輪軌振動噪聲系統(tǒng)設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計(論文) </b></p><p><b>　　輪軌振動噪聲信號的</b></p><p><b>　　計算機處理系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　二○一二年六月</b></p><p>　學 號：Xxx

2、xx</p><p>　姓 名：Xxx</p><p>　專 業(yè)：自動化</p><p>　系 別：電子信息與控制工程系</p><p>　指導教師：XxxxXxxx</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著列車的快速發(fā)展以及車速的不斷提

3、高,軌道交通的振動和噪聲問題越來越引起人們的重視。本文簡要的敘述了輪軌振動噪聲的的產生原因, 并分析了鐵路噪聲的組成。通過對國內外資料的分析得, 既然輪軌噪聲不能完全的消除，那就想辦法將其很好的利用起來。所以，合理的利用噪聲，并建立起完善的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。</p><p>　　本研究我所承擔的是《基于輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究》課題中的“輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設計”。我將輪軌噪聲

4、的采集，處理，行車安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的建立以及應用展開了敘述，使讀者對此項內容有一個簡單的了解，并希望此文能引起更多的人的注意，并對此展開更多的研究。</p><p>　　關鍵詞：輪軌噪聲；噪聲采集；霍爾傳感器；噪聲處理；MATLAB</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid deve

5、lopment of the train and increasing speed , the vibration and noise induced by the rail transit is attended more and more. This paper briefly described the cause of wheel-rail noises,and analyzed the copmosition of the n

6、oise of the wheel</p><p>　　rail noises.Through analyzing the data from home and abroad, I think that we don’t eliminate noise totally ,but we can do our best to using the noise.So it is a brook no delay to u

7、se of noise reasonably and establish the safe train monitoring system.</p><p>　　In this research, my question is ‘The design of the computer processing system about wheel-rail noise ‘，which is a part of the

8、paper that is about ‘The research on safe train monitoring system of wheel-rail vibration and noise ‘.I will account of some things about collecting wheel-rail noise, processing signals, establishing the safe train monit

9、oring system and applicating it , I think it will help readers to learn about this content easily, and I hope this paper can attract more people 's atten</p><p>　　KEYWORDS：wheel-rail noise;signal collect

10、ion;Hall sensor; process noise;MATLAB</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　ABSTRACTii</p><p><b>　　目 錄iii</b></

11、p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1目的及意義1</p><p>　　1.2國內外的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3基本內容和技術方案1</p><p>　　2鐵路噪聲的種類以及產生原因4</p><p>　　2.1鐵路噪

12、聲種類及產生原因4</p><p>　　2.2輪軌噪聲種類及產生原因4</p><p>　　2.3鐵路噪聲的評價指標5</p><p>　　3輪軌噪聲的采集7</p><p>　　3.1霍爾傳感器的工作原理7</p><p>　　3.2信號采集8</p><p>　　3.3

13、采集到的信號8</p><p>　　4輪軌噪聲的采集12</p><p>　　4.1模數(shù)轉換原理和數(shù)模轉換原理概述12</p><p>　　4.2模數(shù)轉換方法12</p><p>　　4.2.1直接法13</p><p>　　4.2.2間接法13</p><p>　　4.

14、3數(shù)模轉換器分類13</p><p>　　4.3.1電壓輸出型13</p><p>　　4.3.2電流輸出型14</p><p>　　4.3.3乘算型14</p><p>　　4.4數(shù)模轉換器的轉換方式14</p><p>　　4.4.1并行數(shù)模轉換15</p><p>

15、　　4.4.2串行數(shù)模轉換15</p><p>　　5輪軌噪聲的采集17</p><p>　　5.1MATLAB的簡介與應用18</p><p>　　5.2噪聲采集與分析系統(tǒng)的設計19</p><p>　　5.3MATLAB的傅里葉分析21</p><p>　　5.4檢測結果分析23</p

16、><p>　　5.5輪軌振動噪聲信號的應用26</p><p>　　5.5.1輪軌方面26</p><p>　　5.5.2判斷兩車行車信息27</p><p><b>　　結論28</b></p><p><b>　　致 謝29</b></p>&

17、lt;p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　附錄 一32</b></p><p><b>　　附錄 二35</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　目的及意義</

18、b></p><p>　　隨著高速鐵路技術的不斷發(fā)展，列車速度不斷提高，使得鐵路噪聲污染與行車安全問題也越來越嚴重，因此，預測高速列車誘發(fā)的路基-地基系統(tǒng)的振動，提出合理的隔振、減振方法與利用對輪軌振動噪聲的處理并建立相應的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)，是當今高速鐵路發(fā)展中必須面對的問題。所以，合理的利用噪聲，并建立起完善的行車安全監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。本研究我所承擔的是《基于輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究》課題

19、中的“輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設計”。</p><p>　　通過對輪軌振動噪聲信號的處理，我們可用來得到如此信息。</p><p>　　1.可用來判斷輪軌各部件是否處于正常狀態(tài)；</p><p>　　2.可用來判斷兩車的行車信息。</p><p>　　即實現(xiàn)基于輪軌噪聲檢測的列車接近報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先建立了輪軌激勵振動的數(shù)學模型，然

20、后通過Euler梁近似和降階處理求解，得到了長鋼軌的各階固有頻率，對現(xiàn)場采集的鋼軌振動信號進行分析，由此發(fā)現(xiàn)明顯存在鋼軌的某些階次特征頻率分量，且這些分量的能量在列車距離傳感器1000m以內時有逐漸增大的趨勢。對基于輪軌振動噪聲檢測列車接近報警系統(tǒng)的可行性進行了探討。</p><p><b>　　國內外的現(xiàn)狀</b></p><p>　　在歐美國家,鐵路噪聲早已引起各

21、國政府、鐵路運輸部門、高等院校的高度重視, 政府發(fā)布的環(huán)境噪聲綠皮書都對鐵路噪聲給予了充分的敘述.迄今為止, 已召開了六屆有軌運輸系統(tǒng)噪聲國際會議。各個國家都在積極研究如何降低軌道噪聲，并且在一定程度上得到了很大的進步。</p><p>　　值得注意的是，多數(shù)的研究注重如何降低軌道噪聲上，而對輪軌振動噪聲的利用相對較少。但是事實上，利用輪軌噪聲達到對列車運行安全實時監(jiān)控也是有關噪聲研究的另一個重要的課題，且具有非

