到两侧风压的大小，从而测出动车组两侧风力产生的压力差，该专利并未具体说明如何获得风速大小，也并未考虑列车速度对风速测量的影响该如何解决；申请号为CN201010114487.8的专利《一种列车侧风危害抑制方法及其装置》只提及使用车载的测风装置检测出的当前风速、风向，而未说明此测风装置具体型式和工作方式；申请号为CN 200680039824.3的专利《检测及考虑行驶中的轨道车辆所受侧风负荷的方法和所相应实施的其端部车厢》通过检测的气动测量数据、车辆的车速、气动测量数据与行驶中轨道车辆的所属迎流方向之间的关系参照表的基础上，计算占优势的侧风的量和方向，该方法需要提前获知并配置不同线路、不同环境条件时的关系参照表，才能计算出侧风的量和方向，对于多种地形多种环境条件的中国高铁来说，限制性多、适应性差。
五孔探针是一种在风洞流场测量方面常用的装置，能同时获得速度大小、方向以及测点总压、静压等较完整的流场参数。五孔探针头部为半球形，在半球形表面按规律开设五个小孔，通过风洞试验进行探针标定，测量五孔在不同大小与方向风速下的压力值，得到五个小孔压力与风速大小及方向的对应关系，之后，在实际应用中，只需测量得到五孔压力值，即可得到风速大小与方向。
目前，缺少一种根据上述五孔探针特点，将其应用到侧风测量领域，对高速列车当前侧风的大小和方向进行实时测量计算的数据测量系统。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可对高速列车当前实际侧风的大小和方向进行实时测量的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统。
本发明的技术方案为：
一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，包括：
测量终端，其设置于所述高速列车外侧，所述测量终端包括：
五孔探针，其具有五个测压孔，且所述五孔探针的头部朝向所述高速列车的行驶方向；
五个测压管，每个测压管的一端连接至所述五孔探针的每个测压孔；
五个压力传感器，每个压力传感器连接至每个测压管的另一端，用于采集对应测压孔的压力值；以及
控制器，其包括与所述压力传感器连接，用于接收每个压力传感器所采集到的压力值，用于获取所述高速列车的行车速度，用于根据预先给定的所述五孔探针的标定拟合公式，结合每个压力传感器所采集到的压力值，计算出一个由所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速以及所述高速列车受到的当前实际侧风风速所合成的速度矢量，以及用于从所述速度矢量中解算出侧风数据，所述侧风数据包括所述高速列车受到的当前实际侧风的大小和方向，其中，所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速与所述高速列车的行车速度大小相同，方向相反。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，还包括：
编码器，其设置于所述高速列车的车轴上，用于随着所述高速列车的车轮旋转而产生脉冲数；
所述控制器与所述编码器通讯连接，用于根据所述脉冲数计算出所述高速列车的行车速度。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述控制器与列车行车电脑通讯连接，所述控制器用于向所述列车行车电脑发送连接请求，并在通讯建立后，接收所述列车行车电脑所发送的时间校准信息，以使所述控制器解算出的侧风数据与所述高速列车的运行参数在时间上同步对应，以及用于将所述侧风数据以及时间戳上传至所述列车行车电脑。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，包括两个所述测量终端、两个所述控制器以及两个所述编码器，两个所述测量终端分别设置在所述高速列车的两个方向的列车车头上，所述控制器用于根据所述各自的编码器产生的脉冲信号的A相和B相的相位先后顺序判断所述高速列车的行驶方向，其中一个控制器则用于启动对应于所述高速列车的行驶方向的测量终端，另一个控制器用于关闭另一个测量终端。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述测量终端包括：
