一种运行车辆对公路、铁路隧道两侧冲击力监测采集仪的制作方法

本发明涉及一种运行车辆对公路、铁路隧道两侧冲击力监测采集仪。

背景技术：

特别是在我国，从建国初期到现在，短短的半个多世纪，无论是经济文化还是基础设施的建设，都取得了突飞猛进的发展，为了能更好的满足人们生活的需要，以及与世界经济的发展接轨，这都与交通设施的建设有着密切的关系，因此，国家在交通基础建设上投入了大量资金，对全国的交通进行了全面的规划。现今，由于我国实行西部开发，在我国中西部地区多山地，要想把中西部地区和我国东南沿海地区能很好的接洽起来，必须要有便利快捷的交通作为前提，因此，公路、铁路隧道和地铁的建设是必不可少的。

20世纪年代以来,高速铁路和高速公路在世界发达国家崛起,铁路、公路发展进入了一个崭新阶段。高速铁路公路的蓬勃发展,在世界范围内引发了一场深刻的交通运输革命。但是,随着列车运行速度的提高,列车通过隧道时诱发的空气动力学效应将会加剧,引起一系列列车在低速运行时不会产生的空气动力学问题。

国内外研究现状自然风压的基本的动力是“风压”和“热压”。在各种建筑结构中,合理利用自然风压改善室内空气品质具有显著的节能效应。对于住宅结构中的自然风压,国外学者在理论研究和应用方面都进行了许多探索和研究使其在各类建筑中得到了较广泛的应用。建立环路能量平衡方程求解环路中的自然风压量。自然风压在地下洞室也有较为广泛的应用,而国内在这方面的研究较少。在国内通风工作人员应该充分认识到这一点,掌握其规律并很好的利用,将收到较好的效果。

从微观的角度讲，风对隧道、涵洞表面的剪切作用（剪切应力）直接影响到隧道内气流通风交换，洞内外温差变化从而影响到隧道边界层的流场结构，以及风的形成过程；从宏观的角度讲，当列车以较高速度通过隧道时,将会在隧道内产生明显的压力波动和引起隧道出口处的微压波现象,进而影响到列车内乘客的舒适性和隧道周围环境。然而，在以往的研究中，对运行车辆进入隧道运动及传输过程起关键作用的冲击速度和与之相关的涵洞表面剪切应力大小通常是通过风速廓线来推断的。甚至在很多研究中，风速的测量是在隧道表面剪切应力为常量的内之上进行的，从而导致用这种方法产生的风速廓线对涵洞表面剪切力预测会存在潜在的误差。尽管，学者们付出了很多的努力，但关于列车冲击涵洞两侧表面气流与表面剪切力之间的关系——影响高速列车运行对涵洞表面冲击的关键力，仍然是一个悬而未决的问题，尤其是在隧道表面特征比较复杂的情况下，复杂的气流条件经常会导致边壁率的应用更加复杂化，也就很难获得隧道表面剪切力的大小和冲击力。所以，研制一个能直接测量隧道表面剪切冲击应力的测量仪器迫在眉睫。

一方面隧道口和通风井口高程相差大,气温气压差异大,另一方面隧道内温度基本恒定,而洞外温度变化很大,两者相差悬殊,这对隧道通风将产生很大影响,如果不加考虑,或考虑不正确,可能会造成很大误差,甚至会产生错误结果。为了设计出高效可靠的通风系统,必须对现场气象进行充分监测,从而正确评价自然风的影响。

目前设计规范中对于自然和气象条件对隧道自然风的影响规定很简单,没有考虑隧道长度的影响。对于以上的长隧道与几百米长的短隧道相比,在同样的自然和气象条件下,显然隧道内的自然风速是不同的,即隧道内的最大自然风速与隧道长度密切相关。并且中国的气候特点是温带大陆性季风气候,受多种地形和多种温湿带的影响,气候复杂多样,洞外的环境变化也会影响隧道内的自然风速。随着特长隧道建设工程的增多,研究特长隧道的自然风压己经刻不容缓了,有必要建立一套隧道内自然风风速计算方法。