22、常重要的現(xiàn)實意義。</p><p><b>　　基本內容和技術方案</b></p><p>　　本課題是輪軌振動噪聲軌道列車行車安全監(jiān)控系統(tǒng)研究一部分，主要承擔的是研究輪軌振動噪聲信號的計算機處理系統(tǒng)設計。</p><p>　　輪軌振動噪聲是由一定的頻譜組成的，故可用傳感器將這些噪聲采集起來進行信號處理。本方案通過計算機控制系統(tǒng)對輪軌振動噪聲處

23、理，將采集的信號與安全行車的標準信號相比較，從而判斷列車運行中輪軌是否處于正常狀態(tài)，實現(xiàn)行車系統(tǒng)的實時監(jiān)控。</p><p>　　設定正常情況下，不同車速，不同載重的每節(jié)列車輪軌振動噪聲為L。將傳感器采集的信號X，經過模數(shù)轉換,以及程序處理，通過與標準數(shù)值L比較，判斷列車運行是否處于安全狀態(tài)，報警器是否需要發(fā)出警報，從而達到實時監(jiān)控的目的。</p><p><b>　　簡要流程圖

24、如下：</b></p><p><b>　　圖1.1程序流程圖</b></p><p>　　此次論文，我們主要研究的是圖1.2中第三根線，是數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理等部分。</p><p>　　圖1.2 機車安全運行專家系統(tǒng)</p><p>　　鐵路噪聲的種類以及產生原因</p><p>　

25、　鐵路噪聲種類及產生原因</p><p>　　鐵路環(huán)境噪聲根據(jù)聲源的不同大致可以分成以下幾種：</p><p>　　(1)機車車輛的機械設備噪聲，如機車發(fā)動機轟鳴聲；</p><p>　　(2)輪軌噪聲，由輪軌相互作用引起的，當列車速度低于250km／h時，這是鐵路噪聲的主要來源；</p><p>　　(3)空氣動力噪聲，即車體與空氣摩擦而產

26、生的噪聲，當列車速度大于350km／h時，它將成為鐵路主要噪聲來源；</p><p>　　(4)集電系噪聲，由受電弓和電線相互摩擦引起的；</p><p>　　(5)構造物二次噪聲，如列車振動引起橋梁、隧道或周圍建筑物的二次振動而產生的噪聲。</p><p>　　就目前鐵路運營速度來說，大多數(shù)列車速度都小于250km/h。即一般情況，輪軌噪聲在鐵路噪聲中占有很高的比

27、例，要降低鐵路噪聲首先要降低輪軌噪聲。因此，研究輪軌噪聲對鐵路減振降噪具有重要意義。</p><p>　　輪軌噪聲種類及產生原因</p><p>　　輪軌噪聲主要有三種：滾動噪聲、沖擊噪聲和尖嘯聲。</p><p>　　(1)滾動噪聲是輪／軌接觸而引發(fā)的，由車輪和鋼軌粗糙表面的不規(guī)則波紋(其波長約為1cm～10cm)激發(fā)車輪及鋼軌產生振動，從而向周圍輻射噪聲。車輪及

28、鋼軌表面有擦傷溝紋時會使?jié)L動噪聲顯著增大。</p><p>　　(2)沖擊噪聲主要是由于車輪在通過鋼軌接頭、道岔以及擦傷后車輪在鋼軌上滾動產生的。</p><p>　　(3)尖嘯聲主要是由于大噸位列車通過小半徑曲線時，外側車輪輪緣擠壓外軌側面以及內側車輪踏面在鋼軌上滑動產生的。</p><p>　　高速鐵路線路上，曲線半徑很大，采用超長無縫線路，基本上消滅了鋼軌接頭

29、，使得輪軌撞擊聲也基本得到了控制。因而滾動噪聲成為輪軌噪聲中的主要噪聲。</p><p>　　在對輪軌噪聲源的研究中發(fā)現(xiàn)，鋼軌輻射的主要是中、高頻噪聲，車輪輻射的主要是中頻噪聲，而軌枕主要輻射低頻噪聲。從三者對總噪聲的貢獻來看，鋼軌是主要的輻射源，車輪次之，枕軌最小。因此，控制輪軌噪聲輻射，主要是要控制鋼軌和車輪輻射的噪聲，軌枕次之。</p><p><b>　　鐵路噪聲的評價指

30、標</b></p><p>　　噪聲的影響，不僅與噪聲的聲級大小有關，而且還與噪聲的狀態(tài)性質和作用時間的長短有關。因此引入等效連續(xù)A聲級指標。標準中的等效連續(xù)A聲級Leq為規(guī)定時間內A聲級的能量平均值，用下式表示：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中：pA（t）是瞬時A計權聲壓；p0是參考聲壓（2

31、15;10-5 Pa）；LA是變化A聲級的瞬時值，單位dB；T是某段時間的總量。</p><p>　　目前，大部分國家的環(huán)境噪聲標準都以等效聲級為平均指標。下表為各國鐵路環(huán)境噪聲法規(guī)標準。</p><p>　　表2.1 各國鐵路環(huán)境噪聲法規(guī)標準</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　本課

32、題是利用采集到輪軌信號所形成的模擬信號，經過A/D轉換成數(shù)字信號、再利用計算機控制系統(tǒng)對其處理，而達到對行駛中的列車及軌道的安全性進行實時監(jiān)控。</p><p>　　隨著電子技術和數(shù)字技術的發(fā)展，在各種能量形式中，電信號是最容易控制和處理的。因此我們將傳感器采集到的信號轉換為電信號，來滿足對軌道振動噪聲的采集和轉換成模擬電信號的目的。</p><p>　　經查證，我們了解到，磁電式傳感器是

33、利用電磁感應效應，霍爾效應或磁陽效應等電磁現(xiàn)象，把被測物理量的變化轉變?yōu)楦袘妱觿莸淖兓?，實現(xiàn)速度位移等參數(shù)測量，按電磁轉換機理的不同，磁電式傳感器可分為磁電感應式傳感器，霍爾式傳感器，和磁陽效應傳感器等，廣泛應用于建筑，工業(yè)等領域中振動，速度，加速度，轉速，轉角，磁場參數(shù)等的測量。此處，我們采用霍爾傳感器采集信號。</p><p>　　霍爾傳感器屬于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁電轉換原理，磁敏傳感器是把磁學物理

