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机械毕业设计 论文

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LW01-094@环线型TWC系统技术研究工硕毕业设计,机械毕业设计 论文

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专业学位（工程硕士）研究生学位论文答辩材料姓名陆鑫源导师钱剑敏答辩日期2012.3学号G08094学院 信息学院顺序号文 件 材 料 标 题份数备注1学位审批表22学位论文摘要（中、英文）1+13学位论文简况表14学位论文评审意见书45学位论文答辩表决票56学位论文评分表57在学期间发表的论文18成绩表19学位论文中期检查表110学位论文开题报告书111论文2 东华大学研究生部制陆鑫源，G08094，信息学院，控制工程，13795365649。已在2012年3月5日向图书馆519室和行政楼档案室递交了学位论文。此档案袋中还包括一张学费收据复印件。文献综述车地通信系统上海地铁二号线列车自动控制系统（ATC）采用美国USSI信号系统，由控制中心的ATS子系统监控地铁列车的运营； MICROLOK联锁组成ATP子系统，为列车提供全面的安全防护；非安全的逻辑仿真器（NVLE）和环线式车地通信设备（TWC）构成ATO子系统，作为各个设备信息传递汇总的平台，确保列车运营效率。图1为信号控制系统结构示意图。 图1.ATC信号控制系统原理图一、环线式TWC系统程序停车控制过程环线式车地通信子系统（TWC）支持列车的自动程序停车功能。站台区域两根钢轨之间的道床上，铺设TWC环线，环线的长度覆盖全站台区域，其中包括距离不等的交叉点，环线的宽度为61厘米，见图2。站台区域两端钢轨上，安装AF904轨道电路的轨道联接器S-bond，站台端的S-bond，是车载ATO停站的标志之一。站台区域的轨道电路与站台长度相同，当列车停站时，占用该轨道电路，也为ATS监视列车位置提供依据。图2.环线式TWC轨旁安装图二号线ATC信号系统开通至今，在停站过程中多次发生了列车停车不到位、超过停车位置以及不停站的现象，对运营影响比较大。由于供应商提供的技术资料不完整，维护人员只能通过多年的维护和故障处理，以及新车、新线的调试的经验总结积累，对列车定位停车过程，进行摸索和深入分析，理解TWC系统程序停车原理。列车程序停车，基于三个时间段内传输的不同信息。1、当列车进入站台接近轨道区段时，轨旁TWC启动连续传输模式（简称CTM模式），这个时段中，轨旁环线上连续发送信息，但是不接收车载信息。2、当列车进入站台轨道区段时，车载TWC模块，检测到环线传送的信息，车载ATO子系统，启动自动停车程序，生成定位停车制动曲线，通过环线固定交叉位置的坐标，不断地修正定位停车曲线。3、当列车尾部完全出清了站台接近轨道区段时，完全进入了站台区域，轨旁TWC中断CTM模式，改为车地双向信息交换时段，轨旁TWC模块通过环线向列车传送调度信息，而列车向地面传送列车状态信息。当检测到列车是零速时，车载ATP子系统向车辆控制系统发送一个允许开门信号，列车可以进行开、关门的操作。列车进站程序定位停车控制，主要接收二种信息：一种是由AF904轨道电路发送的，通过钢轨传递给车载ATP线圈，车载ATP解调后得到的安全信息，接近区段轨道电路发送的轨道电路编号，被引用为停站控制启动的标志（beacon），而站台区段轨道电路发送的停车（berth）位，是生成开门信号条件之一。另一种是环线式TWC连续发送信息，当列车驶入站台时，非安全的逻辑仿真器（NVLE）控制TWC模块，通过功放板向站台环线发送连续不断的信息，支持程序定位停车控制。我们以ATO停车时序图（见下图3）为出发点，深入分析整个列车程序停车过程。 图3.ATO停车时序图由上图可知，车站程序定位停车控制，是由列车进入站台的接近区段轨道电路开始：列车驶过接近轨道区段入口S-bond（过bond检测触发），进入接近区段时（接近轨道电路置0），车载ATP子系统由接收的轨道信息，译出轨道区段编号，车载ATO子系统的停站位beacon置1，启动程序定位停车控制。NVLE通过联锁系统，收到接近轨道被占用，启动TWC模块进入CTM模式（CTM置1），通过TWC环线，发送连续的信息，但不接收信息。列车继续前进到站台轨道区段（站台轨道电路置0），车载TWC在经过轨道电路入口S-bond（过bond检测被再次触发）的时候，收到环线发送的连续信息（车载收CTM置1），检测到环线磁路的变化，车载ATO子系统开始实施停站控制程序（程序停车位stop in progress被置1）,同时通过环线固定交叉位置的坐标，不断地修正定位停车制动曲线。