本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)行車輛對(duì)公路、鐵路隧道兩側(cè)沖擊力監(jiān)測(cè)采集儀。

背景技術(shù)：

特別是在我國(guó)，從建國(guó)初期到現(xiàn)在，短短的半個(gè)多世紀(jì)，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)文化還是基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，為了能更好的滿足人們生活的需要，以及與世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展接軌，這都與交通設(shè)施的建設(shè)有著密切的關(guān)系，因此，國(guó)家在交通基礎(chǔ)建設(shè)上投入了大量資金，對(duì)全國(guó)的交通進(jìn)行了全面的規(guī)劃。現(xiàn)今，由于我國(guó)實(shí)行西部開發(fā)，在我國(guó)中西部地區(qū)多山地，要想把中西部地區(qū)和我國(guó)東南沿海地區(qū)能很好的接洽起來，必須要有便利快捷的交通作為前提，因此，公路、鐵路隧道和地鐵的建設(shè)是必不可少的。

20世紀(jì)年代以來,高速鐵路和高速公路在世界發(fā)達(dá)國(guó)家崛起,鐵路、公路發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新階段。高速鐵路公路的蓬勃發(fā)展,在世界范圍內(nèi)引發(fā)了一場(chǎng)深刻的交通運(yùn)輸革命。但是,隨著列車運(yùn)行速度的提高,列車通過隧道時(shí)誘發(fā)的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)將會(huì)加劇,引起一系列列車在低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)問題。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自然風(fēng)壓的基本的動(dòng)力是“風(fēng)壓”和“熱壓”。在各種建筑結(jié)構(gòu)中,合理利用自然風(fēng)壓改善室內(nèi)空氣品質(zhì)具有顯著的節(jié)能效應(yīng)。對(duì)于住宅結(jié)構(gòu)中的自然風(fēng)壓,國(guó)外學(xué)者在理論研究和應(yīng)用方面都進(jìn)行了許多探索和研究使其在各類建筑中得到了較廣泛的應(yīng)用。建立環(huán)路能量平衡方程求解環(huán)路中的自然風(fēng)壓量。自然風(fēng)壓在地下洞室也有較為廣泛的應(yīng)用,而國(guó)內(nèi)在這方面的研究較少。在國(guó)內(nèi)通風(fēng)工作人員應(yīng)該充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),掌握其規(guī)律并很好的利用,將收到較好的效果。

從微觀的角度講，風(fēng)對(duì)隧道、涵洞表面的剪切作用（剪切應(yīng)力）直接影響到隧道內(nèi)氣流通風(fēng)交換，洞內(nèi)外溫差變化從而影響到隧道邊界層的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，以及風(fēng)的形成過程；從宏觀的角度講，當(dāng)列車以較高速度通過隧道時(shí),將會(huì)在隧道內(nèi)產(chǎn)生明顯的壓力波動(dòng)和引起隧道出口處的微壓波現(xiàn)象,進(jìn)而影響到列車內(nèi)乘客的舒適性和隧道周圍環(huán)境。然而，在以往的研究中，對(duì)運(yùn)行車輛進(jìn)入隧道運(yùn)動(dòng)及傳輸過程起關(guān)鍵作用的沖擊速度和與之相關(guān)的涵洞表面剪切應(yīng)力大小通常是通過風(fēng)速廓線來推斷的。甚至在很多研究中，風(fēng)速的測(cè)量是在隧道表面剪切應(yīng)力為常量的內(nèi)之上進(jìn)行的，從而導(dǎo)致用這種方法產(chǎn)生的風(fēng)速廓線對(duì)涵洞表面剪切力預(yù)測(cè)會(huì)存在潛在的誤差。盡管，學(xué)者們付出了很多的努力，但關(guān)于列車沖擊涵洞兩側(cè)表面氣流與表面剪切力之間的關(guān)系——影響高速列車運(yùn)行對(duì)涵洞表面沖擊的關(guān)鍵力，仍然是一個(gè)懸而未決的問題，尤其是在隧道表面特征比較復(fù)雜的情況下，復(fù)雜的氣流條件經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致邊壁率的應(yīng)用更加復(fù)雜化，也就很難獲得隧道表面剪切力的大小和沖擊力。所以，研制一個(gè)能直接測(cè)量隧道表面剪切沖擊應(yīng)力的測(cè)量?jī)x器迫在眉睫。

