CN101718516B

CN101718516B - 一种用于检测移动物体速度与位置的装置

Info

Publication number: CN101718516B
Application number: CN2009102609278A
Authority: CN
Inventors: 王滢; 张昆仑; 董金文; 刘国清; 靖永志; 王莉; 刘放; 张湘
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: CN101718516A

Abstract

一种用于检测移动物体速度与位置的装置，其组成为：移动物体上安装电磁感应式传感器；地面上安装由编码段和非编码段交替排列的编码板，非编码段由宽度均为L的单元金属条和非金属间隙交替排列组成；编码段由宽度为L/2的编码金属条和非金属编码间隙排列组成，编码段的初始和未位置均为非金属编码间隙，且其相邻位置排列的均为非编码段的非金属间隙；中间的排列则构成N位的编码，传感器为两组，两组间距为L偶数倍且大于编码段长度；每组包含前、后两个相距L/2奇数倍的传感器，前、后传感器沿移动方向的宽度为L/2。该装置不受外界环境的影响，能适应外界的恶劣条件，可靠性高，维护成本低，测量结果精度高、准确，可检测的距离长。

Description

一种用于检测移动物体速度与位置的装置

技术领域

本发明涉及一种检测移动物体速度与位置的装置。

背景技术

目前，利用无接触检测方法对移动物体进行速度与位置的检测得到日益广泛的应用，检测方法一般采用回线、泄露同轴电缆和地面应答器等方式，回线、泄露同轴电缆需要在地面安装信号源，增加了轨道维护成本，地面应答器虽然无需外接市电，但仍是带电工作的电子设备，可靠性差，维护管理成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测移动物体速度与位置的装置，该装置不受外界环境的影响，能适应外界的恶劣条件，可靠高，维护成本低，测量结果精度高、准确，且可检测的距离长。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是：一种用于检测移动物体速度与位置的装置，其组成为：

在被检测移动物体运动方向的沿线地面上，安装编码板，移动物体在编码板正上方位置安装有电磁感应式传感器；该传感器与车载检测装置相连；所述编码板由编码段和非编码段交替排列构成，其中：

所述的非编码段由单元金属条和非金属间隙交替排列组成，且单元金属条和非金属间隙的宽度均为L；

所述的编码段由编码金属条和非金属编码间隙排列组成，编码金属条和非金属编码间隙的宽度为L/2；编码金属条对应的逻辑单元的值为1，非金属编码间隙对应的逻辑单元的值为0；编码段的初始位置和未位置均为非金属编码间隙，且其相邻位置排列的均为非编码段的非金属间隙；中间位置的编码金属条和非金属编码间隙总长度为N*L/2，其排列对应的N个逻辑单元的值构成一个N位的编码，N为大于1的整数；

所述的传感器为两组，两组的间距为L的偶数倍，且大于编码段的长度；每组传感器包含前、后两个相距为L/2奇数倍的传感器，前传感器和后传感器沿物体移动方向上的宽度为L/2。

本发明的工作过程和原理是：

检测时，传感器与地面编码板产生电磁耦合，当传感器随着检测物体移动到编码板上的金属条上方时，传感器输出高电平信号，而当传感器移动到非金属间隙上方时，传感器输出低电平信号，随着传感器在编码板上方的位置变化，传感器输出由高、低电平组成的脉冲信号，通过车载检测装置对该电信号进行分析处理，可得到移动物体的位置和速度，其具体的确定方法为：

非编码段的金属条宽度和非金属间隙交替排列且宽度相等均为L，移动物体运动时，车载检测装置通过传感器获得高、低电平交替组成的周期性变化的脉冲信号。该脉冲信号的周期T的时间长度为检测物体通过当前位置的一个金属条宽度和相邻的一个非金属间隙(总长度为2L)的时间。因此将2L除以任意一个传感器检测到的脉冲信号的周期T，即可获得移动物体的当前速度。相应地在某一时刻，任一传感器从开始到该时刻检测到的脉冲的总个数乘以2L，就是移动物体的总位移量，从而确定出移动物体的当前位置(距初始位置的距离)。

由于传感器组内的前、后传感器相距为L/2的奇数倍，因此前、后传感器检测出的脉冲信号的相位相差π/4，由该两个传感器输出的脉冲信号进行异或处理后，得到周期为T/2的基准脉冲信号，该基准脉冲信号的周期减少一半，脉冲个数增加一倍，每个脉冲对应的编码板的宽度减少一半，相应计算出的移动物体的位置的精度提高一倍。

编码段中，将编码金属条宽度和非金属编码间隙设为L/2，根据需要的编码位数布置金属条和非金属条，每一个编码段有唯一的编码值，该编码与该处位置一一对应。传感器随着检测物体移动到此时，将此编码值读出，通过车载检测装置处理后，给出当前的编码所对应的物体的准确位置。

