CN205506417U - 一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置。该检测装置包括安装在列车客室内的加速度传感器(1)、数据采集单元、自供电电源单元和数据传输单元(4)，以及安装在驾驶室内的个人计算机(5)和指示单元(6)，所述的个人计算机(5)为安装有LabVIEW软件的计算机，所述的自供电电源单元分别连接加速度传感器(1)、数据采集单元和个人计算机(5)，所述的数据采集单元分别连接加速度传感器(1)和数据传输单元(4)，所述的数据传输单元(4)连接所述的个人计算机(5)，还连接指示单元(6)。与现有技术相比，本实用新型具有自供能、使用方便、数据实时记录、检测结果科学可靠等优点。

Description

一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种城轨列车运行舒适度检测装置，尤其是涉及一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置。

背景技术

随着城市化建设步伐的加快，中心城市不断在向周边辐射，城市轨道交通建设的紧迫性也在增加。然而，地铁在运行过程中存在着不同程度的车体晃动等问题，直接关系到乘客的乘坐舒适性，甚至对列车运行安全也会产生诸多不利影响，因此，增加乘坐舒适度、提升车辆运行平稳性成为了是一个至关重要的问题。市面上现有的检测仪在使用方便性、数据实时记录、检测结果科学性方面的欠缺。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，该检测装置包括安装在列车客室内的加速度传感器、数据采集单元、自供电电源单元和数据传输单元，以及安装在驾驶室内的个人计算机和指示单元，所述的个人计算机为安装有LabVIEW软件的计算机，所述的自供电电源单元分别连接加速度传感器、数据采集单元和个人计算机，所述的数据采集单元分别连接加速度传感器和数据传输单元，所述的数据传输单元连接所述的个人计算机，该个人计算机连接指示单元。

所述的加速度传感器为三轴加速度传感器，并设置多个，分别安装在乘客座椅后方、前后转向架上以及客室车体底部。

所述的自供电电源单元包括依次连接的振动发电装置、充电变流器、蓄能器和DC/DC变换器，所述的DC/DC变换器还分别连接至加速度传感器、数据采集单元和个人计算机。

所述的蓄能器为蓄电池或超级电容。

所述的振动发电装置为压电陶瓷发电装置或振动发电机。

所述的数据采集单元包括信号调理电路和数据采集卡，所述的信号调理电路输入端连接加速度传感器，输出端连接数据采集卡输入端，数据采集卡输出端连接数据传输单元。

所述的信号调理电路为带通滤波器，所述的数据采集卡为A/D转换器。

所述的数据传输单元为有线传输模块或无线传输模块。

所述的指示单元包括安装在驾驶室前面板上的对应相应的舒适度等级的五个LED指示灯。

该装置还包括用于在舒适度值低于设定值时进行报警的扬声器，该扬声器连接个人计算机。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)在列车客室内多方位安装加速度传感器，包括乘客座椅后方、前后转向架上以及客室车体底部，通过多点测量不同位置的数据从而通过个人计算机进行整合分析，其测评过程更具有普遍性和科学性，对于最后结果的呈现更具说服力；

(2)数据采集单元首先通过设置的带通滤波器对加速度传感器采集的加速度进行滤波处理，滤除高频和低频噪声，并通过A/D转换器将模拟量转化为数字量，进而将数字量提供给个人计算机进行数据处理，实现了数字化处理，处理速度快，结果可靠；

(3)通过LabVIEW软件实现数据分析、实时显示以及保存的功能，处理方式更加简洁，结果可以更清晰直观地呈现给驾驶员或其他使用者；

(4)指示单元设置五个LED指示灯，分别对应“舒适”、“较舒适”、“一般”、“不舒适”和“很不舒适”五个舒适度等级，使得在列车停止后驾驶员更直观地获取列车整个过程的舒适度状态；

(5)设置的扬声器能够在舒适度值低于设定值时对驾驶员作出提醒，提高列车运行舒适度；

(6)电源单元为自供能系统，通过振动发电装置、充电变流器，为蓄能器充电，再经过DC/DC变换器供电给加速度传感器、数据采集卡和个人计算机，该检测装置整体不需要外接电源，摆脱电池供电的束缚。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为实用新型舒适度检测装置的检测算法流程图。