34、量轉換成電信號。其特點是結構簡單、體積小、動態(tài)特性好、壽命長。正好滿足輪軌振動噪聲引號的采集與研究。</p><p>　　圖3.1 磁敏傳感器的原理</p><p>　　霍爾傳感器的工作原理</p><p>　　一塊半導體薄片，其長度為L，寬度為B，厚度為D，置于磁感應強度為B的磁場中，在相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導體的兩邊將產生一個

35、與控制電流和磁感應強度乘積成正比的電勢U，該電勢即為霍爾電壓，用UH表示，即UH=KHIB，其中KH為霍爾元件的靈敏度，半導體薄片就是霍爾元件。</p><p>　　圖3.2 霍爾效應工作原理</p><p><b>　　信號采集</b></p><p>　　由霍爾傳感器傳感器產生電壓信號，信號通過差分放大，在經過濾波器得到較清晰的輪軌噪聲信

36、號。</p><p>　　圖3.3 傳感器信號發(fā)生裝置</p><p><b>　　采集到的信號</b></p><p>　　圖3.4 車輪激勵噪聲</p><p>　　圖3.5 車輪激勵噪聲信號頻譜</p><p>　　圖3.6 滾動噪聲時程曲線</p><p>　　圖3

37、.7 車輪輪緣噪聲</p><p>　　圖3.8 車輪輪緣信號頻譜</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　隨著數(shù)字電子技術的迅速發(fā)展，各種數(shù)字設備，特別是數(shù)字電子計算機的應用日益廣泛，幾乎滲透到國民經濟的所有領域之中。數(shù)字計算機只能夠對數(shù)字信號進行處理，處理的結果還是數(shù)字量，它在用于生產過程自動控制的時候，所要

38、處理的變量往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、速度，噪聲等都是模擬量，這些非電子信號的模擬量先要經過傳感器變成電壓或者電流信號， 然后再轉換成數(shù)字量，才能夠送往計算機進行處理。</p><p>　　模數(shù)轉換原理和數(shù)模轉換原理概述</p><p>　　模擬量轉換成數(shù)字量的過程被稱為模數(shù)轉換，簡稱A/D轉換；完成模數(shù)轉換的電路被稱為 A/D 轉換器，簡稱 ADC。 數(shù)字量轉換成模擬量的過程稱

39、為數(shù)模轉換， 簡稱 D/A轉換；完成數(shù)模轉換的電路稱為D/A轉換器，簡稱DAC。</p><p><b>　　圖4.1工作流程圖</b></p><p>　　模擬信號由傳感器轉換為電信號，經放大送入AD轉換器轉換為數(shù)字量，由數(shù)字電路進行處理，再由DA轉換器還原為模擬量，去驅動執(zhí)行部件。為了保證數(shù)據(jù)處理結果的準確性，AD轉換器和DA轉換器必須有足夠的轉換精度。同時，為了

40、適應快速過程的控制和檢測的需要，AD轉換器和 DA轉換器還必須有足夠快的轉換速度。因此，轉換精度和轉換速度乃是衡量AD轉換器和DA轉換器性能優(yōu)劣的主要標志。</p><p><b>　　模數(shù)轉換方法</b></p><p>　　模數(shù)轉換過程包括量化和編碼。量化是將模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級。編碼是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號

41、相對應的代碼。最普通的碼制是二進制，它有2的n次方個量級（n為位數(shù)）,可依次逐個編號。模數(shù)轉換的方法很多，從轉換原理來分可分為直接法和間接法兩大類。</p><p><b>　　直接法</b></p><p>　　直接法是直接將電壓轉換成數(shù)字量。它用數(shù)模網絡輸出的一套基準電壓，從高位起逐位與被測電壓反復比較，直到二者達到或接近平衡（見圖）。控制邏輯能實現(xiàn)對分搜索的控制

42、，其比較方法如同天平稱重。先使二進位制數(shù)的最高位Dn-1=1，經數(shù)模轉換后得到一個整個量程一半的模擬電壓VS，與輸入電壓Vin相比較，若Vin>VS,則保留這一位；若Vin<Vs，則Dn-1=0。然后使下一位Dn-2=1,與上一次的結果一起經數(shù)模轉換后與Vin相比較,重復這一過程，直到使D0=1，再與Vin相比較,由Vin>VS還是Vin<V來決定是否保留這一位。經過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉換后的數(shù)據(jù)。

43、這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉換器是一種高速的數(shù)模轉換電路，轉換精度很高，但對干擾的抑制能力較差，常用提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。</p><p><b>　　間接法</b></p><p>　　間接法不將電壓直接轉換成數(shù)字，而是首先轉換成某一中間量,再由中間量轉換成數(shù)字。常用的有電壓-時間間隔(V/T)型和電壓-頻率(V/

44、F)型兩種，其中電壓-時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。 </p><p>　　模數(shù)轉換器的選用具體取決于輸入電平、輸出形式、控制性質以及需要的速度、分辨率和精度。 </p><p>　　用半導體分立元件制成的模數(shù)轉換器常常采用單元結構，隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，模數(shù)轉換器體積逐漸縮小為一塊模板、一塊集成電路。</p><p><b>

45、;　　數(shù)模轉換器分類</b></p><p>　　D/A轉換器是將輸入的二進制數(shù)字量轉換成模擬量，以電壓或電流的形式輸出。</p><p><b>　　電壓輸出型</b></p><p>　　電壓輸出型，如TLC5620 </p><p>　　電壓輸出型DA轉換器雖有直接從電阻陣列輸出電壓的，但一般采用內置輸

46、出放大器以低阻抗輸出。直接輸出電壓的器件僅用于高阻抗負載，由于無輸出放大器部分的延遲，故常作為高速DA轉換器使用。</p><p><b>　　電流輸出型</b></p><p>　　電流輸出型，如THS5661A</p><p>　　電流輸出型DA轉換器很少直接利用電流輸出，大多外接電流—電壓轉換電路得到電壓輸出，后者有兩種方法：一是只在輸出

47、引腳上接負載電阻而進行電流—電壓轉 換，二是外接運算放大器。用負載電阻進行電流—電壓轉換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓范圍內使用，而且由于輸出阻抗高， 所以一般外接運算放大器使用。此外，大部分CMOS DA轉換器當輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。當外接運算放大器進行電流電壓轉換時，則電路構成基本上與內置放大器的電壓輸出型相同，這時由于在DA轉換器的電流建立時間上加入了運算放大器的延遲，

48、使響應變慢。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的內部電容而容易起振，有時必須作相位補償。</p><p><b>　　乘算型</b></p><p>　　乘算型如DA7533</p><p>　　DA轉換器中有使用恒定基準電壓的，也有在基準電壓輸入上加交流信號的，后者由于能得到數(shù)字輸入和基準電壓輸入相乘的結果而輸出，因而稱為乘算型DA轉換器。