一方面隧道口和通風(fēng)井口高程相差大,氣溫氣壓差異大,另一方面隧道內(nèi)溫度基本恒定,而洞外溫度變化很大,兩者相差懸殊,這對(duì)隧道通風(fēng)將產(chǎn)生很大影響,如果不加考慮,或考慮不正確,可能會(huì)造成很大誤差,甚至?xí)a(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。為了設(shè)計(jì)出高效可靠的通風(fēng)系統(tǒng),必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)氣象進(jìn)行充分監(jiān)測(cè),從而正確評(píng)價(jià)自然風(fēng)的影響。

目前設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)于自然和氣象條件對(duì)隧道自然風(fēng)的影響規(guī)定很簡(jiǎn)單,沒有考慮隧道長(zhǎng)度的影響。對(duì)于以上的長(zhǎng)隧道與幾百米長(zhǎng)的短隧道相比,在同樣的自然和氣象條件下,顯然隧道內(nèi)的自然風(fēng)速是不同的,即隧道內(nèi)的最大自然風(fēng)速與隧道長(zhǎng)度密切相關(guān)。并且中國(guó)的氣候特點(diǎn)是溫帶大陸性季風(fēng)氣候,受多種地形和多種溫濕帶的影響,氣候復(fù)雜多樣,洞外的環(huán)境變化也會(huì)影響隧道內(nèi)的自然風(fēng)速。隨著特長(zhǎng)隧道建設(shè)工程的增多,研究特長(zhǎng)隧道的自然風(fēng)壓己經(jīng)刻不容緩了,有必要建立一套隧道內(nèi)自然風(fēng)風(fēng)速計(jì)算方法。

因此，隨著世界經(jīng)濟(jì)的法展，人們生活水平的提高，交通起到了舉足輕重的作用，為了人們的交流交往更方便、更及時(shí)，人們對(duì)交通建筑的要求也越來越高。研制隧道內(nèi)風(fēng)壓測(cè)試系統(tǒng)站，對(duì)公路、鐵路、地鐵、礦井、涵洞和橋梁進(jìn)行長(zhǎng)期風(fēng)壓動(dòng)態(tài)變化和高速車輛運(yùn)行對(duì)隧道沖擊力長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，研究地下交通運(yùn)輸。因而,對(duì)于隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的作用機(jī)制和其減緩措施進(jìn)行深入研究是非常必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本實(shí)用新型的目的在于提供一種運(yùn)行車輛對(duì)公路、鐵路隧道兩側(cè)沖擊力監(jiān)測(cè)采集儀。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種運(yùn)行車輛對(duì)公路、鐵路隧道兩側(cè)沖擊力監(jiān)測(cè)采集儀，包括壓力探頭、大氣壓傳感器Ⅰ、空氣溫濕度傳感器Ⅰ、大氣壓傳感器Ⅱ、空氣溫濕度傳感器Ⅱ、小氣候支架、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)，壓力探頭、大氣壓傳感器Ⅰ和空氣溫濕度傳感器Ⅰ放置于隧道兩側(cè)；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)放置于隧道一側(cè)；小氣候支架放置于隧道口外側(cè)；大氣壓傳感器Ⅰ和空氣溫濕度傳感器Ⅰ通過485傳輸線分別與數(shù)據(jù)控制操作箱連接；壓力探頭通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)連接；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)通過網(wǎng)線與數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)連接。

壓力探頭包括壓差高壓進(jìn)氣嘴、壓差低壓進(jìn)氣嘴、低壓氣流通道旁邊密封堵頭、硅膠軟管、壓差傳感器高壓輸入接口、壓差傳感器低壓輸入接口、壓差傳感器、485變送器、無(wú)線發(fā)射器和紐扣鋰電池；壓差高壓進(jìn)氣嘴通過壓差傳感器高壓輸入接口與壓差傳感器連接；壓差低壓進(jìn)氣嘴通過壓差傳感器低壓輸入接口與壓差傳感器連接；壓差低壓進(jìn)氣嘴與壓差傳感器低壓輸入接口之間設(shè)有低壓氣流通道旁邊密封堵頭。