探针支座，其包括承载部以及支撑于所述承载部下方的支撑部，所述承载部具有第一容纳腔，所述承载部的前端具有将所述第一容纳腔与外界连通的固定通孔，所述支撑部具有第二容纳腔，所述第一容纳腔与所述第二容纳腔彼此连通；
所述五孔探针水平设置于所述承载部的前侧，且所述五孔探针的五个探针尾端经由所述固定通孔插入至所述第一容纳腔内；所述五个压力传感器容设于所述第二容纳腔内；
固定机构，其设置于所述五孔探针和所述承载部之间，以将所述五孔探针固定于所述承载部的前端。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述承载部的后端螺纹连接有尾锥。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述五孔探针包括五孔探头、套管、五个金属管和五个接管嘴，其中，所述五孔探头具有五个测压孔，所述五孔探头连接于所述套管的前端，所述金属管贯穿所述套管，所述金属管的前端与所述测压孔连通，所述金属管的后端延伸至所述套管的外部，连接于所述接管嘴，所述接管嘴形成所述探针尾端。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述五个测压孔的分布方式为：其中一个测压孔位于所述五孔探头的中心轴线位置，其中两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的竖直平面上，另两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的水平平面上；所述承载部的外壁上部加工形成有水平延伸的测量基准平面。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述固定机构包括转接座和外套螺母，其中，所述转接座具有第一轴向通孔，所述转接座的后端可拆卸地连接至所述承载部的前端，所述转接座的前端插接于所述套管的后端，所述外套螺母螺纹连接于所述转接座，套设于所述套管和所述转接座的衔接部位的外侧，将所述套管紧固于所述转接座，所述金属管贯穿所述第一轴向通孔。
优选的是，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述五孔探针、所述外套螺母、所述转接座以及所述承载部以及所述尾锥依次连接，形成一具有流线型外形的结构；所述支撑部的前端部和后端部均为导有圆弧的尖劈。
本发明的有益效果为：
(1)使用五孔探针的测量方式，可实时测量计算出当前实际侧风的大小和方向等完整数据，为列车安全运行提供全面、有效的数据，无需提前获取任何数据参照表，应用限制少，应用范围广，可应用在各种环境、各种条件下运行的的高速列车上；
(2)系统独立性强，测量计算功能全部由测量系统自身完成，只需把主要数据及状态通过通讯传输给行车电脑即可，通讯量少，对全车通讯系统影响小；
(3)本发明所述的测量终端可以安装在高速列车上，从而在高速列车运行的过程中实现对压力值的测量，为测量得到侧风的大小和方向提供依据；
(4)采用压力传感器内置于探针支座的形式，将五孔探针水平设置在承载部的前侧，可以将测量点尽可能靠近采集点，缩短了测压管长度，减少了压力稳定时间，提高了数据测量的实时性；
(5)五孔探针通过外套螺母和转接座可拆卸地连接至探针支座，可根据使用情况方便地对五孔探针进行更换和调整；
(6)采用流线型设计，可减少五孔探针测量时的流场干扰；
(7)探针支座的承载部加工有测量基准平面，解决了测量终端安装时探针攻角和滚转角不易测量的问题。
附图说明
图1为本发明在一个实施例中所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统的组成示意图；
图2为本发明在一个实施例中所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统的流程图；
图3为本发明所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端的三维总装图；
图4为本发明所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端的三维爆炸图；