49、乘算型DA轉換器一般不僅可以進行乘法運算，而且可以作為使輸入信號數(shù)字化地衰減的衰減器及對輸入信號進行調制的調制器使用。 </p><p>　　另外，按照輸入數(shù)字信號的方式又分為串行DA轉換器和并行DA轉換器。</p><p>　　數(shù)模轉換器的轉換方式</p><p><b>　　并行數(shù)模轉換</b></p><p>　　

50、數(shù)模轉換有兩種轉換方式：并行數(shù)模轉換和串行數(shù)模轉換。圖1為典型的并行數(shù)模轉換器的結構。虛線框內的數(shù)碼操作開關和電阻網絡是基本部件。圖中裝置通過一個模擬量參考電壓和一個電阻梯形網絡產生以參考量為基準的分數(shù)值的權電流或權電壓；而用由數(shù)碼輸入量控制的一組開關決定哪一些電流或電壓相加起來形成輸出量。所謂“權”，就是二進制數(shù)的每一位所代表的值。例如三位二進制數(shù)“111“,右邊第1位的“權”是 20/23=1/8；第2位是21/23=1/4；第3位

51、是22/23=1/2。位數(shù)多的依次類推。圖2為這種三位數(shù)模轉換器的基本電路,參考電壓VREF在R1、R2、R3中產生二進制權電流,電流通過開關。當該位的值是“0”時,與地接通；當該位的值是“1”時,與輸出相加母線接通。幾路電流之和經過反饋電阻Rf產生輸出電壓。電壓極性與參考量相反。輸入端的數(shù)字量每變化1，僅引起輸出相對量變化1/23=1/8,此值稱為數(shù)模轉換器的分辨率。位數(shù)越多分辨率就越高，轉換的精度也越高。工業(yè)自動控制系統(tǒng)采用的數(shù)模轉

52、換器大多是10位、12位，轉換精度達0.5～0.1％。</p><p><b>　　串行數(shù)模轉換</b></p><p>　　串行數(shù)模轉換是將數(shù)字量轉換成脈沖序列的數(shù)目，一個脈沖相當于數(shù)字量的一個單位，然后將每個脈沖變?yōu)閱挝荒M量，并將所有的單位模擬量相加，就得到與數(shù)字量成正比的模擬量輸出，從而實現(xiàn)數(shù)字量與模擬量的轉換。</p><p>　　隨

53、著數(shù)字技術，特別是計算機技術的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領域，為了提高系統(tǒng)的性能指標，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術。由于系統(tǒng)的實際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數(shù)字信號；而經計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執(zhí)行機構所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路--模數(shù)

54、和數(shù)模轉換器。</p><p>　　將模擬信號轉換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉換器（簡稱A/D轉換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號轉換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉換器（簡稱D/A轉換器或DAC,Digital to Analog Converter）；A/D轉換器和D/A轉換器已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。</p><p>　　為確保系

55、統(tǒng)處理結果的精確度，A/D轉換器和D/A轉換器必須具有足夠的轉換精度；如果要實現(xiàn)快速變化信號的實時控制與檢測，A/D與D/A轉換器還要求具有較高的轉換速度。轉換精度與轉換速度是衡量A/D與D/A轉換器的重要技術指標。 隨著集成技術的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉換器，它們具有愈來愈先進的技術指標。本章將介紹幾種常用A/D與D/A轉換器的電路結構、工作原理及其應用。</p><p>

56、　　用非線性誤差的大小表示D/A轉換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數(shù)定義為非線性誤差。</p><p><b>　　輪軌噪聲的采集</b></p><p>　　本系統(tǒng)基于MATLAB編程語言，利用PC機+軟件系統(tǒng)的形式實現(xiàn)通用的振動信號實時采集與分析系統(tǒng)。</p><p>　　輪軌振動噪聲信號經傳感器輸入到電荷放

57、大器，經電荷放大器將信號放大一定的增益后，信號輸入到多功能數(shù)據(jù)采集卡，然后由多功能數(shù)據(jù)采集卡將采集的信號輸入到pc機進行分析處理。</p><p><b>　　圖5.1流程圖</b></p><p>　　因此我們把霍爾傳感器與MATLAB相結合來建設一個輪軌振動噪聲信號的采集與分析系統(tǒng)。</p><p>　　現(xiàn)代噪聲測試與分析技術是建立在聲學測

58、量理論、電子技術、數(shù)字計算技術和信號處理理論上的一門不斷發(fā)展的技術。其中噪聲采集和分析儀器的小型化、智能化、數(shù)字化以及多功能化的發(fā)展越來越快，分析速度較以往也有了大幅度的提升。但一般的噪聲采集與分析系統(tǒng)通常價格昂貴、操作復雜、升級費用高，且有些儀器只能用于某個特定的測量分析項目，適用的范圍較窄。筆者設計和研制的基于MATLAB的噪聲信號采集與分析系統(tǒng)，通過聲卡將傳感器得到的模擬信號轉換成數(shù)字信號存人計算機后，在MATLAB環(huán)境中完成數(shù)據(jù)

59、的各項分析工作。實驗證明，該系統(tǒng)是一種具有實際應用潛力的噪聲采集與分析系統(tǒng)。 </p><p>　　現(xiàn)階段的聲卡技術已相當成熟，價格也比專業(yè)采集卡便宜很多，其工作性能完全可以保障聲音信號采集工作的順利完成。比如，一般的聲卡的聲音處理芯片均能夠以16 bit/48 kHz 工作，聲卡內的數(shù)模轉換器最高可提供24 bit/96 kHz的A/D轉換模式，工作狀態(tài)下最多能同時提供8個數(shù)據(jù)通道傳輸數(shù)據(jù)。對于噪聲信號的采集和

60、分析而言，聲卡所具備的以上工作特性已具有足夠高的采樣率和量化精度，其性能甚至優(yōu)于一些數(shù)據(jù)采集卡。因此，用聲卡作為噪聲信號的采集設備，不僅能滿足信號分析的要求，而且性價比也很高。</p><p>　　MATLAB的簡介與應用</p><p>　　MATLAB(Matrix Laboratory)是由美國MathWorks公司研制的一套用于工程計算與分析的軟件環(huán)境。它以矩陣計算為基礎，將計算及