当列车最后低速停靠停车点时，联锁系统检测到列车尾部出清接近区段（接近轨道电路置1），完全进入站台区域，站台轨道电路给车载ATP发送安全的停站信息（停站开门位berth 置1），车载ATP子系统判断已完全进入了站台区域（车载收到berth位是构成允许开门信号的条件）。同时轨旁NVLE控制轨旁TWC模块停发连续电平（CTM置0），车载ATO子系统检测列车已完全进入站台区域后，开始与环线进行半双工通信。同时车载列车ATP子系统会检查速度传感器板是否产生非零信息，如果列车检测到是零速（Vzero置1）时，车载ATO子系统结束车站定位停车控制程序，使列车停稳位（Vehicle berthed）置1，程序停车位（beacon和stop in progress）置0。车载ATP子系统施加70%制动力，并向车辆系统发送允许开门信号，列车可以进行开关门的操作。TWC硬件介绍TWC系统提供了轨旁车站设备和通过列车之间的无线，FSK频移键控方式的通信通道。每一个轨旁车站都有一个TWC系统,与轨旁中心处理单元相连，该中心处理单元是整个列车控制系统的一部分，每一列车上也有一个车载TWC系统，它与零位两个车载信号控制子系统相连，分别是ATP及ATO，TWC是它们与轨旁中心处理单元的通信桥梁。车载TWC系统由一个TWC组匣和一个安装在底板下的TWC天线组成。轨旁TWC系统由一个安装在信号设备室的TWC组匣和一个位于钢轨之间的环线，以及一个在环线附件的耦合单元组成。其中连接环线和室内设备之间的传输电缆的长度可以达到1.1英里（1.7公里），新型号的TWC2000系统，该指标已经得到进一步提高。耦合单元完成传输电缆和环线之间的阻抗匹配。当列车经过时，环线与车载TWC天线之间通过电磁耦合，完成双向无线通信。车载TWC组匣与ATP及ATO子系统之间交换信息，并通过TWC天线与轨旁TWC组匣进行通信。TWC系统采用FSK调制方式，完成半双工串行通信。显示了轨旁系统中TWC组匣的典型位置，以及它如何通过NVLE与控制中心设备进行通信。轨旁TWC组匣的设计可以使之方便安装在标准的19英寸通信机架上。一个组匣中包含了两组TWCK设备，每组包括4种不同类型的印刷电路板，每个组匣可以连接两个轨旁环线。对于每个TWC单元，还提供了开/关控制。每组设备中的两块电路板：发送/接收板（RX/TX）,以及串行通信控制板（SCC）完成信息处理和FSK调制解调功能。另外一块电路板为电源板，此外，组匣还提供了插入式的防护板，它可以减少PCB电路板之间的电磁干扰。轨旁TWC组匣包括了一个背面的母板，一对用于输入工作电源（110AC）电源线,一对信号传输线，以及两个用于连接RS485总线的DB9连接器。这两个插头用于以菊花链方式，使一个NVLE可以控制多个TWC组匣。那些插入式的PCB板都包括一端两个焊接在电路板上的插头，以及固定安装在另一端的前面板。上面那个连接器（J1）是一个48脚的DIN 41612 E类型的，下面一个（J2）是96脚 DIN 41612 C类型的。前面板上的空隙分别设置了发光二极管（LED），开关，可调电平计和插头，可以方便地进行操作。每一块PCB电路板还有两个分离装置，固定在前面边缘，以及两个固定电路板与组匣插槽连接用的螺栓。所查阅文献的目录和概述1 车地通信系统中分集合并技术的研究与实现；严俊；高速磁悬浮列车通过车地通信系统和地面控制中心传送测控信息,可靠而高效的通信系统是保证磁浮列车指挥调度通畅、运行安全的关键。由于磁悬浮列车车地通信环境(多径)和高速运动等情况导致通信性能受到很大影响,并且该通信系统工作在高速度、强电磁环境下,整个系统设备多、分布广、数据流量大、实时性要求高。38GHz车地通信系统通过毫米波(38GHz)、信号分集、前向纠错(FEC)和CPFSK调制方式等技术的应用来确保和提高通信系统的性能,保证列车的安全可靠运行。 本文以磁悬浮列车为应用背景,课题研究来源于国家“863”计划磁悬浮列车车地通信系统子课题,任务为实现通信系统的分集合并功能。通过对列车的车地无线通信系统原理与结构的了解和掌握,围绕车地无线通信系统的分集合并系统以及分集合并的关键技术信噪比估计方法展开讨论,从信噪比估计算法仿真、实现以及分集合并系统的开发方面完成以下工作: 1.介绍了磁悬浮列车车地通信的技术概况,分集合并技术在无线通信中的应用情况,并介绍以磁悬浮列车为背景的车地无线通信系统、多径通信环境和抗多径技术,在此基础上介绍了分集合并技术、均衡。2 轨间环线车地通信系统在高速铁路中的应用；李向红；高速铁路取消地面信号机,车载设备直接从地面设备提取信号控制机车运行。为确保信息传递的安全可靠,需配备冗余的信息传输系统。文章介绍了一种轨间环线车地通信系统的主要功能和技术指标。3 导航接收机捕获技术及抗干扰性能的研究；邹平；当今许多国家都在研究或提升本国的全球卫星导航系统,于此同时卫星导航的军事化步伐也在紧锣密鼓地进行着。由于卫星导航系统的军事应用带来的巨大威胁,各国都在加紧研究用于战争的导航对抗技术。