CN105301286A - 一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置、平台及方法 - Google Patents

Abstract

一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置、平台及方法。该磁浮列车的定位测速传感器的检测装置中定位测速传感器包括检测线圈，检测装置包括测试线圈驱动单元、测试线圈和信号处理单元，其中：测试线圈驱动单元与测试线圈连接，用于生成控制信号控制测试线圈的通断；测试线圈设置在定位测速传感器下方，测试线圈的通断改变检测线圈的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，定位测速传感器产生位置和速度信号；信号处理单元与定位测速传感器连接，用于将位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。该检测装置结构简单紧凑，方便有效，能够模拟在较高速度下对定位测速传感器的测量，从而保障磁浮列车安全运行。

Description

一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置、平台及方法

技术领域

本发明涉及磁浮列车领域，尤其涉及一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置和平台。本发明还涉及一种磁浮列车的定位测速传感器的检测方法。

背景技术

为了实现磁浮列车同步牵引控制和安全运行，需要实时、准确地获得列车运行的状态，特别是列车的运行位置、速度及方向等信息，这些与定位测速系统密切相关。定位测速系统作为磁浮列车的重要组成部分，其效果的好坏直接影响到列车的安全。

采用基于长定子轨道的同步直线电机牵引的磁浮列车的定位测速系统，是运用绝对定位与相对定位相结合的定位测速技术，该定位测速系统在列车运行控制中起关键作用。

说明书附图1为现有基于长定子轨道的同步直线电机牵引的磁浮列车的定位测速传感器系统的工作过程示意图。

参照图1，定位测速传感系统包括电感式定位测速传感器100和信号处理单元，使设在长定子轨道800中的线圈900注入交变电流，电感式定位测速传感器1在长定子轨道800上运动时，使得定位测速传感器100检测线圈的电感发生变化，从而使得谐振电路两端的电压发生改变，传感器检波和数字电路根据变化的电压得到对应的列车的位置、速度等信息。

在定位测速传感器正式列装前，需要对其质量进行必要的检测，以保证其满足定位测速系统的要求。其次，定位传感器长期暴露在外，虽然有一定的保护装置，但鉴于工作环境较为复杂、恶劣，传感器工作一段时间后可能会出现一些故障。这时，就需要及时对其进行必要的维护与更新。

目前采用机械法对定位测速传感器机械进行检测，机械法的思想来源于相对位置传感器的实际工作情况。机械法根据工作形式，又分机械平台法和机械转台法。机械平台法的特点在于较为真实模拟列车实际运行状况。该法铺设局部长定子轨道，通过控制定位测速传感器的运行，再现实际工作情况。机械转台法利用机械转台，模拟长定子轨道。通过设置不同的转速来模拟定位测速传感器在长定子轨道上的不同运行速度。上述两种方法虽然都能较为真实地模拟定位测速传感器运行情况，但有如下缺点，以机械平台法为例：一是长定子轨道占用空间较大，不能铺设太长，使得运行距离受限。二是基于机械平台本身的局限，运行速度受限，使得难以模拟定位测速传感器在较高速度下运行的情况。

因此，如何能够简单便捷的模拟定位测速传感器在较高速度下运行的情况，以提高对定位测速传感器检测效率成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构简单紧凑、使用方便有效的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置、平台及方法，以保障磁浮列车安全运行。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，定位测速传感器包括检测线圈，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置包括测试线圈驱动单元、测试线圈和信号处理单元，其中：

所述测试线圈驱动单元与所述测试线圈连接，用于生成控制信号控制测试线圈的通断；

所述测试线圈设置在定位测速传感器的下方，所述测试线圈的通断改变定位测速传感器检测线圈的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，所述定位测速传感器产生位置和速度信号；

所述信号处理单元与定位测速传感器连接，用于将定位测速传感器输出的位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

优选的，当所述测试线圈接通时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（1）

当所述测试线圈断开时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（2）

其中：

（3）

ε是定位测速传感器检测线圈的激励电压的幅值，ω是激励电压角频率，L是定位测速传感器检测线圈自感，L ₀ 是测试线圈自感，R是分压电阻，R _L 是定位测速传感器检测线圈寄生电阻，R _L0 是测试线圈的寄生电阻，M是定位测速传感器检测线圈和测试线圈之间的互感，C是谐振电容器的电容。