61、可視化程序設計融合在一個交互式的工作環(huán)境中，現(xiàn)已發(fā)展成為一個具有高性能數(shù)值計算的可視化科學計算環(huán)境，集成了數(shù)值計算、矩陣計算、信號處理與圖形編輯等眾多功能，具有高效的數(shù)值計算、符號計算、文字處理、可視化建模以及實時控制能力，被廣泛地應用于信號與圖像處理、控制系統(tǒng)設計、通信、系統(tǒng)仿真等諸多科研領域。</p><p>　　MATLAB自帶的數(shù)據(jù)采集工具箱(Data Acquisition Toolbox)是為簡化和加

62、快數(shù)據(jù)采集工作而專門設計的，該工具箱能更容易地將實驗測到的數(shù)據(jù)進行分析和可視化操作。數(shù)據(jù)采集工具箱提供了一整套的命令和函數(shù)，可用來直接控制與PC機兼容的數(shù)據(jù)采集設備進行數(shù)據(jù)采集。這些設備包括：多媒體聲卡，美國國家儀器E-系列，1200-系列接口板，Hewlett-PackardVXIE1432-系列接口板以及其它多種數(shù)據(jù)采集硬件設備。數(shù)據(jù)采集硬件設備的內部特性對MATLAB的接口完全透明，無論是使用一個或幾個硬件設備，數(shù)據(jù)采集工具箱都會

63、向所有硬件設備提供單一的和統(tǒng)一的接口。通過調用MATLAB命令和函數(shù)可對與PC機兼容的數(shù)據(jù)采集硬件設備進行訪問并對它的屬性進行可視化監(jiān)控。因數(shù)據(jù)采集工具箱集成于MATLAB中，所以在數(shù)據(jù)采集的同時，既可對采集的數(shù)據(jù)進行實時分析，也可在存儲后再進行處理，用戶可針對數(shù)據(jù)分析的需要對測試條件的設立進行不斷的更新。</p><p>　　利用數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令和函數(shù)可控制數(shù)據(jù)采集的全過程。例如，采集前用戶可設置所有的

64、硬件設備的工作參數(shù)以滿足采集任務的指標要求。在硬件設備運行時，可獲取事件信息，評估采集狀態(tài)，定義觸發(fā)器和回訪狀態(tài)，預覽數(shù)據(jù)以及進行實時分析。</p><p>　　噪聲采集與分析系統(tǒng)的設計</p><p>　　首先將要分析的噪聲信號的頻率與強度范圍確定下來，進而確定硬件設備的各項參數(shù)。</p><p>　　筆者設計的噪聲信號采集與分析系統(tǒng)由采集子系統(tǒng)和分析子系統(tǒng)2個子

65、系統(tǒng)組成。采集子系統(tǒng)完成噪聲信號的實時采集任務，即由MATLAB控制PC機聲卡將傳感器得到的模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號存儲在計算機中；分析子系統(tǒng)將采集到的數(shù)字信號進行時、頻域分析及各項數(shù)值分析。</p><p>　　圖 5.2 硬件使用流程圖</p><p>　　（1）采集系統(tǒng)的硬件安裝</p><p>　　將聲卡插入PC機的PCI插槽，安裝好相應的驅動程序后，將霍爾傳

66、感器與聲卡的模擬輸入端連接起來，需要注意的是模擬信號的引入應使用音頻電纜或屏蔽電纜以減小干擾信號的引入。MATLAB6.1以上版本均采用了面向對象技術，所以在數(shù)據(jù)采集前必須用一個對象將聲卡進行封裝，創(chuàng)建對象后才可對聲卡進行直接操作。</p><p>　?。?）硬件設備初始化</p><p>　　在MATLAB中為聲卡生成一個操作對象，初始化該操作對象使MATLAB與聲卡建立通信，并為已創(chuàng)建

67、的聲卡設備對象增加數(shù)據(jù)通道和觸發(fā)通道。如果只設置一個數(shù)據(jù)通道，且系統(tǒng)采用手動觸發(fā)方式時，可不設置觸發(fā)通道。需要注意的是對聲音傳感器的選擇, 應選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號的引入。</p><p>　?。?）硬件設備的配置</p><p>　　根據(jù)所配聲卡的工作特性和信號分析的設計要求，可設置相應的參數(shù)控制聲卡在數(shù)據(jù)采集時的行為，常見的參數(shù)如內存的基地址、模數(shù)轉換的采樣速率、采樣

68、時間、預計模擬信號的輸入/輸出范圍、采樣觸發(fā)方式、采樣點數(shù)據(jù)的存儲等。需要注意的是采樣速率的值由聲卡的物理特性決定，用戶可選擇一個聲卡支持的采樣速率。MATLAB支持電平觸發(fā)、事件觸發(fā)和手動觸發(fā)3種觸發(fā)方式來啟動數(shù)據(jù)采集工作。在配置參數(shù)時要考慮到出現(xiàn)各種容易錯誤的情況，比如當輸入的模擬信號過載或采集工作時突然斷電等。MATLAB允許編程者以調用回調函數(shù)(Callback Function)和消息對話框(Message Box)的方式解決

69、數(shù)據(jù)采集過程中出錯應答和出錯信息管理等問題。</p><p>　　聲音信號采集硬件配置的具體實現(xiàn)過程:</p><p>　　sound= analogin put (‘winsound’) ; % ‘winsound’ 為聲卡的驅動程序</p><p>　　channel= addchannel( sound, 1) ; %添加通道為單聲道</p>&

70、lt;p>　　set ( sound, ‘ SampleRate’, 44100 ) ; % 設置采樣頻率為44100Hz</p><p>　　set( sound, ‘SamplesPerTrigger’, 22050) ; %設置采樣時間為0. 5s</p><p>　　set( sound, ‘TriggerType’, ‘manual’) ; % 設置觸發(fā)方式為手工觸發(fā)<

71、;/p><p>　　. . . %其它的相關設置</p><p><b>　?。?）采集</b></p><p>　　啟動設備對象，控制聲卡開始采集數(shù)據(jù)，采集過程中可以向聲卡發(fā)送控制命令，如暫停采集、退處采集等。采集到的數(shù)據(jù)被暫時存放在PC機的內存里，理論上可采集的最大數(shù)據(jù)量（即采集時間的最大長度）由PC機的內存容量決定，這一點相對于一般的數(shù)據(jù)采集

