CN101382423B - 微波位置检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明微波位置检测器属于电气及有关技术，目的是采用现代的微波检测和控制技术，改善和提高目前直线移动设备位置检测的效果，降低设备及施工维护费用。其要点是微波位置检测器由微波发送装置和微波接收装置组成，分别发送和接收由调制时间周期控制器(12)和调制器(13)产生的时钟载波信号；采用时钟同步控制器(22)实现微波发送装置时钟信号发生器(11)和微波接收装置时钟信号发生器(21)之间的时钟同步，通过时钟信号比较器(25)获得精确的微波传送时间，然后计算出被测物体水平移动的距离及瞬时速度，具有可靠性高、检测精度好、系统实现简单、设备成本低等优点，可广泛用于起重机、各种码头料场堆取料机及各种直线移动设备的位置和速度检测。
Description
技术领域
本发明属于电气及有关技术。
背景技术
对于工厂企业起重机及各种运输台车等直线移动设备的位置检测，目前多采用光电编码器、感应无线定位系统、无线射频感应辨识系统等检测方式。前者由于移动物体与轨道或地面存在打滑现象而难以得到准确的测量值；后两者的缺点是系统复杂、费用高昂且位置检测精度也受到一定限制。
目前有关微波位置检测器的文献论述中，其检测移动物体位置的方式是基于微波功率的变化、微波频率或相位的变化，在具体实现上具有很大技术难度，设备成本难以控制。对于采用多普勒原理进行移动物体位置检测时，由于信号噪声及近距离的反射体将使测量精度变坏，此外由于这种原理检测的是物体移动的速度，其位置是累积计算获得的，并不是测量的绝对值位置，故在实际使用中存在精度变差及数据丢失的可能。总之采用微波技术进行工厂企业直线移动设备的位置检测的研究目前还未见到有效、实用的例子。
发明内容
本发明的目的是采用现代的微波检测和控制技术，利用微波具有传输速度快、灵敏度高、抗恶劣环境能力强、属于非接触测量等优点，研制新型的位置检测器，对直线移动设备进行动态位置及速度检测，改善和提高目前直线移动设备位置检测的效果，降低设备及施工维护费用。
本发明的要点是微波位置检测器由微波发送装置和微波接收装置组成，利用微波作为传输媒介，分别发送和接收由调制时间周期控制器12和调制器13产生的时钟载波信号；采用时钟同步控制器22实现微波发送装置时钟信号发生器11和微波接收装置时钟信号发生器21之间的时钟同步，通过时钟信号比较器25获得精确的微波传送时间，然后计算出被测物体水平移动的距离及瞬时速度，具有可靠性高、检测精度好、系统实现简单、设备成本低等优点。
附图说明
附图1是微波发送装置功能框图。图1中11是发射器时钟信号发生器；12是调制时间周期控制器；13是调制器；14是微波发射器；15是微波发射装置电源。
附图2是微波接收装置功能框图。图2中21是接收器时钟信号发生器；22是时钟同步控制器；23是微波接收器；24是解调器；25是时钟信号比较器；26是距离及速度计算单元；27是信号输出单元；28是微波接收装置电源。
具体实施方式
微波位置检测器由一台微波发射装置和一台微波接收装置组成，图1为微波发射装置功能框图，图2为微波接收装置功能框图。
图1微波发射装置的工作原理如下：由时钟信号发生器11产生实时时钟信号，其最小单位是纳秒，时钟信号送至调制器13；调制时间周期控制器12控制定周期的调制时间，周期时间可调，可选在0.001毫秒～1毫秒范围内，对于移动设备的速度为120米/分时的位置检测精度为0.002～2毫米；调制后的时钟信号脉冲列经微波发射器14发射出去，发射频率在300MHz～300GHz之间，根据需要选取，原则是无需申请专用固定频道就可使用；发射功率视需检测的最大距离而定，对于工业企业应用，检测的距离一般在10米～3000米距离范围内。
图2微波接收装置的工作原理如下：微波接收器23实时接收微波发射器发出的高频微波载波信号，经解调器24还原时钟信号；该信号送至时钟信号比较器25，与微波接收器时钟信号发生器21产生的实时时钟信号相比较，其差值即为微波传送时间；距离及速度计算单元26利用微波传送时间可计算出微波发射器和微波接收器之间的距离，根据它们的安装位置，可以计算出被测移动设备的水平移动的距离和瞬时速度；信号输出单元27输出移动设备的距离和速度信号，该信号可以是绝对值信号、模拟量信号、RS485、INTERBUS、PROFIBUS、CAN等信号。
图1中的微波发射装置电源15和图2中的微波接收装置电源28为直流6V～24V，视发射功率要求而定。
