接触式工程测量（共12篇）
接触式工程测量 篇1
摘要：接触式测量法在表面形貌的测量上应用广泛, 具有操作简单、直观可靠且通用性等优秀特征, 实际应用中效果明显。但其应用中存在一定的技术缺陷, 本文就缺陷进行分析, 并探究微恒力技术在改善接触式表面轮廓测量缺陷中的原理及方案选择。
关键词：接触式表面轮廓测量仪,磁力学,微恒力技术
工件表面特征测量时工业生产中重要的工序之一, 在众多测量仪器中, 接触式表面轮廓测量仪的应用较为广泛, 但在接触式表面轮廓测量仪使用过程中存在一个重大的技术问题, 也就是测头接触力难以掌控的问题[1]。为解决这一问题, 磁力学基础下提出的微恒力技术逐渐被提出并应用与该测量系统当中, 对解决仪器测头接触力的掌控起到了重要作用。
1 接触式测量法及存在的技术问题
在工业生产中, 工件表面测量时常采用接触式测量方法, 这种方法属于最基本的表面轮廓测量方式, 该方式的测量原理通常都采取杠杆原理, 实现传感器与杠杆的非触针端间接或直接接触, 利用传感器实现触针位移信号与电信号之间的相互转换, 再经过计算机的分析处理, 即可得出工件的表面轮廓特征。
实际工作测量中, 可能会根据工件表面情况采取不同的测量方法, 而不同的方法存在各自的优缺点。接触式测量仪所利用的触针通常由金刚石构成, 或由其他坚硬度较高的材料制成, 在测量时触针的针尖在接触表面形成轨迹, 从而勾画出表面轮廓信息。在这一过程中, 触针需要同被测量的工件表面接触, 为了保证测量较深的沟槽或凹坑, 且保证测量过程触针移动速度更快, 就必须确保接触力够大。
而测量力的大小可能会造成测量表面发生形变, 影响触针与表面的接触。同时, 接触力过大, 可能造成触针划入测量工件的表面, 形成划伤。因此, 在高精度测量或者软表面工件测量中, 接触式测量仪并不适用[2]。
若能够解决接触式表面测量仪的测头力恒定问题, 将会使这一测量方式得到更广泛的应用, 且能提升测量结果的精确性, 由此可见, 研究接触式表面轮廓测量触针接触力的恒定控制至关重要。
2 微恒力技术在接触式表面轮廓测量系统中的应用
为了实现对接触式表面轮廓测量方法中就触针接触力控制的技术难题, 通过分析相关理论知识发现, 电磁学中的磁场与电流的相互作用将会产生磁力, 而恒定的电流与恒定的磁场将产生恒定的磁力, 将恒定的磁力应用于接触式表面轮廓测量仪中, 则可以实现对触针接触力的恒定控制。具体设计如下:
2.1 微恒力技术磁力系统的磁路方案
根据磁场与电流相互作用的磁力原理, 结合接触式表面测量仪测头部分的基本工作原理, 触针在测量过程中会随着表面起伏而发生运动, 而要控制触针接触力的部分肯定需要与触针相互接触, 并能与触针同时运动, 所以为了取得运动中的恒定接触力, 就需要控制磁场中的电流, 保证穿过电流的磁场强度始终恒定。因此, 恒定的磁场成为微恒力技术磁力系统磁路方案设计的选择方向。
恒定磁场设计需要保证磁感线方向不发生变化, 磁场大小适中, 需要线圈中的电流不发生变化的情况下, 保证线圈中的磁力很定, 则可实现磁力的可控。
我们较为熟悉的很定磁场便是U型磁铁周围存在的磁场, 在U型磁铁两级之间, 磁场可被看作均匀磁场, 并且磁场方向与两极垂直, 如图1所示。
如果有恒定的电流垂直纸面而穿过磁场, 就会在导线上产生稳定的磁力。由于磁场强度和方向的很定不变, 所以移动过程收到磁场力将始终保持恒定, 将这一磁场设计方案应用于接触式表面轮廓测量仪的改进中, 将实现对触针接触力的恒定控制。但因只有在U形磁铁的部分区域存在均匀的磁场, 其他区域磁场并非恒定, 为了实现恒定的磁力, 就需要合理设计通电导线, 使其绕成砸, 并套在磁铁的单一磁极上, 这样就会使部分导线始终处于均匀磁场范围内。但由于另外部分会始终存在于非均匀磁场中, 所以会对磁力的方向和大小造成影响, 无法保证磁力的稳定性[3]。根据这一问题, 我们让磁场处于通电导体中, 通电导体的电流维持恒定, 相当于产生稳定的磁场, 虽然磁场并不均匀, 但只要能保证某个区域维持磁通量恒定, 而电导体长度比此段区域长, 区域外磁通量与区域内磁通量小, 则线圈无论如何运动, 都会保证存在很定的有效电流, 穿过有效电流的磁通量不变, 则确保了线圈上的力维持恒定。
2.2 磁路设计
由设计可知, 磁力线穿透性好, 用已知的磁路来求磁场相对容易, 但要根据已知的磁场来获取最佳磁路则相对困难。但我们可以通过了解磁的特征, 设计可行的、想要的磁路。除需要根据结构与形式的差异来确定磁路的种类。最简单的两种磁路分别是串联磁路和并联磁路。并联磁路的磁体磁势不改变, 磁能增加;而串联磁路磁体的磁通不变, 磁势增加。由于磁铁的形状已经固定, 不会轻易改变, 并且磁铁并不能产生需要的最佳磁场, 所以可采取面极式磁路, 但其缺点为需要要求较高的永磁铁。通过综合磁路结构磁场难以控制问题, 最终提出环形磁极方案, 该方案的优势在于, 气隙中的磁场处于上端导体位置, 线圈纵向深度足够大时磁场最强, 其他区域可忽略不计, 从而通过线圈中磁通量的恒定来实现线圈中磁力的很定。
3 总结
接触式表面轮廓测量系统中采用微恒力技术将有助于实现对触针接触力的很定控制。这一过程设计复杂的磁力学原理。本次研究对微恒力产生的磁路方案与设计进行分析, 最终选取了环形磁极方案, 并简单分析选择的全过程, 期望为今后的研究提供参考。
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接触式工程测量 篇2
受连云港市自来水公司的委托和授权，连云港市自来水深度处理改
造一期工程-臭氧接触池桩基工程由连云港市建设监理有限公司实施监理，监理阶段为施工阶段监理，监理工作内容为：施工质量、进度、投资控制，合同与信息管理，现场施工内部关系协调。
一、工程概况
本项目由连云港市自来水有限公司投资，上海市政工程设计研究总院设计，江苏连云港地质工程勘察院负责地基勘察，桩基工程由连云港金柱桩基工程有限公司负责施工，项目经理郝云生。
本单体包含臭氧接触池、提升泵房、臭氧发生器间、鼓风机房及配电间等部分，其中提升泵房与臭氧接触池合建，为半地下室水池结构，上部叠建臭氧发生器间，为现浇混凝土框架结构。构筑物抗震设防列度为7度，按8度采取抗震构造措施，抗震等级为二级，结构设计安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，地基基础设计等级为乙级。
本工程以废黄河零点为基准，臭氧接触池采用预应力混凝土管桩，锤击桩，开口型桩尖，共297根桩，桩型为PC-400（90）AB-C70，设计桩长分别为8m、9m。2009年5月7日正式开工，2009年5月20日施工完成。
二、监理机构、人员及设施情况
桩基部分共配置4名监理人员，其职务及分工为：总监理工程师：黄耀琦，土建监理工程师：孙志刚、于守江，土建监理员：叶飞。
针对本项目特点及工程监理需要，本项目投入了经纬仪、水准仪、工程检测尺、照相机、电脑及打印机等必要的监理设施和常规检测设备。
三、监理合同履行情况
1、质量控制
本项目实行总监理工程师负责制，项目监理组依据国家批准的工程建设文件，现行建设工程相关法规、验收标准、施工合同、监理合同、施工图纸等为依据进行严格监理。
在监理工作三大控制目标中，监理组始终把质量控制目标居于首位，并按照监理规范要求，针对本工程特点，监理组首先编制的监理规划，并报经业主批准，根据批准的监理规划，并根据项目进展情况，编制了监理实施细则。在监理工作过程中，监理组严格按照监理规划和监理细则进行监理，在质量控制中，监理组主要做了如下具体工作：
（1）严格控制施工方的质量保证体系
监理组进场后及时协同业主组织召开了第一次工地会议，并在开工前首先依据该项目招标文件、施工合同等条款要求，重点审核承包商主要管理人员和特殊工种的资质和上岗到位情况，其次监督施工方质量管理和质量保证体系的建立实施，监理过程中重点监督承包商开展“三检”工作，确保在健全的质保体系下进行施工。
（2）严格审查施工方案，争取主动控制
在监理过程中，首先要求施工单位呈报施工方案，方案经监理组审核同意后，方可进行施工，同时监理人员严格按照经批准的施工方案进行控制和跟踪，通过加强主动控制，减少工序施工质量不合格而返工现象，从而达到质量和工期目标。
（3）严格控制原材料质量
严格控制进场原材料质量，并实行见证取样制度；所有进入施工现场的原材料、半成品均要求施工方提供合格书、质保书。
（4）严各控制过程施工质量
在施工现场，监理人员积极跟机旁站，从桩机就位、桩管起吊、插管、压管、接管、送桩和桩机终压表读数几个连续施工过程，来严格控制静压桩成桩质量。
桩基施工完成后，委托连云港市质量检测中心做低应变及静载检测、实验情况：静载检测3根桩，其承载力均满足设计要求。小应变检测149根桩，均为Ⅰ类桩。
(5)强化验收控制
监理组在加强事前、事中控制的同时，更加注重事后工序质量的验收，每一工序、分项、分部工程施工结束，必须进行验收报验，坚持上道工序不经专业监理人员验收签证合格，决不投入下道工序施工。
由于采用了以上控制手段，本项目质量目标已按照合同目标完成。
2、施工进度控制
本项目开工前监理组对施工方申报施工进度计划、施工组织设计方案进行审核，并对现场资源配备是否协调或可行进行审定。施工中坚持每周例会制度，对施工进度进行动态比较，发现偏差及时要求施工方调整，确保进度计划和施工实际进度一致。
本单体桩基工程2009年5月7日开工，2009年5月20日全部施工完成，实际工期与合同工期基本一致。
3、投资控制
对于投资控制，监理人员首先对工程施工图纸、施工合同等进行全面熟悉，明确费用最易突破的部分，严格各类费用签证，对各类费用签证做到实事求是。
4、安全管理
本项目地处六合区中心，监理人员坚持定期或不定期进行安全检查，确
保安全施工无事故发生，在建设单位大力支持，施工方的努力配合下，项目从开工到竣工基本未发生安全事故。
四、总结：
接触式工程测量 篇3
摘 要：开展了基于运动目标图像跟踪法的拉索索力测试研究.在拉索上布置目标测点，用摄像机获取单个及多个目标的振动图像序列，利用背景差分法进行运动目标检测，基于卡尔曼滤波法对运动目标进行跟踪，获得拉索多个目标测点的振动位移时程曲线，进而利用频率法求解拉索索力.实验结果表明，与加速度传感器的结果相比，摄影测量法测试结果可信，是基于频率的拉索索力测试方法的有效发展与补充.
关键词：索力测试；摄影测量；非接触测量；目标图像跟踪；卡尔曼滤波
中图分类号：U446.1 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2015）11-0105-06
拉索是索结构桥梁的重要承重构件，有必要在施工及运营阶段对其工作状态进行检测与评估.