72、系統(tǒng)而言有強的優(yōu)勢。MATLAB提供了記錄采集過程中的所有犄殊事件的函數(shù)，可記錄的事件包括采集設備的硬件配置、采集的啟動時刻、采集時間、采樣速率、通道數(shù)目等。如果采集過程中出現(xiàn)了錯誤．出錯的時刻、錯誤產生的來源以及數(shù)據(jù)的采集情況等信息也都會被記錄下來作為以后工作的參考使用。要說明的是，執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)采集工作后應當刪除設備對象，將內存中的數(shù)據(jù)存儲在硬盤上之后釋放數(shù)據(jù)存儲所占用的內存空間，以備下一次采集能有足夠的內存空間存儲新的數(shù)據(jù)。<

73、;/p><p>　　聲音信號采集的實現(xiàn)程序為:</p><p>　　start( sound) ; %啟動設備對象</p><p><b>　　try</b></p><p>　　time= 0; data= 0;</p><p>　　[ data, time] = getdata( sound) ;

74、 %獲取采樣數(shù)據(jù)</p><p><b>　　catch</b></p><p>　　time= 0; data= 0; disp(‘A timeout occurred’) ;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　stop( sound) ; % 停止設備對象</

75、p><p>　　delete( sound) ; %刪除設備對象</p><p><b>　　(5)數(shù)據(jù)的分析</b></p><p>　　在MATLAB中調用頻譜分析函數(shù)、功率譜分析函數(shù)或數(shù)值分析函數(shù)就可將采集到的數(shù)字信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析，并且可方便的將分析結果以面圖的形式顯示出來。</p><p>　

76、　MATLAB的傅里葉分析</p><p>　　MATLAB的傅里葉分析傅里葉分析是數(shù)字信號處理的基礎，是頻域分析的重要工具。在振動與噪聲分析中，常會遇到處理噪聲信號等數(shù)字信號的問題。傅里葉分析包括：連續(xù)傅里葉級數(shù)、連續(xù)傅里葉變換、離散時間傅里葉級數(shù)離散時間傅里葉變換。通過這些變換，可將一個信號分解為表征信號頻域特性的不同正弦波分量的組合。</p><p>　　建模：設產生60Hz和150

77、Hz帶噪聲的信號源，并用傅里葉變換方法查找主頻信號。我們利用MATLAB進行分析。</p><p>　　MATLAB編程如下：</p><p>　?。ギa生有噪聲的聲源信號．并提取離散信號</p><p>　　t=0：0．001：0．6：</p><p>　?。ピ肼曅盘柕闹黝l為60 Hz和150 Hz</p><p>　

78、　x=sin(2 pi 60 t)+sin(2 pi 150 t)：</p><p>　　y=x+2 randn(size(t))；</p><p>　　plot(1000 t(1：50)，y(1：50))</p><p>　　title('Signal Corrupted with Zero—Mean Random Noise3</p>&l

79、t;p>　　xlabel( time(ms)')</p><p><b>　　grid on；</b></p><p>　?。ミM行5l2點的快速傅里葉變換</p><p>　　Y=ft(y，512)；</p><p><b>　?。スβ首V測量計算</b></p><

80、p>　　Pyy=Y． conj(Y)／512；</p><p>　　f=1000"(0：256)／512；</p><p><b>　?。ダL制頻譜圖形</b></p><p><b>　　figure；</b></p><p>　　plot Pyy(1：257))</p>

81、<p>　　title( Frequency content of y’</p><p>　　xlabel('frequency(Hz)’</p><p><b>　　grid on；</b></p><p>　　所得結果見圖5.3和圖5.4。</p><p>　　圖5.3 帶噪聲的原始信號<

82、/p><p>　　圖5.4 傅里葉變換后的頻率分布</p><p><b>　　檢測結果分析</b></p><p>　　我們用磁電式加速度傳感器在現(xiàn)場采集了列車接近及經過時的鋼軌振動信號，其實驗系統(tǒng)框圖，如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 實驗系統(tǒng)框圖</p><p>　　測得的鋼軌振動

83、信號，如圖5.6所示。如圖5.6(a)所示，為長時問序列原始信號波形，在從開始采集至210s之前波形為列車離現(xiàn)場采集點距離較遠時信號；如圖5.6(b)所示，為列車經過傳感器正上方時信號時域波形圖；如圖5.6(c)所示，為列車由遠到近接近傳感器時信號時域波形圖。</p><p>　　圖5.6原始信號時間—振幅關系圖</p><p>　　圖5.6(a) 原始信號時域波形圖</p>

84、<p>　　圖5.6(b) 列車經過傳感器正上方時信號時域波形圖</p><p>　　圖5.6(c) 列車逐漸接近傳感器正上方時信號時域波形圖</p><p>　　對信號時域進行頻譜分析可以得到信號的頻域特征，如圖5.6所示，信號進行頻譜分析可得信號的譜分析圖，如圖4所示。如圖5.7(a)所示，為列車經過前200s功率譜，如圖5.7(b)所示，為列車經過前100秒功率譜，如圖5

85、.7(c)所示，為列車經過前10秒功率譜，如圖5.7(d)所示，為列車經過后10s功率譜。對采集到得260s時域信號每隔5s取2s數(shù)據(jù)進行幅值譜分析與功率譜分析并相互比較和判斷，以提取信號的主要特征頻率，如圖5.8所示。</p><p>　　如圖5.7所示，信號的功率譜中可以明顯的讀出信號在150Hz、245Hz、340Hz、450Hz以及630Hz附近有較明顯的峰值，查數(shù)據(jù)并對比得知，發(fā)現(xiàn)這些特征頻率正好是鋼軌

86、的某些階次固有頻率。在列車經過傳感器正上方時，由于列車自身的復雜的振動對鋼軌振動的巨大影響左右，信號的功率譜較為雜亂難以判別其主要特征頻率。</p><p>　　圖5.7 振動信號頻譜分析圖</p><p>　　如圖5.8所示，特征頻率分量所對應的能量隨時問變化規(guī)律看，各個頻率分量的能量在整個時間軸上的(0～150)s之間分布雜亂，基本上沒有任何規(guī)律可循，但在列車接近前(150～210)s

87、左右至列車經過傳感器上方的時間內能量有逐漸變大的趨勢，并且能夠明顯的看出在列車經過傳感器正上方時各頻率分量的能量有突變的現(xiàn)象產生。</p><p>　　圖5.8（a）150HZ分量</p><p>　　圖5.8（b）340HZ分量</p><p>　　圖5.8（c）450HZ分量</p><p>　　輪軌振動噪聲信號的應用</p>