优选的，所述测试线圈与所述定位测速传感器的检测线圈存在空间上的对应关系，且为四组线圈，每组线圈有至少一根导线。

优选的，所述测试线圈驱动单元包括信号发生单元以及电子开关控制单元，所述信号发生单元产生有相位差的控制信号驱动所述电子开关控制单元控制测试线圈的通断。

优选的，所述电子开关控制单元通过可调电阻分别与测试线圈的四组线圈每个导线连接。

优选的，所述电子开关控制单元还通过分压电阻分别与所述测试线圈的四组线圈每个导线连接。

优选的，所述信号处理单元将定位测速传感器输出的位置和速度信号进行处理后与预设值比较，得到定位测速传感器状态信息。

本发明之磁浮列车的定位测速传感器的检测平台，包括上述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，还包括非金属固定套板、非金属支撑板和测试线圈板，所述非金属固定套板为无盖四边形盒子，非金属定套板盒内水平设置有测试线圈板，测试线圈板四周为非金属支撑板；

所述测试线圈放置在测试线圈板上，所述定位测速传感器放置在非金属支撑板的上表面的支撑装置上，所述测试线圈驱动单元通过导线穿过非金属固定套板上的入口孔与测试线圈板上的测试线圈连接。

优选的，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置中的信号处理单元为计算机，计算机通过数据采集卡与定位测速传感器连接。

本发明之磁浮列车的定位测速传感器的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：测试线圈驱动单元生成控制信号控制测试线圈的通断；

步骤2：测试线圈的通断改变定位测速传感器检测线圈的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，从而使定位测速传感器产生位置和速度信号；

步骤3：所述信号处理单元将定位测速传感器输出的位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

本发明的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置结构简单紧凑，不占用较大空间，使用方便有效，能够充分完成对定位测速传感器性能和质量测量。磁浮列车的运行速度，可以通过测试线圈驱动单元生成的控制信号的频率来改变测试线圈的通断速率来实现，因而可以模拟定位测速传感器在较高速度下运行的情况。定位测速传感器在正式列装前，通过定位测速传感器的检测装置对其进行检测，以保证定位测速传感器的质量，从而保障磁浮列车安全运行。

同样，包括上述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置检测平台的及磁浮列车的定位测速传感器的检测方法也具有相应的技术效果，实现上述相对应的目的。

附图说明

图1为现有基于长定子轨道的同步直线电机牵引的磁浮列车的定位测速传感器系统的工作过程示意图；

图2为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的结构框图；

图3为图2所示本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的测试线圈与定位测速传感器的检测线圈的相对位置示意图；

图4为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的等效电路图；

图5为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的一种测试线圈的结构示意图；

图6为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的测试线圈驱动单元的结构框图；

图7为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的一种电子开关控制电路的电路图；

图8为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测平台结构示意图；

图9本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测方法实施方式的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图2、图3，本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，定位测速传感器100包括检测线圈101，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置包括测试线圈驱动单元200、测试线圈300和信号处理单元400，所述测试线圈驱动单元200与所述测试线圈300连接，用于生成控制信号控制测试线圈300的通断。所述测试线圈300设置在定位测速传感器100的下方，所述测试线圈300的通断改变定位测速传感器检测线圈101的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，所述定位测速传感器100产生位置和速度信号。所述信号处理单元400与定位测速传感器100连接，用于将定位测速传感器100输出的位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

测试线圈驱动单元200生成控制信号，实现对测试线圈300的通断控制。当测试线圈300通断发生变化时，由于所述测试线圈300设置在定位测速传感器100下方，因而使得定位测速传感器的检测线圈101的电感发生变化。当定位测速传感器的检测线圈101的电感发生变化，检测线圈101两端输出电压随之发生变化，使定位测速传感器100产生位置和速度信号，从而可以模拟定位测速传感器在长定子轨道上的运动。信号处理单元400将定位测速传感器输出位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

