浅析加速度传感器在高速铁路中的应用

　　铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期便在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一向是陆上运输的主力。随着高速铁路飞速发展，在时速超过350km／h的高速铁路线路上，列车的测速定位问题显得越来越重要。测速和定位的精度从根本上制约着高速铁路列车运行中自动控制系统的控制精度。为确保列车运行安全，并充分发挥运输效能，只有时刻掌握高速列车运行的即时速度和位置，才能确保列车的正点到达和安全运行。传统的轨道电路定位法由于定位粗糙、精度不够，并且无法检知列车的即时速度，难以满足高速列车的定位要求。还有一种利用电机方式实现测速定位方法，该方式只适用于列车运行速度较低的线路。测速和定位还可通过外加输入信号直接获取列车的位置和速度信息，但该方式的测量精度受到一些因素的制约，在性价比方面存在局限性。加速度传感器在高速铁路的测速和定位技术中成为当前的主流产品，应用较广。

　　加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力是物体在加速过程中作用在物体上的力，可以是常量或变量。一般加速度传感器根据压电效应原理工作，加速度传感器利用其内部由于加速度造成的晶体变形产生电压，只要计算出产生的电压和所施加的加速度之间的关系，就可将加速度转化成电压输出。还有很多其他方法制作加速度传感器，如电容效应、热气泡效应、光效应，但其最基本的原理都是由于加速度使某种介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。

　　轮轴脉冲转速传感器是利用车轮的周长作为"尺子"测量列车走行距离，根据所测距离测算列车运行速度。虽然可以用轮轴脉冲转速传感器来测定了车的速度。然而，存在一定缺陷：即车轮空转或打滑会使列车速度的测量结果存在误差，为解决此类问题，在列车车轴上加装一个加速度传感器，配合脉冲转速传感器使用。该方式工作原理：在列车打滑期间，把机车的内加速度作为测速的信息源，该信息与车轮旋转的状态等信息不相关，而在其余工作时间仍用轮轴脉冲传感器测速，所以该方式称为基于惯性加速度传感器的测速。在车轮打滑时，由加速度传感器测得加速度及车轮打滑前加速度的倾斜分量，而计算出车轮打滑时的列车运行加速度，再将该值积分即得车轮打滑时列车实时运行的速度。

　　利用传感器进行测速和定位方法简单、经济实用，测量数据误差在规定范同，而加速度传感器在高速铁路的应用较广，是目前应用的主导产品。现已出现的GPS移动通信和卫星定位技术方式就是通过外加输入信号直接获取列车的位置和速度信息来实现测速和定位的，但该方式的测量精度受到一些因素的制约，暂时尚未推广。但随着其技术成熟，移动通信、卫星定位在高速铁路的应用前景将更为广阔。相信在不久的将来加速度传感器会在高铁上随处可见。