图中，1为加速度传感器，2为信号调理电路，3为数据采集卡，4为数据传输单元，5为个人计算机，6为指示单元，7为扬声器，8为振动发电装置，9为充电变流器，10为蓄能器，11为DC/DC变换器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，该检测装置包括安装在列车客室内的加速度传感器1、数据采集单元、自供电电源单元和数据传输单元4，以及安装在驾驶室内的个人计算机5和指示单元6，，所述的个人计算机5为安装有LabVIEW软件的计算机，所述的自供电电源单元分别连接加速度传感器1和数据采集单元，所述的数据采集单元分别连接加速度传感器1和数据传输单元4，所述的数据传输单元4连接所述的个人计算机5，还连接指示单元6。

所述的加速度传感器1为三轴加速度传感器，并设置多个，分别安装在乘客座椅后方、前后转向架上以及客室车体底部。由于城市轨道交通客流量较大，各传感器的安装不能影响乘客的正常乘坐，故将传感器架设在乘客无法接触的区域，同时多方位安装加速度传感器1，通过多点测量不同位置的数据从而通过个人计算机5进行整合分析，其测评过程更具有普遍性和科学性，对于最后结果的呈现更具说服力。所述的自供电电源单元包括依次连接的振动发电装置8、充电变流器9、蓄能器10和DC/DC变换器11，所述的DC/DC变换器11还分别连接至加速度传感器1、数据采集单元和个人计算机5。所述的蓄能器10为蓄电池或超级电容，所述的振动发电装置8为压电陶瓷发电装置或振动发电机。电源单元为自供能系统，通过振动发电装置8、充电变流器9，为蓄能器10充电，再经过DC/DC变换器11供电给加速度传感器、数据采集卡和个人计算机，该检测装置整体不需要外接电源，摆脱电池供电的束缚。

所述的数据采集单元包括信号调理电路2和数据采集卡3，所述的信号调理电路2输入端连接加速度传感器1，输出端连接数据采集卡3输入端，数据采集卡3输出端连接数据传输单元4。所述的信号调理电路2为带宽为1～80Hz的带通滤波器，所述的数据采集卡3为A/D转换器。数据采集单元首先通过设置的带通滤波器对加速度传感器1采集的加速度进行滤波处理，滤除高频和低频噪声，并通过A/D转换器将模拟量转化为数字量，进而将数字量提供给个人计算机5进行数据处理，实现了数字化处理，处理速度快，结果可靠。所述的数据传输单元4为有线传输模块或无线传输模块。数据传输单元4将采集的加速度传送给个人计算机5后，通过LabVIEW软件实现数据分析、实时显示以及保存的功能，处理方式更加简洁，结果可以更清晰直观地呈现给驾驶员或其他使用者。

所述的指示单元6包括安装在驾驶室前面板上的五个LED指示灯，各LED指示灯对应相应的舒适度等级，包括“舒适”、“较舒适”、“一般”、“不舒适”和“很不舒适”五个舒适度等级，使得在列车停止后驾驶员更直观地获取列车整个过程的舒适度状态。另外该装置还包括用于在舒适度值低于设定值时进行报警的扬声器7，该扬声器7连接个人计算机5，在运行过程中若舒适度低于设定值后，扬声器7能对驾驶员进行提醒，提高列车运行舒适度。

