CN203116935U - 一种高速列车的空气动力学数据采集装置 - Google Patents

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包建超
刘如迪
安震
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Abstract

本实用型公开了一种高速列车的空气动力学数据采集装置，其特征在于，包括上位机，与上位机通讯连接的信号采集板，与信号采集板连接的至少一路信号调理板和相应的压阻式气压传感器，所述压阻式气压传感器设置在高速列车表面；所述信号调理板上设置有信号调理电路单元，所述信号调理电路单元包含与压阻式气压传感器输出端依次连接的模拟放大电路和低通滤波电路；所述信号采集板上设置有信号采集电路单元，所述信号采集电路单元包含STM32F103ZMT6主芯片，与STM32F103ZMT6主芯片分别电连接的NAND存储模块、SD卡数据转移模块以及至少一路AD转换模块；所述AD转换模块对应连接所述低通滤波电路的输出。

Description

一种高速列车的空气动力学数据采集装置
技术领域
本实用新型涉及高速列车的运动数据检测装置，具体涉及一种高速列车的空气动力学数据采集装置。
背景技术
随着列车运行速度的提高，列车高速通过隧道引起的空气动力学效应（压力波、空气阻力、列车风、微气压波等）对列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性及隧道周围环境均有不良影响，是隧道设计必须解决的关键技术。
列车高速通过隧道或在隧道内交会时产生较大的空气压力变化，列车车体、车门、车窗等车体强度薄弱区域和隧道地面设备将承受复交变的气动载荷；隧道内交替出现的压缩波和膨胀波，使隧道内的空气压力不断发生变化，当车厢气密性不良，空气压力变化传入车内，导致乘员耳感不适，甚至头晕、呕吐等；同时，列车高速进入隧道，列车前面的空气突然受到压缩，在列车前部产生压缩波，此波沿着隧道向前传播，在隧道出口处，压缩波突然膨胀，以膨胀波的形式向四周传播，对隧道口附近居民和建筑也会产生影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高速列车的空气动力学数据采集装置，获取高速列车的空气动力学性能，确定列车表面压力的分布情况，得出蒙皮部位所承受的气动载荷，从而为优化列车外形设计和优化空调进排气风口的位置，提供实验数据。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
一种基于空气动力学的高速列车数据采集装置，其特征在于，包括上位机，与上位机通讯连接的信号采集板，与信号采集板连接的至少一路信号调理板和相应的压阻式气压传感器，所述压阻式气压传感器设置在高速列车表面；所述信号调理板上设置有信号调理电路单元，所述信号调理电路单元包含与压阻式气压传感器输出端依次连接的模拟放大电路和低通滤波电路；所述信号采集板上设置有信号采集电路单元，所述信号采集电路单元包含STM32F103ZMT6主芯片，与STM32F103ZMT6主芯片分别电连接的NAND存储模块、SD卡数据转移模块以及至少一路AD转换模块；所述AD转换模块对应连接所述低通滤波电路的输出。
本实用新型的特点和更进一步改进在于：
所述信号调理电路单元包含STM32F103T8主芯片、前置于所述模拟放大电路的AD8231芯片放大器、连接在STM32F103T8主芯片的数据输出端和AD8231芯片放大器控制端之间的DAC7513芯片，所述STM32F103T8主芯片的数据输入端通过串口电连接所述上位机的输出端。
所述模拟放大电路采用OP2347模拟放大器。
所述低通滤波电路采用MAX7412滤波器。
本实用新型基于空气动力学的高速列车数据采集装置，利用设置在高速列车表面压阻式气压传感器和相应的信号调理板实现高速列车表面空气动力学数据的实时测量，利用对应的信号采集板实现测量数据的存储；利用上位机实现多路高速列车表面空气动力学数据的实时测量、数据储存的管理；上述结构方式实现了数据测量的模块化、功能化、智能化，并且管理和扩展方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
图1为本实用新型的结构框图；
图2为信号调理板的电路结构原理图；
图3为信号调理板中信号放大部分的电路图；
图4为信号调理板中信号滤波部分的电路图；
图5为信号采集板的电路结构原理图。
具体实施方法
参照图1，本实用新型的一种基于空气动力学的高速列车数据采集装置结构框图。其中，信号采集板上设置有信号采集电路单元，上位机通过通讯口连接的信号采集板，可以调取信号采集板中的测量数据；信号采集板分别连接的多路信号调理板和相应的压阻式气压传感器，压阻式气压传感器设置在高速列车表面；信号调理板上设置有信号调理电路单元，上位机可以通过RS232实现信号调理电路单元中的调零、放大参数的设置。信号采集板和信号调理板的采用电池供电。
参照图2，为信号调理板的电路结构原理图。信号调理板上设置有信号调理电路单元，信号调理电路单元包含STM32F103T8主芯片、前置于所述模拟放大电路的AD8231芯片放大器、连接在STM32F103T8主芯片的数据输出端和AD8231芯片放大器控制端之间的DAC7513芯片，STM32F103T8主芯片的数据输入端通过串口电连接所述上位机的输出端。上位机的可以通过STM32F103T8主芯片设定AD8231芯片放大器和模拟放大电路的参数，其中，DAC7513芯片起到对设定参数进行数模转换，完成实际参数的加载作用。本实施例中，STM32F103T8主芯片还可以设定低通滤波器的参数。
参照图3，为信号调理板中信号放大部分的电路图。其中，DN+、DAN-端子为AD8231芯片放大器的输入端，用于连接压阻式气体传感器的输出端，压阻式气体传感器采用8515C-15传感器。DAC7513芯片的一个设定输出端DACZero连接AD8231芯片放大器的调零端。模拟放大电路采用OP2347模拟放大器，AD8231芯片放大器的输出端连接OP2347模拟放大器的正输入端，DAC7513芯片的一个设定输出端DAC2连接OP2347模拟放大器的负输入端。OP2347模拟放大器输出端记为AOUT端子。
参照图4，为信号调理板中信号滤波部分的电路图。其中，低通滤波电路采用MAX7412滤波器，其输入端通过连接OP2347模拟放大器输出端AOUT，其输出端记为A_OUT端子。
参照图5，为信号采集板的电路结构原理图。信号采集板上设置有信号采集电路单元，其中，信号采集电路单元包含STM32F103ZMT6主芯片，与STM32F103ZMT6主芯片分别电连接的NAND存储模块、SD卡数据转移模块以及至少一路AD转换模块。AD转换模块对应连接低通滤波电路的输出。上位机与STM32F103ZMT6主芯片通过USB接口连接。NAND存储模块用于实时在线闪存测量数据，SD卡数据转移模块方便指定时间段的数据拷贝与转移。
尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims (4)

