CN103754240B - 一种位置检测方法和位置传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种位置检测方法和位置传感器，该方法包括：获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值，并根据获取到的差值判断列车受电弓的位置；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上。本发明提供位置检测方法，能够提高列车位置检测的准确性，可靠性，且具有很好的通用性。

Description

一种位置检测方法和位置传感器

技术领域

本发明涉及一种检测技术领域，尤其涉及到一种位置检测方法和位置传感器。

背景技术

随着高速铁路和重载铁路的发展，断电过分相已经在制约列车速度和载重的提高，这就要求列车在分相区内也可以带电运行，避免列车速度的损失。地面自动过分相是一种可以使列车不断电过分相的方式，它依靠两组地面开关，将中性区分别与两侧供电臂连接起来。没有列车经过时，地面开关断开，中性区无电；当列车经过分相区时，通过两组地面开关先后闭合，中性区轮流由两侧供电臂供电，使列车在分相区内运行时不断开主断路器，断电时间非常短，大幅减小列车速度的损失。

要实现地面自动过分相系统对中性区供电的切换，首先必须要得到准确无误的列车受电弓位置信号。如果列车受电弓位置信号不准确，会导致地面开关时序混乱，影响中性区的正常供电，导致列车受电弓带载闯分相，严重时还会造成牵引网相间短路故障，影响牵引供电系统的安全和行车秩序。

现有的列车位置信号主要来自磁钢传感器、应答器和计轴器。磁钢传感器安装简便，适应性强，但时间久了会出现失磁的问题，造成漏检，可靠性降低，不能准确得到受电弓位置信号。应答器是地面向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息的设备，在车载自动过分相系统中，一般从应答器获取列车位置信息，但地面自动过分相系统是地面设备，应答器不适用于地面自动过分相系统。从车载设备向地面设备传输信息，需要使用GSM-R系统，增加了系统的复杂程度，改造工程量大。计轴器是通过计数车轮轮对的数量来检测列车的位置，对于只有机车或者只有动车组的线路(如日本新干线)，计轴器可以用在地面自动过分相系统中。但是我国现阶段存在很多机车和动车组混跑的线路，由于不同类型列车的受电弓位于不同的轮对上方，计轴的数量差别很大，需要针对不同的车型设置不同的计轴数，所以计轴器的方法通用性不够好。

发明内容

本发明提供了一种位置检测方法和位置传感器，能够提高列车位置检测的准确性，可靠性，并具有很好的通用性。

本发明中提供了一种位置检测方法，包括：

步骤a，获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

步骤b，根据获取到的差值确定列车的位置。

优选的，所述步骤a具体包括：

获取第一左吊弦对应的第一电流值与第一右吊弦对应的第二电流值之间的差值；其中第一左吊弦和第一右吊弦分别为从所述支柱左侧和从所述支柱右侧最接近所述支柱的吊弦。

优选的，所述步骤a之前，所述方法还包括：

步骤c，在第一左吊弦与所述支柱之间安装第一载流线，在第一右吊弦与所述支柱之间安装第二载流线，所述第一载流线和第二载流线两端均分别连接在承力索和接触网；

所述步骤a具体包括：

获取第一载流线对应的第一电流值与第二载流线对应的第二电流值之间的差值；

其中第一左吊弦和第一右吊弦分别为从所述支柱左侧和从所述支柱右侧最接近所述支柱的吊弦。

优选的，所述步骤c包括：将所述第一载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一左吊弦的一侧，将所述第二载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一右吊弦的一侧。

优选的，所述步骤c包括：

将所述第一载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一左吊弦的一侧，并将上端连接所述支柱与所述承力索的连接点上；

将第二载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一右吊弦的一侧，并将上端连接所述支柱与所述承力索的连接点上。

优选的，所述步骤c包括：

使用绝缘线作为第一左吊弦和第一右吊弦。

本发明还提供了一种位置传感器，用于检测列车的位置，包括：

差值获取模块，用于获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

位置确定模块，用于根据所述差值获取模块获取到的差值确定列车的位置。

优选的，所述差值获取模块，包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第一整流支路、第二整流支路、有源电流互感器；

