CN106645787A - 机车测速方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机车测速方法、系统及装置，通过获取至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号；将各每路周期性信号分别与预设值进行比较，将周期性信号中大于预设值的信号值转换为高电平，以及小于或等于预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各脉冲信号进行异或获得参考脉冲信号；根据参考脉冲信号，获取机车的速度。可避免直接根据传感器输出的一路周期性信号获得机车速度不准确的问题，分别将每路周期性信号与预设值进行比对获得至少两路脉冲信号，对各路脉冲信号进行异或，获得能准确反映机车的转速的参考脉冲信号，将参考脉冲信号作为计算机车的速度的依据，提高机车的速度的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及机车测速技术领域，特别涉及一种机车测速方法、系统及装置。
背景技术
目前，铁路机车测速采用的主要是单圈脉冲数为200个的光电式转速传感器和单圈脉冲数为80个的非接触式霍尔转速传感器，光电式转速传感器的原理是其内部有一组发光管和接收管，发光管和接收管分布在光栅盘的两侧，光栅盘是激光加工而成，其上有200条高尺寸精度的光栅，在光栅盘旋转时接收管间隔性地收到光信号，通过后级电路转换而输出方波脉冲信号，然后再根据方波脉冲信号测量机车速度。光栅盘旋转一周输出的方波脉冲信号的数量等于光栅盘上光栅的数量，其单圈脉冲数量取决于光栅盘光栅的条数。为了提高速度，可采用霍尔转速传感器进行测速，霍尔转速传感器的原理是在其端部有霍尔开关器件，霍尔开关器件的背面安装有永磁体，当与其配套的测速齿轮的齿顶接近霍尔转速传感器端部时，穿过霍尔开关器件的磁通最大，当测速齿轮的齿谷接近霍尔转速传感器端部时，穿过霍尔开关器件的磁通最小，这样齿轮旋转时，齿顶齿谷不断切换，霍尔转速传感器输出方波脉冲信号，再根据方波脉冲信号测量机车速度。齿轮旋转一圈输出的脉冲数量等于测速齿轮的齿数，其单圈脉冲数量取决于齿盘上的齿数。
然而，目前铁路机车所使用的测速传感器均没有对信号进行进一步处理，这样得到的方波脉冲信号可能存在较大误差，致使计算的机车速度不准确，导致无法准确对机车进行超速保护等维护。
发明内容
基于此，有必要针对机车测速准确性不足的问题，提供一种提高测速准确性的机车测速方法、系统及装置。
一种机车测速方法，其包括如下步骤：
采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，所述周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；
将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同；
对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；
根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。
一种机车测速系统，包括：
信号采集模块，用于采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，所述周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；
信号转换模块，用于将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同；
处理模块，用于对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；
速度获取模块，用于根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。
一种机车测速装置，包括处理器、设置于机车轮轴的磁盘以及与所述磁盘配合的至少一个传感器，所述处理器与所述传感器连接，所述磁盘包括盘体以及设置于所述盘体的若干磁性件，所述磁盘的内圈开设磁感应通道，所述磁性件在所述磁感应通道内形成周期性磁场，至少一个所述传感器伸入所述磁感应通道内切割所述周期性磁场输出至少两路周期性电信号至所述处理器，所述处理器接收各所述周期性电信号，将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，并将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号，根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同。