进一步的，所述定位测速传感器100是电感式传感器，还包括检波电路和数字电路。当定位测速传感器的检测线圈101两端的输出电压发生变化时，检波电路和数字电路将接收到的电压信号等效处理为模拟定位测速传感器不同的位置和速度信号。上述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置结构简单紧凑，不占用较大空间，使用方便有效，能够充分完成对定位测速传感器性能和质量的测量。磁浮列车的运行速度，可以通过测试线圈驱动单元生成的控制信号的频率来改变测试线圈的通断速率来实现，因而可以实现模拟定位测速传感器在较高速度下运行的情况。定位测速传感器在正式列装前，对通过定位测速传感器的检测装置对其进行检测，以保证定位测速传感器的质量，从而保障磁浮列车安全运行。

参照图4，图4为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的一种等效电路图。

与上述实施例中的检测装置相比，本实施例中磁浮列车的定位测速传感器的检测装置中定位测速传感器100，测试线圈驱动单元200、测试线圈300简化为等效电路。

图中左侧为定位测速传感器100电路，右侧为测试线圈驱动单元200、测试线圈300电路，其中将测试线圈驱动单元200简化为高频可控开关S。

当所述测试线圈接通，开关S闭合时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（1）

当所述测试线圈断开，即开关S断开时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（2）

其中：

（3）

ε是定位测速传感器检测线圈的激励电压的幅值，ω是激励电压角频率，L是定位测速传感器检测线圈自感，L ₀ 是测试线圈自感，R是分压电阻，R _L 是定位测速传感器检测线圈寄生电阻，R _L0 是测试线圈的寄生电阻，M是定位测速传感器检测线圈和测试线圈之间的互感，C是谐振电容器的电容。

通过对测试线圈进行周期性通断控制，即可使得定位测速传感器检测线圈101电感值成周期性变化，检测线圈101两端输出电压的幅值随之发生变化，使定位测速传感器100产生与电压幅值对应的位置和速度信号，以模拟定位测速传感器在长定子轨道上的运动。

以上对本发明的结构及工作原理进行了说明，下面进一步对测试线圈和定位测速传感器的检测线圈进行说明。

参照图3和图5，图3为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的测试线圈与定位测速传感器的检测线圈的相对位置示意图，图5为本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测装置的一种测试线圈的结构示意图。测试线圈300与所述定位测速传感器的检测线圈101在空间上存在对应关系，因定位测速传感器的检测线圈101存在四组线圈，相应的测试线圈300也存在四组线圈311、312、313、314，且检测线圈101的四组线圈111、112、113、114的位置与测试线圈300的四组线圈311、312、313、314的投影位置相对应。每组线圈有至少一根导线。当测试线圈300断开时，不能形成闭合回路，因此不影响定位测速传感器的检测线圈101电感值。反之，当测试线圈300闭合时，形成闭合回路，在互感效应的作用下，定位测速传感器的检测线圈101电感值发生变化，其定位测速传感器100输出电压幅值随之变化。

四组测试线圈的形状为长方形，也可以为圆形、椭圆型等任意形状，且每组检测线圈至少由一根导线组成，也可以采用多根导线层叠或并排的复合方式。

通过将测试线圈中导线依次通断，使得传感器检波电路产生接近正弦波的信号。因此，传感器不同检测线圈所对应的检波信号的相位差，可以通过控制测试线圈驱动信号的时序来模拟。列车运行速度，则可以通过调整测试线圈的通断速率来实现。

为便于说明，这里以每组线圈有8根导线为例进行阐述。将线圈中的8根导线依次通断的方法，使得传感器检波电路产生离散的类似正弦波的信号。相邻的两组线圈的相角差，可以通过线圈中导线的通断数量差额来模拟。例如传感器任意两组线圈所产生的检波信号产生90^o相角差，可以令该两组线圈所对应的测试线圈的导线的通断数相差为4根即可。列车运行速度的调整是依靠控制4组测试线圈中每根导线的通断速率以及组与组之间的通断时序来实现的。

应当说明的是，上述测试线圈300结构不仅能够与上述第一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置相结合，也可以与本发明的其他磁浮列车的定位测速传感器的检测装置相结合，实现对测试线圈与定位测速传感器检测线线圈产生互感，以模拟定位测速传感器在长定子轨道上的运动。