应该指出的是微波发射装置和微波接收装置之间的完全同步是微波位置检测器的关键技术。首先微波发射器时钟信号发生器11和微波接收器时钟信号发生器21的时钟频率要完全一致，要保证在需要的精度范围内；然后重要的是微波发射装置和微波接收装置的时钟时间的完全同步，因为即使是微波发生器时钟频率和微波接收器时钟的频率完全相同，但其初始相位不一定完全一致，只有在进行了两者的时钟信号相位同步后，才能准确地检测出微波传送的时间。对于高频时钟信号同步，用手动进行是非常困难的，难以达到很高的精度，只有自动的进行才有可能。本发明微波位置检测器将移动设备的原始位置作为微波发射装置和微波接收装置进行同步的位置，同步仅需在微波接收装置上进行。当需要进行同步时，使移动设备处于其原始位置，在静止的状态下，然后选择微波接收装置“同步方式”，由时钟同步控制器22进行微波接收装置与微波发射装置的信号同步。因为一旦微波发射装置、微波接收装置安装后，在原始位置它们之间的距离即为已知常数，微波传送的时间亦为已知数，在“同步方式”可获得带时钟偏差的微波传送时间，根据这些数据则可算出微波发射装置和微波接收装置之间的时钟0点的偏差，可进行两者之间的时钟同步，很好的解决了微波系统时钟同步的问题。
时钟同步的原理如下：
距离计算公式：
DSR＝VW*/(TR-TS) (1)
式中：
DSR：微波发射器和微波接收器之间的距离
VW：微波传送速度
TR：接收时间，即微波接收器时钟当前的时间
TS：发送时间，即微波发送器发送信息的时间
设微波发生器侧时钟为基准时钟，则时钟同步公式为：
TS0＝TR0+TSF (2)
式中：
TS0：微波发射器时钟时间
TR0：微波接收器时钟时间
TSF：微波接收器侧时钟与发送器侧时钟的偏移时间
在原始位置进行时钟同步时：
TR-TS＝ΔT0+TSF (3)
式中：
ΔT0：在原始位置微波发射器至微波接收器微波传送的时间
因为在原始位置微波发射器和微波接收器之间的距离为已知数，可由人工实测获得，根据(1)式可计算出ΔT0的时间。
由(3)式可计算出时钟偏移时间TSF，此时间即为进行时钟同步计算的基准时间。
关于微波位置检测器的安装，为简化计算，微波发射装置安装在移动设备上，微波接收装置安装在与移动设备上的微波发射装置成十字交叉的水平位置，参考点在移动设备原始位置，此位置为测量原点，微波接收装置安装在以此点为中心的十字交叉的延长线上，即在移动设备原始位置，微波接收装置可以安装在微波发射装置的水平左侧、水平右侧、水平后侧、水平前侧(在终点的前方)。安装位置不同时，距离及速度计算单元26计算距离的方法稍有不同，采用水平前、后侧安装时，因为是直线关系，计算出微波接收器至微波发送器的距离后，仅需根据微波接收器距原始位置的距离进行加、减计算即可；采用水平左侧、水平右侧安装时，因为是直角三角形关系，计算出微波接收器至微波发送器的距离后，还需进行三角函数计算，求出微波接收器距原始位置的距离。
微波位置检测器可广泛应用于起重机位置和速度检测(特别适合各种库房的自动化管理)、各种码头料场堆取料机的位置和速度检测、各种运输台车的位置和速度检测。
Claims (4)
1.一种微波位置检测器，其特征是微波位置检测器由微波发送装置和微波接收装置组成，利用微波作为传输媒介，分别发送和接收由调制时间周期控制器(12)和调制器(13)产生的时钟载波信号；采用时钟同步控制器(22)实现微波发送装置时钟信号发生器(11)和微波接收装置时钟信号发生器(21)之间的时钟同步，通过时钟信号比较器(25)获得精确的微波传送时间，由距离及速度计算单元(26)计算出被测物体水平移动的距离及瞬时速度。
2.如权利要求1所述的微波位置检测器，信号输出单元(27)输出的信号是绝对值信号、模拟量信号、RS485、INTERBUS、PROFIBUS、CAN信号。
3.如权利要求1所述的微波位置检测器，时钟同步的原理如下：
距离计算公式：
DSR＝VW*(TR-TS) (1)
式中：
DSR：微波发送装置和微波接收装置之间的距离
VW：微波传送速度
TR：接收时间，即微波接收装置时钟当前的时间
TS：发送时间，即微波发送装置发送信息的时间
时钟同步公式为：
TS0＝TR0+TSF (2)
式中：
TS0：微波发送装置时钟时间
TR0：微波接收装置时钟时间
TSF：微波接收装置侧时钟与微波发送装置侧时钟的偏移时间在原始位置进行时钟同步时：
TR-TS＝ΔT0+TSF (3)
式中：
ΔT0：在原始位置微波发送装置至微波接收装置微波传送的时间
4.如权利要求1所述的微波位置检测器的安装方法，微波发送装置安装在移动设备上，微波接收装置安装在与移动设备上的微波发送装置成十字交叉的水平位置，参考点在移动设备原始位置，此位置为测量原点，微波接收装置安装在以此点为中心的十字交叉的延长线上，即在移动设备原始位置，微波接收装置可以安装在微波发送装置的水平左侧、水平右侧、水平后侧、水平前侧。
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