图5为本发明所述的五孔探针的结构示意图；
图6为图5的A向视图；
图7为图5的B向视图；
图8为本发明所述的五孔探针安装的局部示意图；
图9为本发明所述的探针支座的全剖视图；
图10为图9的A-A剖视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1，本发明提供了一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，包括：测量终端，其设置于所述高速列车外侧，所述测量终端包括：五孔探针1，其具有五个测压孔，且所述五孔探针1的头部朝向所述高速列车的行驶方向；五个测压管10，每个测压管的一端连接至所述五孔探针1的每个测压孔；五个压力传感器13，每个压力传感器连接至每个测压管10的另一端，用于采集对应测压孔的压力值；控制器14，其包括与所述压力传感器13连接，用于接收每个压力传感器13所采集到的压力值，用于获取所述高速列车的行车速度，用于根据预先给定的所述五孔探针1的标定拟合公式，结合每个压力传感器13所采集到的压力值，计算出一个由所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速以及所述高速列车受到的当前实际侧风风速所合成的速度矢量，以及用于从所述速度矢量中解算出侧风数据，所述侧风数据包括所述高速列车受到的当前实际侧风的大小和方向，其中，所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速与所述高速列车的行车速度大小相同，方向相反。
本发明使用五孔探针的测量方式，可实时测量计算出当前实际侧风的大小和方向等完整数据，为列车安全运行提供全面、有效的数据，无需提前获取任何数据参照表，应用限制少，应用范围广，可应用在各种环境、各种条件下运行的的高速列车上。
本发明所述的测量系统包括测量终端和控制器，测量终端包括五孔探针、测压管以及压力传感器。优选地，五孔探针1设置于列车车头外侧顶部，五孔探针1的头部正对列车的行驶方向，从而使五孔探针1的攻角和侧滑角都为零，以获得准确的测量结果。
优选地，压力传感器可以选用GE公司的型号为DPS811A的硅谐振压力传感器，量程为75KPa～115KPa，精度为0.01％，信号形式为RS485，5个压力传感器连接为RS485总线形式，通过一根通讯线与CRIO实时控制器的压力采集模块进行通讯。
优选地，控制器14可以选用CRIO实时控制器，包括机箱1401、CPU 1402、压力采集模块1403。CRIO实时控制器选用美国NI公司的产品，其中，机箱型号为NI-9113,共有4个插槽；CPU型号为NI-9022，时钟频率533MHz，DRAM256MB，内置闪存2GB；压力采集模块1403为RS485通讯模块，型号为NI-9871，共有4个通道，波特率范围为14baud～3.684Mbaud。以CRIO实时控制器作为核心构成整个数据测量系统，具有高可靠性和高实时性。
CRIO实时控制器中安装有侧风数据测量软件，用以实现测量、计算和通讯等功能。CRIO实时控制器上的压力采集模块1403通过电缆与五个压力传感器13相连，采集五孔探针1的五个测压孔的压力值，编码器模块1404通过电缆与编码器15相连，通过编码器15测量计算出列车的当前运行速度，从而使用程序解算出当前实际侧风的大小和方向。CRIO实时控制器与压力传感器13采用RS485总线形式传输信号，省略了常规的信号变送模块和AD模块，减少了线缆数量和布线工作，可根据未来使用需要方便地针对不同规格的探针(如三孔探针、七孔探针等)增减传感器数量，系统结构简单、可维护性、可扩展性强。
优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，还包括：编码器15，其设置于所述高速列车的车轴上，用于随着所述高速列车的车轮旋转而产生脉冲数；所述控制器与所述编码器通讯连接，用于根据所述脉冲数计算出所述高速列车的行车速度。
优选地，编码器15为增量式正交旋转编码器，设置于列车车轴上，与车轮同步旋转。编码器可以选用德国POSITAL公司的IXARC旋转编码器，单圈脉冲数最大达16384。