传统的索力测试包括油压表法、压力传感器法、磁通量法和振动频率法.油压表测定法和压力传感器测定法一般适用于在建桥梁拉索张拉时的索力测定；磁通量法尽管在长期监测、非接触测量、传感器维护成本等方面有优势，但在初期费用投入、安装便利性等方面仍有待加强.当需要对运营阶段桥梁的
拉索进行索力测试时，频率法几乎是唯一选择.
近年来数码摄像技术有了长足发展，基于摄影的测量技术已引起国内外土木工程领域的重视.2007年，Chang和Ji[1]研究了用摄像机测量拉索振动的基本方法，包括相机校准、目标点的跟踪与对应、测点动位移获取、拉索振动频率抽取等；2008年，Ji和Chang[2]研究了基于摄影测量的拉索振动位移无目标测试技术.该技术用Canny边缘检测法对采集对象进行图像处理，通过无量纲长度匹配技术，能在不需标定目标的情况下，测量拉索的振动频率及幅值.实验室试验和现场测试结果较好；2008年，Ji和Chang[3]研究了利用光流法对测量对象进行无目标识别，可在不需进行目标标定的情况下，测量拉索的振动频率与幅值；2011年，Kim等[4]研究了基于图像法的建筑结构多点位移响应测量，并用摄影测量结合频率法，测试了一座悬索桥的索力值；2012年，Chien和Hong[5]在不使用任何人工目标的情况下，运用数字图像跟踪测试技术量测斜拉索的振动.该法利用索的直线边界，将其边缘线的中点作为伪目标点进行图像处理，得到索的振动位移时程及其振动频率.2014年，Ribeiro等[6]发展了非接触桥梁动位移测试系统，取得了15 m距离0.1 mm，25 m距离0.25 mm的测试精度.
可以看出，基于摄影测量的结构振动测试作为一种非接触测试方法，主要用于不便设置基准点的结构动位移测试，对动位移时程进行频谱分析可获得结构振动频率.这给传统的基于频率的索力测试方法增添了一个新的选择.
本文研究基于非接触摄影测量的索力测试方法.在拉索上布置目标测点，通过摄像机获取单个及多个目标与时间相关的振动图像序列，应用背景差分法进行运动目标检测，并基于卡尔曼滤波法对运动目标进行跟踪，进而获得拉索目标测点的振动位移时程曲线，最后利用频率法求解拉索索力.这一方法的最大优势在于操作简单、成本低，不需要安装传感器，且能同时跟踪多个测点.本文通过2个实验将该法与传统的频率法测试结果进行了对比.
1 运动目标检测
运动目标检测是将图像序列中的目标从背景图像中分割出来，检测效果直接影响后续目标跟踪的精确性.本文采用背景差分法[7]进行运动目标检测，进而对二值化后的差分图像进行形态学处理.
背景差分法是选取参考图像作为背景图像，并用当前图像与背景图像相减来检测运动目标.设参考图为：I.1（x，y），一幅包含有运动目标的图像为I.2（x，y），记两图像之差为：
2 卡尔曼滤波
卡尔曼滤波是由数学家Kalman在1960年提出的一种最优的数据递归处理算法，常用于运动估计.它以一个预测方程和一个校正方程为基础，运用递归方法对动态系统的状态序列进行线性最小方差误差估计.它只用当前帧的观测值和前一时刻的估计值，利用预测和校正方程，来预测新的估计值.
应用卡尔曼滤波器对运动目标进行实时跟踪包括以下4个步骤：滤波器初始化、预测、目标匹配和状态更新.
初始化：分别设置目标初始速度、P和Q初值.
预测：由预测方程预测运动目标在当前帧中的运动状态和误差协方差.
目标匹配：设定一以n×1维状态向量为中心的区域进行搜索，寻找该帧图像内的最佳匹配区域.
状态更新：根据实际的测量值与先验估计值，通过卡尔曼滤波器进行状态更新以获得后验估计值，并重复以上步骤.
该算法对运动目标的跟踪效果良好，可克服小噪声干扰，减小特征匹配的搜索范围[8-9].图3为卡尔曼滤波器对一振动拉索上安装白色圆形标识的跟踪过程.由图可知，即便在采集的图像较为模糊的情形下，白色标识仍能够被准确跟踪识别.拾取标识的圆心坐标变化就可得拉索的振动时程响应.
3 索力计算
通过上述步骤对目标进行实时跟踪，可得到图像序列中每一帧图像特定目标点中心的振动时程响应.使用快速傅里叶变换（FFT）对该点的位移响应进行频谱分析，可得到该目标的振动频率.
4 实验测试
为了验证基于摄影测量拉索索力测试方法的精度及实用性，在实验室做了2个实验.实验1：用POINT GREY数字工业摄像机FL3-GE-13S2C-C获取图像，它能以31 fps的采样速度获取480×640像素的图像，该实验对应单一目标.实验2：用普通手机（Apple iPhone 4S）的摄像头，以24 fps的采样速度获取1 920×1 080像素的图像，该实验为多目标.两实验结果均与东京测器的DC-204R动态应变仪测试结果和安装在锚固区的压力传感器测试结果对比.
试验时，在实验室两基座间张拉一根预应力钢绞线，计算长度为10.37 m，由7根直径为5 mm的钢筋组成，公称直径为15.2 mm，截面面积为139 mm2，每延米理论质量为1.101 kg，并用千斤顶施加5～10 kN不等的张拉力.在钢绞线跨中位置贴上目标，并将摄像头对准，调好焦距，确保钢绞线上的目标能完整地被摄像头拍摄到，且在振动过程中不会超出视频范围.现场实验设置如图4所示.
4.1 实验1：单目标测试
在钢绞线上贴一个目标，并用POINT GREY数字工业摄像机记录钢绞线在不同张拉力下的自由振动情况，如图4所示.利用基于卡尔曼滤波的目标检测技术得到目标点位移时程及频谱分析结果，如图5所示，前四阶振动频率测试结果见表1，其中索力计算结果利用实验得出的基频由式（15）计算得到.
可以看出，基于摄影测量得到的拉索振动频率与索力和由加速度传感器所得到的结果相比，误差均在2.7%以内，可以满足一般的拉索索力测试要求.
4.2 实验2：多目标测试
实验时，在钢绞线上贴上大小、形状不一的3个目标，用手机同步采集多个目标的振动视频图像.图6为多目标测量时连续5帧图像的跟踪结果；目标点位移时程及频谱分析结果如图7所示；前四阶振动频率及索力计算结果见表2，其中索力计算结果由式（15）得到.
结果表明，摄影测量能同时跟踪多个目标的振动，不同目标的各阶模态测试频率相近，索力测试误差在2.7%以内，且不同形状的目标对实验结果无明显影响.在实际应用中，基于摄影测量的非接触测试方法可拓展到多根拉索的索力测试，大大提高工作效率；在测试索体上布设多个目标点，可以测试索体振动模态；实验2仅用手机摄像头就能较精确测试拉索振动频率，使得索力测试过程更为方便.
5 结 论
高精度摄像机的发展和普及使得摄影测量在土木工程中的应用变得更为便利.本文研究了摄影测量在拉索索力测试中的运用.用普通摄像头或者手机进行图像采集，得到图像序列，这些图像序列经过二值处理和目标追踪检测，即可得到目标的位移时程图，最后利用频率法求解拉索索力.这一方法最大的优势在于操作简单、成本低、不需要安装传感器，且能同时跟踪多个测点.
通过2个实验验证了该方法的精确性.测试结果表明，该方法与传统加速度传感器测试结果误差较小，实验结果误差均小于3%.实验采用的摄像头为31 fps，640×480像素和24 fps，1920×1080像素，可以预见，如果采用分辨率更高、采样速度更快的摄像头，测量精度及适用范围将值得期待.本文提出的方法还有一个优势，即可以同时采集多个目标位置的位移响应，提高测试效率；通过多台摄像机的测试、图像融合及模态识别技术，可获取拉索的振动模态.因而，基于摄影测量的拉索索力测试方法是传统频率测试法的补充与拓展.下一步将研究摄影测量技术在实桥拉索索力测试中的应用.
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接触网过渡工程方案及实施 篇4
现就成都北编组站施工过程出现的一些过渡工程的种类、方案及实施做一个简单论述, 以此为以后出现的类似工程提供借鉴。
1 线路换侧引起的接触网过渡工程
线路换侧地段, 由于新建线路与既有线路相连接, 部分既有接触网支柱影响新建线路的行车安全, 线路拨移前需对新建及既有接触网进行临时过渡施工, 确保线路换侧后线路正常运营。
为了保证新建线路的正常铺设, 同时维持既有接触网原状, 确保既有线路的行车安全, 需预先拆除部分既有接触网支柱。既有支柱的拆除可采用如下过渡方案。
(1) 线路拨移量较小地段, 尽可能利用新建支柱, 在新建支柱上安装长腕臂或平腕臂 (对侧面限界不大于4.2 m的支柱均可采用平腕臂作过渡) , 将既有接触网倒装至过渡腕臂上, 拆除影响线路铺设既有支柱及其腕臂悬挂装置。
(2) 线路拨移量较大地段, 在既有支柱对侧设置单根腕臂支柱作过渡。
(3) 线路拨移量较大且无法设置单根支柱的特殊地段, 可设置软横跨支柱作过渡 (区间采用H170支柱) 。
(4) 受地形限制无法设置软横跨支柱的地段, 采用双线路腕臂作过渡。如图 (42#) 、 (43#) 、 (44#) 因新建线路影响需拆除, 既有支柱对侧由于公路影响无法设置软横跨过渡支柱, 只有在既有支柱后侧设置双线路腕臂支柱作过渡 (如图1) 。
线路拨接前新建接触网必须架设到位, 架线前应预先设置过渡锚柱。为了尽可能地利用既有接触网, 降低工程成本, 同时方便线路拨接时新旧接触网顺利对接, 过渡锚柱尽可能地设置在线路拨接口。同时, 考虑锚柱尽可能利用既有支柱。
2 桥梁铺架引起的接触网过渡工程
成都北编组站增建二线需铺架大量的桥梁, 桥梁的铺架往往从区间既有线路插入过渡道岔, 或从车站牵出线引出一段临时线路, 并与新建线路相连接。另外, 桥梁的拼装需占用邻近车站部分线路或区间新建线路。
(1) 为方便桥梁铺架机的进出, 拆除定位装置, 采用铁线提升既有接触网, 并临时固定。根据现场情况, 若整个锚段不影响行车安全, 可事先对该锚段两端下锚处进行卸载 (拆卸5～10块坠砣) , 若该锚段部分区段影响行车运营, 则在桥梁作业区段以外, 采用“逐步降导法”, 始终保持既有接触网坡度在3‰～5‰之内, 缓慢降低接触网导高, 并最终与既有接触网导高一致。
(2) 绝缘距离不足的施工区段, 应在作业范围两端对既有接触网安装绝缘子串进行电分段, 并悬挂接触网终端标志牌。
桥梁铺架引起的接触网过渡工程示意图如图2所示。
3 车站 (线路所) 封闭引起的接触网过渡工程
为满足铁路运输要求, 随着增建二线的开通, 既有线路上部分车站需封闭取消, 接触网需更换线材并提前架设。
车站封闭取消, 站线接触网型号与正线设计型号不符需拆除。为减少线路拨接时施工强度, 提前架设新建接触网, 采用铁线临时抬高固定。为确保行车安全, 新架接触网高出既有接触网2 0 0 m m以上。