88、<p><b>　　輪軌方面</b></p><p>　　此系統(tǒng)需要長期的跟蹤檢測，并將其各種數(shù)據(jù)輸入電腦中生成一個數(shù)據(jù)庫。主要記錄并統(tǒng)計在不同軌道，不同車速，不同載重，以及輪軌各部件正常情況下，列車所產生的輪軌噪聲大小。</p><p>　　在監(jiān)測噪聲的時候，調出相應的車速，載重下的輪軌噪聲L，并將新的噪聲與其比較，若在這個安全行車噪聲區(qū)間內就正常顯示

89、；若不在這個安全區(qū)間之中，就報警，提示相關人員作出相應的應對措施。</p><p><b>　　判斷兩車行車信息</b></p><p>　　整理數(shù)據(jù)庫的同時還需要統(tǒng)計，在不同車速，不同載重的情況下，兩車在安全距離，其安全噪聲是多少，如果新采集的噪聲大于安全噪聲L的最大值，發(fā)出警報，提示司機作出檢查，一方面檢查是否處于相同軌道，另一方面檢查列車是同向的還是相向的，再作

90、出相應的對策。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　畢業(yè)畢業(yè)論文即將結束，在這段日子里，我感到了時間的重要性和緊迫性，也鍛煉了自己的心理素質，感想很深。早在論文前期我就收集了大量的資料，并且閱讀了大量的相關文獻，對輪軌噪聲的產生原因及分類、傳感器、MATLAB和輪軌振動噪聲信號的采集與分析系統(tǒng)進行了簡單的了解和分析，并且又重新的溫習了下MAT

91、LAB這個功能很強悍的軟件。目前，理論研究工作已基本完成，但具體情況還需與實際相結合。通過本課題的研究，我得到如下幾點：</p><p>　　一：了解到國內外對輪軌噪聲的研究現(xiàn)狀，并且知道了將來對輪軌噪聲的研究方向。</p><p>　　二：全面的了解了該課題的研究步驟。首先從分析產生原因開始，其次采集信號，處理信號，利用信號。</p><p>　　三：對傳感器，濾

92、波器，放大器，A/D轉換器，D/A轉換器，MATLAB等有了更深的認識，我相信這些一定會給將來的工作上提供很多幫助。</p><p>　　四：雖然論文告了一段落，但是我深知，并且由于時間的緣故，此次的論文還差的很多，尤其是各個章節(jié)的銜接，以及整個系統(tǒng)中很多細小的環(huán)節(jié)并沒有考慮到位。</p><p>　　五：要正式的將其轉換為實際的應用，即真正意義上實現(xiàn)通過輪軌振動噪聲對列車安全運行實時監(jiān)控

93、還是有相當大的距離，但是在今后的工作中，我會繼續(xù)對此研究，爭取為我國鐵路事業(yè)貢獻自己的力量。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本畢業(yè)論文的工作是在xxx老師的悉心指導下完成的，xxx老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和科學的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝這半年來王老師對我的關心和指導。</p><p>　　xxx

94、悉心指導我們完成了畢業(yè)論文，在學習上和生活上都給予了我很大的關心和幫助，尤其是xxx有段時間在周末加班給我們收集資料，進行輔導讓我感觸頗深，在此再次向王老師表示衷心的謝意。</p><p>　　在撰寫畢業(yè)論文期間，xxxx、xxx等同學對我畢業(yè)論文中的材料收集研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激之情。</p><p>　　另外也感謝家人，他們的理解和支持才使我能夠在學校專心完成我

95、的學業(yè)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]雷曉燕,圣小珍.鐵路交通振動與噪聲[M].北京：北京科學出版社，2004</p><p>　　[2]房建,雷曉燕.城市軌道交通列車噪聲預測模型研究[J].城市軌道交通研究，2006</p><p>　　[3]雷曉燕,劉林芽,練松良.軌道交通

96、噪聲計算方法研究[J].噪聲與振動控制,2006</p><p>　　[4]王澤華,隋樹林,唐亞明.基于功率譜平均的列車接近預警系統(tǒng)的研制[J]儀器儀表用戶，2005</p><p>　　[5]劉正平,程蔚,馮召勇,楊衛(wèi)平.基于輪軌噪聲檢測的列車接近報警研究[J].機械設計與制造，2011</p><p>　　[6]杜錦程,薛軍興.基于移動通訊網絡的提速列車接近報警

97、系統(tǒng)研究[J].鐵道機車車輛，2008</p><p>　　[7]劉靜茹,馬筠,張海波.輪軌運行狀態(tài)對輪軌噪聲及振動的影響分析[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保，2010</p><p>　　[8]徐志勝,翟婉明.輪軌噪聲預測模型研究概況及新進展[J].噪聲與振動控制，2007</p><p>　　[9]圣小珍，雷曉燕.歐洲鐵路輪軌噪聲研究概況[J].鐵道工程學報年，2

98、001（6）</p><p>　　[10]房建,雷曉燕,練松良,程小平.鐵路噪聲預測方法研究[J].噪聲與振動控制，2010</p><p>　　[11]楊清雷.基于輪軌激勵聲檢測的列車接近報警系統(tǒng)研究[D]：[碩士學位論文]．中國海洋大學，2005</p><p>　　[12]王昌林.高速鐵路噪聲與振動因素的分析及其對策的探討[J]. 中國學術期刊電子出版社.19

99、94-2008</p><p>　　[13]孫大新，高亮.高速鐵路輪軌噪聲及其控制措施[N].《中國安全科學學報》1995-2006</p><p>　　[14]卜建清，高勇利，袁向榮.減小鐵路振動與噪聲影響的方法[N]. 《鐵道工程學報》2001年第3期</p><p>　　[15]李德軍.淺談鐵路噪聲污染的治理[J].云南環(huán)境科學, 1998,(4):48—50

100、.</p><p>　　[16]ISO/DIS 3095，2 001 Railway application-Acoustics-Measurement of noise rail bound vehicles</p><p>　　[17]ISO/DIS 3381:2001 Railway application-Acoustics-Measurement of noise houn

101、d vehicles emitted by inside rail</p><p><b>　　附錄 一</b></p><p>　　高速鐵路輪軌噪聲理論計算與控制研究</p><p>　　楊新文，翟婉明 (博導)</p><p>　　(1．蘭州交通大學數(shù)理與軟件工程學院，甘肅蘭州730070；</p>&

