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高速铁路轨道结构的稳定性及平顺性直接影响到高速铁路的运行安全［1］。无砟轨道板作为高速铁路的主要轨道结构，长时间暴露在大气中，在大气温度、太阳辐射、降水及其他环境因素的综合影响下会产生较大的温度应力［2-3］，进而造成混凝土开裂及结构变形，严重影响轨道的几何平顺性，甚至威胁列车安全。准确快速掌握无砟轨道板温度变化，使其在可控的安全范围，是高速铁路行车安全的重要保证。 目前国内对无砟轨道温度场分布做了广泛研究。吴斌等［4］采用统计分析方法研究了高温状态下轨道板温度的日变化规律，并建立轨道板温度场的预估模型。欧祖敏等［5］建立了暴露于大气环境中的高速铁路无砟轨道结构的温度场方程，提出了一种分析无砟轨道结构温度场分布的简化方法。郭超等［6］对严寒地区极端天气条件下无砟轨道板温度场做了数值模拟分析，阐明了严寒地区冬、夏两季极端天气条件下轨道板的温度特性。尤明熙等［7］通过对北京地区CRTSⅡ型板式无砟轨道结构进行温度监测，得出无砟轨道温度场分布和轨道结构各层温度梯度变化规律。刘伟斌等［8］针对某客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道试验段开展了复合轨道板温度场的长期监测，统计分析了温度梯度与太阳日辐射强度、日最高气温等环境因素的相关性，并给出了温度梯度变化回归方程。 以上研究都须事先在无砟轨道上布置热电偶或分布式光纤温度传感器静态测量某一段无砟轨道板的温度，然后进行较长周期的测量工作，通过对所得数据进行建模分析，最终得到无砟轨道板温度场的预估模型。受到铁路天窗点作业时间、温度传感器布设位置、铁路线路结构等因素限制，无法将传感器布满整个轨道，测量周期较长，无法实时获得轨道板横向温度分布。我国铁路里程长、跨越地形复杂，无砟轨道板温度静态测量不便于及时全面对整条线路的轨道板温度与轨道几何不平顺进行研究。 无砟轨道板温度高速动态测量系统以高速综合检测列车［9］为载体，以350 km/h运行速度250 mm等间距动态高速实时检测铁路线路轨道板温度，供高速综合检测列车内部轨道几何检测系统［10］调用，以便及时全面分析整条线路的轨道板温度与轨道几何不平顺的关系。 有趣的是，梅赛德斯-奔驰官方为最新款的C级轿车设定了“新一代”这个定语，考虑到全车超过50%的零件都是全新的，不用“新款”而用“新一代”也算合适的。尤其是考虑到新增的1.5升涡轮增压发动机有48伏智能电机加持，这项重大改变无论是技术还是实际体验层面都很令人期待。相比之下，新一代C级外观所发生的变化更集中在细节方面。 1 基本原理无砟轨道板温度高速动态测量系统基于辐射测温原理。所有高于绝对零度（-273℃）的物体都会发出红外辐射，红外辐射通过光学成像物镜反映到红外探测器的光敏元件上，光电探测器检测和测量辐射，从而获得与物体表面的热分布场相对应的红外热像图，并在辐射与表面温度之间建立相互联系，如图1所示。无砟轨道板温度高速动态测量通过光学瞄准镜头收集无砟轨道板光谱信息，聚焦至探测器，通过探测器转换为电信号，然后进行数据处理获取温度，最终输出电压信号供采集器获取。  图1 辐射测温原理 2 系统设计无砟轨道板温度高速动态测量系统由上位机和下位机组成，上位机安装于综合检测列车内部机柜，下位机安装于车底外部。上位机和下位机之间通过10 m远传线缆连接，数据通信通过以太网完成。系统方案设计如图2所示。  图2 系统方案设计 无砟轨道板的辐射能量经过光学镜头后被聚焦到传感器上，经过红外探测器中二级放大后转换为输出的电压信号。考虑到高速数据采集器的分辨率以及输入量程，需要将红外探测器的输出信号进一步放大，其中红外探测器须由半导体制冷器制冷到-40℃，保证其正常工作。高速数据采集器对放大后的信号进行获取，通过以太网数据线上传到嵌入式计算机中进行处理。上位机和下位机安装距离较远，下位机输出的电压在传输过程中会产生衰减，最后反演计算的温度偏差较大。为保证原始数据的准确性，嵌入式计算机会将处理好的数字信号经过高速数据采集器中的转换模块转化为模拟电压信号，经电压电流模块转换，最终输出4～20 mA的电流信号。在上位机接口端焊接一高精度电阻即可得到采集器所需的0～5 V的电压信号。