利用封锁施工点, 对新建接触网采用“逐段降低、逐段调整”的方法进行调整, 对调整区段既有接触网采用铁线临时抬高 (2 0 0 m m) 。新旧接触网相交区段按照“锚段关节”形式进行过渡调整, 并安装过渡锚段电连接 (如图3) 。
以此类推, 逐段调整新建接触网, 最终全部利用新建接触网, 减少拨接封锁点内架线、组装、调整等工作量, 最大限度地减少接触网工程与站前工程交叉作业干扰。
4 车站站改引起的接触网过渡工程
车站改造是成都北编组站增建二线工程中最为复杂、最为困难的工作。在站改过程中, 接触网工程存在各种各样的过渡工程。
4.1 站场岔改引起的接触网过渡工程
由于复线的引入, 车站咽喉区需插入新建道岔, 部分既有道岔需拆除, 站场部分站线有效长度需延长, 并且部分地段站线线路中心也随之改变等。总之, 车站咽喉区为接触网过渡工程最为集中, 也是过渡类型最为复杂的地段。在设计方案时尽可能考虑永临结合的原则, 合理布置支柱位置, 减少过渡工程数量。
咽喉区接触网过渡工程主要表现在如下几方面。
(1) 新增道岔采用单根混凝土支柱作过渡, 支柱可设置在线路外侧或两线之间, 支柱的设置应一次到位, 避免发生二次过渡。对于大限界道岔, 采用软横跨或双线路腕臂作过渡;另外, 软横跨设置相对较为密集的地段, 利用相邻软横跨悬挂承力索, 采用长定位管对道岔接触线临时定位。
(2) 为配合线下铺轨工程施工, 部分接触网支柱应尽量提前拆除。
(1) 软横跨支柱的拆除, 新设单侧过渡软横跨支柱, 另一侧利用既有软横跨支柱, 软横跨采用接长的方法临时固定在新设软横跨柱上, 接触网维持原状。
(2) 单根支柱的拆除, 利用既有或新建软横跨增设节点, 临时悬挂新建接触网。
(3) 特殊地段, 接触网工程考虑二次拆迁过渡。如既有 (1 8#) 、 (2 0#) 因新铺3道线路影响需提前拆除, (17#) 、 (19#) 道岔分别采用G 1、G 2单根支柱作过渡, 由于G 1、G 2支柱影响Ⅱ道开通, 需进行二次拆迁 (见图4) 。
4.2 既有设备影响引起的接触网过渡工程
成都北编组站改造接触网本身存在大量过渡工程, 尤其在施工较为集中的车站。
(1) 因既有接触网拉线影响, 新建支柱无法立杆。采用的过渡方案主要有:尽量改移既有拉线下锚角度, 但夹角不超过3°, 确保拉线不影响新建支柱;改移既有接触网下锚位置 (尽可能利用邻近既有支柱) , 拆除下锚拉线。在站场咽喉区两端下锚较为集中的地段, 设计部门应考虑支柱容量及网部安装方式, 以便施工时调整支柱限界, 避免拉线干扰。
(2) 既有接触网与新设支柱绝缘距离往往不足, 需对下锚绳或中锚绳安装绝缘子串进行电分段。
(3) 新架接触网往往与既有接触网同时存在, 并在某些部位相交。为保证接触网工程的正常进行, 同时不得影响既有行车安全, 采用“道岔”方式进行调整作过渡, 并安装线岔和电连接。
4.3 正线接触网架设引起的过渡工程
车站新引入的正线通常较长, 且接触网架设需多次穿线, 占用线路时间较长, 给铁路运营造成相当大的压力。在成都北编组站施工实践中, 曾尝试将正线锚段分为两段分开架设。如图5所示, 新建Ⅱ道正线全长1.7 K m, 在Ⅱ道中间设置G 1、G 2过渡支柱, 将Ⅱ道整个锚段平均分为两段, 分别架设并在G 1、G 2支柱上临时下锚, 架设完毕对接新架接触网, 最后拆除过渡锚柱, 这样大大缩短了施工“天窗点”时间。
4.4 既有接触网超载引起的接触网过渡工程
车站改造前, 新建接触网与既有接触网常悬挂在同一组软横跨上, 大大增加了设计负载。为确保支柱安全可靠, 需增设单根过渡支柱, 对邻近接触网进行卸载, 并拆除软横跨上悬挂节点。
4.5 站线延长引起的接触网过渡工程
车站站线延长需新架接触网, 在封锁拨接点内将新旧接触网对接, 并对拨接区段接触网进行调整, 最后拆除部分既有接触网。它是站场拨接改造重要环节, 直接关系到车站改造成功与否。成都北编组站站改过程中采用的一种过渡方案为:完全利用既有站线接触网, 在拨接封锁点内平行拉移既有接触网至设计线路中心位置, 不需另外单独作过渡。
经实践证明, 以上采用的施工过渡方案。提前对接新旧接触网, 并采用“锚段关节”或“道岔”形式作过渡, 为拨接施工创造了良好条件。其结果直接减少了拨接封锁点内投入的施工劳力和机具, 也大大增强了接触网安全运营系数。其采用的具体过渡方案可分为如下几步完成:
第一步:在拨接口处设置过渡锚柱, 新架站线延长部分的接触网, 并在过渡锚柱上临时锚固。
第二步:对接新旧接触网 (两次) , 如图6所示。
(1) 线路向曲内改移地段, 接触网对接后形成交叉形式, 采用“道岔”方式进行调整, 对交叉处安装线岔和电连接。
(2) 线路向曲外改移地段, 接触网对接后平行相邻, 采用“锚段关节”方式进行调整, 并安装电连接。
第三步:拨接封锁点内, 根据作业时间长短, 既有站线接触网可暂时保留 (利用其它施工点拆除过渡工程) , 大大减少施工作业量。
接触式工程测量 篇5
我国原有铁路干线的建设形式主要是单线，其不仅存在波度过大、安全性较低和曲线半径过小的问题，同时随着运能和运速需求的不断增长，已经逐步表现出吃力的现状。将单线改建为双线，减小或降低道床坡度，删减原有的小半径曲线是目前铁路建设所要面临的主要问题，而经过一系列的施工改造之后铁路的运速已经有最初的6 0 k m / h提升到1 0 0～2 0 0 k m /h，这对于我国的经济建设和国民出行均有着重要的意义。
1 施工改造特点及重难点
1.1 施工改造特点
我国对于接触网改造的提出是由国家铁路局提出的，其主要目的是在提高既有铁路运输能力的同时，加强电气化铁路的设备更换和技术改造，具体特点包括新旧网并存、多专业同时施工、抢工现象严重和停电天窗占用频繁等。对于新旧网的并存在很长一段时间内是不可避免的，主要原因包括行车现状的影响和线网统一更换的投入较大，所以一定要做好新线延伸率、参数配合选择和电气连接安排等问题。而多专业同时施工和抢工现象严重均与停电天窗的占有有关，目前我国接触网施工过程中的停电天窗时间约为1 h，而为了避开对线路施工的干扰通常在最初的5～1 0 m i n内之内做简单的准备工作，这就导致施工时间的压缩和交叉施工、抢工现象的频发。
1.2 施工改造的重难点
对于接触网施工改造的重难点分析可以从施工前期、中期和后期等三部分进行分析，首先,对于施工前期的重点在于熟悉现场、编制详细的施工计划和进行施工任务的细分等，其中熟悉现场是一些工作开始前提和基础，所以应该建立责任意识和进行好自我监督。而对于施工计划的编制其难点在于可行性的确定和探讨，只有在可行的基础上才能保证方案的顺利实施。此外施工计划的难点还包括对网上准备工作的划分和尽早安排，同时还要以线路计划为基础做好线路开通、更换岔道或拆除股道等工作的时间安排。
其次,对于施工中期的重难点包括强化现场协调、充分利用封闭点、严格执行分时作业和采取必要过渡工程等几方面，其中现场协调是保证施工顺利进行的关键，也是控制过程中的难点，由于任务量的大小差异和各专业间的施工差异较难把握，所以通常应该选择责任心强和有协调经验的人员进行组织。对于封闭点的充分利用和严格执行分时作业是保证工期顺利完成的关键，其难点在于如何加强施工人员的时间观念和尽量创造条件形成无电区等，而如果每个工序都能够按照时间节点的设置顺利完成，必然会促进封闭点工程的顺利进行。
2 施工改造问题及流程
2.1 施工改造问题
虽然接触网改造可以有效提供铁道的运输能力和行使速度，但是其同样存在着较多难以避免的问题，按照产生原因的不同可以简单分为施工管理问题和技术问题等两方面。首先就施工管理中存在的问题主要包括施工组织干扰较大、施工方案配合不合理、施工成本较大和施工材料供给不足等。其中对于施工组织之间的干扰主要是因为接触网改造施工工作量较大，线路中的人员配置和安排过于秘密，通常存在线上与地面施工同时进行的现象，这样不仅会导致相互之间的干扰，同时还会增加按点开通的困难程度和安全隐患的增加等问题。此外针对施工技术而言还存在专项技术的攻坚等问题，就属于我国繁忙干线改造的2 0 0 k m/ h陇海铁路郑州至徐州段而言，其不仅成功实现了恒张力零预留的架设，同时还根据架设过程中出现的预留长度过长问题，提出了接触线延长接续架设施工技术。该技术中预设张力的选定原理可以根据下式F m a x=1.2 2 5×10 - 2 g l 2/ T来表示，其中F和T分别为最大弛度和接触线水平张力，g 和l分别为导线密度和跨距。借助研习日本、德国、法国等先进国家的技术资料，总结出实际的施工中镁铜合金及铜绞线的预设张力选择应该为设计值的6 0 %～8 0 % 和4 0 %～6 0 %等，导线和承力索架设张力分别为10 和8 K N。而对于施工方案配合的不合理主要表现在对于现场实际情况掌握的不及时以及对各专业特点考虑的不充分等。
其次对于接触网改造存在的技术问题而言通常包括施工误差、停电困难及磨耗加速等，对于施工误差产生的原因为技术人员的施工经验不足，对改造线路中的过渡情况重视性不够，支柱基坑的位置在确定之后没有与设计单位进行确认和审定。停电困难主要体现在天窗点的占用方面，通常接触网在进行改造的过程中需要与供电调度部门进行协调，避免对行车造成影响，而这方面沟通工作的不顺畅或矛盾是导致这一问题出现的主要原因。再者对于磨耗加速主要指的是接触线，其产生的主要原因是站改线路中硬弯的增加，通常在线路铺通之前只能利用邻近线路架线车架线或人工架线，使得线路的张力过小无法满足实际需求。
2.2 施工改造流程
接触网的施工改造通常包括施工准备、方案确定、过渡施工和正式施工等四个环节。
3 施工改造优化对策
3.1 创新管理
施工管理不仅是项目顺利运行的关键，同时也是判断和评价项目运行合理性、科学性与有效性的关键，创新的施工管理不仅能够使施工质量得到有效的提升，同时还可以使接触网改造施工的工期、封闭点等安排更加切合实际和精细。要想从真正意义上实现管理的创新，首先要从树立和转变管理理念开始，目前我国的接触网改造施工管理存在较大程度的临时性，施工管理人员的安全和职能机构的配置不完善，分工不明且职责不清。鉴于改造工程中涉及较多沟通与协调工作的事实，未来的施工管理创新可以从建立和完善三级管理网络开始，也就是按照工程的实际特点成立工程队、段指挥部和处指挥部，前者主要负责专业施工的组织管理，而后两者则应对管理任务和职责进行进一步的划分，由段指挥部负责与施工段内的管理单位、各施工单位及站段进行协调，而处指挥部只要负责与建设单位及设计院等部门进行协调和管理。前者是管理创新的基础，而后两者必须要为前者提供和营造良好的外部环境，从而保证施工组织的顺利进行和施工工期的保障等。除此之外还应树立用户至上和以质量为中心的管理理念，真正将接触网改造施工的任务实现和工程优良作为管理的终极目标。