CRIO实时控制器还包括编码器模块1404，编码器模块型号为NI-9411，共6个数字输入通道，输入类型为差分或单端；编码器模块通过电缆与编码器相连，通过编码器测量出列车的当前运行速度。CPU 1402、压力采集模块1403和编码器模块1404都安装在机箱1401上，CPU与模块之间通过机箱内的背板总线进行通讯；
优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述控制器14与列车行车电脑17通讯连接，所述控制器14用于向所述列车行车电脑17发送连接请求，并在通讯建立后，接收所述列车行车电脑17所发送的时间校准信息，以使所述控制器14解算出的侧风数据与所述高速列车的运行参数在时间上同步对应，以及用于将所述侧风数据以及时间戳上传至所述列车行车电脑17。
优选地，CPU 1402上集成有TCP/IP网口，通过网口与网络交换机16连接，从而与列车行车电脑17进行TCP/IP通讯，将侧风数据上传到列车行车电脑17中。
高速列车的行车速度还可以由控制器14通过其他方式获得，比如控制器从列车行车电脑17上获取，但该方式会增加控制器14与列车行车电脑17的通讯量。
本发明所述的测量系统独立性强，测量计算功能全部由测量系统自身完成，只需把主要数据及状态通过网线传输给行车电脑即可，通讯量少，对全车通讯系统影响小。
高速列车的两侧头部均可以作为列车车头，高速列车向哪个方向行驶，哪个方向上的头部就可以作为列车车头。为了适应这种情况，在高速列车的两个列车车头上分别设置两个测量终端，分别用于高速列车正反两个方向运行时的侧风数据的测量。
优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，包括两个所述测量终端、两个所述控制器14以及两个所述编码器15，两个所述测量终端分别设置在所述高速列车的两个方向的列车车头上，所述控制器14用于根据所述各自的编码器15产生的脉冲信号的A相和B相的相位先后顺序判断所述高速列车的行驶方向，其中一个控制器14则用于启动对应于所述高速列车的行驶方向的测量终端，另一个控制器14用于关闭另一个测量终端。
如图1和图2，在一个实施例中，本发明所述的测量系统的工作流程为：
步骤一：列车运行方向判断
因为正反两个方向的列车车头上分别设置有一个测量终端，因此需要首先判断列车行驶方向，以启动对应方向的测量终端进行侧风测量。CRIO实时控制器通过编码器模块1404采集编码器15的脉冲信号(即正交信号)，通过正交信号中A相与B相的相位先后顺序判断列车的行驶方向，当检测到编码器15的A相脉冲比B相脉冲超前90°时，便认为此方向为列车的行驶方向，对应于此方向的测量终端正式启动。
步骤二：建立通讯和校准时间
控制器14向列车行车电脑17发送TCP/IP网络连接请求，通讯成功建立后，会首先接收列车行车电脑17所发送的时间校准信息，使系统与全车保持时间同步，以保证侧风数据与列车其它运行参数数据能够在时间上同步对应，系统上传给行车电脑17的时间戳也以此同步时间为基准。
步骤三：数据采集和初步计算
CRIO实时控制器通过编码器模块1404采集编码器15的脉冲数，计算出当前的车轮角速度，再根据已知的车轮半径计算出车轮线速度，即为列车当前的运行速度；同时，CRIO实时控制器还通过压力采集模块1403采集五孔探针1的五个测压孔的压力值，使用已知的五孔探针1的标定拟合公式，计算出速度矢量，包括风速大小和方向。
步骤四：当前实际侧风的解算
由五孔探针1计算出的风速矢量为合速度矢量，包括两部分：一为高速列车相对空气行驶时产生的风速，此风速大小与列车行驶速度相同，方向相反；二为列车受到的当前实际侧风；因此，在由编码器15获得列车行驶速度和由五孔探针1获得合速度大小和方向后，系统还会通过程序中解算算法继续解算出当前实际侧风矢量，包括当前实际侧风的大小和方向；
步骤五：侧风数据的上传
测量系统通过TCP/IP通讯，将时间戳、当前侧风的大小、当前侧风的方向等参数上传给列车行车电脑17，供列车行车电脑17进行计算、决策、显示和存储等。
步骤六：列车行驶方向的再判断
CRIO实时控制器通过步骤一中的方法，对列车行驶状态进行再判断，若列车仍在向着此方向行驶，则按照步骤三至步骤五中的流程继续循环采集、计算侧风，若列车不再向着此方向行驶，则系统停止采集，并断开与列车行车电脑17的通讯连接。