上述机车测速方法、系统及装置，采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；将各每路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。可避免直接根据传感器输出的一路周期性信号获得机车速度不准确的问题，在采集到至少两路周期性信号后，对其进行进一步处理，即分别将每路周期性信号与预设值进行比对获得至少两路脉冲信号，对各路所述脉冲信号进行异或处理，获得能较为准确反映机车轮轴的转速的参考脉冲信号，将参考脉冲信号作为计算机车的速度的依据，提高机车的速度的准确性，后续根据准确的机车的速度可对机车机型精确控制和维护。
附图说明
图1为一实施例的机车测速方法的流程图；
图2为一实施例的机车测速系统的模块示意图；
图3为一实施例的机车测速装置中传感器与处理器的结构示意图；
图4为一实施例的机车测速装置中磁盘的结构示意图；
图5为一实施例的机车测速装置中磁盘与传感器配合后部分俯视图；
图6(a)为图5中磁性件排列截面图；
图6(b)为图5中安装板与传感器的结构示意图；
图7为一实施例的机车测速装置中感应壳的结构示意图；
图8为图4中磁盘的剖面图；
图9为一实施例的机车测速装置中磁条的尺寸结构示意图；
图10为一实施例的机车测速装置中磁条的磁极排布示意图；
图11为一实施例的机车测速装置中磁盘的磁感应通道内磁场强度分布曲线图；
图12为一实施例的机车测速装置中传感器输出的四路周期性信号的曲线图；
图13为一实施例的机车测速装置中处理器获得的参考脉冲信号的曲线图；
图14为一实施例的机车测速装置中处理器获得的参考脉冲信号与现有技术测速结果的对比图；
图15为一实施例的机车测速装置中磁盘偏心量为0.5毫米时传感器输出的一周期性信号的曲线图；
图16为一实施例的机车测速装置中处理器根据图15中的周期信号得到的参考脉冲信号与现有技术测速结果的对比图；
图17为一实施例的机车测速装置中磁盘与传感器间隙为0.5毫米时传感器输出的一周期性信号的曲线图；
图18为一实施例的机车测速装置中处理器根据图17中的周期性信号得到参考脉冲信号与现有技术测速结果的对比图。
具体实施方式
请参阅图1，提供一种机车测速方法，包括如下步骤：
S110：采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号。
其中，所述周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生。在机车实际运行中，为了确保其安全运行，需要对机车速度进行测量，根据机车速度可知机车是否超速等，从而可对机车进行超速保护等维护。机车轮轴的滚动带动机车的移动，轮轴的转速越大机车运行越快，因此，知道轮轴的转速即可知道机车运行的速度。在机车轮轴上设置磁盘，磁盘上设置若干磁性件，在本实施例中，磁性件为磁条，通过设置的磁性件可形成周期性磁场，磁盘作为转子，可随轮轴的转动而转动，传感器作为定子，磁盘转动，传感器切割磁盘上磁性件产生的磁场，传感器感应磁场可输出周期性信号，为了避免单个周期性信号的偶然性导致不准确，通过至少一个传感器切割周期性变化的磁场输出至少两路周期性信号，其中，上述磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生的，然后，采集传感器输出的这些周期性信号，为后续速度计算做准备。
S120：将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号。
其中，脉冲信号的路数与周期性信号的路数相同。获得周期性信号后，对其进行信号转换，将每路周期性信号中大于预设值的信号值转换为高电平(例如，可以为1)，将周期性信号中不大于预设值的信号值转换为低电平(例如，可以为0)，获得路数与周期性信号的路数相同的脉冲信号。具体地，预设值为2.5伏。
S130：对各脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号。
脉冲信号的路数与周期性信号的路数相同，周期性信号有至少两路，从而脉冲信号至少有两路，得到至少两路脉冲信号后，对各脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号。异或是一个数学运算符，它应用于逻辑运算，如果a和b两个值不相同，则异或结果为高电平1。如果a和b两个值相同，异或结果为低电平0。例如，如果脉冲信号的路数为4，即有4路脉冲信号，在对这4路脉冲信号进行异或处理时，依据时间线和4路脉冲信号的高电平和低电平情况，异或得到一路脉冲数据信号，比如，对于某段时间内，4路脉冲信号均为高电平，对4个高电平进行异或，得到的异或结果为假则输出低电平，即参考脉冲信号在这段时间内为低电平。
S150：根据参考脉冲信号获取机车的速度。
轮轴转动一周得到的脉冲信号具有一定数目的脉冲，脉冲信号的频率与轮轴的转速成正比，获得参考脉冲信号的频率反映了轮轴转动的转速，然后根据轮轴的转速即可知道机车的速度，从而，可根据参考脉冲信号计算出机车的速度。