上述的485變送器與無(wú)線發(fā)射器連接。

上述的無(wú)線發(fā)射器上設(shè)有發(fā)射天線。

上述的485變送器的作用是將數(shù)據(jù)信號(hào)放大，方便無(wú)線發(fā)射，保證數(shù)據(jù)不丟失。

上述的鈕扣鋰電池用于給壓差傳感器和無(wú)線發(fā)射器供電。

數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)包括多通道無(wú)線信號(hào)接收器、485傳輸轉(zhuǎn)換器、RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和接收裝置支架；所述接收裝置支架上設(shè)有RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、多通道無(wú)線信號(hào)接收器和485傳輸轉(zhuǎn)換器；485傳輸轉(zhuǎn)換器通過網(wǎng)線與數(shù)據(jù)控制操作箱連接；多通道無(wú)線信號(hào)接收器與485傳輸轉(zhuǎn)換器連接；485傳輸轉(zhuǎn)換器通過485傳輸線連接RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

上述的485傳輸轉(zhuǎn)換器上設(shè)有接收天線。

上述的RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

上述的多通道無(wú)線信號(hào)接收器的作用是對(duì)485傳輸轉(zhuǎn)換器接收到的信號(hào)進(jìn)行排序和轉(zhuǎn)換。

小氣候支架上設(shè)有太陽(yáng)能電池板、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、大氣壓傳感器Ⅱ、空氣溫濕度傳感器Ⅱ。

上述的風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、大氣壓傳感器Ⅱ、空氣溫濕度傳感器Ⅱ通過信號(hào)電源線分別與數(shù)據(jù)控制操作箱連接。

上述的太陽(yáng)能電池板連接蓄電池；蓄電池連接數(shù)據(jù)控制操作箱。

數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)包括蓄電池、數(shù)據(jù)控制操作箱和數(shù)據(jù)下載電腦；數(shù)據(jù)控制操作箱與數(shù)據(jù)下載電腦連接。

上述的蓄電池為數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)以及小氣候支架上的風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、大氣壓傳感器、空氣溫濕度傳感器提供電源。

上述的大氣壓傳感器Ⅰ與大氣壓傳感器Ⅱ通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接；空氣溫濕度傳感器Ⅰ與空氣溫濕度傳感器Ⅱ通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接；發(fā)射天線與接收天線通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：

1、本實(shí)用新型是一種能直接通過測(cè)量隧道表面壓差，經(jīng)過公式換算獲得隧道表面剪切力大小的便攜式儀器，它是一個(gè)基于垂直方向軸對(duì)稱壓差感應(yīng)和輸出原理，經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)后，推導(dǎo)出壓差和風(fēng)速以及剪切力之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是它的軸對(duì)稱壓差感應(yīng)，在測(cè)量時(shí)不需要對(duì)準(zhǔn)來流方向，克服了以往用畢托管測(cè)量時(shí)對(duì)準(zhǔn)流向帶來的麻煩和誤差。但國(guó)內(nèi)尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道，尤其在隧道內(nèi)表面邊界層動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用甚是空白。

2、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，易攜帶，利用它可對(duì)高鐵、公路隧道和城市地鐵涵洞內(nèi)氣流動(dòng)態(tài)變化特別對(duì)高速運(yùn)行的車輛經(jīng)過隧道的沖擊波壓力對(duì)涵洞兩側(cè)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，對(duì)開發(fā)研究是公路、鐵路隧道通風(fēng)神經(jīng)控制節(jié)能為智能控制節(jié)能系統(tǒng)在隧道通風(fēng)中實(shí)際運(yùn)用和推廣提供必要的科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)的開發(fā)能夠避免風(fēng)險(xiǎn)和降低成本，延長(zhǎng)隧道使用期限，提高總體的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3、本實(shí)用新型中各傳感儀將探知的數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線發(fā)射，再通過多通道無(wú)線接收數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)下載采集輸出壓力值，對(duì)高速公路鐵路隧道、涵洞、地下交通列車高速運(yùn)行下對(duì)洞體表面和對(duì)列車沖擊壓力進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，積累數(shù)據(jù)，分析評(píng)估，環(huán)境科學(xué)及涵洞隧道建設(shè)和發(fā)展提供可靠的依據(jù)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種運(yùn)行車輛對(duì)公路、鐵路隧道兩側(cè)沖擊力監(jiān)測(cè)采集儀，包括壓力探頭1、大氣壓傳感器Ⅰ21A、空氣溫濕度傳感器Ⅰ22A、大氣壓傳感器Ⅱ21B、空氣溫濕度傳感器Ⅱ22B、小氣候支架29、數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)31，壓力探頭1、大氣壓傳感器Ⅰ21A和空氣溫濕度傳感器Ⅰ22A放置于隧道32兩側(cè)；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30和數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)31放置于隧道32一側(cè)；小氣候支架29放置于隧道32口外側(cè)；大氣壓傳感器Ⅰ21A和空氣溫濕度傳感器Ⅰ22A通過485傳輸線17分別與數(shù)據(jù)控制操作箱26連接；壓力探頭1通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30連接；數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30通過網(wǎng)線18與數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)31連接。