本实施例中的侧风数据测量系统，可测量高速列车侧风风速范围为0～35m/s，攻角范围为-90°～90°，侧滑角范围为-90°～90°，系统反应时间小于200ms，可完全满足高速列车对于侧风测量的需求。
如图3和图4，优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述测量终端包括：探针支座7，其包括承载部701以及支撑于所述承载部701下方的支撑部702，所述承载部701具有第一容纳腔709，所述承载部701的前端具有将所述第一容纳腔709与外界连通的固定通孔，所述支撑部702具有第二容纳腔708，所述第一容纳腔709与所述第二容纳腔708彼此连通；五孔探针1，其水平设置于所述承载部701的前侧，且所述五孔探针1的五个探针尾端经由所述固定通孔插入至所述第一容纳腔709内；固定机构，其设置于所述五孔探针1和所述承载部701之间，以将所述五孔探针1固定于所述承载部701的前端；五个压力传感器13，容设于所述第二容纳腔708内；五个测压管10，所述测压管10的一端连接至所述五孔探针1的一个探针尾端，另一端连接至所述压力传感器13。
探针支座包括承载部701和支撑部702，承载部701用于承载五孔探针1，固定机构将五孔探针1固定于承载部的前端，并保证其水平延伸，支撑部702用于支撑承载部701。五孔探针1的五个探针尾端经由固定通孔插入至第一容纳腔709内，五个压力传感器13容设于第二容纳腔708内，测压管10的一端连接至五孔探针1的一个探针尾端，另一端连接至压力传感器13。
测量时，将支撑部702连接至高速列车的顶部外壁上。在高速列车行进过程中，五孔探针1所承受的压力值被五个压力传感器13测量，为进一步分析风速大小和方向提供依据。
压力传感器13所测量的压力值传递至测量系统。测量系统根据五孔压力值与风速大小以及方向的对应关系，计算出风速大小与方向。上述对应关系可以通过风洞试验进行五孔探针进行标定，即测量五孔在不同大小与方向风速下的压力值，得到五个小孔压力与风速大小及方向的对应关系。
本发明将五孔探针1水平设置在承载部701的前侧，即仅有五孔探针1暴露在外部，压力传感器13内置于探针支座7的内部，可以将测量点尽可能靠近采集点，缩短了测压管长度，减少了压力稳定时间，提高了数据测量的实时性。
优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述承载部701的后端螺纹连接有尾锥8。
单独设计一个尾锥8，可以使对承载部的第一容纳腔更容易加工，另外也可以保证装置外形呈流线型。
尾锥8螺纹连接至承载部701的后端，可以根据需要对尾锥进行调整和更换。
优选地，测量终端中，所述支撑部702的下方连接有法兰底座703，所述法兰底座703上设置有与所述第二容纳腔708连通的穿线通孔，所述压力传感器13的信号线经所述穿线通孔穿出。
测量时，将法兰底座703安装于高速列车车顶的配对法兰连接，从而将测量终端固定在高速列车的车体。压力传感器13的信号线经由穿线通孔穿出，连接至设置于车厢内的测量系统，从而将压力值传递至测量系统。
如图5至图7，优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端中，所述五孔探针1包括五孔探头101、套管102、五个金属管103和五个接管嘴104，其中，所述五孔探头101具有五个测压孔，所述五孔探头101连接于所述套管102的前端，所述金属管103贯穿所述套管102，所述金属管103的前端与所述测压孔连通，所述金属管103的后端延伸至所述套管102的外部，连接于所述接管嘴104，所述接管嘴104形成所述探针尾端。
五孔探针1为焊接件，以提高五孔探针1在测量过程中的稳定性和耐用性，提高其测量精度。具体地，五孔探头101的头部为半球形，并开设有五个前后贯通的测压孔，五孔探头101的后部与套管102的前端焊接，五个金属管103均贯穿套管102，分别焊接至五个测压孔，金属管的另一端与接管嘴104焊接。
