城市轨道交通智能控制系统3PPT课件

置信息、线路地理及列车状况等信息，对列车 上的各种设备进行具体的控制。
由此可见，几乎所有ATC功能的实现都需要列 车的速度信息的支撑。
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3.1 测速原理及技术
常用的测速方法有以下几种： 1. 测速发电机 2. 脉冲速度传感器 3. 多普勒雷达
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测速发电机
测速发电机是速度信号电机的代表，其工作原理 实质上是一种将转速变换为电信号的机电磁元件，其 输出电压与转速成正比。从工作原理上讲，它属于 “发电机”的范畴。
输出电动势与转速成比例的微型电机。测速发电 机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势E和转速n 成线性关系，即E＝kn，其中k是常数。改变旋转方向 时输出电动势的极性即相应改变。当被测机构与测速 发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，即能获 得被测机构的转速，故又称速度传感器。测速发电机 广泛应用于各种速度或位置控制系统。
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总体概述
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3 城市轨道交通运行控制系统技术基础
❖ 本章主要内容
1. 测速原理及技术 2. 速度控制模式 3. 闭塞技术及其应用 4. 数码调制技术基础 5. 列车定位技术 6. 无线信息传输技术 7. 漏泄电缆与漏泄波导通信方式
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3.1 测速原理及技术
城市轨道交通中的列车速度信息在ATC系 统中具有重要的地位。
➢ 对列车的控制需要检测列车的速度，并由即时 速度测算出列车位置，将这些信息汇集到控制 中心。
➢ 控制中心根据线路上的列车流量的情况，生成 对车流中各列车和地面设备的控制命令。
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3.1 测速原理及技术
➢ 地面设备接收到控制命令后完成相应操作 ➢ 列车根据控制命令，结合列车的速度信息、位
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多普勒雷达测速
在车头位置安装多普勒雷达，雷达向地面发送 一定频率的信号，并检测反射回来的信号。由于列 车的运动会产生多普勒效应，所以检测的信号频率 与发射的信号频率是不完全相同的。如果列车在前 进状态，反射的信号频率高于发射信号频率；反之， 则低于发射信号频率。而且，列车的运行速度越快， 两个信号之间的频率差越大。通过测量两个信号之 间的频率差就可以获取列车的运行方向和即时运行 速度。
此方法对于列车测速的精度和频率要求都比较高。 采用此种方法的设备相对于采用脉冲速度传感器方法 的较为复杂，如果地面不平导致电波的散射较厉害时， 测量难度会加大。但它的优点在于克服了车轮磨损、 空转、滑行等造成的误差，可以连续测速。
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测速发电机
测速发电机安装在车轮外侧，发电机所产生 交流电压的频率与列车速度（主轮的转速）成正 比。经过频率－电压的变换，把列车实际运行的 速度变换为电压。
为了确保发电机线圈断线的故障-安全，在 频率变换电路中使机车速度为零时也产生一定的 频率，这样就可以区分机车速度为零还是故障。 当频率为零时（或某频率以下），设备就可以报 警或自动停车。
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测速发电机
测速发电机所产生的频率
ƒ= 1 × V Z
3 .6
D
频率－电压变换原理
发 电 机
多 谐 振 荡 器
微 分 电 路
单 稳 态 电 路
整 形
平 滑 电 路
去 比 较 电 路
10测速发电机11源自脉冲速度传感器采用霍尔效应原理实现的一种测速方法。其基 本原理是对车轮旋转计数。
霍尔效应（Hall Effect）是一种磁电效应， 是德国物理学家霍尔1879年研究载流导体在磁场中 受力的性质时发现的。根据霍尔效应，人们用半导 体材料制成霍尔元件，它具有对磁场敏感、结构简 单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用 寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和 信息技术等领域得到广泛的应用。
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测速发电机
现代的列车控制功能需要监督列车的速度和确 定列车与参考点的距离，同时应提供有用的与列车加 速度、速度、车轴旋转方向有关的数据。因此，电子 测速电机得到了使用，它安装在车轴上，快速的检测 转速(数/分)的变化和旋转的方向。
测速电机给ATP功能提供输入信息。该信息对于 计算列车的速度、距离、方向信息和保证列车安全都 是必需的。每个驾驶室/车载计算机单元配置一个测 速电机，也就是说每列车需要装备两个测速电机。
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多普勒雷达测速
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多普勒雷达测速
雷达传感器和测速电机一起用于速度和距离的测 量。通过使用雷达传感器，可以提高速度测量的精度。 如将F=24.125GHz微波辐射到轨道，然后经过反射后 被雷达传感器检测到。根据多普勒效应，将会发生随 列车速度变化的频率漂移，由此检测实际列车速度和 行驶距离，并且不受车轮空转/打滑的影响。
霍尔元件 磁钢片 铝盘
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多普勒雷达测速
利用多普勒效应测量列车的运行速度。
多普勒效应（Doppler effect）是为纪念奥地利 物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒 （Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842 年首先提出了这一理论。多普勒认为，物体辐射的波 长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动 的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较 高 (蓝移，blue shift)。在运动的波源后面，产生 相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 (红移， red shift)。波源的速度越高，所产生的效应越大。 根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测 方向运动的速度。
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脉冲速度传感器
将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场， 沿X方向通以工作电流I，则在Y方向产生出电动势， 称为霍尔电压。
ZY
X
B
B
VH
+ + + B+ + +
b
Fe
Fm
EH
I VH
- - - B- - -
b
Fe Fm
EH
I VH
d - - -A- - -
d + + + A+ + +
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脉冲速度传感器
基本原理是对车轮旋转计数。因此需在轴 承盖上安装信号发生器。车轮每转一周，发生 器输出一定数量的脉冲或方波信号，对信号发 生器输出信号计数，测出脉冲或方波的频率即 可得出列车运行速度。
V=π×D׃×3.6/N （km/h）
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脉冲速度传感器
霍尔脉冲速度 传感器由铝盘和霍 尔传感器探头组成。 铝盘外缘有规则粘 接了若干磁钢片， 铝盘安装在机车动 轮轴头的顶端，传 感器探头安装在轴 箱盖上。