图2所示为基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置的检测算法，包括以下步骤：

执行步骤101，设定三轴加速度传感器的采集参数，包括列车运行总时间等；

执行步骤102，三轴加速度传感器分别以1kHZ采样率进行三轴加速度的检测，并将检测的模拟量发送给数据采集单元；

执行步骤103，数据采集单元中的带通滤波器对模拟量进行滤波并传输至A/D转换器；

执行步骤104，A/D转换器将模拟信号转变成数字信号，并发送给个人计算机5；

执行步骤105，计算舒适度等级和加速度变化率等级；

其中舒适度等级计算具体为：LabVIEW程序将采集到的加速度数据代入舒适度计算公式进行计算，该计算公式为：

$N=6\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2},$

其中a_x、a_y、a_z分别为x、y、z轴加速度，N为该瞬时时刻的列车舒适度值，将N与舒适度指标N_mv进行比较后，获得相应的等级N_t；

加速度变化率等级计算具体为：LabVIEW程序将采集到的各向加速度数据进行分别求导，代入计算公式：

$A_{cr}=Q\sqrt{A{\left(\frac{{\mathrm{da}}_x}{dt}\right)}^2+B{\left(\frac{{\mathrm{da}}_y}{dt}\right)}^2+C{\left(\frac{{\mathrm{da}}_z}{dt}\right)}^2},$

式中，Q、A、B、C均为参考人体感官承受阈值的经验系数，可通过调研统计总结得到，通常列车运行方向(x轴方向)的加速度变化率值对乘客舒适度影响最大，其次为y轴方向，z轴向影响最小，本实施例中，定义Q为2，A为6，B为2，C为1，将计算的A_cr值与加速度变化率指标ACR进行对比，获得相应的等级A_crt；

执行步骤106，将计算得到的N_t和A_crt求和获得舒适度综合值N_syn，实时记录N_syn值，并在列车运行过程中，N_syn值在各个区间的时间段t₁、t₂、t₃……t_k内被做均值记录，同时实时显示于前面板上；N_syn值超过设定值时，报警单元工作，提示司机改进驾驶方式以达到舒适值范围；

执行步骤107，判断是列车是否到站，若是继续执行步骤108，否则返回步骤102；

执行步骤108，列车全程运行结束后，将各个时间段内的N_syn值按照公式进行加权求和计算得到加权时间t′，其中N_syni为t_i时段的舒适度综合值；

执行步骤109，最后将加权时间t′与总时间t做比值，根据公式n＝t/t′计算出n值，n即为该列车运行全程最终舒适度值；

执行步骤110：将数值n与舒适度等级评价表(评价表中各级数值根据人体感官阈值进行确定)进行比较后，得到“舒适”、“较舒适”、“一般”、“不舒适”、“很不舒适”五个等级，作为列车运行全程舒适度评价结果，并通过对应的LED显示灯进行显示。

Claims (10)

1.一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，该检测装置包括安装在列车客室内的加速度传感器(1)、数据采集单元、自供电电源单元和数据传输单元(4)，以及安装在驾驶室内的个人计算机(5)和指示单元(6)，所述的个人计算机(5)为安装有LabVIEW软件的计算机，所述的自供电电源单元分别连接加速度传感器(1)、数据采集单元和个人计算机(5)，所述的数据采集单元分别连接加速度传感器(1)和数据传输单元(4)，所述的数据传输单元(4)连接所述的个人计算机(5)，该个人计算机(5)连接指示单元(6)。

2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的加速度传感器(1)为三轴加速度传感器，并设置多个，分别安装在乘客座椅后方、前后转向架上以及客室车体底部。

3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的自供电电源单元包括依次连接的振动发电装置(8)、充电变流器(9)、蓄能器(10)和DC/DC变换器(11)，所述的DC/DC变换器(11)还分别连接至加速度传感器(1)、数据采集单元和个人计算机(5)。

4.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的蓄能器(10)为蓄电池或超级电容。

5.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的振动发电装置(8)为压电陶瓷发电装置或振动发电机。

6.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的数据采集单元包括信号调理电路(2)和数据采集卡(3)，所述的信号调理电路(2)输入端连接加速度传感器(1)，输出端连接数据采集卡(3)输入端，数据采集卡(3)输出端连接数据传输单元(4)。

7.根据权利要求6所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的信号调理电路(2)为带通滤波器，所述的数据采集卡(3)为A/D转换器。

8.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度 检测装置，其特征在于，所述的数据传输单元(4)为有线传输模块或无线传输模块。

9.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，所述的指示单元(6)包括安装在驾驶室前面板上的对应相应的舒适度等级的五个LED指示灯。

10.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的自供能城轨列车运行舒适度检测装置，其特征在于，该装置还包括用于在舒适度值低于设定值时进行报警的扬声器(7)，该扬声器(7)连接个人计算机(5)。