壓力探頭1包括壓差高壓進(jìn)氣嘴2、壓差低壓進(jìn)氣嘴3、低壓氣流通道旁邊密封堵頭4、硅膠軟管5、壓差傳感器高壓輸入接口6、壓差傳感器低壓輸入接口7、壓差傳感器8、485變送器9、無(wú)線發(fā)射器10和紐扣鋰電池12。

壓差高壓進(jìn)氣嘴2通過壓差傳感器高壓輸入接口6與壓差傳感器8連接；壓差低壓進(jìn)氣嘴3通過壓差傳感器低壓輸入接口7與壓差傳感器8連接；壓差低壓進(jìn)氣嘴3與壓差傳感器低壓輸入接口7之間設(shè)有低壓氣流通道旁邊密封堵頭4。

上述的485變送器9與無(wú)線發(fā)射器10連接。

上述的無(wú)線發(fā)射器10上設(shè)有發(fā)射天線11。

上述的485變送器9的作用是將數(shù)據(jù)信號(hào)放大，方便無(wú)線發(fā)射，保證數(shù)據(jù)不丟失。

上述的鈕扣鋰電池12用于給壓差傳感器8和無(wú)線發(fā)射器10供電。

數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30包括多通道無(wú)線信號(hào)接收器14、485傳輸轉(zhuǎn)換器15、RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16和接收裝置支架28；所述接收裝置支架28上設(shè)有RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16、多通道無(wú)線信號(hào)接收器14和485傳輸轉(zhuǎn)換器15；485傳輸轉(zhuǎn)換器15通過網(wǎng)線18與數(shù)據(jù)控制操作箱26連接；多通道無(wú)線信號(hào)接收器14與485傳輸轉(zhuǎn)換器15連接；485傳輸轉(zhuǎn)換器15通過485傳輸線17連接RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16。

上述的485傳輸轉(zhuǎn)換器15上設(shè)有接收天線13。

上述的RTU數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器16的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。

上述的多通道無(wú)線信號(hào)接收器14的作用是對(duì)485傳輸轉(zhuǎn)換器15接收到的信號(hào)進(jìn)行排序和轉(zhuǎn)換。

小氣候支架29上設(shè)有太陽(yáng)能電池板23、風(fēng)速傳感器19、風(fēng)向傳感器20、大氣壓傳感器Ⅱ21B和空氣溫濕度傳感器Ⅱ22B。

上述的風(fēng)速傳感器19、風(fēng)向傳感器20、大氣壓傳感器Ⅱ21B、空氣溫濕度傳感器Ⅱ22B通過信號(hào)電源線24分別與數(shù)據(jù)控制操作箱26連接。

上述的太陽(yáng)能電池板23連接蓄電池25；蓄電池25連接數(shù)據(jù)控制操作箱26。

數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)31包括蓄電池25、數(shù)據(jù)控制操作箱26和數(shù)據(jù)下載電腦27；數(shù)據(jù)控制操作箱26與數(shù)據(jù)下載電腦27連接。

上述的蓄電池25為數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)30、數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)系統(tǒng)31以及小氣候支架29上的風(fēng)速傳感器19、風(fēng)向傳感器20、大氣壓傳感器Ⅱ21B、空氣溫濕度傳感器Ⅱ22B提供電源。

上述的大氣壓傳感器Ⅰ21A與大氣壓傳感器Ⅱ21B通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接；空氣溫濕度傳感器Ⅰ22A與空氣溫濕度傳感器Ⅱ22B通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接；發(fā)射天線11與接收天線13通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。