系统电源组件将220 V交流电分别转换为12 V和15 V直流电，通过远传线缆给下位机的各个组件供电。 3 关键参数3.1 测温响应速率高速综合检测列车以350 km/h速度运行、250 mm等间距采样测量无砟轨道板温度，即4次/m采样测量无砟轨道板温度。理论计算红外探测器响应速率至多为2.57 ms/次。考虑到数据传输和存储时间，红外探测器响应速率设计为1 ms/次。 3.2 测量波长根据维恩位移定律，黑体的辐射最大值对应的峰值波长λm与绝对温度T的乘积为一固定常数，即  峰值波长与绝对温度具有反比例关系。当温度为333 K（60℃）时，λm大约为8.7 μm；当温度为233 K（-40℃）时，λm值大约为12.4 μm。 由维恩位移定律计算得出的理论测量波长在8.7～12.4 μm。此测量波长范围是光学系统设计的理论指导，而实测波长范围因受辐射测温光学机械结构、探测器响应速率等因素的影响略有不同。物体辐射能随着波长的变化连续变换，所以测量波长及其对应的峰值波长略有不同不会影响辐射测温的灵敏度。 3.3 信号放大倍率由普朗克定律可知黑体的辐射能量随温度的降低而减少。在-40～60℃的温度范围内，探测器能够获取目标的辐射能量非常低，因此得到的探测器输出电压值很小。经理论计算，在-20℃以下电压每变化0.3 mV温度就变化1℃。经过计算16位的模数转换器电压转换精度为0.15 mV，因此不能直接将探测器输出的电压用于反演计算。须将探测器输出电压放大40倍。经理论计算，在-20℃以下电压每变化11.5 mV温度变化1℃，可用于反演计算。信号放大电路如图3所示。其中：R1～R6为匹配电阻；Ui和Uo分别为放大电路输入电压和输出电压；V为放大器的供电电压；U1，U2分别为一级和二级放大器的输出电压。 构建问卷时，充分考虑社会距离对行为的影响。以情景1和11为例，社会距离对泰国留学生使用直接请求言语行为策略和我们想象的有所不同。照常理，社会距离越近，越容易实施直接请求言语行为，但调查结果显示，社会距离较近的反而更多使用间接请求策略，而社会距离较远的反而更多使用直接请求策略。深入探讨发现，在泰国高等社会地位主要有三级。一级：国王，二级：和尚，三级：长辈和老师，对这三级给予崇高敬意。因此即使对自己的祖父，社会距离亲近，依然惯用间接请求策略。  图3 信号放大电路 4 系统温控逻辑系统下位机关键器件适宜的工作环境温度为20～40℃。系统温控逻辑如图4所示。其中，TEC（Thermo Electric Cooler）为热电制冷模块。下位机内部环境温度低于15℃时，启动恒温加热片工作。当箱内温度在15～30℃时，制冷器和加热器都不工作。温度高于30℃时制冷器开始工作，其额定电压为直流12 V，制冷功率可达60 W。  图4 系统温控逻辑 5 试验及分析5.1 测温精度试验及分析基于无砟轨道板材料制作无砟轨道板靶标［11］，无砟轨道板靶标与无砟轨道板温度辐射特性一致，搭建无砟轨道板靶标动态试验台（图5），调整轨道板靶标、轮速盘与测温系统的相对位置，使测温系统通过轮速盘通光孔瞄准轨道板靶标中心。设置轮速盘以350 km/h的线速度转动，调整无砟轨道板靶标温度，使之稳定在-40℃，打开测温系统采集无砟轨道板靶标温度。升高靶标温度，每隔一定温度记录1次数据。数据包括靶标自身温度和测温系统测量的靶标温度。  图5 无砟轨道板靶标动态试验台 测量精度试验结果见表1。可以看出任意温度点处的测温误差均小于2℃。 表1 测量精度试验结果 ℃  无砟轨道板靶标自身温度-40.0-32.6-27.2-18.4-9.5-0.9 9.0 16.3 24.2 33.3 40.4 46.6 54.7 60.8测温系统测量的靶标温度-40.5-33.3-28.1-19.6-10.6-1.2 9.3 16.6 24.3 33.1 40.2 46.5 54.7 61.1测温误差-0.5-0.7-0.9-1.2-1.1-0.3 0.3 0.3 0.1-0.2-0.2-0.1 0 0.3 5.2 环境温度试验及分析将测温系统移至高低温试验箱内，电源通过试验箱预留的接线孔（直径5 cm）接出。调整高低温试验箱温度，使之稳定在-30℃。打开测温系统，持续工作8 h，并记录测温系统的输出电压，判断测温系统是否正常工作。调整高低温试验箱温度，使之稳定在30℃。