CN101531201A - 一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨 - Google Patents

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尹力明
施斌
陈佩青
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Abstract

本发明公开了一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的车轮，它包括浅埋于地面的至少一个感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的测量线圈、用于采集测量线圈的输出电势并对其进行调理的信号采集和调理电路、接受来自信号采集和调理电路的输出信号的数字交流伺服系统，该数字交流伺服系统用于控制车轮以使其沿着铺设的感应导线方向运动。本发明不会影响其它混跑车辆的运行；感应导线采用频率不高的正弦交流磁场来实现激磁，对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤，实现了无接触的车辆导向，采用这种无接触的导向方式，也可以用于站场、车间的点到点或有预定行走方向的运输车辆的导向控制。

Description

一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨
技术领域
本发明涉及一种导向轨，尤其涉及一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨。
技术背景
现有技术中，运载车辆的运动方向控制，有可操纵的转向轮、地面轨道线路、导向轨等多种形式，在有多种车辆混跑的公路上，则以可操纵的导向轮为多，少量为与路面共面的轨道线路，如城市内的有轨电车，高技术的无人驾驶车辆，近年来也出现了采用视频处理技术的导向方式，运动控制主要依赖公路上的车道线。
城市轨道列车，现代多采用钢轮钢轨的导向方式，近代也出现了用水泥梁和导向槽的胶轮列车。可与汽车混跑的超轻轨列车，最近又出现采用一根单独钢轨的导向胶轮车，它用两只与轨道成45°夹角的导向轮来测量车辆运动方向及对供电电流形成回流通道，再通过自动控制系统，去控制伺服系统，拨动转向胶轮，实现转向控制。这种车辆虽然取消了传统的钢轨线路，减少了城市噪声和增大了胶轮与地面的粘着能力，但仍然在路面形成一定的较宽缝隙，对混跑的其它车辆的运行带来一定的平稳性影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，它实现了无接触的车辆导向。
实现上述目的的技术方案是：一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的车轮，其中，它包括浅埋于地面的至少一个感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的测量线圈、用于采集测量线圈的输出电势并对其进行调理的信号采集和调理电路、接受来自信号采集和调理电路的输出信号的数字交流伺服系统，该数字交流伺服系统用于控制车轮以使其沿着铺设的感应导线方向运动，其中：
所述的感应导线铺设于原有的线路上，该线路上开有可供所述感应导线埋入的槽，所述感应导线铺设成一线圈以构成一独立回路，并且通过交流电流供电；
所述的测量线圈为呈“8”字形的感应线圈，它与感应导线保持一定距离，并且可沿与所述的感应导线的铺设方向垂直的水平位移以产生偏差信号；
所述的信号采集和调理电路采集来自测量线圈的输出电势，并且进行处理后输出数字信号给所述的数字交流伺服系统；
所述的数字交流伺服系统用于自动控制车轮。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的信号采集和调理电路包括依次相连的交流放大器、带通滤波器、调制解调器、低通滤波器、A/D转换器。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的测量线圈位于感应导线上方15～20厘米处。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的测量线圈的宽度为所述的感应导线所构成的线圈宽度的两倍。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的感应导线所构成的线圈的宽度为100～400mm。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的感应导线中通有10KHz的正弦交流电流。
上述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其中，所述的铺设于线路上的感应导线所构成的线圈的长度为500米。
本发明的有益效果是：本发明由于道路的地面平整，不会影响其它混跑车辆的运行；感应导线采用频率不高的正弦交流磁场来实现激磁，对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤，实现了无接触的车辆导向，采用这种无接触的导向方式，也可以用于站场、车间的点到点或有预定行走方向的运输车辆的导向控制。
附图说明
图1是本发明的感应式导向轨的原理示意图；
图2是本发明的信号采集和调理电路以及数字交流伺服系统的结构示意图；
图3是本发明的感应导线的安装示意图；
图4a是双线垂直磁通分量的强度分布图；