其中，所述第一电流互感器，用于检测第一导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第一整流支路，第二电流互感器用于检测第二导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第二整流支路；

所述第一整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，第二整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，且第一整流电路输出的电流和第二整流支路输出的电流以相反的方向穿过所述有源电流互感器；

所述有源电流互感器用于将感应产生的电流作为第一电流值和第二电流值的差值。

优选的，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用闭合式结构的铁芯。

优选的，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用穿心结构。

本发明提供的位置检测方法中，获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值，并根据获取到的差值判断列车受电弓的位置；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上。本发明提供的位置检测方法与采用磁钢传感器相比，不存在失磁的问题，因此不会漏检，可靠性得到提高，与采用应答器的方法相比，不涉及从车载设备向地面设备传输信息，无需使用GSM-R系统，系统的复杂程度得到降低，与采用计轴器相比，无需针对不同车型进行调整，适用于机车和动车组混跑的线路，通用性更好。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种位置检测方法的流程示意图；

图2表示本发明实施例二提供的一种位置检测方法中采集吊弦的对应的电流值的情形；

图3为本发明实施例三提供的位置传感器中差值获取模块的结构示意图；

图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)表示本发明实施例三提供的位置检测方法中采集载流线对应的电流值的情形；

图5为本发明实施例四提供的一种位置传感器的结构示意图；

图6为本发明实施例五提供的位置传感器中的差值获取模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例一提供了一种位置检测方法，用于通过检测列车受电弓的位置检测列车的位置，如图1所示，该方法包括：

步骤101，获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

步骤102，根据获取到的差值确定列车的位置。

实际应用中，有多种实现步骤101的方式，比如最简单的方式为使用电流表检测两根到导线中的电流，并对检测到的电流取差值。需要指出的是，这里的第一电流值和第二电流值可以分别为第一导线和第二导线中的电流的绝对值，也可以分别为对第一导线和第二导线中的电流的绝对值按照预设比例缩小后的取值。

本发明的原理在于，当列车受电弓位于本发明的第一导线左侧时，第一导线中电流的绝对值大于第二导线中电流的绝对值；当列车受电弓位于第二导线左侧时，第二导线中电流的绝对值大于第一导线中电流的绝对值；当列车受电弓位于第一导线和第二导线中间位置时，第一导线中电流的绝对值等于第二导线中电流的绝对值。则相应的，步骤102中，当第一电流值减去第二电流值得到的差值为正时，判定列车受电弓在第一导线左侧，当第一电流值减去第二电流值得到的差值为0时，判定列车受电弓在第一导线和第二导线中间；当第一电流值减去第二电流值得到的差值为负时，判定列车受电弓在第二导线的右侧。之后根据列车受电弓的位置确定列车的位置，根据列车受电弓的位置确定列车的位置与现有技术中一致，在此不再赘述。

本发明提供的位置检测方法与采用磁钢传感器相比，不存在失磁的问题，因此不会漏检，可靠性得到提高，与采用应答器的方法相比，不涉及从车载设备向地面设备传输信息，无需使用GSM-R系统，系统的复杂程度得到降低，与采用计轴器相比，无需针对不同车型进行调整，适用于机车和动车组混跑的线路，通用性更好。

基于上述实施例一，本发明实施例二提供的位置检测方法中，上述的步骤101可以包括：

获取第一左吊弦对应的第一电流值与第一右吊弦对应的第二电流值之间的差值；其中第一左吊弦和第一右吊弦分别为从所述支柱左侧和从所述支柱右侧最接近所述支柱的吊弦。

现有技术中，吊弦一般为导体，本发明实施例中可以直接测量第一左吊弦和第一右吊弦对应的电流值。如图2所示为本发明实施例二中获取第一左吊弦对应的第一电流值与第一右吊弦对应的第二电流值之间的差值的情形，其中的CG1和CG2分别用于采集第一左吊弦对应的第一电流值和第一右吊弦对应的第二电流值。