面对信息化战争中日益复杂的电子环境,卫星导航系统的安全问题日益突出,这使提高导航接收机的抗干扰能力成为迫切需要。 本文总结了全球卫星导航系统的发展历程和已有的导航接收机干扰抑制技术和研究热点,研究了导航接收机的捕获和跟踪方法,用Matlab搭建了导航接收机的捕获和跟踪过程的仿真实验平台,并在此实验平台上研究和比较了导航接收机的两套抗干扰方案的干扰抑制性能及其对信号捕获性能的改善,完成了一系列的抗干扰仿真实验和性能分析。 本文的核心工作和创新点主要体现在以下几个方面: 1.建立了强干扰环境下基于天线阵的抗干扰导航接收机接收信号的数学模型和基于Matlab的仿真模型。 2.研究了用于导航信号捕获的三种搜索方法,并结合实际项目对每一算法进行成本分析和仿真实验。 3.研究了捕获门限的计算方法,分析比较了不同算法的捕获概率和虚警概率,通过计算机仿真实验确定了不同信噪比下的捕获门限值。4 车地通信中的分集合并技术与实现研究；龙柯宇高速磁悬浮列车控制指挥系统需要实时与列车交换重要的伺服及定位信息,可靠而高效的车地通信系统是保证列车指挥调度、运行安全的关键。因此,车地无线通信系统必须在干扰及衰落信道环境中实现可靠的实时数据传输。为了满足列车控制指挥系统的苛刻要求,车地通信系统必须采用特殊的抗衰落措施以提高数据传输的可靠性。在诸多抗衰落措施中,分集接收技术是车地通信系统改善可靠性的最为有效的措施。 本文围绕车地无线通信系统中的分集合并模块的研制,在方案设计、论证、关键模块的研究实现以及系统联调等方面完成了以下工作: 1.分析了磁悬浮列车车地无线通信系统的结构与特点,根据车地通信系统设计需要,明确了分集合并模块的任务及设计要求。 2.介绍了毫米波多径衰落信道环境及抗衰落技术,在此基础上对分集合并技术进行了比较和分析,得出工程实践中必须遵循的基本原则。 3.通过对分集合并模块的任务环境进行分析,并结合车地无线通信系统的结构特点研究了三种分集合并方案:基于选择性合并与最大比合并混合的两级合并方案、基于选择性合并与最大比合并混合的三级合并。5 直接变频技术在轻轨车地通信系统中的应用 郭瑞在超外差技术上发展起来的直接变频技术已经广泛应用于无线通信领域中,这种技术相对于超外差技术的优点在于它可以通过零中频技术避免“镜像频率”干扰,并仅通过一次正交分解本地振荡频率消除“相对相位”的干扰,而且在硬件上更加容易实现.主要介绍直接变频技术如何应用在轻轨车地通信系统中。学号 G08094 陆鑫源交叉电缆回线型TWC系统技术研究摘要本文通过对车地通信TWC系统的分析，确定TWC系统的原理和采用的关键技术。并进一步确定相关系统技术参数，包括轨旁环线、车载天线发送信号和接收信号的频率F、环线电阻值R、电感L、电容C以及耦合单元电路元件电阻和电容的参数；制定TWC系统测试、维护技术方案，以规范TWC维护流程，方便系统维护。提出TWC系统维护建议，从而提高维护技术水平，提升系统的可靠性，减少交叉电缆回线型TWC车地通信故障。前期，对交叉电缆回线型TWC系统进行技术分析，初步了解其所采用的关键技术、信息传输流程和系统实现原理。收集交叉电缆回线型TWC故障及发生问题的记录，对其进行分类、归纳、分析。选择典型车站测试TWC系统参数值，包括环线的几何值和电路参数。选择典型列车，对车载系统（天线）测量，包括物理参数。对现场检测到的数据，根据电磁感应原理、谐振电路理论、传输线理论进行分析。其次，搭建实验室模拟环境进行实验，铺设190米长的轨旁环线，设计制作检测车，模拟现场环境进行测试、实验。对模拟环境实验数据进行总结分析，得到参数和结论，并用于解释现场出现的问题和现象。将研究的结果，返回现场进行实验，验证其合理性。修正研究结果和参数。最后，通过分析系统采用的关键技术，编制行之有效的维护方案。关键词：车地通信，程序停车，连续传输模式，耦合单元RESEARCH OF TECHNOLOGY FOR CROSSOVER-STYLE TWC SYSTEMABSTRACTThrough the analysis of train-wayside communication TWC system in this article, determine the principles and key technologies of TWC systems. To further identify relevant system parameters, including wayside loop, carborne antennas send signals and receive signal of frequency, loop resistance, inductance, capacity C, resistance and capacitance of coupling unit and component parameters. Establish TWC systems test and