如图6和图7，优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端中，所述五个测压孔的分布方式为：其中一个测压孔位于所述五孔探头101的中心轴线位置，其中两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的竖直平面上，另两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的水平平面上；所述承载部701的外壁上部加工形成有水平延伸的测量基准平面704。
将中心孔(即位于五孔探头101中心位置的一个测压孔)定义为P1，周向四个孔(即分布在中心孔周围的四个测压孔)按逆时针分别定义为P2、P3、P4和P5，其中，P2、P1、P4三孔中心所在平面定义为竖直平面，P3、P1、P5三孔中心所在平面定义为水平平面。在承载部701的外壁上部加工出水平延伸的测量基准平面704。在装配测量终端时，保证五孔探针1的P2、P1、P4三孔中心所限定的竖直平面与该测量基准平面704保持垂直。测量过程中，利用该测量基准平面704，可以方便地对五孔探针1的攻角和滚转角进行测量，从而解决了五孔探针1的攻角和滚转角不易测量的问题。
如图3、图4和图8，优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端中，所述固定机构包括转接座5和外套螺母2，其中，所述转接座5具有第一轴向通孔505，所述转接座5的后端可拆卸地连接至所述承载部701的前端，所述转接座5的前端插接于所述套管102的后端，所述外套螺母2螺纹连接于所述转接座5，套设于所述套管102和所述转接座5的衔接部位的外侧，将所述套管102紧固于所述转接座5，所述金属管103贯穿所述第一轴向通孔505。
优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端中，所述转接座5包括依次设置的第一圆柱段501、第二圆柱段502、第三圆柱段503以及第四圆柱段504，其中，所述第一圆柱段501、所述第二圆柱段502和所述第三圆柱段503的外径依次增大，所述第四圆柱段504的外径小于所述第三圆柱段503的外径，所述第二圆柱段502具有外螺纹；所述外套螺母2包括第二轴向通孔，所述第二轴向通孔包括第一孔段21和第二孔段22，所述第一孔段21的内径小于所述第二孔段22的内径，且所述第二孔段22的内壁形成有内螺纹；所述套管102的后端形成有一外凸台1004；其中，所述第四圆柱段504插入所述固定通孔，所述第三圆柱段503的后端面抵靠于所述承载部701的前端，所述第三圆柱段503通过沉头螺栓连接至所述承载部1的前端，所述第一圆柱段501插入至所述套管102的后端的内部；所述第二孔段22与所述第二圆柱段502螺纹连接，所述套管102的后端贯穿所述第一孔段21，且所述第一孔段21的后端面抵靠于所述外凸台1004，并将所述外凸台1004夹持固定于所述第二圆柱段502和所述第一孔段21的后端面之间。
外套螺母2的第二孔段22螺纹连接至转接座5的第二圆柱段502，外套螺母2的第一孔段21的后端面抵靠在套管102的外凸台1004上，从而将套管102固定在转接座5上，避免套管102和转接座5彼此脱离。需要调整或者更换五孔探针1时，可以将外套螺母2拧下，再将位于第三圆柱段503的沉头螺栓卸下，从而将转接座5取下，即可以将五孔探针1从承载部701上取下。
为了提高外套螺母2与套管102连接的稳定性，还用紧定螺钉3对外套螺母2进行固定。
基于上述设计，本发明可以将套管102稳定地连接至承载部701，从而提高测量终端的测量精度。
所述第一圆柱段501开设有第一键槽，所述套管102的后端的内侧壁开设有第二键槽，第一键4容设于所述第一键槽和所述第二键槽内部；所述第四圆柱段504开设有第三键槽，所述承载部701的固定通孔的内侧壁开设有第四键槽，第二键6容设于所述第三键槽和所述第四键槽内。
在装配测量终端时，依靠第一键4和第二键6的定位，保证五孔探针1的P2、P1、P4三孔中心所限定的竖直平面与测量基准平面704垂直，从而实现对五孔探针1攻角和滚转角的测量。
所述五个压力传感器13并排竖向固定于一传感器支架11上，且通过所述传感器支架11固定于所述第二容纳腔708内；所述测压管10水平延伸设置，所述测压管10的另一端通过传感器转接头12连接至所述压力传感器13。