基于上述实施例一，本发明提供的另外一种实施例三中，在步骤101之前，还可以包括安装载流线，并检测载流线对应的电流值，如图3所示的，本发明实施例三可以包括：

步骤301，在第一左吊弦与所述支柱之间安装第一载流线，在第一右吊弦与所述支柱之间安装第二载流线，所述第一载流线和第二载流线两端均分别连接在承力索和接触网；

步骤302，获取第一载流线对应的第一电流值与第二载流线对应的第二电流值之间的差值；

步骤303，根据获取到的差值确定列车的位置。

实际应用中，由于吊弦的位置和形状较为固定，不利于产生较大的差值，在此基础上，本发明实施例三中，在承力索和接触网之间添加额外的载流线，通过改变载流线的安装位置和形状可以调节第一电流值和第二电流值之间的差值。

在本发明实施例三的基础上，较为优选的方式是：

使所述第一载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一左吊弦的一侧，上端连接在所述承力索上所述第一左吊弦与所述支柱之间的任一点，使所述第二载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一右吊弦的一侧，上端连接在所述承力索上所述第一右吊弦与所述支柱之间的任一点。

此时，可以包括图4(a)、图4(b)、图4(c)如下几种情形：

(a)、载流线13与承力索9的连接点X1和吊弦11与承力索9的连接点C1重合，载流线14与承力索9的连接点X2和吊弦12与承力索9的连接点C2重合；

(b)、载流线13与承力索9的连接点X1在C1和C3之间，载流线14与承力索9的连接点X2在C2和C3之间的情况，X1和X2相对支柱对称；

(c)、载流线13与承力索9的连接点X1和载流线14与承力索9的连接点X2重合在C3点。实际应用中，本申请发明人发现，通过方式c产生的差值最大，对列车位置的检测更加准确；

上述的图4(a)、图4(b)、图4(c)中，吊弦11和吊弦12为支柱左右两侧的第一根吊弦，吊弦11上安装列车受电弓传感器CG1，吊弦12上安装列车受电弓传感器CG2；也可新增载流线13和14，连接承力索9与接触网10，载流线13上安装列车受电弓传感器CG1，载流线14上安装列车受电弓传感器CG2。吊弦11与承力索9的连接点为C1，吊弦12与承力索9的连接点为C2，载流线13与承力索9的连接点为X1，载流线14与承力索9的连接点为X2，承力索9与支柱的连接点为C3，X1在C1和C2之间，X2在C2和C3之间，且X1和X2相对支柱对称。载流线13和接触网10的连接点为J1，载流线14与接触网10的连接点为J2，J1同时是吊弦11和接触网10的连接点，J2同时是吊弦12和接触网10的连接点。

在上述方式(c)的基础上，还可以如图4(d)所示，使用绝缘线作为第一左吊弦和第一右吊弦，这样可以进一步增大相应的电流差值，进一步提高列车位置检测的准确性。

基于相同的构思，本发明实施例四还提供了一种用于实现上述的位置检测方法的设备，如图5所述，该设备包括：

差值获取模块501，用于获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

位置确定模块502，用于根据所述差值获取模块获取到的差值确定列车的位置。

这里的差值获取模块可以通过多种方式实现，如上述的采用两个电流表进行检测，并取差值。

基于上述实施例四，本发明实施例五提供的一种位置传感器中差值获取模块，可以包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第一整流支路、第二整流支路、有源电流互感器，

其中，所述第一电流互感器，用于检测第一导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第一整流支路，第二电流互感器用于检测第二导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第二整流支路；

所述第一整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，第二整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，且第一整流电路输出的电流和第二整流支路输出的电流以相反的方向穿过所述有源电流互感器；