maintenance project in order to standardize TWC maintenance procedure and convenient for system maintenance. This study make the suggestion of TWC system maintenance, thereby improve the level of maintenance technology, step up system reliability, reduce crossover loop style TWC communication fault. Prophase, technical analyze on the crossover cable line style back to TWC system, understand the key technology, information transfer process and system implement principle. Collect the record of crossover cable line style back to TWC faults and occurred issues, then classify, sum up, analyze. Select typical station test TWC system parameter values, including link geometry values and circuit parameters. Select a typical train, measure on-vehicle system (antenna) including physical parameters. Analyze data which is detected on scene according to electromagnetic induction principle, resonant circuits theory and transmission line theory. Second, build a lab, do simulation environment test which lay 190 meters of track link, design inspection car, simulate live environment. Aim at experiment data, make a summary analysis, calculate parameter and make a conclusion. To validate the study result rationality, return scene and re-test. Correct the study results and parameters. Finally, draw up an effective plan for maintenance according to the key technology analysis system used.LuXinYuan(Control Engineering) Supervised by Jianmin QianKEYWORDS: Train-to-Wayside Communication, Programmed Station-stop, CTM, Coupling Unit工程硕士学位论文简况表论文题目交叉电缆回线型TWC系统技术研究作者姓名陆鑫源授予学位的学科、专业控制工程作者单位上海地铁维保中心通号公司地址黄河路357号2楼技术室校内导师姓名钱剑敏专业技术职务副教授校内导师单位东华大学地址上海市松江区人民北路2999号校外导师姓名施聪专业技术职务工程师校外导师单位上海地铁维保中心通号公司地址黄河路357号2楼经理室论文关键词：车地通信，程序停车，连续传输模式，耦合单元论文文摘（约500字，中文）：本文通过对车地通信TWC系统的分析，确定TWC系统的原理和采用的关键技术。并进一步确定相关系统技术参数，包括轨旁环线、车载天线发送信号和接收信号的频率F、环线电阻值R、电感L、电容C以及耦合单元电路元件电阻和电容的参数；制定TWC系统测试、维护技术方案，以规范TWC维护流程，方便系统维护。提出TWC系统维护建议，从而提高维护技术水平，提升系统的可靠性，减少交叉电缆回线型TWC车地通信故障。前期，对交叉电缆回线型TWC系统进行技术分析，初步了解其所采用的关键技术、信息传输流程和系统实现原理。收集交叉电缆回线型TWC故障及发生问题的记录，对其进行分类、归纳、分析。选择典型车站测试TWC系统参数值，包括环线的几何值和电路参数。选择典型列车，对车载系统（天线）测量，包括物理参数。