具体地，传感器支架11上加工有五个传感器安装孔，传感器转接头12通过安装孔与压力传感器13螺纹连接。
压力传感器13通过传感器支架11固定在支撑部702的侧壁，避免在高速列车行进过程中压力传感器晃动，以保证测量精度。
如图5、图8和图10，优选地，所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统中，所述五孔探针、所述外套螺母、所述转接座以及所述承载部以及所述尾锥依次连接，形成一具有流线型外形的结构；所述支撑部的前端部和后端部均为导有圆弧的尖劈。
所述的基于五孔探针的高速列车侧风测量终端中，所述套管102包括依次设置的第五圆柱段1001、第一锥段1002和第六圆柱段1003，其中，所述五孔探头101与所述第五圆柱段1001的外表面彼此衔接形成第一圆柱面，所述第一锥段1002的前端小而后端大，所述第五圆柱段1001和所述第一锥段1002的衔接部位平滑过渡，所述第六圆柱段1003形成所述套管102的后端，容设于所述第二轴向通孔内部；所述外套螺母2包括第二锥段23和第七圆柱段24，所述第二锥段23与所述第一锥段1002的外表面彼此衔接形成一个平滑过渡的锥面；所述承载部701具有圆柱形的外形，所述第七圆柱段24、所述第三圆柱段503以及所述承载部701的外表面彼此衔接成第二圆柱面；所述支撑部702的前端部706和后端部705均为导有圆弧的尖劈。
即测量终端整体的外形呈流线型，可以减少五孔探针测量时的流场干扰。
如图9和图10，支撑部702的一个侧壁开设一操作口，以方便将压力传感器13装入第二容纳腔708内。操作口通过一支座盖板9盖住，并通过螺钉进行紧固。承载部701、支撑部702以及法兰底座703彼此之间均通过焊接的方式连接成为一个整体，从而提高探针支座7的稳定性和耐用性。
以下给出本发明所述的测量终端的装配过程，以进一步说明本发明所述的测量终端的结构。
(1)将第二键6安装到转接座5的第三键槽里，然后将第二键6和转接座5整体插入承载部701的固定通孔中，通过转接座5的第三键槽和固定通孔内的第四键槽进行定位，并用沉头螺栓将转接座5与探针支座7紧固；
(2)将第一键4安装到转接座5的第一键槽里，将五根测压管10与五孔探针1上的五个接管嘴104插接，然后将测压管10与五孔探针1的接管嘴104和金属管103整体插入转接座5的第一轴向通孔505和承载部701的第一容纳腔709中，通过套管102的第二键槽与转接座5的第一键槽进行定位；
(3)外套螺母2穿过五孔探针1，与转接座5通过螺纹旋紧，通过外套螺母2内孔中的内凸台(即第一孔段的后端面)将五孔探针套管102的外凸台1004端面压紧，并使用紧定螺钉3拧入外套螺母2中，将五孔探针1轴向定位，从而实现五孔探针1的整体定位；
(4)将五个传感器转接头12穿过传感器支架11上的传感器安装孔，与五个压力传感器13使用螺纹拧紧，然后整体放入探针支座7支撑部702的第二容纳腔708中，使用螺钉将传感器支架11紧固到支撑部702的内侧壁上；
(5)将尾锥8与承载部701另一端使用螺纹旋紧，使用支座盖板9将探针支座7的操作口盖住，并使用螺钉进行紧固。
至此，本装置装配完成。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，包括：
测量终端，其设置于所述高速列车外侧，所述测量终端包括：
五孔探针，其具有五个测压孔，且所述五孔探针的头部朝向所述高速列车的行驶方向；
五个测压管，每个测压管的一端连接至所述五孔探针的每个测压孔；
五个压力传感器，每个压力传感器连接至每个测压管的另一端，用于采集对应测压孔的压力值；以及
控制器，其包括与所述压力传感器连接，用于接收每个压力传感器所采集到的压力值，用于获取所述高速列车的行车速度，用于根据预先给定的所述五孔探针的标定拟合公式，结合每个压力传感器所采集到的压力值，计算出一个由所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速以及所述高速列车受到的当前实际侧风风速所合成的速度矢量，以及用于从所述速度矢量中解算出侧风数据，所述侧风数据包括所述高速列车受到的当前实际侧风的大小和方向，其中，所述高速列车相对于空气行驶所产生的风速与所述高速列车的行车速度大小相同，方向相反。