3.2 创新技术
随着电子信息技术的不断发展以及其在我国各行各业应用程度的不断加深，对于接触网改造施工而言也应该积极引入和推广网络技术的应用，并对施工改造的全过程进行科学、准确的控制。首先可以应用网络技术对施工计划进行检验和制定，接触网改扩建施工不仅会受到停电天窗点及连续行车需求的限制，在实际的组织过程中还会出现各施工单位或专业相互交叉与干扰的现象，如何准确地把握信息的变化和及时地做好全方位调整是施工计划制定面临的主要问题。而网络信息技术的引入不仅能够帮助工程技术人员进行各类信息的收集、整理和贮存，同时还能对现场的实际工况进行及时的反馈和动态监控，这就为施工计划的调整、优化与改进提供了有力支持和科学依据。其次是对施工进度的控制，由于我国铁路运输推行的是昼夜连续运输模式，在进行改造施工的过程中不仅时间紧迫，对于各专业协调施工的进度控制要求更是严苛，因施工计划不合理或认为因素造成的进度落后或施工缓慢现象屡见不鲜。如果将网络技术应用和推广到该环节中，不仅可以对施工计划中的每一地段、区间、线路及站点进行详细的进度网络图规划，同时还能将所有的`影响因素进行综合分析和排除，确保施工进度的准确性和有效性。
3.3 创新工艺
由于铁路接触网改造施工的特殊性，虽然在实际的施工过程中积累了宝贵的实践经验，但是从整体的行业标准建立和施工工法体系完善等方面仍存在着较大的缺陷，施工人员很难做到客观和统一，这就要求工程技术人员在对接触网改造施工进行研究的过程中应该注重施工工艺的创新。在对施工工艺进行创新之前，首先要明确其实施的主要目的，也就是针对施工中可能遇到的操作要点、注意事项及关键问题等进行总结，以最经济和最快速的施工组织设计和工机具安排达到改建的要求，为日后其他项目的施工提供参考和借鉴。其次要明确施工工艺创新的主要环节及方面，对于接触网改造而言其中点主要集中在接触悬挂更换、支柱装置改造、下锚补偿改造、软横跨改造等环节，而对于新建或改建项目而言则主要集中的设备安装、支柱安装、基础浇制和拉线安装等方面。最后就是明确施工工艺创新的流程，第一要在施工之前成立施工工艺创新开发小组，对整体的创新目标进行分阶段和划分和统筹管理;第二就是对接触网改造施工工艺进行系统的调研，并编制出详细的初稿;第三就是在施工实际中检验初稿的准确性，并进行动态的调整，在总结成功经验的基础上完善施工工艺的创新，并在日后的工作实践中进行推广。
4 结语
接触式工程测量 篇6
关键词： 高中信息技术 接触式教学 教学应用
高中信息技术是一门实用性极强的学科，但是教师在教学过程中往往忽视这一点，这对于学生掌握或应用信息技术是非常不利的。从长远角度分析，教师应该改变以往的教学策略，将接触式教学逐步融入信息技术教学中，对学生给予有效的指导，从根本上提升高中信息技术教学质量。
一、接触式教学简介
接触式教学是全新的教学模式，所谓接触式教学，主要是指教师将教学内容全部展示给学生，然后让学生有选择性地学习，从而主动判断所学知识。接触式教学模式具有非常明显的特征：第一，自然性。在教学活动中，教学相对而言比较轻松，学生无须在高压强迫下学习，而是通过自由形式对接触过的教学内容择优选择，根据自身意愿合理恰当地学习信息技术知识，从某种意义上而言，学生在与知识的接触过程中碰撞出“火花”；第二，自主性。学生在与信息技术密切接触之后确定自己所学内容，而选择的基本诉求是基于自身兴趣的基础，这样能够提高学生的学习积极性，获得更好的学习效果，突出课堂主人翁的地位；第三，挑战性。在择选信息技术学习内容后，教师要发挥自身的职能作用，积极鼓励学生探索知识，深层次地挖掘，从而挑战自我，掌握更多的知识。
二、信息技术教学中接触式教学手段的运用
（一）构建主体课堂
接触式教学模式的应用在某种程度上改变以往较落后的教学形式，学生更积极主动地投入学习中，课堂教学中学生具有主导权，而且能培养学生的发散性思维，实践与理论操作密切结合，这样能够保障学生真正掌握教学内容。接触式教学在高中信息技术教学中的应用能够真正彰显学生的主体地位，具体表现在两个方面：第一，以学生为主体构建。例如在《信息的储存》教学中，教师在设计导入时选择生活中的小故事，教师想做电子相册，目的是记录学生的成长，而在电子相册制作过程中缺少背景图片与音乐，然而教师遇到储存困难，要求学生以小组合作为基础讨论网络上如何储存图片及音乐，教师在教学过程中通过两个任务让学生掌握信息的储存；第二，信息技术实践性。接触式教学模式更注重学生技能的培养，增加学生动手实践的机会，灵活应用所学知识。目前来说，很多高中信息技术教学设备配备不足，导致学生实践操作的机会较少，促使学生不能有效掌握学习内容。
（二）图像信息采集教学
接触式教学在高中信息技术教学中的应用效果显著，尤其是在图像信息采集与加工中的应用，让更多的学生对信息技术学习产生浓厚的兴趣，并且获得极大的成功。在图像信息采集与加工教学中，主要涉及的教学内容有：音频、视频、图像等信息的加工，这一章的教学内容相对而言较简单，只涉及简单的图片处理，学生独立操作，而且是以PhotoShop作为软件操作。上述教学前提下，教师教学该内容时通常不会涉及实践操作，而是以理论教学为主，这在某种程度上对于学生知识的掌握应用是非常不利的。接触式教学模式的应用可以有效避免上述弊端的发生，教师安排教学时可以让学生自由选择加工图像，他们可以依据兴趣爱好自由选择，表达主题信息。学生在掌握图像采集及属性分类之后，对于图像加工具有浓厚的兴趣，这样可以提高学生学习的积极性，以更好的状态迎接挑战，也许很多学习内容的出发点存在差异性，但是他们的目标是一致的，课堂学习气氛良好，这在某种程度上可以促进信息技术教学课堂教学质量的提升。与此同时，学生实践能力得到提升。接触式教学手段的应用为高中信息技术教学带来福音，学生通过接触更好地掌握信息技术，而且能带着兴趣学习，这无疑是获得教学效果的有效动力，因此，高中信息技术教学应该灵活应用接触式教学，继而促进教学质量得以提升。
（三）构建小型局域网教学
在高中信息技术教学中构建小型局域网属于教学重点内容，根据课程标准要求，学生需要通过实地考察，继而确定如何构建小型局域网，而且了解其使用方法，明确其服务器作用，知道其工作原理。除此之外，学生不仅要掌握上述理论知识，更要明确具体的实践操作，接触式教学手段可以让学生实施实践操作。具体教学步骤如下：第一，视觉上接触。依据课程标准要求，学生进入计算机房，查看学校整体网络布局，并且了解组建局域网所需的硬件；第二，听觉上接触。教师在课堂教学中简单介绍校园网的组建，还有相关的使用方法，为学生提供系统详细的理论知识构建，使其在大脑中对于相关知识有一定的认知；第三，思维上的接触。教师给予网络环境，设置教学任务，然后要求亲自动手操作，构建小型局域网，对其需求进行全面的分析，进行相关硬件的选择；第四，操作上接触。由于课堂教学有限，学习动手实践的时间基本在15min～20min，进行简单的局域网构建。在教学机房中，教师给予路由器，同时还提供交换机，学生以小组形式进行实践操作，基本上每三五人为一组，实践内容涵盖以下方面：网络软件、硬件、网络协议等，在教师的指引下，学生在短时间之内构建局域网。接触式教学模式的应用还在不断探索中，教师在日常教学中需要累积经验，在之后的教学中不断完善，促使高中信息技术教学获得更好的教学效果。
总体来说，接触式教学手段在高中信息技术教学中的应用已经是必然趋势，学生根据自己的喜好优先选择学习内容，以更好的状态掌握信息技术内容，并且更好地应用所需知识，进一步促进高中信息技术教学取得更好的效果。
参考文献：
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[2]宣震.探究高中信息技术课程中进行有效教学的策略[J].中国教育技术装备，2013（02）.
[3]周怀盛.基于学生兴趣培养的高中信息技术教学过程优化探究[J].甘肃科技纵横，2013（02）.
[4]石焱丹.高中信息技术教学中合作学习的有效性探究[J].才智，2013（18）.
电气化接触网土建接口工程 篇7
1 路基基础接口
新建线路由于路基宽度均已限定为标准宽度, 接触网支柱在路基横断面中位置及接触网支柱宽度均已限定。由于路基宽度已限定, 接触网基础一般采用机械化施工的钻孔灌注桩基础, 基础设计由接触网专业配合房建专业完成, 基础施工由路基专业实施。接触网基础设计应考虑轨道各种外轨超高及根据相关要求确定基础顶面至内轨轨面的高度值H, 全线H值应统一。不管是否存在线路坡度, 基础面均应保持水平。接触网支柱预留基础顶面应高于路肩面。基础地脚螺栓的外露部分长度根据安装需要确定, 且均应有螺纹。基础内螺栓的预留应保持铅垂, 并应与基础水平面垂直, 螺栓顶部偏离垂直位置的距离误差不应大于1 mm。
2 桥梁基础接口
根据桥梁类型不同, 接触网支柱基础设置位置有所不同。简支箱梁及连续梁设置于桥梁面上, 简支T梁设在桥墩上。
接触网支柱在简支箱梁及连续梁横断面的位置及接触网支柱宽度均已限定。支柱基础一般位于桥墩附近4~12 m处, 尽量避免设置在梁跨中部。拉线基础一般设置于距下锚支柱基础7~8 m处, 下锚拉线基础与下锚支柱基础应位于同一片梁上, 中间不得有伸缩缝隙。
接触网支柱在简支T梁桥墩上设置时, 支柱基础距线路中心距离可由接触网专业与桥梁专业沟通确定, 但应满足侧面限界不小于3.1 m的要求。接触网一般采用无拉线下锚, 应特别注意根据各项目技术方案及气象条件对桥梁专业提出下锚柱预留要求, 并要求其反馈相关结果。
桥梁专业根据接触网设计要求具体设计预留与接触网支柱法兰相容的地脚螺栓, 以便后期安装接触网支柱及下锚拉线。每根基础地脚螺栓的外露部分长度为190~220 mm, 且均应有螺纹。
3 隧道基础接口
隧道内接触网基础接口一般采用预埋槽道或螺栓的方式。根据现阶段新建铁路实施情况, 预埋槽道方式能较好地满足接触网上部的安装要求。隧道内接触悬挂跨距一般≤50 m, 如采用预埋槽道方式, 接触网隧道内跨距需根据各隧道工点台车工作长度进行调整。接触网上下行悬挂点错开布置, 接触悬挂下锚、附加导线对向下锚、中心锚结下锚装置对齐布置。槽道预留需根据各项目隧道断面进行预留设计。350 km/h隧道断面内接触网关节及下锚处不需开挖扩大断面;250 km/h隧道断面内接触网绝缘关节及下锚需结合隧道断面进行设计, 如有必要则需对隧道专业提出扩大断面要求。
4 路基沟槽管洞预留