对现场检测到的数据，根据电磁感应原理、谐振电路理论、传输线理论进行分析。其次，搭建实验室模拟环境进行实验，铺设190米长的轨旁环线，设计制作检测车，模拟现场环境进行测试、实验。对模拟环境实验数据进行总结分析，得到参数和结论，并用于解释现场出现的问题和现象。将研究的结果，返回现场进行实验，验证其合理性。修正研究结果和参数。最后，通过分析系统采用的关键技术，编制行之有效的维护方案。单位收藏：东华大学档案馆【注】为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。 每篇论文选取38个词作为关键词。第 25 卷第2 期2011 年6 月上? 海? 工? 程? 技? 术? 大 ? 学? 学? 报JOU RNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCEVol. 25 No. 2Jun. 2011? ? 文章编号: 1009- 444X( 2011) 02- 0125- 05收稿日期: 2011- 04- 26作者简介: 陆鑫源( 1981- ) , 男, 在读硕士, 研究方向为控制工程. E ?mail: xinyuan_lu yahoo. fr指导教师: 钱剑敏( 1953- ) , 男, 副研究员, 硕士生导师, 研究方向为计算机控制系统的设计. E?mail: qjmjsz dhu. edu. cnS?bond 型轨道电路传输特性分析陆鑫源1, 钱剑敏2, 梁鉴如3( 1. 上海轨道交通维护保障中心通号分公司, 上海 200002; 2. 东华大学 信息科学与技术学院, 上海 201620;3. 上海工程技术大学 电子电气工程学院, 上海 201620)摘要: 上海城市轨道交通地铁2 号线采用美国联合道岔与信号国际公司( USSI) 提供的数字轨道电路 AF 904. 通过分解电气绝缘中的钢轨、 信号环线、 阻抗连接器( S?bond) 各部分元素, 对轨道电路的传输特性进行了演算和分析. 分析表明, 阻抗连接器对于轨道电路具有较强的方向性. 根据传输特性, 提出了日常维护建议.关键词: 音频轨道电路; S 型阻抗连接器( S?bond) ; 钢轨波阻; 感生电流中图分类号: U 284. 23? 文献标志码: AAnalysis of Transmission Characteristics of S ?bond Track CircuitLU Xin?yuan1, QIAN Jian?min2, LIANG Jian?ru3( 1. Shanghai Rail Transit M aintenance Support Center, Telecom & Signaling Branch, Shanghai 200002, China;2. College of Information Sciences and Technology, Donghua U niversity, Shanghai 201620, China;3. College of Electronic and Electrical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)Abstract: T he digital track circuit AF904 supplied by USSI ( America) is used in Shanghai Metro Line 2.Important components in the electrical insulation system such as electric insulating rail, signal loop andimpedance connector ( S?bond) were decomposed, then the calculation and analysis were conducted fortrack circuits transmission characteristics. T he analysis shows that track circuit S?bond has a strongdirectionality. According to the transmission characteristics, proposals for daily maintenance are given.Key words: AF track circuit; S?parameter impedance connector; wave impedance of rail; induced current1 ? 轨道电路组成数字编码制式的音频轨道电路, 以线路的两根钢轨作为导体, 并用引接线连接信号电源和接收设备, 构成了电气回路. 