传感器读出编码段的编码值的具体工作过程和原理是：车载检测装置以前、后传感器输出信号异或后的基准脉冲信号为时间基准，分析读出二组传感器的脉冲信号，并对二组传感器的前(后)脉冲信号进行比较。当两组传感器均在非编码段内时，由于两组传感器的前(后)传感器相距为L的偶数倍，因此该两组信号相差2π的整倍数，即两个信号完全相同，表明传感器组没有在编码段内。

一旦有一组传感器中的前(后)传感器进入了编码段，由于两组传感器的距离大于编码段的长度，因此，另一组传感器的前(后)传感器一定在非编码段。同时，由于编码段的初始位置为宽度为L/2的非金属编码间隙，且与相邻的为非编码段的非金属间隙，这样在编码段初始位置处该传感器的信号为逻辑0，而相距L的偶数倍的在非编码段内的另一对应的传感器读出必定为逻辑1；也即当两个前(后)传感器的读出信号刚开始出现不一致时，表明读出信号为0的传感器进入了编码段，从该处开始的下一位即为编码输出，依次读出的N位逻辑值即为该编码段的编码值；由于编码段的未位置也为宽度为L/2的非金属编码间隙，且与非编码段的非金属间隙相邻，因此，编码段内的传感器在读出N位编码值后，紧接着即在末位位置处输出逻辑0，而相距L偶数倍的非编码段内的传感器此时必定输出为逻辑1。如输出与此相符，则表明该编码段的信号读取无误，可将该编码段的编码值对应的位置作为检测结果输出。由于每一组内有前、后传感器，两组中的前传感器可以用这样的方式构成一对传感器得出一个绝对位置编码数据，后传感器同样也可以构成另一对传感器得出另一个绝对位置编码数据，当其中的一对传感器受到干扰无法输出编码正确数据，则车载检测装置可以使用另一对传感器的编码数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明通过较长距离的非编码段快速有效地检测移动物体的当前位置和速度，并利用两个相距为L/2奇数倍的传感器将检测精度提高一倍，测量结果精度高、准确。

二、作为地面标记物的编码板由编码段和非编码段组成，将编码段作为移动路线特定位置的标记，通过相距为L偶数倍的两组传感器读数的对比读出编码段的编码值，从而得出该处的绝对位置，确定移动物体在移动路线上的这些特定位置。从而可以校正用非编码段测距由于传感器检测不准确可能带来的测量误差，每到一个编码段进行一次位置校正，从而可以从有效地避免测距误差的累积扩大，因此本发明的检测方式测距范围长，测量误差小。

两组中的前传感器对、后传感器对均可以独立得出一个绝对位置编码数据，当其中的一对传感器受到干扰无法输出编码正确数据，车载检测装置可以使用另一个编码数据，这样进一步确保了本发明装置的可靠性和检测结果的准确性。

三、本发明的装置用于无接触式移动物体的速度与位置检测。由于该装置带电设备均安装在移动物体上，安装在轨道上的金属编码板是无源器件，故能适应外界的恶劣条件，且维护成本很低，其精确度、经济性和可靠性都很好。

下面结合附图和具体实施方式对发明进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一的装置在非编码段的编码板的结构示意图及其传感器移动于该非编码段的输出信号波形。

图2是本发明实施例一的装置在一编码段和相邻非编码段的结构示意图及其传感器移动于该编码板上的输出信号波形及在编码段的编码序列。

具体实施方式

实施例一

图1、2示出本发明的一种具体实施方式为，一种用于检测移动物体速度与位置的装置，其组成为：

在被检测移动物体运动方向的沿线地面上，安装编码板，移动物体在编码板正上方位置安装有电磁感应式传感器；该传感器与车载检测装置相连；所述编码板由编码段CA和非编码段CB交替排列构成，其中：

所述的非编码段CB由单元金属条1和非金属间隙0交替排列组成，且单元金属条1和非金属间隙0的宽度均为L；

所述的编码段CA由编码金属条1A和非金属编码间隙0A排列组成，编码金属条1A和非金属编码间隙0A的宽度为L/2；编码金属条1A对应的逻辑单元的值为1，非金属编码间隙0A对应的逻辑单元的值为0；编码段CA的初始位置和未位置均为非金属编码间隙0A，且其相邻位置排列的均为非编码段的非金属间隙0；中间位置的编码金属条1A和非金属编码间隙0A总长度为N*L/2，其排列对应的N个逻辑单元的值构成一个N位的编码，N为大于1的整数；