所述有源电流互感器用于将感应产生的电流作为第一电流值和第二电流值的差值。

本发明实施例四的有益效果包括：(1)由于采用两个电流互感器对既有吊弦或者新增载流线中的交流电流进行监测，当电流较小时，电流互感器工作在线性区域，当电流较大时，电流互感器工作在饱和区域，以此减小电流互感器磁芯(比如铁芯)的体积。(2)由于两个电流互感器处于同样的外界环境，它们的输出电流受到了相同的干扰，因此相减后可以消除共模干扰，提高位置传感器的抗干扰能力。(3)通过监测电流的变化趋势来判断列车受电弓的位置，而无需定量的采集电流数值，因此允许电流互感器的铁芯工作在饱和区域，也能够减小电流互感器的铁芯体积，进而减小整个位置传感器的设备体积，同时也可降低成本；(4)通过电流互感器将载流线电流成比例缩小并取绝对值，再将取绝对值后的两个载流线的电流以不同的方向穿过有源电流互感器，利用磁场特性相减，得到两根载流线电流绝对值之差，后级电路逻辑判断的难度得到降低。

优选的，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用闭合式结构的铁芯。

由于采用闭合式结构的铁芯，与开口式结构铁芯的电流互感器相比，本发明的电流互感器在监测小电流的时候带载能力更强，更适用于检测轻载工况下列车受电弓的位置。

优选的，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用穿心结构。

实际应用中，本发明实施例五提供的差值获取模块的结构如图6所示，包括：第一电流互感器CT1和第二电流互感器CT2，第一整流支路包括支路1和支路2，第二整流支路包括支路5和支路6，有源电流互感器ACT，第一载流线Z1穿过第一电流互感器CT1，第一电流互感器CT1的二次侧绕组W1的两个引出端分别与第一支路1和第二支路2的中点连接，第一支路1、第二支路2和第三支路3的两端并联连接；第二载流线Z2穿过电流互感器CT2，电流互感器CT2的二次侧绕组W2的两个引出端分别与第五支路5和第六支路6的中点连接，第五支路5、第六支路6和第七支路7的两端并联连接，第三支路3和第七支路7以相反的方向穿过有源电流互感器ACT，其中，