整个回路由钢轨、 阻抗连接器( S?bond) 、 信号环线、 送电设备及受电设备等主要元件所组成, 如图 1 所示.由图 1 可见, 接收与发送端的信号环线处于S?bond和钢轨的闭合回路中. 当信号环线 Tx有电流变化时, 整个闭合回路中的磁通量发生变化, 使钢轨中产生轨道电流发送给接收端 Rx, 表明该区段处于未分路状态, 或使车载线圈感应到速度、 距离等信息, 实施列车检测或发送机车信号.? ? ?上 海 工 程 技 术 大 学 学 报第 25 卷?图 1? 典型的轨道电路组成元件Fig. 1? Components of typical track circuit2 ? 各部分元素定量分析轨道电路室内发送板通过耦合单元连接信号环线 Tx, 闭合回路中环线 Tx电磁周期性变化产生了感应电动势, 通过钢轨波阻等因素形成轨道电流, 接收端的 S?bond 和钢轨组成了矩形结构, 流经的轨道电流对接收信号环线 Rx也产生感应电流,环线 Rx获得能量送回室内.2. 1? 钢轨波阻首先得出轨道区段的 4 个参量: 钢轨有效电阻R、 钢轨电感 L、 道渣电导 G 和道渣电容 C, 并得出该区段的波阻抗 Zc. 当轨道频率为 10. 5 kHz 时,碎石道床的道床导纳和漏容分别为G= 1. 050 4 ? 10- 3sC= 5. 443 ? 10- 8F钢轨有效电阻 R= 2(r+ nrc)式中: r 为单轨条有效电阻, ?/ km; rc为每个钢轨接头处的有效电阻, ?; n 为接头的数量.r=2. 91u? ? f式中: u 为钢轨横截面周长, 近似为 0. 67 m; ?为钢轨电阻率, 0. 21 ? 10- 6?/ m; ?为钢轨磁导率, 近似为 100 H/ m; f 为信号频率.轨道电路总电感 L 由钢轨内部电感 Li, 外部电感 Le和钢轨接头处电感 Lc组成.L= Le+ 2(Li+ nLc)钢轨内部电感 Li为Li=268u? ?f钢轨外部电感 Le为Le= 0. 4 lnd- aa式中: d 为钢轨中轴线间距, m; a 为等效钢轨横截面周长的圆导线半径, m.铜质焊接式接续线的 rc= 0. 3? 10- 3?;Lc= 1. 27? 10- 3mH由表达式可知R= 22. 91u? ? f + nrcL= 0. 4lnd- aa+ 2268u? ?f+ nLc( 1)G1363 区段长度为 106 m, 使用信号频率为10. 5 kHz, 单轨条回流线为 3 根, 将已知条件代入式( 1) 得到:R= 0. 417 7 ?L= 1. 115 22? 10- 4H最终得到该区段波阻抗的模值为| Zc| = 44. 376 6 ?2. 2 ? 感生电流分析根据法拉第定律可知, 沿闭合钢轨产生的电动势 Erail与穿越这个闭合回路所包围的信号环线总磁通量的时间变化率有关:Erail=?sBdsdt只要得出信号环线的磁通量便可知道电动势 Erail和钢轨电流 Irail.2. 2. 1? 发送端信号环线 Tx根据毕奥 ? 萨伐尔定律, 导线所产生的磁场可看成许多电流元产生的磁场的叠加, 即dB=?4?IedlR2式中: B为真空点磁感应强度, Wb/ m2; ?为真空磁导率, 4? 10- 7H/ m; I 为电流,A; l 为导线长度, m;R 为点源到场点的距离, m; e为 R 方向的单位矢量.信号环线在空间任意一点的磁感应强度的计算再使用叠加原理, 即考虑在空间中信号环线 4 条边( 有一?126? 第 2 期陆鑫源, 等: S?bond 型轨道电路传输特性分析? ?定长度的带电导线) 的叠加效果, 从而可得到在垂直地面方向( Z) 上的磁感应强度的矢量和为Bz= B1z+ B2z+ B3z+ B4z分别为环线 4条边对空间点 P 产生的Z 方向上的磁感应强度. 设环线为边长为 2a 和 2b 的矩形线圈, 载流为 I, 在其中心建立直角坐标系, P 为空间点坐标(x, y), 如图 2 所示.图 2? 载流为 I 的信号环线磁感应Fig. 2? Magnetic induction of I current ?carrying signal loopBz= B1z+ B2z+ B3z+ B4z=14? ib- xa+ y( a+ y)2+ ( b- x)2+a- y(a- y)2+ (b- x)2+?ia- yb+ x(a- y)2+ (b+ x)2+b- x(a- y)2+ ( b- x)2+?ib+ xa+ y(a+ y)2+ (b+ x)2+a- y(a- y)2+ ( b+ x)2+?ia+ yb+ x( a+ y)2+ (b+ x)2+b- x(a+ y)2+ (b- x)22. 2. 2? 信号环线总磁通量积分计算?=?Bds在 x 处取宽为 dx, 在 y 处取长为 dy, 则磁通量为?