接触网供电电缆上网、上下行回流线 (PW线) 并联需由路基专业设计过轨方案, 并由路基施工一体化实施。接触网过轨 (及配套手孔) 预留应结合信号专业扼流圈设置位置进行确定;预留过轨位置应避免与集水井设置位置冲突;站场内综合管线设置, 接触网过轨预留设计注意与信号扼流圈位置及变电控制电缆过轨配合, 避免相关专业过轨位置冲突。电气化过轨管材质应选用非磁性材料。所有过轨管道预埋时, 管道内应预留两根Φ2.0 mm镀锌铁丝, 以便后续电缆铺设。
5 桥梁电缆爬架、锯齿槽孔预留
变电所 (亭) 处供电电缆上网及控制电缆上桥, 需在桥梁翼沿板上网支柱处设置预留孔, 在梁缝间设置锯齿槽。一般在预留孔最近的桥墩上和桥梁上预留爬架槽道。当预留上网电缆孔位于水中的桥梁上时, 需在靠近牵引变电所侧最近的没有水的桥墩上预留爬架槽道, 并在相邻梁跨上预留爬架槽道至上网预留孔处。
6 电气化闪络保护接地
电气化回流、闪络保护和等电位接地系统, 包括接触网受电弓闪络保护接地区域内的结构金属通道, 除闪络保护金属通道引出至综合地线的接地套筒及其连接件外, 均为电气化闪络保护接地工程范围。
7 接口管理和质量控制
接口工程特点是多方参与、多专业协调、多方位推进、多工种交叉作业的系统性工程。接口管理是为明确各方分工, 科学有序地全过程控制好接口质量而必需进行的管理工作。接口管理工作的相关方必须承担起各自的职责和义务, 不得以任何理由或借口推诿应该承担的职责和义务。
为更好的控制接口工程质量, 在设计阶段应做好接口工程标准化设计并制定严格可控且易于实施的误差控制标准, 工程实施阶段应严格按照施工图纸要求进行施工, 监理监督到位, 实现施工质量有规可循, 有据可查。
8 结束语
接触网土建接口工程是接触网工程的前期实施部分, 其实施质量直接影响到后期接触网安装能否达到要求。而接触网质量与机车高速通行及行车安全紧密关联。在工程设计阶段应考虑接口的合理性和可实施性, 施工阶段应严格保证接口实施质量及精度, 以保证接触网接口工程标准化、高质量的实施。
侯显洪:中铁第四勘察设计院集团有限公司, 助理工程
师, 湖北武汉, 430063
一种铁路接触网激光测量系统 篇8
铁路接触网担负着从牵引变电所所获得的电能直接供给电力机车使用的重要任务,它的质量和工作状态直接影响着电气化铁路的运输能力[1~3]。对其检修和维护,首先要进行有关参数(导高、承力索高度、接触网和承力索高差、外轨超高、拉出值、跨距等)的测量。随着铁路大规模提速以及高速铁路的建设,要求对接触网参数测量的速度不但要快,而且要更精确[4]。
目前国内在铁路接触网方面的测量方法主要有两种:
1)吊杆与卷尺相结合的测量方法;
2)激光测距仪与光学观察系统相结合的测量方法。
吊杆与卷尺相结合的测量方法,测量时间长,精度低,需要进行人工记录和计算;激光测距仪与光学观察系统相结合的测量方法,只能在轨平面垂直方向测量而不能在轨平面水平方向测量,即只能测量俯仰方向角度而无法测量方位方向角度,从而限制了对轨距、跨距、建筑侧面限界等参数的测量。
分析以上两种测量方法的优点和不足,根据接触网检修和维护的实际需求,本文研究了一种利用距离传感器、角度传感器、位移传感器、CCD摄像机和嵌入式数据处理系统进行铁路接触网参数测量的新方法,开发了一种高性能的接触网测量系统,不仅可以测量接触网的导高、拉出值、接触网和承力索高差、外轨超高等参数,而且可以测量轨距、跨距、侧面限界、红线等参数。整个测量系统操作简便、对各个参数的测量速度快、精度高。
1 系统的硬件组成及工作原理
系统的硬件部分由测量仪、CCD摄像组件、显示及操作面板组成、测量架,如图1所示。
测量仪用来测量目标的距离、方位角度和俯仰角度参数,它主要由半导体激光器、测距发射和测距接收部分、方位角度测量光栅和俯仰角度测量光栅等组成。
CCD摄像组件用来对测量目标进行观察和瞄准,它主要由物镜和CCD组成,其中物镜的焦距和口径根据观察目标的距离和大小来确定,CCD采用高分辨率像素以使目标的成像更清晰,从而减小瞄准误差。
显示及操作面板用来显示测量目标和测量参数信息,显示屏为3.5英寸液晶屏,在面板上布局各种操作按钮,可实现对不同参数的测量和对测量数据进行保存、删除、导出等操作。
测量架用来支撑测量仪并实现和铁轨的测量定位,测量架上有位移传感器和倾斜传感器,位移传感器用来测量轨距,倾斜传感器用来测量轨平面相对大地水平面的夹角。
系统工作原理:如图2所示。把测量系统安装在铁轨上,通过旋转测量仪的高低和水平向,使测距的激光点可以精确地瞄准测量目标。测量系统瞄准光轴和激光测距光轴同轴,同时在显示屏上有十字分划,十字分划和测距激光点校为重合,则十字分划的中心压住接触网线的中心时即为精确瞄准,此时通过操作面板就可对各个参数进行测量。
1.测量仪;2.CCD摄像组件;3.显示及操作面板;4.测量架
A点是测量目标点,A'是A点在轨平面内的投影,B点是A'在两铁轨中心线上的垂足,D点是测量基准点,O是D点在铁轨1上的垂足,α是A'D和DO的夹角,β是DA和轨平面夹角。利用三角形的边角关系计算出AA'(导高)和A'B(拉出值)等参数;再利用不同点的导高、拉出值,可以计算出水平间距、垂直高差及偏移角度。利用位移传感器测量轨距,结合倾斜传感器,便可测量出外轨超高。用光栅进行高精度角度测量,相位激光测距仪进行目标距离高精度测量。其中观察光轴、激光测距发射和激光测距
接收光轴三轴重合,确保测量数据的准确性。
2 测量数学模型和误差分析
测量接触网参数所用到的数据:位移传感器电阻值,倾斜传感器的角度值,测距仪的距离值和光栅的角度值。
位移传感器电阻值:5 KΩ,对应距离555mm;倾斜传感器的角度:范围[-10~+10]°,精度1′;测距仪测量的距离L:范围[0.5~70]m,精度ΔL为2mm。
光栅的角度值:和轨平面垂直向夹角β,在轨平面内的角度α;精度Δβ、Δα为2″。
2.1 目标点在轨平面内的投影和基准轨的距离计算公式为:
其中L//为目标点在轨平面内的投影和基准轨的距离;L为测距仪测量目标距离;α为目标点在轨平面内的投影和基准轨法线夹角;β为目标点和轨平面夹角。
公式(1)误差传递公式为:
当α、β为0时,ΔL//值最大:
由公式(3)知,目标点在轨平面内的投影和基准轨的距离误差主要由测距仪的误差传递影响。
2.2 导高的测量
接触线的导高计算公式为:
其中H为接触线的导高;L为测距仪测量的目标点距离;β为目标点和轨平面夹角。
如上同理,
2.3 拉出值的测量
测量要求范围:(-600mm~600mm),一般默认测量位置在铁轨左侧。
计算公式为:
其中D为拉出值;L为测距仪测量的目标点距离;α为目标点和基准轨法线夹角;β为目标点和轨平面夹角。
同理可得出,当α、β为0时,ΔD值最大,
3 系统的软件部分
系统软件是专门为图像采集显示工业控制终端定制的一套软件解决方案,采用自下而上的层次化分析和构建方法,把整个系统的软件划分为操作系、设备驱动层与应用软件层,采用嵌入式linux操作系统作为应用软件的运行环境。
嵌入式系统是嵌入式操作系统和数据处理程序运行的平台,进行各种参数测量的操作控制和计算,同时对测量目标在CCD上的图像进行采集并显示。
根据外部具体接口设计接口驱动,系统应用软件具有以下几个功能:
1)提供友好的人机界面功能,用户能够方便的进行操作;
2)实现图像采集显示功能;
3)可对数据信息进行记录、存储和导出。
软件部分的工作流程为:观察通道CCD图像经采集卡传给主板CPU,经处理后传给显示屏显示;传感器测量500mm处线岔间距、轨距和倾角,测量仪测量导线的斜距和角度等参数,传感器和测量仪测量的参数传给嵌入式主板ARM9 CPU进行数据处理,得到测量项目的参数,并把有用的数据保存起来,然后利用电子报表自动生成系统进行数据的归类统计,形成标准电子文档。
4 测量系统的不确定度分析
把接触网激光测量系统放在标定的标准轨上,对标定的接触网的高度和拉出值进行测量,按照JJF1059-1999对测试结果的不确定度分量进行分析和评定,结果可得出其测量精度为±5mm。
系统的不确定度来源主要由测量重复性、环境、测量目标位置差异和标准器引起。
4.1 测量重复性引入的不确定度分量
在标准轨的固定点,装上测量系统,进行测量,然后取下测量系统,这样重复10次类同的操作测量,测得10组数据如表1所示。
H是接触线高度;L表示拉出值。
根据贝塞尔公式计算出标准偏差:SH1=0.83,SL1=0.37。
4.2 环境引入的不确定度分量
在标准轨的固定点,装上测量系统,对接触线高度连续10次测量,测得10组数据如表2。
同理可计算出标准偏差为:SH2=0.63,SL2=0.28。
4.3 测量目标的位置差异引起的不确定度分量
在标准轨的固定点,装上测量系统,对准接触线,进行测量,每测量完一次,在重新对准接触线,同样步骤进行10次测量,测得10组数据如表3。
同理可计算出标准偏差为:SH 3=0.5 1,SL3=0.28。
4.4 标准器引入的不确定度分量
在测量时,用10m卷尺,准确度为II级,用其测量标准铁轨,在轨距1435mm距离上的误差为:Δ=0.2*1.435=0.287mm。由此引入的不确定度分量为:SL4=0.287mm。
试验用0.02mm/m水平仪校正标准铁轨上的平面,按最大量程轨距1435mm计算,带来的误差为0.0287,由此引入的不确定度分量为:
SH4==0.0287mm,SL5=0.0287mm。
4.5 合成标准不确定度
各不确定度分量为独立分量,不存在相关性,则合成不确定度为:
相关的数据带入计算可得:SH=1.2,SL=0.61。
由此可得出接触线高度和拉出值合成不确定度3SH和3SL分别小于5mm,因而该测量系统满足精度±5mm误差要求。
5 结束语
作为接触网测量中心任务之一的接触网几何参数自动测量已引起国内外有关专家的极大关注。本文介绍了一种距离传感器、角度传感器、位移传感器、单CCD摄像机和嵌入式数据处理技术实现对铁路接触网参数的激光测量系统。相比国内目前的几种测量方法,这种测量系统原理正确、精度高达±5mm、速度快、测量的参数全,测量数据可自动生成电子报表格式。它将被广泛应用于铁路接触网的日常检修和维护中,对高速铁路的正常运行产生极其重要的作用。
参考文献
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[3]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都:西南交通大学出版社,2001.