因此，随着世界经济的法展，人们生活水平的提高，交通起到了举足轻重的作用，为了人们的交流交往更方便、更及时，人们对交通建筑的要求也越来越高。研制隧道内风压测试系统站，对公路、铁路、地铁、矿井、涵洞和桥梁进行长期风压动态变化和高速车辆运行对隧道冲击力长期监测，研究地下交通运输。因而,对于隧道空气动力学效应的作用机制和其减缓措施进行深入研究是非常必要的。

技术实现要素：

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种运行车辆对公路、铁路隧道两侧冲击力监测采集仪。

本发明的技术方案是：

一种运行车辆对公路、铁路隧道两侧冲击力监测采集仪，包括压力探头、大气压传感器Ⅰ、空气温湿度传感器Ⅰ、大气压传感器Ⅱ、空气温湿度传感器Ⅱ、小气候支架、数据接收系统和数据处理存储系统，压力探头、大气压传感器Ⅰ和空气温湿度传感器Ⅰ放置于隧道两侧；数据接收系统和数据处理存储系统放置于隧道一侧；小气候支架放置于隧道口外侧；大气压传感器Ⅰ和空气温湿度传感器Ⅰ通过485485传输线分别与数据控制操作箱连接；压力探头通过无线网络与数据接收系统连接；数据接收系统通过网线与数据处理存储系统连接。

压力探头包括压差高压进气嘴、压差低压进气嘴、低压气流通道旁边密封堵头、硅胶软管、压差传感器高压输入接口、压差传感器低压输入接口、压差传感器、485变送器、无线发射器和纽扣锂电池；压差高压进气嘴通过压差传感器高压输入接口与压差传感器连接；压差低压进气嘴通过压差传感器低压输入接口与压差传感器连接；压差低压进气嘴与压差传感器低压输入接口之间设有低压气流通道旁边密封堵头。

上述的485变送器与无线发射器连接。

上述的无线发射器上设有发射天线。

上述的485变送器的作用是将数据信号放大，方便无线发射，保证数据不丢失。

上述的钮扣锂电池用于给压差传感器和无线发射器供电。

数据接收系统包括多通道无线信号接收器、485传输转换器、RTU数据存储器和接收装置支架；所述接收装置支架上设有RTU数据存储器、多通道无线信号接收器和485传输转换器；485传输转换器通过网线与与数据控制操作箱连接；多通道无线信号接收器与485传输转换器的连接；485传输转换器通过485传输线连接RTU数据存储器。

上述的485传输转换器上设有接收天线。

上述的RTU数据存储器的作用是进行数据的储存。

上述的多通道无线信号接收器的作用是对485传输转换器接收到的信号进行排序和转换。

小气候支架上设有太阳能电池板、风速传感器、风向传感器、大气压传感器Ⅱ、空气温湿度传感器Ⅱ。

上述的风速传感器、风向传感器、大气压传感器Ⅱ、空气温湿度传感器Ⅱ通过信号电源线分别与数据控制操作箱连接。

上述的太阳能电池板连接蓄电池；蓄电池连接数据控制操作箱。

数据处理存储系统包括蓄电池、数据控制操作箱和数据下载电脑；数据控制操作箱与数据下载电脑连接。

上述的蓄电池为数据接收系统数据处理存储系统以及小气候支架上的风速传感器、风向传感器、大气压传感器、空气温湿度传感器提供电源。

上述的大气压传感器Ⅰ与大气压传感器Ⅱ通过无线网络连接；空气温湿度传感器Ⅰ与空气温湿度传感器Ⅱ通过无线网络连接；发射天线与接收天线通过无线网络连接。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明是一种能直接通过测量隧道表面压差，经过公式换算获得隧道表面剪切力大小的便携式仪器，它是一个基于垂直方向轴对称压差感应和输出原理，经过风洞实验校准后，推导出压差和风速以及剪切力之间的经验关系，这种设计的最大优点是它的轴对称压差感应，在测量时不需要对准来流方向，克服了以往用毕托管测量时对准流向带来的麻烦和误差。但国内尚无文献报道，尤其在隧道内表面边界层动力学研究中的应用甚是空白。