第一支路1为第一一二极管D11和第一二二极管D12的串联支路。

第一一二极管D11的阳极与第一二二极管D12的阴极连接。

第二支路2为第二一二极管D21和第二二二极管D22的串联支路。

第二一二极管D21的阳极与第二二二极管D22的阴极连接。

第三支路3为第一导线L1构成的支路。

第四支路4为第一电流互感器CT1构成的支路。

第一导线穿过第一电流互感器CT1。

第一电流互感器CT1的绕组W1的一端与第一支路1的第一一二极管D11的阳极和第一二二极管D12的阴极连接。

第二电流互感器CT2的绕组W1的另一端与第二支路2的第二一二极管D21的阳极和第二二二极管D22的阴极连接。

第三支路3的第一导线L1的第一端P1_L1与第一支路1的第一一二极管D11的阴极和第二支路2的第二一二极管D21的阴极连接。

第三支路3的第一导线L1的第二端P2_L1与第一支路1的第一二二极管D12的阳极和第二支路2的第二二二极管D22的阳极连接。

第五支路5为第五一二极管D51和第五二二极管D52的串联支路。

第五一二极管D51的阳极与第五二二极管D52的阴极连接。

第六支路6为第六一二极管D61和第六二二极管D62的串联支路。

第六一二极管D61的阳极与第六二二极管D62的阴极连接。

第七支路7为第二导线L2构成的支路。

第八支路8为第二电流互感器CT2构成的支路。

第二导线穿过第二电流互感器CT2。

第二电流互感器CT2的绕组W2的一端与第五支路5的第五一二极管D51的阳极和第五二二极管D52的阴极连接。

第二电流互感器CT2的绕组W2的另一端与第六支路6的第六一二极管D61的阳极和第六二二极管D62的阴极连接。

第七支路7的第二导线L2的第一端P1_L2与第五支路5的第五一二极管D51的阴极和第六支路6的第六一二极管D61的阴极连接。

第七支路7的第二导线L2的第二端P2_L2与第五支路5的第五二二D52极管的阳极和第六支路6的第六二二极管D62的阳极连接。

第三支路3的第一导线L1正向穿过有源电流互感器ACT。

第七支路7的第二导线L2反向穿过有源电流互感器ACT。

其工作原理在于：当列车驶过时，第一载流线Z1和第二载流线Z2中会流过电流，电流互感器CT1和CT2检测到Z1和Z2中的电流后，在二次侧绕组W1和W2中产生电流，通过第一支路1和第二支路2、第五支路5和第六支路6的二极管整流电路，将二次侧绕组W1和W2中的交流电流整流为直流电流，相当于对二次侧绕组W1和W2中的电流取绝对值，这个电流分别流过第一导线L1和第二导线L2，在第一导线L1和第二导线L2的周围空间产生磁场，由于第一导线L1和第二导线L2以相反的方向穿过有源电流互感器ACT，所以第一导线L1和第二导线L2中电流产生的磁场在空间相减后，被有源电流互感器ACT检测。当列车受电弓位于本发明的传感器CG1左侧时，第一导线中电流的绝对值大于第二导线中电流的绝对值，有源电流互感器ACT检测得到正的电流值；当列车受电弓位于传感器CG2右侧时，第一导线中电流的绝对值小于第二导线中电流的绝对值，有源电流互感器ACT检测得到负的电流值；当列车受电弓位于传感器CG1和CG2中间位置时，第一导线中电流的绝对值等于第二导线中电流的绝对值，有源电流互感器ACT检测得到零。通过判断有源电流互感器ACT的信号变化，得到列车受电弓的位置信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种位置检测方法，其特征在于，用于检测列车的位置，该方法包括：

步骤a，获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

步骤b，根据获取到的差值确定列车的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a具体包括：

获取第一左吊弦对应的第一电流值与第一右吊弦对应的第二电流值之间的差值；其中第一左吊弦和第一右吊弦分别为从所述支柱左侧和从所述支柱右侧最接近所述支柱的吊弦。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a之前，所述方法还包括：

步骤c，在第一左吊弦与所述支柱之间安装第一载流线，在第一右吊弦与所述支柱之间安装第二载流线，所述第一载流线和第二载流线两端均分别连接在承力索和接触网；

所述步骤a具体包括：

获取第一载流线对应的第一电流值与第二载流线对应的第二电流值之间的差值；

其中第一左吊弦和第一右吊弦分别为从所述支柱左侧和从所述支柱右侧最接近所述支柱的吊弦。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤c包括：将所述第一载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一左吊弦的一侧，将所述第二载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一右吊弦的一侧。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤c包括：

将所述第一载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一左吊弦的一侧，并将上端连接所述支柱与所述承力索的连接点上；

将第二载流线的下端连接在所述接触网上靠近第一右吊弦的一侧，并将上端连接所述支柱与所述承力索的连接点上。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤c包括：

使用绝缘线作为第一左吊弦和第一右吊弦。

7.一种位置传感器，其特征在于，用于检测列车的位置，包括：

差值获取模块，用于获取第一导线对应的第一电流值与第二导线对应的第二电流值之间的差值；其中，所述第一电流值用于表示所述第一导线中电流的绝对值，所述第二电流值用于表示所述第二导线中电流的绝对值，所述第一导线位于支柱左侧，所述第二导线位于支柱右侧，所述第一导线和所述第二导线的两端均分别连接在承力索和接触网上；

位置确定模块，用于根据所述差值获取模块获取到的差值确定列车的位置。

8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于，所述差值获取模块，包括：第一电流互感器、第二电流互感器、第一整流支路、第二整流支路、有源电流互感器；

其中，所述第一电流互感器，用于检测第一导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第一整流支路，第二电流互感器用于检测第二导线中的电流，并将感应产生的电流输出到第二整流支路；

所述第一整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，第二整流支路用于对输入到自身的电流进行整流后输出，且第一整流电路输出的电流和第二整流支路输出的电流以相反的方向穿过所述有源电流互感器；

所述有源电流互感器用于将感应产生的电流作为第一电流值和第二电流值的差值。

9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用闭合式结构的铁芯。

10.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述第一电流互感器和/或第二电流互感器采用穿心结构。