上述机车测速方法，采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；将各每路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。可避免直接根据传感器输出的一路周期性信号获得机车速度不准确的问题，在采集到至少两路周期性信号后，对其进行进一步处理，即分别将每路周期性信号与预设值进行比对获得至少两路脉冲信号，对各路所述脉冲信号进行异或处理，获得能较为准确反映机车轮轴的转速的参考脉冲信号，将参考脉冲信号作为计算机车的速度的依据，提高机车的速度的准确性，后续根据准确的机车的速度可对机车机型精确控制和维护。
在其中一个实施例中，传感器为霍尔传感器，传感器的数目为两个，周期性信号包括四路，各霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。
也就是说，在本实施例中，采集至少一个传感器切割设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生的周期性磁场而输出的至少两路周期性信号的步骤包括：
采集两个霍尔传感器切割设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生的周期性磁场而输出的四路周期性信号。
霍尔传感器是一种电子元器件，可感应磁场输出与磁场成线性比例的电压信号，信号大小为毫伏级别，一个霍尔传感器可以包括一个霍尔感应单元，也可以包括两个霍尔感应单元，一个霍尔感应单元感应磁场可输出一路周期性信号(电压信号)，在本实施例中，霍尔传感器包括两个霍尔感应单元，通过两个霍尔传感器切割周期性磁场，可输出四路周期性信号，从而，可采集两个霍尔传感器切割周期性磁场而输出的四路周期性信号。
在本实施例中，来自于同一霍尔传感器对应输出的两路周期性信号正交，四路周期性信号的相位依次相差45度。
信号正交是指信号之间的相位相差90度，在本实施例中，霍尔传感器的型号为TMR2705，同一霍尔传感器中的两个霍尔感应单元输出的两路周期性信号会正交。另外，通过设置两个霍尔传感器之间的距离，可改变两个霍尔传感器输出信号之间的相位差，例如，在磁盘上若干磁性件的数量为50，设置在直径为62毫米的分度圆上，则磁性件之间的距离为分度圆周长除以磁性件的数量，即磁性件之间的距离P＝3.14×62/50＝3.90毫米。两个霍尔传感器输出一组正交波形，通过调整两个霍尔传感器之间的距离，可使得一个霍尔传感器输出的一个周期性信号和另一个传感器输出的一个周期性信号之间的相位差45度，具体地，将两个霍尔传感器之间的距离设置为C＝450/3600×P＝0.49毫米，也就是说，若需要获得一个传感器输出的一个周期性信号与另一个传感器输出的一个周期性信号之间的相位差为45度，将两个传感器之间间隔0.49毫米的距离，如此，两个传感器输出的四路周期性信号的相位依次相差45度，从而可采集到两个传感器输出的相位依次相差45度的四路周期性信号，比如，两个霍尔传感器包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，第一霍尔传感器包括第一霍尔感应单元和第二霍尔感应单元，第二霍尔传感器包括第三霍尔感应单元和第四霍尔感应单元，第一霍尔感应单元输出的周期性信号的相位与第三霍尔传感器输出的周期性信号的相位相差45度，第三霍尔感应单元输出的周期性信号的相位与第二霍尔感应单元输出的周期性信号的相位相差45度，第二霍尔感应单元输出的周期性信号的相位与第四霍尔感应单元输出的周期性信号的相位相差45度。具体地，第一霍尔感应单元输出的周期性信号的相位为0度，第二霍尔感应单元输出的周期信号的相位为90度，第三霍尔感应单元输出的周期性信号的相位为45度，第四霍尔感应单元的周期性信号的相位为135度，得到的四路周期性信号的相位依次相差45度。
可以理解，若采用三个传感器输出六路周期性信号，六路周期性信号的相位依次相差30度。在本实施例中，采用两个传感器输出四路周期性信号，既能确保最后获得的参考脉冲信号的准确性，也能避免过多周期性信号对后续处理速度带来的影响，提高处理速度。另外，传感器是用于替代目前铁路机车上列控系统(LKJ监控记录装置)配套的光电式速度传感器，所以输出的特性必须与原型传感器一模一样，达到完全的互换性。而原型传感器的单圈输出脉冲数为200个，所以我们选择基础脉冲单圈50个，通过两个传感器输出四路周期性信号即4倍细分后，达到单圈200脉冲。
请参阅图2，还提供一种实施例的机车测速系统，包括：
信号采集模块210，用于采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；
信号转换模块220，用于将各路周期性信号分别与预设值进行比较，将周期性信号中大于预设值的信号值转换为高电平，将周期性信号中小于或等于预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，其中，脉冲信号的路数与周期性信号的路数相同；