1.一种高速列车的空气动力学数据采集装置，其特征在于，包括上位机，与上位机通讯连接的信号采集板，与信号采集板连接的至少一路信号调理板和相应的压阻式气压传感器，所述压阻式气压传感器设置在高速列车表面；所述信号调理板上设置有信号调理电路单元，所述信号调理电路单元包含与压阻式气压传感器输出端依次连接的模拟放大电路和低通滤波电路；所述信号采集板上设置有信号采集电路单元，所述信号采集电路单元包含STM32F103ZMT6主芯片，与STM32F103ZMT6主芯片分别电连接的NAND存储模块、SD卡数据转移模块以及至少一路AD转换模块；所述AD转换模块对应连接所述低通滤波电路的输出。 
2.根据权利要求1所述的高速列车的空气动力学数据采集装置，其特征在于，所述信号调理电路单元包含STM32F103T8主芯片、前置于所述模拟放大电路的AD8231芯片放大器、连接在STM32F103T8主芯片的数据输出端和AD8231芯片放大器控制端之间的DAC7513芯片，所述STM32F103T8主芯片的数据输入端通过串口电连接所述上位机的输出端。 
3.根据权利要求1所述的高速列车的空气动力学数据采集装置，其特征在于，所述模拟放大电路采用OP2347模拟放大器。 
4.根据权利要求1所述的高速列车的空气动力学数据采集装置，其特征在于，所述低通滤波电路采用MAX7412滤波器。 
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