接触式工程测量 篇9
辽宁某食品开发有限公司移地改扩建100万头生猪屠宰熟食加工项目,拟采用国际先进的生猪屠宰、精细分割、熟食加工生产线,达到欧盟及美国卫生标准,提升辽宁的肉类加工水平,为市场提供真正“绿色、安全、营养”的放心肉。按照“三同时”的要求,对生产过程中产生的污水进行处理,修建一座污水处理站,根据调研考察情况及食品开发公司提供的污水排放数据,确定污水量为2 000 m3/d。
2 工艺流程
废水通过排水管网收集后首先通过粗、细两道格栅,去除大块血块、内脏等固体废弃物,保证后续处理设备正常运行;经过格栅后废水自流到隔油沉淀调节池,在此调节水量,均衡水质,为后续处理提供稳定的废水;调节后的废水经过泵提升后,进入气浮装置,去除水中细小悬浮颗粒、浮油及非溶解性有机物等;经过预处理的废水自流进入生物接触氧化池,生物接触氧化池出水中含有脱落的生物膜以及废水中带入的无机悬浮颗粒,必须经过二次沉淀池进行泥水分离;二次沉淀池排出的清水除大肠菌群超标外,均已达到排放标准,所以清水必须经过消毒处理,本工程采用二氧化氯对出水进行消毒;消毒后出水完全达到排放要求,经排污口排放。
气浮装置及二次沉淀池排出的污泥,汇集于污泥池,由高压泵进入板框压滤机进行污泥脱水,脱水后污泥外运填埋,压滤液回流至隔油沉淀调节池。污水处理工艺流程图见图1。
3 进水水质
进水水质指标见表1。
mg/L
4 出水水质
出水水质指标见表2。
mg/L
5 主要工艺设计参数
1)格栅渠。
格栅渠内设粗格栅(栅距20 mm)、细格栅(栅距10 mm)各1台,格栅安装倾角为75°,清渣方式为自动机械除渣,电机功率为0.40 kW。
2)隔油沉淀调节池。
有效容积为850 m3,水力停留时间为10 h,池内设2台潜污水泵(一用一备),流量100 m3/h,扬程15 m,功率8 kW。
3)气浮装置。
采用1台加压溶气气浮机,设计处理水量为100 m3/h,功率为0.40 kW。
4)生物接触氧化池。
生物接触氧化池为半地下钢筋混凝土结构,有效容积为1 350 m3,水力停留时间为16 h。曝气系统采用膜片式微孔曝气器,生物填料采用组合填料。池内设4台潜水硝化液回流泵,两用两备,流量为30 m3/h,扬程为7 m,功率为1.5 kW。采用罗茨鼓风机2台,一用一备,风量为24.43 m3/min,功率为37 kW,风压为6 m。
5)二次沉淀池。
二次沉淀池为半地下钢筋混凝土结构,外形尺寸为ϕ10×4.5 m,池边有效水深为3.5 m,池内设1台中心传动刮泥机,直径为10 m,功率为0.55 kW。
6)接触消毒池。
接触消毒池为地下钢筋混凝土结构,有效容积为43.5 m3,接触时间为30 min。采用二氧化氯消毒,投加量为1 500 g/h。
7)污泥脱水。
污泥经螺杆泵(流量为20 m3/h,扬程为80 m,功率为11 kW)送进厢式压滤机,压滤机过滤面积为60 m2,功率为1.5 kW。絮凝剂采用PAC,全自动投加,投加量为30 mg/L。
6 结语
1)本工程总投资为300万元,水处理成本为0.8元/t。
2)该工艺设备简单、工程造价低、运行成本低、可操作性强、实施简单,废水处理后可完全达标排放,适合屠宰废水的治理。
参考文献
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[4]R.E.斯皮思.工业废水生物技术[M].北京:中国建设工业出版社,2001.
超声波测量接触刚度的研究进展 篇10
机械系统是由各种零件按照一定的要求组合起来的,零件之间相互接触的表面称为机械结合面,简称结合面或接触面,这些在微观上是粗糙的接触面使机械系统不再具有连续性。机械系统的力学性质不但与零件本身有关,还与零件之间的连接性质有关,结合面的存在使得机械系统性能的分析和预测变得复杂。机械结合面的性质和建模方法的研究是目前机械系统性能分析和预测的关键问题。
近年来,利用超声波测量粗糙结合面的接触刚度的方法已经引起了广泛关注,本文对超声波测量结合面的接触刚度的研究现状进行回顾,介绍该技术的原理、方法和成果,并展望今后的研究工作。
1 超声波测量接触刚度的理论模型和影响因素
用超声波测量接触刚度时,在有实质性接触的区域,超声波将从接触面透射过去;在没有真正接触的区域,超声波将在接触面上发生反射,如图1所示,其中,I表示入射波,R表示反射波,T表示透射波。反射波的振幅与入射波的振幅之比称为反射系数R,透射波的振幅与入射波的振幅之比称为透射系数T。超声波的波长远大于微凸体接触尺寸时,透射系数和反射系数与接触刚度有关,利用反射系数或者透射系数与接触刚度的函数关系,通过实验测出反射系数或者透射系数后可以计算出接触刚度。
1970年Manolov[1,2]提出用超声波研究粗糙表面的接触问题。1971年Kendall等[3]对表面粗糙的钢板和冲头之间接触性质的研究表明,当超声波的波长远大于微凸体接触尺寸时,接触表面的透射系数是接触刚度的函数,超声波在相同材质的粗糙接触表面的透射系数为
式中,ω为超声波的频率;ρ为材料的密度;K为接触刚度;A0为冲头的横截面积;c为波速。
从式(1)中可以看出,透射系数和接触刚度成正比,接触刚度不仅与超声波的频率有关,还与接触面积、法向接触压力有关,接触区越大,法向施加的载荷越大,接触刚度就越大。
1973年Tattersall[4]用准静态的分布弹簧模型(图2)研究了超声波在粘接面上的反射情况,其中两个接触表面都是理想弹性体的表面,通过分布的无质量弹簧传递载荷,两个弹性体之间的耦合强度用弹簧刚度表示,推导出超声波的反射系数计算公式为
式中,Z1、Z2分别为上下材料的声阻抗。
Tattersall的研究从理论上推导了粘接面上超声波的反射系数,该理论后来被广泛用于检测结合面的接触刚度,是超声波测量接触问题的基础模型和理论依据之一。
Tsukizoe-Hisakado模型[5,6]是Tsukizoe和Hisakado于1965年提出的一种研究粗糙接触面的接触性能与微凸体的轮廓形状、接触区数目、接触间隙之间关系的理论模型。1980年Haines[7]将Tsukizoe-Hisakado模型与利用超声波研究粗糙表面接触问题的Kendall-Tabor模型[3]相结合,用于预测接触刚度,发现超声波的反射率和透射率与法向接触压力和表面参数有关。Haines还尝试用横向超声波验证自己的粗糙表面接触模型,但是失败了。
1981年到1985年Wooldridge[8]、Arakawa[9]和Minakuchi等[10]开始了用超声波研究接触的实验工作,他们测得的接触刚度不超过1.5GPa/μm,并且认为应该使用频率低于10MHz的超声波进行测量,对于更高的接触刚度需要应用更高的频率,但是更高频率的超声波衰减严重,只适合对超声波衰减低的试样进行测量。
1984年,Baik等[11]在Tattersall[4]准静态的分布弹簧模型基础上,提出了计入接触层质量的准静态近似模型,得到如下形式的反射系数表达式:
式中,m为接触区单位面积上的质量。
当忽略接触层的质量时,该模型的反射系数表达式与式(2)是一样的。
1986年到1989年,Krolikowski等[12,13,14,15]用0～1000MPa的接触压力施加于两个研磨过的钢试样来研究其接触刚度,采用纵向超声波研究接触问题,频率为10～90MHz,根据反射率的测量结果,发现法向接触压力和接触刚度成线性关系。实验表明,在应用纵波研究接触问题时,如果在结合面施加较大的载荷,反射系数和透射系数对载荷的变化不敏感,在这种情况下最好用横波来进行检测。
1991年,Krolikowski等[16]用0～400MPa的接触压力施加于两个研磨过的硬钢试样接触面,通过测量超声波在接触面的透射系数来计算其接触刚度。他们得到的结论是,接触压力在10～400MPa时接触刚度与法向接触力成线性关系,Kendall等[3]对粗糙接触面的超声波研究模型是有效的,但是超声波实验测得的接触刚度大于接触模型的理论预测值。
1992年Nagy[17]通过法向和切向刚度比来研究两个粗糙接触面的接触性质,结果表明:接触表面的接触特征可以用切向接触刚度与法向接触刚度比来描述,接触表面间隙的法向与切向尺寸比影响切向接触刚度与法向接触刚度比,接触表面间隙的法向与切向尺寸比越大,法向反射系数越小,接触刚度越大;接触表面材料的泊松比越大,法向反射系数就越大,接触刚度越小。
1993年Krolikowski等[18]对两个相接触的石英试样进行加载(载荷最大为300MPa),用频率为10MHz、波长为0.61mm的纵波和频率为10MHz、波长为0.38mm的横波来测量反射系数,再计算接触面的法向接触刚度和切向接触刚度比。所用的试样一个是光滑的平面,另外一个是有球形微凸体分布的平面。得到的结果是,切向刚度与法向刚度比不依赖于表面的球形微凸体高度的分布函数,只与材料的泊松比有关:
式中,KN、KT分别为法向接触刚度和切向接触刚度;ν为接触材料的泊松比。
他们的研究表明,法向接触压力和横波相位移的关系与法向接触压力和纵波相位移的关系相似,接触面上所施加的载荷对横波相位移的影响比其对纵波相位移的影响要大一些,利用超声波测量的切向刚度与法向刚度比与Hertz-Mindlin理论[19]预测的结果近似。
1994年Yoshioka[20]在假设随着负载进入弹塑性接触区域的过程中接触面积线性增大的基础上,研究了在接触表面微凸体上的加载、卸载的过程,发现表面微凸体在加载的过程中发生了塑性形变,但随着多次加载-卸载循环,塑性形变逐渐减小。
1995年Drinkwater等[21]利用弹簧模型来预测有机玻璃和橡胶的接触面与超声波的相互作用,其实验结果和弹簧模型的计算结果吻合,并用数值模型计算了接触刚度。
1996年Drinkwater等[22]利用低频纵向超声波检测两个表面粗糙的铝试样之间的接触刚度,认为铝-铝接触面上的超声波反射系数是其频率的函数:
式中,Z为声阻抗,是材料密度和通过材料的声速之间的乘积。
式(5)表明反射系数和超声波的频率有关,这与Baik等[11]的弹簧-质量模型的结论一致。图3中的接触刚度是通过实验获得反射系数后由式(5)计算出的,第一个加载和卸载循环明显地出现了滞回现象,即接触点发生了塑性变形,实验所得的接触刚度大于WS模型[23]、GW模型[24]和Nayak模型[25,26,27]所预测的刚度。实验结果表明,在前10次加载-卸载循环中,加载的路径与卸载的路径不同,有明显的滞回现象,并且粗糙度越大,滞回现象越显著。在第11次加载时,其路径和第10次卸载的路径相同,这说明此时已经成为弹性接触(图4)。
1997年,Lavrentyev等[28]研究了铝接触面对超声波反射信号的影响,发现在不同的压力下,接触面的接触刚度也不同,接触刚度和超声波的频率也有关,频率越高接触刚度越大。
2001年,Dwyer-Joyce等[29]用频率为6～12MHz的超声波研究了超声波在铝板和淬火钢冲头接触面上的反射情况,发现反射系数是接触刚度和超声波频率的函数。在多次加载之后,接触的平均尺寸仍然不变,而接触数量呈线性增大。他们还提出了一个计入塑性影响的接触模型,通过测量接触刚度可以估算微凸体接触的平均尺寸和单位面积上的接触数量,但是该模型预测的接触刚度比实验中所观察到的接触刚度小。