测试线圈驱动单元200生成控制信号，实现对测试线圈300的通断控制。当测试线圈300每组线圈的组成导线数不同时，测试线圈驱动单元200的实现略有不同，下面将进一步对测试线圈驱动单元进行说明。

参照图6和图7，图6为本发明磁浮列车的定位测速传感器的测试线圈驱动单元的结构框图，图7为本发明磁浮列车的定位测速传感器的电子开关控制电路的电路图。

测试线圈驱动单元包括信号发生单元201以及电子开关控制单元202，所述信号发生单元201产生有相位差的控制信号驱动所述电子开关控制单元202控制测试线圈300的通断。

信号发生单元201个数与电子开关控制单元202个数相同，均等于每组线圈导线个数的四倍。

优选的，所述电子开关控制单元通过可调电阻分别与测试线圈的四组线圈每个导线连接。这里的可调电阻数目等于每组线圈导线个数的四倍。

优选的，所述电子开关控制单元还通过分压电阻分别与所述测试线圈的四组线圈每个导线连接。这里的分压电阻数目等于每组线圈导线个数的四倍。

为便于说明，这里以每组线圈有1根导线为例进行阐述。有四个信号发生单元201产生四路有相位差的控制信号驱动四个电子开关控制单元202分别控制四组测试线圈300的通断。

在进一步的方案中，如图7所示，所述电子开关控制单元202通过四个可调电阻R21、R23、R24、R27分别与线圈的四组线圈300连接。电子开关控制单元驱动串联的可调电阻用来调节信号的有效幅度，以达到和在长定子轨道上实际运行时一致的情形。在更进一步的方案中，所述电子开关控制单元202还通过分压电阻R30、R31、R32、R33分别与所述线圈的四组线圈300连接。R30、R31、R32、R33分压电形成的电压节点连接到四个测试线圈300的连接节点，起到共模输入保护的作用。

在进一步的方案中，所述信号处理单元400将定位测速传感器100输出位置和速度信号进行处理后与预设值比较，得到定位测速传感器100状态信息。首先选择功能性完好，在运行过程中应能够准确反映列车实际运行速度、位置等信息的定位测速传感器为参考，将其置于检测装置中，采集输出信号，经整理后，获得预设值，并将其作为拟定标准植入检测装置的评价体系。然后，以此为预设值，通过对比分析，对其他定位测速传感器进行判定。

预设值的建立是检测的基础，为了更有效地对定位测速传感器进行检测，需要对预先形成标准件，存储预设值，以指导检测标准的形成。同时，对于每个定位测速传感器来说，在其正式列装前，都需要经历检测这样一个的过程，以保证定位测速传感器的质量。

本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测平台包含上述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，还包括非金属固定套板1、非金属支撑板2和测试线圈板3，所述非金属固定套板1为无盖四边形盒子，非金属固定套板1盒内水平设置有测试线圈板3，测试线圈板3四周为非金属支撑板2；所述测试线圈300放置在测试线圈板3上，所述定位测速传感器100放置在非金属支撑板2的上表面的支撑装置上，所述测试线圈驱动单元200通过导线穿过非金属固定套板1上的入口孔5与测试线圈板上的测试线圈连接，将测试线圈驱动电路200生成的控制信号从入口孔中送给测试线圈板3上的测试线圈300。

优选的，在非金属支撑板2的上表面配有四个螺孔4，与之相对应的螺钉即用来支撑定位测速传感器100。通过控制螺钉进入螺孔4的深度，达到调节定位测速传感器与测试线圈板之间距离的目的。

在进一步的具体实施方式中，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置中的信号处理单元为计算机，计算机通过数据采集卡与定位测速传感器连接。数据采集卡，将RS485电信号转换成符合TTL/CMOS标准的电信号，数据经处理后，通过计算机USB接口送入到计算机。

优选地，安装于计算机中的基于NI公司的LabVIEW开发工具，用于完成磁浮列车定位测速传感器的检测。

本发明通过计算机对定位测速传感器在长定子轨道上运动的相关数据进行处理、分析的，判断定位测速传感器的状态信息，以达到对定位测速传感器检测的目的。

该定位测速传感器的检测平台具有较好的稳定性与实用性，完全满足检测平台的现实需求。除此之外，由于检测平台包含上述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，因而磁浮列车的定位测速传感器的检测平台也具有相应的技术效果，在此不再做详细介绍。

