無線加速度測試技術在過山車檢測中的應用研究

拉巴次仁 旦增讓真 徐麗潔

摘 要：乘客在乘坐過山車時，因其運行速度較快，導致實測加速度與計算加速度之間具有較大差異性，因此為了確保運行的安全性，應在過山車檢測中加強加速度測試技術的應用研究。本文就加速度測試要求以及無線加速度傳感器測量系統的應用進行分析和探討，并對技術應用進行總結。

關鍵詞：加速度;測試技術;過山車檢測

引 言

過山車作為受廣大游客青睞的游樂設施，深受廣大游客的喜愛，目前在過山車軌道設計中，通常采用各種螺旋環、立環、直線段等元素，使過山車運行產生高加速度，使乘客受傷風險增加。所以在山車檢測中加強加速度測試技術的應用至關重要。

一、加速度測試要求分析

在過山車高速運行過程中，為了有效避免乘人受到傷害，應對過山車的加速度在一定范圍內予以限制。目前我國的過山車相關設施標準中對加速度允許值進行了明確規定，其與歐洲標準基本保持一致。

（一）基本要求。通常將座席上方600mm 處作為計算或測量加速度的參考點。通過對加速度時間變化歷程圖的制作，并利用10Hz 低通高頻濾波器進行加速度的測量。在測量過程中，利用實際加速度與重力加速度g的比值對加速度數據進行表示，其中沖擊加速度為持續時間≦ 0.1s 的加速度，穩態加速度為持續時間>0.1s 的加速度。如有沖擊載荷出現，會降低加速度允許值約10%。

（二）人體坐標及加速度組合。在進行過山車邊速度檢測時，需要對乘客坐標進行確定，其主要設定為：背靠方向定義為 x 軸正向，面向方向定義為 x 軸負向。乘客左手方向定義為 y 軸正向，右手方向定義為y軸負向。座椅面向下方向定義為z軸正向，向上方向定義為z軸負向[1]。

進行y方向的側向加速度的測量時，如圖一所示， 按三角形對測量加速度信號進行記錄。圖中頻率10Hz以上為虛線區域;加速度持續時間為Δt，s為單位;另外尚未得以驗證的為超為4s的Δt區域。

對z 方向的垂直加速度進行測量，如圖二所示。按三角形信號對測量加速度進行記錄。加速度持續時間為s，另外尚過驗證區域為超過4s的區域。

當側向加速度和垂事直加速度同時存在時，如圖4所示，其中實測側向加速度和垂直加速度分別為ay、az，側向加速度允許值和垂直加速度允許值分別為[ay]、[az]。橫軸為az/[az]為，縱軸為ay/[ay]，并且測試結果與標準要求相符合。

由于加速度持續時間與允許值之間存在聯系，實際測試時如圖三所示，并且對結果難以判斷。結合具有代表性的情況，對加速度組合的允許區域進行繪制，如圖四所示。

二、無線加速度測試技術在傳感器測量系統中的應用

無線加速度傳感器測量系統主要由無線網關、無線加速度傳感器節點、數據采集和處理軟件等組成[2]。

由加速度傳感器、電源、無線通信、數據采集處理等四個模塊構成的無線加速度傳感器節點，其中提供電量的主要為電源模塊;力信號通過加速度傳感器轉化為電信號;傳感器輸出的微弱信號通過數據采集處理模塊進行放大、濾波等處理后，利用模數轉換器進行數字信號的轉換，再通過主處理器對其進行處理，對傳感器有效值進行計算，利用無線通信模塊利用無線協議進行數據傳輸。

無線加速度傳感器節點發出的加速度數據，可利用無線網關進行接收，再由計算機通過 USB 接口進行接收和存儲。同時利用計算機，通過無線網關將傳感器參數設置傳輸至傳感器節點。無線網關由外置天線、電源、USB、網線接口等組成。另外設備接收裝置具有體積小巧、結構緊湊等特點，能夠對多個相同或不同種類傳感器節點進行連接測試[3]。

此系統中，計算機數據采集和處理軟件是其中重要組成部分，在測試應用中主要應用的采集軟件為BeeData，利用采集控制軟件能夠使多個傳感器節點數據采集，以及實時顯示、分析和存儲得以實現。同時還可以實現通道數據、傳感器校準參數、數字濾波等信息的寫入。實時監控網絡通信質量和設備故障狀況，并能夠監測傳感器節點電量，并進行開機自檢。

結束語

在過山車檢測中，通過無線加速度測試技術的應用，根據相應的加速度測試結果對數據處理系統進行構建，通過實踐應用看出，過山車加速度的首次存在著輪距精度差、軌道制造或安裝精度差、車體與車橋連接緩沖差等問題，通過不斷的設計和調整后，測試效果已能夠達到測試要求。另外針對非空曠場地進行測試時，無線傳感器節點的在線傳輸中存在著傳輸不穩定的情況，可利用離線存儲和無線下載進行解決。同時對于型式多變的安全壓杠類型過山車，自行設計的加速度測試安裝架還無法適用，應對通用性能更好的安裝架進行進一步研發。

參考文獻

[1] 陳衛衛， 龐昂. 無線加速度測試技術在過山車檢測中的應用[J]. 中國特種設備安全， 2017（2）.

[2] 余文君. 無線加速度傳感器在地質位移監測中的應用[J]. 電子測試， 2017（19）.

[3] 李根， 朱玉田， 謝波. 基于加速度信號的過山車監測預警系統設計[J]. 傳感器與微系統， 2012（08）：105-107+111.