2002年,Baltazar等[30,31]采用超声波测量接触面的接触刚度。实验中将纵波和横波沿法向入射到接触面上,通过纵波和横波的反射系数计算法向和切向接触刚度。施加的压力范围为9～80MPa,得到的数据显示,随着超声波频率的增大,反射系数增大。切向接触刚度和法向接触刚度之比为
在接触过程中,并不能保证微凸体的尖与尖一定是在垂直于两块基体的方向上接触,所以引进了未对准的法向校正因子ψ、未对准的切向校正因子ξ。研究表明接触刚度与超声波的入射角度没有关系,而与接触表面的形貌特征有关系。切向接触刚度和法向接触刚度比明显地依赖于接触几何特征和未对准的角度,而对所施加的载荷并没有非常明显的依赖关系。
2004年,Kim等[32]利用超声波测量了三种不同粗糙度的铝质接触面(光滑-光滑表面接触、光滑-粗糙表面接触、粗糙-粗糙表面接触)的接触性能和真实接触面积,发现超声波的反射系数是压力的函数,可通过测量超声波反射频谱计算反射系数,进而得到接触刚度。
2006年,Baltazar等[33]通过测量超声波的反射频谱来计算两种不同粗糙度的铝质接触面(光滑-光滑接触面、光滑-粗糙接触面)的接触刚度,结果表明,不同粗糙度的铝质表面形成了不同的接触状态,证实了用超声波方法来估算接触刚度的可靠性。他们认为,在加载-卸载循环实验中所观察到的滞回现象是因为微凸体的接触点在施加压力之后发生了塑性形变。
2007年Kim等[34]对其2004年的模型[32]做进一步的改进,将微凸体的密度、半径、高度采用分形方法定义,计算了接触刚度和纵波的非线性传输特性并用实验进行了验证。
2009年,Gonzalez-Valadez等[35]采用Kendall等[3]的弹簧模型来研究钢-钢粗糙接触面的接触刚度和超声波的反射系数之间的关系,对三种不同粗糙度的接触表面的法向和切向的接触刚度进行超声波检测,发现两个接触刚度的比值与粗糙度并没有明确的依赖关系,但是与材料的泊松比、法向施加的载荷都有关系,法向接触刚度与切向接触刚度比几乎成完全的线性关系,与Yoshioka-Scholz模型[36]、Krolikowski-Szczepek模型[37]、Sherif-Kossa模型[38]以及Baltazar模型[39]预测的结果一致。
2010年,Gonzalez-Valadez等[40]采用与文献[35]相同的实验方法、实验材料和实验装置,研究了切向接触刚度与法向接触刚度之比的影响因素,发现该比值与粗糙度、泊松比和法向接触压力有关系,但与超声波的频率无关,没有接触的缝隙的纵横尺寸比和微凸体的曲率半径不影响切向接触刚度与法向接触刚度比。
2011年,焦敬品等[41]采用文献[22]的弹簧模型对不同粗糙度铝柱构成的承压界面的接触状态进行了非线性超声检测实验研究。通过实验得到加载和卸载过程界面透射系数随压力变化的关系,进而获得界面接触刚度和非线性系数。研究表明,在较小压力情况下,超声非线性系数对承压界面接触状态评价具有更高的灵敏度。理论计算得到的声学特性与试验结果吻合较好,证明了粗糙表面微观模型用于非完好界面声响应预测的有效性。
2 超声波测量接触刚度存在的问题
超声波测量接触刚度取得了较好的效果,但距工程应用还有一定差距,具体表现在以下几个方面:
(1)用超声波方法测量接触刚度需要根据反射系数或者入射系数与接触刚度的函数关系导出接触刚度,接触刚度的准确性与采用函数关系的准确性有密切关系,目前所用的函数关系都是在一定的数学假定基础上建立的,如接触表面的高斯分布假定、真实接触区之间的距离足够远等,如果实际接触表面不满足这些假定,刚度计算结果与实际情况就会有一定差距。
(2)用于验证测量结果的比较准确、可靠的理论依据比较少,对测量结果的修正存在困难。测量结果与有些理论模型的吻合程度并不是很好,原因之一就是现有的用于验证测量结果的理论模型都对实际接触情况进行了简化,不能准确反映接触性质,验证测量结果的理论模型还有待改进。
(3)可供验证超声波刚度测量结果的实验数据较少,使得测量结果的准确性不易考核。
(4)影响超声波测量结果准确性的各种因素及其影响程度需要做进一步的研究,例如超声波频率与接触刚度之间的关系,文献[3,9,10,11,26,32,36]的研究表明接触刚度与超声波的频率有关,文献[40]的研究表明切向接触刚度与法向接触刚度之比与超声波的频率无关。此外,超声波频率对接触刚度或者接触刚度比的影响及其机理,接触表面材料的泊松比与接触刚度的关系等,目前也尚无统一和准确的认识。
(5)基于超声波的接触刚度测量技术最初用于材料内部缺陷检测,以后用于粘接缺陷和粘接强度的检测,然后发展到接触刚度的检测,基本的理论仍然是基于材料内部的缺陷(如空隙、气泡等)。接触的性质与这类粘接或者缺陷的差别在于接触不能承受拉应力,基于超声波的接触刚度测量技术如何区分接触和粘接性质,是一个需要进一步研究的问题。
(6)超声波也是一种机械振动,它对接触性质的影响也是一个需要研究的问题。
3 总结
目前,超声波测量接触刚度的实验结果和现有模型的理论值只是在一定区域吻合得非常好,这是因为实际接触比较复杂,而理论模型都是在一定假设的条件下建立起来的,和实际接触情况会有一些偏差。用超声波测量接触刚度目前仍然处于研究阶段,虽然已经取得了一些重要成果,但是在一些基本的问题上仍然没有统一和准确的认识,需要进一步研究。国内关于超声波测量接触刚度的研究还比较少,随着对超声波测量接触刚度的深入研究,将会引起国内专家和学者的重视,超声波测量接触刚度技术在国内的研究也将会有所突破。
摘要：介绍了超声波测量接触刚度的基本理论、实验方法和影响因素,对超声波测量接触刚度的研究历史和现状进行了分析和总结。超声波的波长远大于微凸体接触尺寸,接触表面的反射系数和入射系数是接触刚度的函数,根据实验获得的入射系数或者反射系数可以计算出接触刚度。超声波的频率、接触压力和材料的物理性质对接触刚度的测量有一定影响,接触压力较大时,纵波的反射系数和透射系数对载荷的变化不敏感,在这种情况下用横波检测比较好。利用超声波测量的接触刚度与理论计算出的刚度具有较好的一致性,表明超声波方法可以用于测量接触刚度并且具有一定可靠性。指出了超声波测量接触刚度研究中存在的问题和困难,展望了该技术在机械接触刚度测量方面的发展趋势。
全方位接触 篇11
从大摄影的角度看，人文地理类摄影只是其中一部分，所以它的标准并非放之四海而皆准。但在这一类摄影中，美国《国家地理》杂志的摄影水平确是佼佼者。所以了解和学习是必不可少的。
美方老师
此次培训班来了三位老师，摄影师迈克·.山下、编辑苏珊·威尔士曼和美术设计比尔·马尔。迈克是“重访马可·波罗之路”的摄影师，这一内容《国家地理》杂志曾在2001年5月、6月、7月三期连续刊登，其中第六期《中国之旅》获美国《国家地理》杂志最佳故事奖与最佳摄影奖。苏珊在美国《国家地理》杂志已经有24年图片编辑经验，“马可·波罗”连续三期的图片报道全部由她策划、编辑。除日常编辑业务，她主持编辑了大型画册《国家地理100幅最佳图片》、《泳装发展史》等专集。比尔是《国家地理》杂志的美术设计，负责杂志最后的编辑和排版，曾经为200多个图片故事做设计。
他们三人的工作正好是一本杂志的工作流程，从编辑确定选题、记者实地拍摄、后期选片编辑到最后排版设计，这些正是中国摄影师想了解的，有机会能和他们面对面地交流，是一次极好的机会。
中方学员
这是一次收费的培训班，虽然美方人员的国际旅费和在京食宿费用已经由展览方面解决，但讲课费仍然是一笔很大的开支。协会领导决定，对摄影界有益的活动，收费以保证培训班收支平衡为标准。美方要求只能有30个名额，经过认真的计算，每位学员收费2400元。这笔钱不是一个小数字，在我以往办的活动和所参加的活动中，都没有这样的经验和经历，说实话，当时我心里有些没底。
最后确定举办培训班距离开班时，只有一个月，时间十分紧迫，当时我们在中国摄影报上刊发了一条消息。之后的反应令人欣慰，前来咨询的电话很多。由于这是一次高级培训班，我们希望前来参加的摄影师都在报道摄影方面有一定的基础，至少应该有相当的摄影基础，而不应该是个初级水平。
最后的结果是就职于传媒的占大多数，另有摄影教师3人，职业摄影师3人，摄影爱好者2人。许多人已经报名但由于名额限制而无法参加，直到第一天上午已经开始授课之后，还有人打电话说是从上海专程赶来参加，由于名额已满，我只能婉言谢绝。
教学方式
以往类似的活动都是授课的方式，老师讲，学生听，放幻灯，做笔记，提问，解答。在我第一次与美方联系的时候，他们就提出要外出拍摄，回来讲评。当时我想，一共三天的时间，还要外出拍摄，岂不耽误时间影响效果。经协商外出拍摄定在开幕式（11月11日）那天，授课时间为11月10日、12日、13日三天。具体安排日程的时候，迈克提出12日下午要第二次外出拍摄，虽然我提出不同意见，但他依然坚持。当学员们拿到日程安排时，对这一点也提出了异议，有人甚至说这种放羊式的上课，老师太舒服了，对学员太不公平了。
后来的实践表明，他们的方法是很有道理的，几乎所有学员也都认同了这种教学方法，大家表示在拍摄、讲评、再拍摄、再讲评的过程中，都得到了巨大的收获。
拍摄题目
当迈克提出要学员外出拍摄，我曾问他是否要给学员一个题目，他的回答是不要一个确定的题目。说到题目，我们可能首先想到的是“胡同”、“广场”、“故宫”之类的具体题目，但这次培训班的题目完全不同。
第一次外出拍摄时，出了两个题目，“场景scene”和“细节details”，同时放映了一些迈克的图片作为对于题目的解释。这有些不同于我们通常习惯的题目，它的指向不是一个具体的地方，也不是具体的事情，更不是具体的人物。对于“场景scene”，它所要求的是当摄影师面对一处场景时，仅仅按下快门将对象记录下来是不够的，他必须照顾到前景和背景，使画面产生层次，使读者的目光沿着摄影师的意向移动，最终把对象有机地融入他的场景。“场景scene”是宏观的大场面，“细节details”则是具体表现细微之处，但仅仅理解为景物的局部是不全面的，近距离拍摄的照片并不是细节的全部，一个动作、一个表情、一个物件都可能表现出对象的细节，而这些细节正是摄影师想要告诉读者的内容。
第二次外出拍摄的题目是“瞬间 moment”和 “环境人物 environment portrait”，这两个题目人们相对比较熟悉， “瞬间”的含义不仅仅是人物动作或表情的瞬间，它包含了画面构成的瞬间，“环境人物”着重的是人与环境的关系，环境对人的影响，其实它是在拍摄人物时对另三个题目的综合处理。
这几个题目你中有我，我中有你，是相互关联不可分割的。以我的理解，之所以把它们分别列出，是要求摄影师在完成练习时着力从某一个角度去观察和拍摄，培养摄影师把握一个“有潜力的场景”的能力。
拍摄之后立即冲洗，说来简单，操作起来也不容易。实力雄厚的北京东方明珠图片社慷慨赞助，不仅按时而且高质量的E-6冲洗，得到老师和学员的一致认可。第二天一早，拿到连夜冲洗的幻灯片，大家立即每人挑选十幅由老师点评。这时是本次培训班的精髓，面对中国摄影师的作品，老师们以自己的丰富经验和敏锐的眼力，准确地评价每一幅照片，说者言之凿凿，听者心悦诚服。
本期选择了部分照片连同老师的点评刊出，同时附带我们的读图提示，希望读者从这四个题目去看照片、理解照片，用有别于以往的思维方式去考虑问题，观察景物，拍摄照片。
等待和多拍