图4b是单线垂直磁通分量的强度分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图4b，图中示出了本发明的一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的车轮，它包括浅埋于地面的至少一个感应导线1、安装在车辆行走机构(图中未示出)上且位于感应导线1上方的测量线圈2、用于采集测量线圈2的输出电势并对其进行调理的信号采集和调理电路3、接受来自信号采集和调理电路3的输出信号的数字交流伺服系统4，该数字交流伺服系统4用于控制车轮5以使其沿着铺设的感应导线1方向运动，其中：
感应导线1铺设于原有的线路(图中未示出)上，该线路上开有可供所述感应导线1埋入的槽(图中未示出)，感应导线1铺设成一线圈以构成一独立回路，该线圈的宽度R依据车辆的宽窄和动态调节精度来设置，本实施例中为100～400mm，其长度D为500米，并且通过10KHz交流电源11供电，该交流电源11可以在道路边建立一个坚固的密封电源盒(图中未示出)，设备选用免维护的可靠电源，10KHz的正弦交流电流对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤；
测量线圈2为呈“8”字形的感应线圈，它与感应导线1保持一定距离，它位于感应导线1上方15～20厘米处，测量线圈2的宽度L为感应导线1所构成的线圈宽度R的两倍，并且可沿与感应导线1的铺设方向垂直的水平位移以产生偏差信号；
信号采集和调理电路3采集来自测量线圈2的输出电势，并且进行处理后输出数字信号给数字交流伺服系统4，该信号采集和调理电路3包括依次相连的交流放大器31、带通滤波器32、调制解调器33、低通滤波器34、A/D转换器35；
数字交流伺服系统4用于自动控制车轮5。
本发明的工作原理：请参阅图1，两根平行感应导线1中通有10kHz的正弦交流电流，其周围将产生瞬态磁场，假定方向如图1所示，当测量线圈2位于感应导线1中间位置时，见图1左侧所示，测量线圈2两环绕向相反，其中产生的感应电势相互抵消，测量线圈2输出端的合成电势为零；若测量线圈2向感应导线1的一侧产生偏移运动时，见图1右侧所示，测量线圈2两环内穿过的磁通量不相等，将产生不同大小的感应电势，从而造成测量线圈2输出端的合成电势不为零。测量线圈2位移越大，输出端合成电势的幅值也越大。测量线圈2反向位移，则输出端的合成电势反向(180°相差)，同样，位移越大，合成电势的幅值也越大，为了保证平行感应导线1中的磁场分布基本均匀，可以通过调节感应导线1中的电流大小来实现。
请参见图2，测量线圈2的输出电势，经过交流放大器31和带通滤波器32滤波后，送到调制解调器33中，就可以获得全波脉动的直流信号，这个信号再经低通滤波器34后，就成为可以反映测量线圈运动的、有极性变化的、可用于控制的电平信号，信号采集和调理电路3可以集成在一起，尽量与测量线圈2靠近，以减少信号的干扰，低通滤波器34输出到A/D转换器35前的电信号，要转换成4-20mA的电流信号，除了减少外界电压的干扰外，还可以加大传输电缆的长度。
请参见图4a和图4b，图4a中可见双线电缆可以用调节电流的方向来保证两线中的叠加磁场的均匀性，从图4a和图4b中可见，感应导线1间距小，激磁电流可以减小很多，间距宽则激磁电流要大许多。可以通过试验来确定间距。
区段的感应导线1不宜太长，否则电感增加，影响激磁的效率和效果，本实施例中为500米。
本发明采用一种浅埋地面的感应导线1，通过车辆走行机构上安装的感应线圈2测量的电信号，经过信号采集和调理电路3，产生车辆在感应导线1上的偏差信号，再通过自动控制的伺服系统4去拨动车轮5，使其沿着所铺设的导线方向运动，产生类似轨道线路的运动效果。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的车轮，其特征在于，它包括浅埋于地面的至少一个感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的测量线圈、用于采集测量线圈的输出电势并对其进行调理的信号采集和调理电路、接受来自信号采集和调理电路的输出信号的数字交流伺服系统，该数字交流伺服系统用于控制车轮以使其沿着铺设的感应导线方向运动，其中：
所述的感应导线铺设于原有的线路上，该线路上开有可供所述感应导线埋入的槽，所述感应导线铺设成一线圈以构成一独立回路，并且通过交流电流供电；
所述的测量线圈为呈“8”字形的感应线圈，它与感应导线保持一定距离，并且可沿与所述的感应导线的铺设方向垂直的水平位移以产生偏差信号；
所述的信号采集和调理电路采集来自测量线圈的输出电势，并且进行处理后输出数字信号给所述的数字交流伺服系统；
所述的数字交流伺服系统用于自动控制车轮。
2.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的信号采集和调理电路包括依次相连的交流放大器、带通滤波器、调制解调器、低通滤波器、A/D转换器。
3.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的测量线圈位于感应导线上方15～20厘米处。
4.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的测量线圈的宽度为所述的感应导线所构成的线圈宽度的两倍。
5.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的感应导线所构成的线圈的宽度为100～400mm。
6.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的感应导线中通有10KHz的正弦交流电流。
7.根据权利要求1所述的基于“8”字形测量线圈的感应式导向轨，其特征在于，所述的铺设于线路上的感应导线所构成的线圈的长度为500米。
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