[发明专利]侧偏平行板间空间位移测量方法

说明书

本发明公开了侧偏平行板间空间位移测量方法，包括步骤：1)在空气弹簧的下盖板上安装三个拉绳位移传感器；2)在三个拉绳位移传感器中分别拉出一根拉绳，固定在空气弹簧的上盖板上；3)对空气弹簧施加侧向力，使上盖板相对下盖板侧偏；4)通过计算机构建空气弹簧的仿真模型；5)计算上盖板的形心空间坐标；6)根据上盖板的形心空间坐标，计算出上盖板的偏移角度和偏移距离；本发明基于拉绳式位移传感原理，实现了空气弹簧等具有较大侧偏位移条件下的轴向位移测量。

技术领域

本发明位移传感与测量技术领域，具体涉及侧偏平行板间空间位移测量方法。

背景技术

位移测量是传感技术领域的常见技术问题之一，具体到传感型式上，应变电阻式、滑变电阻式、电容式、自感式、互感式、压电式、磁电式等众多技术都可以实现位移测量。在结构位移测量领域，人们主要关注轴向位移。应变电阻式、变极距电容式、自感式传感原理可以运用在小位移测量的场合，甚至可以达到微米级的测量精度要求；对于要测量较大位移的场合，基于互感螺线管式的LVDT传感器、同轴圆筒式电容传感器等都能够胜任。

然而，在一些工程技术场合，对于人们关心的较大空间位移测量，往往伴有较大程度的侧偏运动，LVDT传感器、同轴圆筒式电容传感器等都对同轴度具有较高要求，因而无法实现侧偏条件下的空间位移测量，列车空气悬挂就是较为典型的例子。随着高速动车组在我国铁路客运中所占比例不断增长，高速动车组的安全性和舒适性也越来越得到重视，空气弹簧悬挂装置在这方面的作用是十分巨大的。分析和改进空气弹簧悬挂装置，将对我国铁路迈向高速时代，起到至关重要的作用。

一般而言，空气弹簧轴向位移为数十毫米，其侧偏位移也能达到数十毫米的级别。如图3所示，空气弹簧安装于车体与转向架间，用于缓冲来自于路轨的振动与冲击，提高舒适性，确保列车安全运行。空气弹簧需要通过调整内部气压实现不同的缓冲特性，但当列车转弯、加减速、蛇形运动时，空气弹簧会受到较大侧向力，从而导致侧偏运动，因此有必要测量其空间位移，用于判断空气弹簧是否达到技术要求。

发明内容

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，侧偏平行板间空间位移测量方法，包括如下步骤：

1)在空气弹簧的下盖板上安装三个拉绳位移传感器.将三个拉绳位移传感器的安装位置分别记为D、E、F。D、E、F的连线为等边三角形，等边三角形DEF的形心位于下盖板轴心上。

2)在三个拉绳位移传感器中分别拉出一根拉绳，固定在空气弹簧的上盖板上，将固定点依次记为A、B、C。其中，A、B、C的连线为等边三角形，等边三角形ABC的形心位于上盖板轴心上。每一个拉绳传感器的安装位置均与其拉绳的固定点一一对应，且位于同样的方位角。

3)对空气弹簧施加侧向力，使上盖板相对下盖板侧偏。

4)侧偏后，三个拉绳传感器测量AD,BE,CF的长度分别为l₁、l₂、l₃。通过计算机构建空气弹簧的仿真模型，将偏移后的D、E、F三点投影到等边三角形ABC所在平面上，得D′、E′、F′，并令等边三角形D′E′F′的形心为O₁。将等边三角形ABC的形心记为O，以等边三角形ABC的形心O为原点，建立平面直角坐标系xOy。其中，OA＝0B＝OC＝r₀，O₁ D′＝O₁ E′＝O₁ F′＝r₁。

5)计算上盖板的形心空间坐标。令A(0,r₀)，令O₁(m，n),则有：D′(m,n+r₁)，

在平面ABC上：

在空间中：

式(2)中，h为侧偏后上盖板和下盖板的轴向距离。