本发明磁浮列车的定位测速传感器的检测方法包括以下步骤：

步骤1：测试线圈驱动单元生成控制信号控制测试线圈的通断；

步骤2：测试线圈的通断改变定位测速传感器检测线圈的电感，检测线圈两端电压信号随之改变，从而使定位测速传感器产生位置和速度信号；

步骤3：所述信号处理单元将定位测速传感器输出位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

上述磁浮列车的定位测速传感器的检测方法，能够充分有效地完成对定位测速传感器性能和质量测量。磁浮列车的运行速度，可以通过测试线圈驱动单元生成的控制信号的频率来改变测试线圈的通断速率来实现，因而可以实现模拟定位测速传感器在较高速度下运行的情况。定位测速传感器在正式列装前，对其进行检测，以保证定位测速传感器的质量，从而保障磁浮列车安全运行。

以上对本发明所提供的一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置、平台及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，定位测速传感器包括检测线圈，其特征在于，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置包括测试线圈驱动单元、测试线圈和信号处理单元，其中：

所述测试线圈驱动单元与所述测试线圈连接，用于生成控制信号控制测试线圈的通断；

所述测试线圈设置在定位测速传感器的下方，所述测试线圈的通断改变定位测速传感器检测线圈的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，所述定位测速传感器产生位置和速度信号；

所述信号处理单元与定位测速传感器连接，用于将定位测速传感器输出的位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。

2.根据权利要求1所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，当所述测试线圈接通时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（1）

当所述测试线圈断开时，所述定位测速传感器的检测线圈两端的电压为：

（2）

其中：

（3）

ε是定位测速传感器的检测线圈的激励电压的幅值，ω是激励电压角频率，L是定位测速传感器检测线圈自感，L ₀ 是测试线圈自感，R是分压电阻，R _L 是定位测速传感器检测线圈寄生电阻，R _L0 是测试线圈的寄生电阻，M是定位测速传感器检测线圈和测试线圈之间的互感，C是谐振电容器的电容。

3.根据权利要求1或2所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，所述测试线圈与所述定位测速传感器的检测线圈存在空间上的对应关系，且为四组线圈，每组线圈有至少一根导线。

4.根据权利要求3所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，所述测试线圈驱动单元包括信号发生单元以及电子开关控制单元，所述信号发生单元产生有相位差的控制信号驱动所述电子开关控制单元控制测试线圈的通断。

5.根据权利要求4所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，所述电子开关控制单元通过可调电阻分别与测试线圈的四组线圈每个导线连接。

6.根据权利要求5所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，所述电子开关控制单元还通过分压电阻分别与所述测试线圈的四组线圈每个导线连接。

7.根据权利要求6所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，其特征在于，所述信号处理单元将定位测速传感器输出位置和速度信号进行处理后与预设值比较，得到定位测速传感器状态信息。

8.一种磁浮列车的定位测速传感器的检测平台，其特征在于，包含权利要求1至6中任一项所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测装置，还包括非金属固定套板、非金属支撑板和测试线圈板，所述非金属固定套板为无盖四边形盒子，非金属固定套板盒内水平设置有测试线圈板，测试线圈板四周为非金属支撑板；

所述测试线圈放置在测试线圈板上，所述定位测速传感器放置在非金属支撑板的上表面的支撑装置上，所述测试线圈驱动单元通过导线穿过非金属固定套板上的入口孔与测试线圈板上的测试线圈连接。

9.根据权利要求8所述的磁浮列车的定位测速传感器的检测平台，所述磁浮列车的定位测速传感器的检测装置中的信号处理单元为计算机，计算机通过数据采集卡与定位测速传感器连接。

10.一种磁浮列车的定位测速传感器的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：测试线圈驱动单元生成控制信号控制测试线圈的通断；

步骤2：测试线圈的通断改变定位测速传感器检测线圈的电感，检测线圈两端的电压信号随之改变，从而使定位测速传感器产生位置和速度信号；

步骤3：所述信号处理单元将定位测速传感器输出位置和速度信号进行处理，获得定位测速传感器的状态信息。