打开测温系统，持续工作8 h，并记录测温系统的输出电压，判断测温系统是否正常工作。 东亭的人们此时才发现，其实不光去东湖难，去博物馆去美术馆以及上东湖路，都不再容易。快速路把所有进出路口都封死，整条马路只有东湖宾馆出行方便。东湖宾馆是贵地，以前毛主席喜欢住在这里。中央客人和省里官员也都喜欢住在这里。路是为他们修的。东亭满街哗然过后，便只有沉默。 新城的道路交通设计往往为了避免交通拥堵问题而将道路尺度放大，造成道路层级不明确的现象，道路功能发生紊乱的突出表现就是机动车主导道路空间，非机动车与步行者由于道路层级过高或尺度不当造成的舒适度差而选择通过机动车或公共交通出行。新城道路交通问题的另一突出表现为新城规划与城市轨道交通规划建设缺乏有效衔接。由于交通建设部门与新城建设部门条块分割，新城的商业中心、公共服务中心建设与已有的交通、快速公共交通枢纽站点综合开发之间也存在脱节现象[5]。 按照所述流程，在±30℃两个温度点下分别进行2次试验，共记录4组数据，见表2。可以看出：测温系统工作稳定，采集电压符合轨道板靶标辐射特征，测温系统可在±30℃的极限环境下正常工作。 木材检查站的临时雇请人员柏河和徐北风，躲在公路转弯处的草丛中，见有车辆的灯光照来，两人马上伏下身子，观察动静。 表2 环境温度试验结果  测温系统输出电压/mV时间/h第2次652.32 656.07 654.98 653.95 653.42 653.97 655.83 652.35 654.72 30℃第1次653.45 654.52 654.88 655.01 654.99 653.91 652.39 655.46 653.17-30℃第1次-1 260.79-1 258.98-1 249.79-1 260.90-1 263.23-1 262.81-1 257.41-1 259.64-1 255.60 0 1 2 3 4 5 6 7 8第2次-1 260.62-1 256.19-1 253.88-1 251.38-1 258.61-1 262.73-1 256.15-1 259.12-1 257.23 6 结论无砟轨道板温度高速动态测量系统基于辐射测温原理，通过设计测温响应速率、测量波长、信号放大倍率等关键参数和系统温控逻辑，高速有效采集轨道板微辐射能量。经无砟轨道板靶标动态试验台测试及验证，无砟轨道板靶标温度在-40～60℃时，测温系统可在350 km/h速度条件下250 mm等间距准确测量无砟轨道板靶标温度，且测量误差小于2℃。 参考文献 ［1］王树国，王璞，赵磊，等.高速铁路工务工程前沿基础理论与科学问题——轨道系统与运维机制［J］.铁道建筑，2018，58（11）：5-12. ［2］刘少飞.CRTSⅢ型板式无砟轨道层间离缝原因分析［J］.铁道建筑，2017，57（4）：106-109. ［3］何元庆.温度梯度荷载作用下CRTSⅡ型无砟轨道层间离缝分析［J］.铁道建筑，2017，57（4）：102-105. ［4］吴斌，刘参，曾志平，等.CRTSⅡ型板式无砟轨道温度场特征研究［J］.铁道工程学报，2016，33（3）：29-33. ［5］欧祖敏，孙璐，程群群.高速铁路无砟轨道温度场简化计算方法［J］.浙江大学学报（工学版），2015，49（3）：482-487. ［6］郭超，陆征然，吕菲，等.严寒地区CRTSⅡ型无砟轨道板温度特性研究［J］.铁道工程学报，2016，33（9）：29-34. ［7］尤明熙，高亮，赵国堂，等.板式无砟轨道温度场和温度梯度监测试验分析［J］.铁道建筑，2016，56（5）：1-5，9. ［8］刘伟斌，王继军，杨全亮，等.高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道温度梯度试验研究［J］.铁道建筑，2015，55（3）：103-106. ［9］刘琨，梁志明，王建国.高寒高速综合检测列车［J］.铁道车辆，2018，56（5）：29-31. ［10］王琰.GJ-6型轨道检测系统几何测量不确定度及准确度研究［J］.铁道建筑，2017，57（11）：110-113. ［11］王琰，刘维桢，王昊，等.无砟轨道板靶标：ZL 2018 2 1206392.7［P］.2019-02-12. |
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