处理模块230，用于对各脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；
速度获取模块240，用于根据参考脉冲信号获取机车的速度。
上述机车测速系统，采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；将各每路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。可避免直接根据传感器输出的一路周期性信号获得机车速度不准确的问题，在采集到至少两路周期性信号后，对其进行进一步处理，即分别将每路周期性信号与预设值进行比对获得至少两路脉冲信号，对各路所述脉冲信号进行异或处理，获得能较为准确反映机车轮轴的转速的参考脉冲信号，将参考脉冲信号作为计算机车的速度的依据，提高机车的速度的准确性，后续根据准确的机车的速度可对机车机型精确控制和维护。
在其中一个实施例中，传感器为霍尔传感器，传感器的数目为两个，周期性信号包括四路，各霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。在本实施例中，信号采集模块，具体用于采集两个霍尔传感器切割设置于机车轮轴的磁盘上磁性件产生的周期性磁场而输出的四路周期性信号。
在本实施例中，来自于同一霍尔传感器对应输出的两路周期性信号正交，四路周期性信号的相位依次相差45度。
上述机车测速系统为实现上述机车测速方法的系统，其技术特征一一对应，在此不再赘述。
请参阅图3和4，还提供一种实施例的机车测速装置，包括处理器310、设置于机车轮轴的磁盘320以及与磁盘320配合的至少一个传感器330，处理器310与传感器330连接，磁盘320包括盘体321以及设置于盘体的若干磁性件322，磁盘320的内圈开设磁感应通道323，磁性件322在磁感应通道323内形成周期性磁场，至少一个传感器330伸入磁感应通道323内切割周期性磁场输出至少两路周期性电信号至处理器310，处理器310接收各周期性电信号，将各路周期性信号分别与预设值进行比较，并将周期性信号中大于预设值的信号值转换为高电平，将周期性信号中小于或等于预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号，根据参考脉冲信号获取机车的速度，其中，脉冲信号的路数与周期性信号的路数相同。
上述机车测速装置，至少一个传感器330切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号至处理器310，其中，周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘320上若干磁性件322产生的。处理器310将各路周期性信号分别与预设值进行比较，将周期性信号中大于预设值的信号值转换为高电平，将周期性信号中小于或等于预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，并对各脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；根据参考脉冲信号，获取机车的速度。可避免直接根据传感器输出的一路周期性信号获得机车速度不准确的问题，至少一个传感器330进行磁场感应输出至少两路路周期性信号值处理器，处理器310对接收的至少两路周期性信号进行进一步处理，即分别将每路周期性信号与预设值进行比对获得至少两路脉冲信号，对各路脉冲信号进行异或处理，获得能较为准确反映机车轮轴的转速的参考脉冲信号，将参考脉冲信号作为计算机车的速度的依据，提高机车的速度的准确性，后续根据准确的机车的速度可对机车机型精确控制和维护。
在其中一个实施例中，传感器330为霍尔传感器，传感器330的数量为两个，每个霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。
在其中一个实施例中，同一霍尔传感器输出的两路周期性信号正交，两个霍尔传感器之间间隔预设距离，输出的四路周期性信号的相位依次相差45度。
由于通过调整两个霍尔传感器之间间隔的距离，可使得一个霍尔传感器输出的一个周期性信号和另一个霍尔传感器输出的一个周期性信号的相位之间差相应的度数，具体地，首先确定需要的目标相位差，例如，在本实施例中，目标相位差为45度，根据目标相位差，计算两个霍尔传感器之间需要间隔的预设距离。例如，若在磁盘上若干磁性件的数量为50，霍尔传感器设置在直径为62毫米的分度圆上，则磁性件之间的距离为分度圆周长除以磁性件的数量，即磁性件之间的距离P＝3.14×62/50＝3.90毫米，目标行为差为45度，计算得到的两个霍尔传感器之间需要间隔的距离为C＝450/3600×P＝0.49毫米，也就是说，若需要获得一个传感器输出的一个周期性信号与另一个传感器输出的一个周期性信号之间的相位差为45度，将两个传感器之间间隔0.49毫米的距离，如此，两个传感器输出的四路周期性信号的相位依次相差45度，从而可采集到两个传感器输出的相位依次相差45度的四路周期性信号。