2.如权利要求1所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，还包括：
编码器，其设置于所述高速列车的车轴上，用于随着所述高速列车的车轮旋转而产生脉冲数；
所述控制器与所述编码器通讯连接，用于根据所述脉冲数计算出所述高速列车的行车速度。
3.如权利要求1所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述控制器与列车行车电脑通讯连接，所述控制器用于向所述列车行车电脑发送连接请求，并在通讯建立后，接收所述列车行车电脑所发送的时间校准信息，以使所述控制器解算出的侧风数据与所述高速列车的运行参数在时间上同步对应，以及用于将所述侧风数据以及时间戳上传至所述列车行车电脑。
4.如权利要求2所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，包括两个所述测量终端、两个所述控制器以及两个所述编码器，两个所述测量终端分别设置在所述高速列车的两个方向的列车车头上，所述控制器用于根据所述各自的编码器产生的脉冲信号的A相和B相的相位先后顺序判断所述高速列车的行驶方向，其中一个控制器则用于启动对应于所述高速列车的行驶方向的测量终端，另一个控制器用于关闭另一个测量终端。
5.如权利要求1至4中任一项所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述测量终端包括：
探针支座，其包括承载部以及支撑于所述承载部下方的支撑部，所述承载部具有第一容纳腔，所述承载部的前端具有将所述第一容纳腔与外界连通的固定通孔，所述支撑部具有第二容纳腔，所述第一容纳腔与所述第二容纳腔彼此连通；
所述五孔探针水平设置于所述承载部的前侧，且所述五孔探针的五个探针尾端经由所述固定通孔插入至所述第一容纳腔内；所述五个压力传感器容设于所述第二容纳腔内；
固定机构，其设置于所述五孔探针和所述承载部之间，以将所述五孔探针固定于所述承载部的前端。
6.如权利要求5所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，所述承载部的后端螺纹连接有尾锥。
7.如权利要求6所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述五孔探针包括五孔探头、套管、五个金属管和五个接管嘴，其中，所述五孔探头具有五个测压孔，所述五孔探头连接于所述套管的前端，所述金属管贯穿所述套管，所述金属管的前端与所述测压孔连通，所述金属管的后端延伸至所述套管的外部，连接于所述接管嘴，所述接管嘴形成所述探针尾端。
8.如权利要求7所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述五个测压孔的分布方式为：其中一个测压孔位于所述五孔探头的中心轴线位置，其中两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的竖直平面上，另两个测压孔相对于所述中心轴线对称分布于一经过所述中心轴线的水平平面上；所述承载部的外壁上部加工形成有水平延伸的测量基准平面。
9.如权利要求7所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述固定机构包括转接座和外套螺母，其中，所述转接座具有第一轴向通孔，所述转接座的后端可拆卸地连接至所述承载部的前端，所述转接座的前端插接于所述套管的后端，所述外套螺母螺纹连接于所述转接座，套设于所述套管和所述转接座的衔接部位的外侧，将所述套管紧固于所述转接座，所述金属管贯穿所述第一轴向通孔。
10.如权利要求9所述的基于五孔探针的高速列车侧风数据测量系统，其特征在于，所述五孔探针、所述外套螺母、所述转接座以及所述承载部以及所述尾锥依次连接，形成一具有流线型外形的结构；所述支撑部的前端部和后端部均为导有圆弧的尖劈。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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