102、lt;p>　　2．西南交通大學牽引動力國家重點實驗室，四川成都610031)</p><p>　　關鍵詞：高速鐵路；無砟軌道；耦合動力學；輪軌噪聲；有限元法；邊界元法；聲輻射；吸聲板；聲屏障</p><p>　　中圖分類號：U211.5；TB533.2</p><p><b>　　文獻標識碼：A</b></p><p&

103、gt;　　輪軌噪聲是鐵路主要的噪聲源。針對高速鐵路輪軌噪聲輻射問題，綜合運用車輛一軌道耦合動力學理論與噪聲輻射理論，建立高速鐵路輪軌噪聲預測模型，應用數(shù)值仿真的方法研究高速鐵路輪軌噪聲產生機理、輻射特性、傳播規(guī)律以及控制技術。主要研究內容和結論如下。</p><p>　　輪軌系統(tǒng)結構導納和聲輻射效率是預測輪軌噪聲非常重要的2個基礎性問題。運用有限元方法計算分析輪軌系統(tǒng)結構導納特性，在此基礎上運用邊界元方法研究輪軌

104、系統(tǒng)結構的聲輻射效率。</p><p>　　利用程序設計語言FORTRAN95編制輪軌噪聲預測分析系統(tǒng)WRNOISE(Wheel／Rail Noies)，并與已有的輪軌噪聲預測模型. TWINS(Track and Wheel Interaction Noise Sim ulation) ，STTIN(Simulation of Train and Track Interaction Noise) 及實測數(shù)據(jù)進行

105、比較研究。結果表明：WRNOISE預測系統(tǒng)的預測結果，與TWINS模型預測結果基本吻合；比STTIN模型預測輪軌噪聲結果更加精確；與高速鐵路實車試驗測試結果相比較，除個別頻段有差異外，在500—4000Hz頻段內變化趨勢是一致的。</p><p>　　利用WRNOISE預測系統(tǒng)，對高速列車通過無砟軌道區(qū)段時產生的輪軌沖擊噪聲和滾動噪聲進行理論分析，探明車輪扁疤、鋼軌焊縫接頭產生輪軌沖擊噪聲的機理，以及輪軌表面粗糙

106、度激發(fā)輪軌滾動噪聲的頻譜特性、時程特性和聲傳播規(guī)律。結果表明：車輪扁疤和鋼軌焊縫接頭產生的輪軌沖擊噪聲能量主要集中在中高頻段；隨著列車速度的提高，輪軌系統(tǒng)結構缺陷會激發(fā)更嚴重的噪聲輻射；輪軌系統(tǒng)各結構部件對輪軌噪聲的主要貢獻是鋼軌輻射的中、高頻噪聲，車輪輻射的高頻噪聲，軌道板或道床板輻射的中、低頻噪聲；輪軌滾動噪聲頻譜呈現(xiàn)寬頻帶特性，能量主要集中在400—4000Hz范圍內；在距線路中心線5～50m范圍內，輪軌噪聲聲壓級隨著距離加倍而衰

107、減3～6dB(A)，基本滿足有限長線聲源隨距離衰減的規(guī)律。</p><p>　　利用WRNOISE預測系統(tǒng)進行高速鐵路輪軌系統(tǒng)結構參數(shù)的低噪聲化研究。結果表明：在不影響行車安全的情況下，適當?shù)卦黾榆囕嗇棸搴穸龋梢越档?00Hz以上高頻段的車輪噪聲；直型輻板車輪比起S型輻板車輪，能有效地降低在300—1000Hz頻段輪軌噪聲；適當?shù)卦黾愉撥壻|量，可降低鋼軌和軌道板在高頻段的振動與噪聲；軌下膠墊剛度對降低輪軌噪聲輻

108、射影響不大。軌下膠墊阻尼越大，振動能量在向軌下基礎結構傳遞過程中的損耗也越多，對降低輪軌系統(tǒng)振動與噪聲是有利的。對于有砟軌道，軌枕和道床參數(shù)對軌下部件的噪聲輻射影響較大，而對車輪和鋼軌噪聲輻射影響甚微。適當增加軌枕質量、降低道床剛度和增加道床阻尼，可有效地降低輪軌系統(tǒng)的振動與噪聲。對于板式軌道，增加軌道板質量，能有效地降低軌道板噪聲的輻射，從而從整體上降低輪軌噪聲的輻射；采用高彈性模量的CA砂漿，可有效降低軌道板噪聲；對環(huán)境要求較高的高

109、速鐵路，增設板下橡膠墊板，能降低輪軌系統(tǒng)的振動與噪聲。</p><p>　　利用WRNOISE預測系統(tǒng)，研究多孔吸聲板的空隙率、厚度和孔徑對降低輪軌噪聲的影響。結果表明：多孔吸聲板空隙率越大，對輪軌噪聲吸聲效果越好，但太大會降低對高頻噪聲的吸收；吸聲板厚度越厚，對輪軌噪聲吸聲效果越好；吸聲板孔徑在0.2～0.4mm范圍內，孔徑越大，對輪軌噪聲吸聲效果越不利。</p><p>　　運用邊界元

110、法研究聲源的頻率、聲屏障安裝位置、聲屏障結構型式及聲屏障表面敷設吸聲材料等因素對其降噪效果的影響。結果表明：聲屏障對高頻噪聲輻射的降噪效果比低頻噪聲的要好；聲屏障高度越大引起的聲壓插入損失越大；對不同結構型式的聲屏障的吸聲效果，直立型聲屏障的降噪效果最差，圓弧型、倒L型、內傾型次之，A字型、T字型和V字型最佳；聲屏障內側表面敷設低阻抗的吸聲材料，具有良好的降噪效果。</p><p><b>　　附錄 二

111、</b></p><p>　　The oretical Calculation and Control Study on the Wheel／Rail Noises of High Speed Railway</p><p>　　(Abstract of the Ph.D.Dissertation)</p><p>　　YANG Xinwen，ZHAI

112、Wanming (Doctor Supervisor)</p><p>　　(1．School of Mathematics，Physics and Software Engineering， Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou Gansu 730070，China；</p><p>　　2.Traction Power State Key Labora

113、tory，Southwest Jiaotong University，Chengdu Siehuan 610031，China)</p><p>　　Wheel／rai1 noise is the main noise source of railway．The work in this dissertation focuses on wheel／rail noise radiation in high—spee

114、d railway．Based on the vehicle-track coupling dynamics theory and the acoustics radiation theory，a model is proposed to predict wheel／rail noise in high speed railway．Numerical simulation method is used to investigate th