2、本发明结构简单，操作方便，易携带，利用它可对高铁、公路隧道和城市地铁涵洞内气流动态变化特别对高速运行的车辆经过隧道的冲击波压力对涵洞两侧进行长期监测，对开发研究是公路、铁路隧道通风神经控制节能为智能控制节能系统在隧道通风中实际运用和推广提供必要的科学依据，同时对于系统的开发能够避免风险和降低成本，延长隧道使用期限，提高总体的经济和社会效益。

3、本发明中各传感仪将探知的数据经无线发射，再通过多通道无线接收数据储存到计算机下载采集输出压力值，对高速公路铁路隧道、涵洞、地下交通列车高速运行下对洞体表面和对列车冲击压力进行长期监测，积累数据，分析评估，环境科学及涵洞隧道建设和发展提供可靠的依据。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种运行车辆对公路、铁路隧道两侧冲击力监测采集仪，包括压力探头1、大气压传感器Ⅰ21A、空气温湿度传感器Ⅰ22A、大气压传感器Ⅱ21B、空气温湿度传感器Ⅱ22B、小气候支架29、数据接收系统30和数据处理存储系统31，压力探头1、大气压传感器Ⅰ21A和空气温湿度传感器Ⅰ22A放置于隧道32两侧；数据接收系统30和数据处理存储系统31放置于隧道32一侧；小气候支架29放置于隧道32口外侧；大气压传感器Ⅰ21A和空气温湿度传感器Ⅰ22A通过485485传输线17分别与数据控制操作箱26连接；压力探头1通过无线网络与数据接收系统30连接；数据接收系统30通过网线18与数据处理存储系统31连接。

压力探头1包括压差高压进气嘴2、压差低压进气嘴3、低压气流通道旁边密封堵头4、硅胶软管5、压差传感器高压输入接口6、压差传感器低压输入接口7、压差传感器8、485变送器9、无线发射器10和纽扣锂电池12。

压差高压进气嘴2通过压差传感器高压输入接口6与压差传感器8连接；压差低压进气嘴3通过压差传感器低压输入接口7与压差传感器8连接；压差低压进气嘴3与压差传感器低压输入接口7之间设有低压气流通道旁边密封堵头4。

上述的485变送器9与无线发射器10连接。

上述的无线发射器10上设有发射天线11。

上述的485变送器9的作用是将数据信号放大，方便无线发射，保证数据不丢失。

上述的钮扣锂电池12用于给压差传感器8和无线发射器10供电。

数据接收系统30包括多通道无线信号接收器14、485传输转换器15、RTU数据存储器16和接收装置支架28；所述接收装置支架28上设有RTU数据存储器16、多通道无线信号接收器14和485传输转换器15；485传输转换器15通过网线18与数据控制操作箱26连接；多通道无线信号接收器14与485传输转换器15的连接；485传输转换器15通过485传输线17连接RTU数据存储器16。

上述的485传输转换器15上设有接收天线13。

上述的RTU数据存储器16的作用是进行数据的储存。

上述的多通道无线信号接收器14的作用是对485传输转换器15接收到的信号进行排序和转换。

小气候支架29上设有太阳能电池板23、风速传感器19、风向传感器20、大气压传感器Ⅱ21B和空气温湿度传感器Ⅱ22B。

上述的风速传感器19、风向传感器20、大气压传感器Ⅱ21B、空气温湿度传感器Ⅱ22B通过信号电源线24分别与数据控制操作箱26连接。

上述的太阳能电池板23连接蓄电池25；蓄电池25连接数据控制操作箱26。

数据处理存储系统31包括蓄电池25、数据控制操作箱26和数据下载电脑27；数据控制操作箱26与数据下载电脑27连接。

上述的蓄电池25为数据接收系统30、数据处理存储系统31以及小气候支架29上的风速传感器19、风向传感器20、大气压传感器Ⅱ21B、空气温湿度传感器Ⅱ22B提供电源。

上述的大气压传感器Ⅰ21A与大气压传感器Ⅱ21B通过无线网络连接；空气温湿度传感器Ⅰ22A与空气温湿度传感器Ⅱ22B通过无线网络连接；发射天线11与接收天线13通过无线网络连接。