=?b- b?a- a14? ib- xa+ y(a+ y)2+ (b- x)2+a- y(a- y)2+ (b- x)2+? ia- yb+ x(a- y)2+ (b+ x)2+b- x(a- y)2+ (b- x)2+? ib+ xa+ y(a+ y)2+ (b+ x)2+a- y(a- y)2+ (b+ x)2+? ia+yb+ x(a+y)2+ (b+ x)2+b- x(a+y)2+ (b- x)2dxdy? ? 实际 P 点坐标极限接近于环线, 积分上下限取近似值, 并且假设信号环线 I 为恒定电流, 电流为 2. 42 A, 则?=?1. 747 999 9- 1. 747 999 9?0. 722 499 9- 0. 722 499 9141? ia+ ya2+ 2ay+ y2+ b2- 2bx+ x2+a- ya2- 2ay+ y2+ b2- 2bx+ x2b- x+? ib+ xa2- 2ay+ y2+ b2+ 2bx+ x2+b- xa2- 2ay+ y2+ b2- 2bx+ x2a- y+? ia+ ya2+ 2ay+ y2+ b2+ 2bx+ x2+a- ya2- 2ay+ y2+ b2+ 2bx+ x2b+ x+? ? ib+ xa2+ 2ay+ y2+ b2+ 2bx+ x2+b- xa2+ 2ay+ y2+ b2- 2bx+ x2b- xdx dy( 2)? ? 经计算得? ?= 7. 688? 10- 5Wb由环线平面与磁通相互垂直, 即Erail=d?dt经推导得Erail= ? ?cos ? = ?2?f = 5. 069 4 V即可得到钢轨电流Irail=ErailZc= 0. 104 562 2 A2. 3 ? 接收端信号环线 Rx接收端信号环线外围由 S?bond 三边和钢轨一边组成, 式( 2) 同样适用. 频率为 10. 5 kHz 的区段, 波长 ? =cf= 28 571 m, 远远大于闭合回路长度. 所以, 回路中的电流分布近似均匀, 即钢轨与S?bond中每一点电流都认为是相同的值 Irail.同样, 根据毕奥? 萨伐尔定律的矢量叠加式,接收端信号环线 Rx磁通量的积分式为?127? ? ?上 海 工 程 技 术 大 学 学 报第 25 卷?=?1. 745- 1. 745?0. 722 2- 0.722 29.499 999 999? 10- 91. 75+ y(1.75+ y)2+ (0.723 5- x)2+1. 75- y(1.75- y)2+ (0.723 5- x)20. 723 5- x+9. 499 999 999? 10- 90. 723 5+ x(1. 75- y)2+ (0. 723 5+ x )2+0. 723 5- x( 1. 75- y)2+ (0. 723 5- x)20. 723 5- y+9. 499 999 999? 10- 91. 75+ y(1. 75+ y)2+ (0. 723 5+ x )2+1. 75- y( 1. 75- y)2+ (0. 723 5+ x)20. 723 5+ x+?9. 499 999 999 ? 10- 90. 723 5+ x(1. 75+ y)2+ (0. 723 5+ x)2+0. 723 5- x(1. 75+ y)2+ (0. 723 5- x )21. 75+ ydxdy得? ?= 1. 165 4? 10- 6Wb接收端电动势Erail= ? 2?f = 0. 076 84 V.2. 4? 相邻环线 Rx?的电磁感应根据楞次定律和右手螺旋法则, 在图 1 中, 设在 0,T4周期内, 发送端环线电流沿箭头方向增大, 其他各箭头则是该周期内感生电流方向. 由图3可以看出相邻区段环线 Rx?两条长边都没有磁通产生: 长边 1 为外钢轨没有电流通过; 长边 3 为S?bond与钢轨电流反向近似抵消; 只有宽边 2 和 4对磁通有贡献.图 3? 信号环线的感应磁通Fig. 3? Signaling loop induction magnetic flux? ? 建立直角坐标系, 使 x 轴与环线长边重合, 使y 轴与 S?bond 线重合. 环线磁场由两个反向平行的S?bond 电缆上的电流产生, 并且磁场轴对称, 利用安培环路定律可求得在 x 处磁场分别为B2=? i2?x, ? ? B4=? i2?( b- x)利用叠加原理得B= B2+ B4然后在 x 处取长为 dx, 宽为 1. 445 m 的矩形平面,通过积分得出总磁通量为?=?3. 4960. 0021. 445? i2?x+? i2?(b- x)dx相邻环线 Rx?的磁通和感应电动势分别为? ?= 3. 909 5? 10- 7Wb? E= ?cos ? = ? ?2?f = 0. 025 77 V2. 5 ? 相邻环线 Tx?的电磁感应在发送端相邻环线 Tx?受到两个场强影响, 一个来自 S?bond, 标量同环线 Rx?; 另一个来自发送信号环线 Tx宽边. 由电流方向可知两个场