所述的传感器为两组S1F、S1B和S2F、S2B，两组的间距为L的偶数倍，且大于编码段CA的长度；每组传感器S1F、S1B或S2F、S2B包含前、后两个相距为L/2奇数倍的传感器，前传感器S1F、S2F和后传感器S1B、S2B沿物体移动方向上的宽度为L/2。

由图1可见，本例中组内传感器中心间距为L/2的5倍。前、后传感器的中心间距为L的偶数倍，在本例中为10L。

图1还示出，当所有传感器S1F、S1B、S2F、S2B全在非编码段CB移动时，所有传感器S1F、S1B、S2F、S2B送出的信号均为周期性变化的信号，两组的前传感器S1F、S2F输出信号相同，即图1中的波形W1，两组中的后传感器S1B、S2B输出信号相同，即图1中的波形W2。波形W1或波形W2的周期为T，波形W3为波形W1和波形W2异或得到周期为T/2的基准信号波形，L/(T/2)便是移动物体以T/2为单位计算得到的瞬时速度。将波形W3的脉冲个数总数乘以L/2，获得移动物体的当前移动距离。

图2示出，当一组传感器的后传感器S1B从非编码段CB移入编码段CA再从编码段CA移出时，该后传感器S1B的输出波形为W4；相同时间段内，另一组的后传感器S2B的输出波形为W5，由车载检测装置以该时段的基准波形W3为时间基准对该两组波形进行处理，分别得出图2中的编码序列X1和编码序列X2，并将编码序列X1、X2进行比较，两序列一致的时段，表明后传感器S1B和S2B都位于非编码段CB。在两序列出现不一致的时刻，此时S1B的输出值为0，S2B的输出值为1，表明后传感器S1B开始进入编码段CA。从两序列出现不一致处开始得到编码段CA的编码输出值序列X3，去掉序列X3的第一位0(起始位)和最后一位0(结束位)，序列X3的中间段序列值即为该编码段的编码值，并由该编码值得出移动物体的绝对位置。

二组传感器中的前传感器的输出波形也与图2中所波形的变化完全相同。

显然，本发明的测距精度由非编码段CB的单元金属条1的宽度和非金属间隙0的宽度确定，当单元金属条1的宽度为50mm时，移动物体的定位精度为50mm，通过一组内的两个传感器设置，可将该精度提高到25mm。而测距的总长度则等于非编码段CB的长度与编码段CA的长度之和再乘以使用的编码个数。若每隔200m设置一段编码段，编码段的编码位数是16位，编码个数为216，能检测的距离长度可达13107.2km。

显然，本发明的两组传感器中的传感器数目还可以是2个以上的M个。这M个传感器的宽度是L/M，相邻两个传感器之间的距离为(K+1)L/M，其中K为非负整数。编码段CA的编码金属条1A和非金属编码间隙0A的宽度也设置为L/M，M个传感器得出的波形进行数字处理后，可得出周期为T/M的基准信号。这样检测精度可提高为L/M。

本发明在编码段CA中，若有两个或两个以上的编码金属条1A紧邻(中间无非金属编码间隙0A)，则这些紧邻的编码金属条1A也可采用一体化的一个长金属条替代；同样紧邻的非金属编码间隙0A，也可采用一体化的非金属材料构成。

Claims

1.一种用于检测移动物体速度与位置的装置，其组成为：

在被检测移动物体运动方向的沿线地面上，安装编码板，移动物体在编码板正上方位置安装有电磁感应式传感器；该传感器与车载检测装置相连；所述编码板由编码段(CA)和非编码段(CB)交替排列构成，其中：

所述的非编码段(CB)由单元金属条(1)和非金属间隙(0)交替排列组成，且单元金属条(1)和非金属间隙(0)的宽度均为L；

所述的编码段(CA)由编码金属条(1A)和非金属编码间隙(0A)排列组成，编码金属条(1A)和非金属编码间隙(0A)的宽度均为L/2；编码金属条(1A)对应的逻辑单元的值为1，非金属编码间隙(0A)对应的逻辑单元的值为0；编码段(CA)的初始位置和未位置均为非金属编码间隙(0A)，且其相邻位置排列的均为非编码段的非金属间隙(0)；中间位置的编码金属条(1A)和非金属编码间隙(0A)总长度为N*L/2，其排列对应的N个逻辑单元的值构成一个N位的编码，N为大于1的整数；

所述的传感器为两组(S1F、S1B和S2F、S2B)，两组的间距为L的偶数倍，且大于编码段(CA)的长度；每组传感器(S1F、S1B或S2F、S2B)包含前、后两个相距为L/2奇数倍的传感器，前传感器(S1F、S2F)和后传感器(S1B、S2B)沿物体移动方向上的宽度为L/2。