讲评照片时，老师们总觉得面对一些“有潜力的场景”，我们的摄影师等得不够久，拍得不够多 。告别晚宴上颁发培训班证书的时候，快门声不断，闪光灯几乎变为连续光源。合影的间隙苏珊问我，为什么摄影师在这个时候毫不吝惜胶卷。这个问题使我为之一震，我当时的回答是许多人使用的是数码相机，或者使用的是负片。事后细想，这几天看片的过程，她经常提到的一点是我们的摄影师在一些关键的时候下的工夫不够，面对一个“有潜力的场景”很少有人拍十张以上。曾有人问到，《国家地理》拍摄一个选题时，胶卷的支出占费用的多少。回答是“很少”。“重访马可·波罗之路”这个选题拍摄了几千个胶卷，但连续三期刊发在杂志上也不过一百多张，就是编辑为一本厚厚的画册，也就是使用了三百多张而已。胶卷对于实力雄厚的《国家地理》来说的确不算什么。十几、二十年前胶卷对中国摄影师是一笔主要开支，但在今天，其比例已然下降很多。千里万里的路跑了，时间、精力、财力付出了，面对一个“有潜力的场景”多消耗一些胶卷应该不是浪费。
关于“崛起”
培训班的最后一项是三位老师将中国摄影师几天拍摄的照片编辑为一组幻灯放映。按苏珊的说法，类似的幻灯演示至少需要用二、三个工作日来编辑，但在培训班上，由于时间关系只能在一、二个小时里完成，这的确需要很高的编辑水平。三个灯箱上，放满了从这几天拍摄中遴选出来的作品，这张过来，那张过去，分类，排队，最终留下了61张。
晚宴后，灯暗下来，三位老师站在幻灯机后面，音乐渐起，屏幕上现出天安门前匆匆的人流车影、市民生活、建设工地、古都风貌，随着音乐的起伏，影像或快或慢一幅幅闪现，音乐推向高潮，在激奋有力的乐曲声中，屏幕停止在一幅天安门前留念的影像。担任培训班翻译工作的本刊编辑王涛十分熟悉流行音乐，他向大家介绍这只曲子的题目是“崛起”，是为纪念“9·11”而创作。通过这一组幻灯演示，中国摄影师不仅看到自己拍摄的照片，也了解了编辑的手法和意图，这种教学方式的确新颖有效。
四天的培训班结束了，在听取了令人心悦诚服的点评之后，许多学员进入了兴奋状态，我们召开的一个小型座谈会上，不用开场白，大家激动地倾诉自己的感受，要回去之后慢慢消化这几天的内容，要认真学习外语，要把这几天学到的东西在实践中应用。
注：美国《国家地理》杂志摄影高级培训班结业幻灯演示的全部作品可在《大众摄影》杂志的网站（www.pop-photo.com.cn）上浏览。
接触式工程测量 篇12
在电力系统中,接触点是完成导通、分断电流的载体,因此其电接触性能已经成为影响电气可靠性的关键。而目前对断路器连接点接触可靠与否,除了检修时进行机械检测或者通以直流电流测量回路电阻外,对运行中设备仅以温度监视其发热程度,可靠性较差,不能及时发现缺陷,一旦接触电阻增大,当断路器流过大电流时,将导致接触体的温度迅速升高,很有可能使接触体变形甚至粘连,从而影响了电连接器的性能甚至可能对整个电气系统造成致命的危害[1]。因此,接触电阻的测量越来越受到研究者的重视,并取得了一定的研究成果。参考文献 [2] 利用动态接触电阻测量系统,对触点闭合过程的接触压降进行测量,进而提出了动态接触电阻的概念,对继电器触点进行失效预测。参考文献 [3] 研究了接触电阻的时变规律并进行了短期预测,进而对因接触不良导致的接触故障进行预测。上述研究的局限在于,研究内容为定性而不是定量。参考文献 [4] 研究设计了以DSP最小系统为核心,实现对超级电容充放电的控制,电压、电流信号经调理放大电路处理后进行釆集,最后通过欧姆定律计算得到回路电阻的大小。该方法只能在断路器不带强电,接触电阻两端电压很小的情况下进行测量。当断路器正常运行时,接触电阻受影响的因素众多,包括电接触点的材料、形状,触点表面与触点压力等[5],全国各地气候条件的不一致性,且我国电网中开关,其导电回路电阻为微欧级,大多数型号开关的导电回路电阻在100μΩ以下[6],很难在断路器使用过程中确保接触电阻时时刻刻是正常的。因此,本文研究了一种既保证实时性,又确保高压与测量系统隔离的安全性,能带电测量断路器的接触电阻。
1 接触电阻定义
接触电阻是指电流通过接触点时在接触处产生的电阻,一般是指收缩电阻和表面膜层电阻的和[7]。可用公式表示如下 :
上式中 :R为接触电阻 ;Ra为收缩电阻 ;Rb为表面电阻。
收缩电阻Ra与接触点数有关,且与接触点是弹性变形或者是塑性变形也有关。当触头的结构和触头的温度确定以后,触头材料的电阻率、弹性模数、触头间的压力、材料硬度等参数都是固定的,而接触点的变形性质和接触点数则随触头的每次断开后再接触而变。因此,每次触头断开闭合后,同一触头的收缩电阻一般是不同的。此外,收缩电阻还与通过电流的大小有关,这是由于流过触头的电流不同,触头温度也不同,而温度对触头的材料电阻,材料弹性模数和材料硬度都有影响。
表面电阻Rb与触头面上存在的一层薄膜有关,即使是新的触头暴露在大气层中后,不可避免地会出现一层薄膜。表面电阻Rb就是由此引起的。氧化膜实际上就是半导体,几乎不导电并且有极性。但强电触头由于触头间压力大,可把氧化膜部分压碎而导电,或由于触头间电压足够高,可把氧化膜上某些点电击穿而导电,从而降低表面电阻。
综上所述,接触电阻不仅直接与接触点材料的电阻率、硬度、接触压力、测试电流相关,而且对空间环境的温度、湿度、气氛、气流、触电表面的粗糙度也具有一定的依赖性,测量难度高。
2 测量接触电阻的基本原理
常用直流压降法测量接触电阻,当电流流过接触点时,由于接触电阻的存在,必将产生一定的电压差,测量这个电压差的数值,并根据同一时刻测量到的电流,根据欧姆定律可计算出其接触电阻[8]。虽然接触电阻受影响因素很多,不管收缩电阻和表面电阻的影响因素如何变化,空间环境如何变化,归根到底,接触电阻的测量原理如图1所示。
图1中R1和R2为导线的等效电阻,Rx为等效的接触电阻,当接触电阻流过电流I时,将会在接触电阻两端产生一个电压差U,根据欧姆定律可得接触电阻Rx。
由于接触电阻基本为微欧级别的,且断路器正常工作电流在上百安培到上千安培波动,触头间的电压差在几毫伏波动。图2为回路电阻经典测量原理图。
在图2中可以看出,测量断路器回路电阻的基本原理就是必须闭合断路器,在断路器两端接上一个恒流源,通过大电流,电流应足够大,足以击穿触头接触表面的氧化膜。根据国内GB 763—1990、DL 405—91等电力国标规定 :在直流压降法测试断路器回路电阻时,其回路电流不得小于100 A。由于断路器回路电阻一般为微欧级,ab两端压差为毫伏级,可经过运算放大器进行放大采样,再根据同一时刻的电流值,由欧姆定律即可得出回路电阻。然而,要实现实时测量接触电阻,必然要将测量系统长期安装在断路器上,由此产生了一个隔离问题。图3为实时测量接触电阻的未隔离示意图。
图3为400 V系统中,三相四线制接线中的其中一相,其余两相同理。当断路器闭合时,此时两端的压差为毫伏级的,用简单运算放大器经过放大采样,可直接与单片机等控制系统相连。电流采样可经过电流互感器直接采样,不存在什么问题。问题在于断路器不会长期闭合,当系统发生短路时,或者人为需要断开断路器时,当断路器打开,此时交流220 V电压将直接加到运放ab两端,可以瞬间烧毁运放和与运放相连的整个控制板。如果用普通电压互感器直接并联到触头ab之间,在断路器闭合期间,由于这个电压差很小,可用互感器直接测量。但是,同样断路器在流过故障电流时,继电保护装置将使断路器跳闸,由此单相220 V电压将直接加到互感器两端,造成互感器铁心饱和,如果互感器耐压水平不高,极有可能直接烧毁互感器甚至烧毁整个测量系统。寻找一个解决这个隔离问题的方法成为本设计的难点。
3 带电测量接触电阻的新方法
测量触头之间的压差,这个压差从闭合时的毫伏级低电压到断开时的220 V左右的高电压变化,既要保证闭合时测量系统能测量出接触电阻,又要保证触头断开时隔离高电压。基本设计原理如图4所示。
图4为同样三相400 V系统中的一相等效电路,其他两相亦是同理。图4中,用两个电流型的电压互感器并接在断路器两端,Ra1和Ra2为限流电阻,Rb1和Rb2为采样电阻。当断路器闭合时,互感器分别感应输出电压Ua和Ub,这两个电压可再经过电压抬升以及改变采样电阻的阻值,结合使得输出电压保持在0 ~ 5 V之间,此电压即可直接送进嵌入式系统处理,由基尔霍夫电压定律,在嵌入式系统内简单的编程减法指令即可得到断路器闭合时两端的电压差。同时,由电流互感器测量出同一时刻流过断路器的电流,根据欧姆定律即可得到接触电阻。这样,当有故障电流或人为断开断路器时,单相220 V电压会直接加到图4左边的互感器,由于限流电阻和互感器的隔离作用,此时不会烧毁嵌入式系统,而右边的电压互感器则输出电压为0,对测量系统也并不会造成影响。这样,可在断路器三相开关两头直接并接入该测量系统,既可以实时测量断路器的接触电阻大小,实时监控接触电阻是否异常,又可以将高压与测试系统的低压隔离,不管断路器闭合还是断开,都不会对测量系统造成影响。
4 控制系统设计
控制系统主要由采样部分和控制部分构成。测量系统原理如图5所示。
测量系统采用ARM7嵌入式芯片为核心,断路器的三相回路,每相采集两个电压一个电流,共需采集六路电压和三路电流,经电压抬升电路,将输入电压抬升到0 ~ 5 V之间,通过采样保持器锁存同一时刻的六路电压和三路电流的值。由于嵌入式芯片已有模数转换器,不必再加A/D转换模块。采样保持器的值可直接送进ARM7进行转换计算。接触电阻在流过大电流时必然发热,故增加六路温度测量断路器触头间周围温度,用常用的DS18B20温度传感器,具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点,其独特的单线接口方式,仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信,节省ARM7的I/O口资源,故可用其对断路器触头周围温度进行监控。测量得到的电压、电流、温度以及接触电阻的数值,可通过HS12864实时显示。若接触电阻增大,温度升高,通过ARM7实时检测到接触电阻异常,可通过声光报警,并通过RS232与计算机通信,将现场数据实时发送给控制中心,实现实时监控。
5 结语
利用两个电压互感器并联的方法间接测量断路器两端电压差,既可以保证控制系统与强电的隔离,又能实时测量接触电阻的大小。400 V配电系统中,最重要就是要供电可靠,不能随便停电,而断路器检修时必然要断开断路器,造成用户停电。因此,研究带电测量断路器各种参数必将是未来电器发展的趋势。带电实时测量断路器接触电阻,可不必每次都需要断开断路器造成用户停电,且可在断路器异常时及时发现,避免断路器触头烧毁或继电保护使其动作时据动,提高供电可靠性。
参考文献
[1]魏文.航天电连接器振动可靠性统计分析[D].杭州:浙江大学,2002.
[2]陈鹏,陆俭国,姚芳,李新.动态接触电阻测量及触点失效预测研究[J].电工电能新技术,2005,24(3):27-30.
[3]姚芳,李志刚,李玲玲,李文华.继电器触点接触电阻的时间序列短期预测[J].中国电机工程学报,2005,25(2):61-65.
[4]肖建涛.新型断路器回路电阻测试方法的研究[D].北京:北京交通大学,2014.
[5]蔡永健,黄爱国.电磁继电器触点接触电阻分析[J].机电元件,2011,31(3):60-62.
[6]刘青松.电工测试基础[M].北京:中国电力出版社,2004.
[7]苏阳.精密测量中接触电阻的研究[J].昆明冶金高等专科学校学报,2000,16(2):24-27.