在其中一个实施例中，上述机车测速装置还包括感应壳340以及设置于感应壳内的安装板350，传感器330设置于安装板350，传感器330置于感应壳340内，感应壳340伸入磁感应通道323内传感器330切割周期性磁场输出周期性信号。
具体地，安装板350为PCB板，如图5所示，两个传感器包括第一传感器331和第二传感器332，均设置于安装板350，具体焊接在感应壳内的PCB板上，传感器为霍尔传感器，则第一传感器331为第一霍尔传感器，第二床干起332为第二霍尔传感器。磁性件322即磁条沿周向均匀排列于磁盘320的盘体321的内壁面。感应壳340伸入磁盘320的磁感应通道323实现传感器330与磁盘320的装配即配合，磁盘320的磁力线垂直穿透PCB板。图6(a)中的P是指磁性件322之间的距离，图6(b)中C是指两个传感器330之间需要间隔的距离。感应壳340为三爪结构，如图7所示，每个爪内可安装传感器330，感应壳340的直径为64毫米，传感器330的有效感应点分布在直径为62毫米的分度圆上，感应壳340为非导磁的硬铝合金。
下面以一具体实施对上述机车测速装置进行测速的过程加以具体说明。其中，磁性件322为磁条，传感器330为霍尔传感器，数量为2个，每个霍尔传感器包括两个霍尔感应单元，可输出两路周期性信号。
请参阅图4和8所示，磁盘320包括盘体321、凸台324、延伸边325以及设置于盘体内的若干磁条322，具体为磁条。盘体321为中空圆柱形，内圈开设有磁感应通道323，磁感应通道323的直径为70毫米，磁条设置于盘体320且在磁感应通道323内形成周期性变化的磁场，磁盘320可随机车轮轴的转动而转动，作为转子，两个传感器330伸入磁感应通道323内与磁盘320配合，作为定子，磁盘320转动时，传感器330可切割磁条形成的磁场输出四路周期性电信号至处理器310，处理器310对周期性信号进行处理，获得机车的速度。
具体地，若干磁条沿周向均匀排列于磁道感应通道323外，并在磁感应通道323内沿径向形成周期性变化的磁场即周期性磁场，盘体321开设有周向均匀排列于磁感应通道外的若干安装槽3210，且每个安装槽3210的延伸方向与磁感应通道323的轴向平行，每个磁条的充磁方向与其嵌入对应安装槽3210内的方向相互垂直，磁条的充磁方向为宽度充磁，每个磁条沿长度方向嵌入对应安装槽3210内。其中，磁条选用钕铁硼永磁材料，牌号为N50SH。耐高温可达150℃，磁条的结构如图9所示，图9(a)中，磁条的长度为30毫米，厚度为1毫米，图9(b)中，磁条宽度为2毫米。
图10为磁条的磁极排布示意图，在磁盘上，按照…N-N-S-S…的排列规则周期性地嵌入磁条，当若干磁条按照…N-N-S-S…的排列规则周期性地插入对应的安装槽，即每两个相邻磁条之间相互靠近的两侧为同名磁极(N极或S极)，每两个相邻磁条之间相互靠近的两侧的同名磁极之间的磁场相互挤压，在磁盘的内圈的圆周方向形成周期性变化的连续磁场。若干磁芯件产生的周期性变化的磁场随传感器与盘体内壁面之间的距离的变化而变化。在传感器靠近盘体内壁时，轴心变化的磁场强度的峰-峰值最大，而传感器离远离盘体内壁面时，周期性变化的磁场的峰-峰值逐步减弱。
例如，请参阅图11，磁性件形成的磁场强度分布曲线图，纵坐标为磁场强度，单位为Gs，横坐标为果敢磁条中各磁极之间的位置，单位为0。在本实施例中，磁条数量为100条，100根磁条沿周向均匀排列于盘体的内壁面，磁盘单圈共形成50个磁极，25个周期，其中，相邻磁极件位置相差3.60，相邻周期间位置相差7.20。在传感器离盘体内壁面径向距离t＝0毫米的圆周上，分布的周期性变化的磁场强度的峰-峰值可达到2000Gs，t＝0对应的曲线为在磁盘内壁测得的磁场强度曲线，为一条正弦波曲线，在传感器离盘体内壁面径向距离t＝5毫米的圆周上，分布的周期性变化的磁场强度的峰-峰值仍可达到60Gs，可实现测速装置在大间隙条件下仍可进行测速，t＝5对应的曲线是距离磁盘内壁面5毫米出圆周上磁场强度曲线，为一条正弦波曲线，两条曲线的峰-峰值的位置一致，周期一致。t＝5毫米时，磁场强度的峰-峰值可达60Gs，配合传感器内部的霍尔线性芯片，可转换为峰-峰值为300毫伏的正弦曲线，再进行后级处理，输出速度信号。通过本实施例的机车测速装置，能够满足霍尔传感器在0.5毫米至5毫米范围内均有可靠正弦波形输出。
两个传感器330伸入磁感应通道内与磁盘配合，磁盘转动时，传感器330可切割磁条形成的磁场输出四路周期性电信号至处理器310，其中，四路周期性信号的相位依次相差45度，具体地，各路周期性信号的曲线图如图12所示，其中，CH1基波为第一路周期性信号，CH2基波为第二路周期性信号，CH3基波为第三路周期性信号，CH4基波为第四路周期性信号，CH1基波和CH2基波正交，CH3基波和CH4基波正交，CH1基波和CH3基波之间相位相差45度，CH2基波和CH4基波之间相位相差45度。由于采用的霍尔传感器输出的周期性信号的中间电平为2.5伏，磁灵敏度为5毫伏/Gs，单个霍尔感应单元(霍尔芯片)输出两路周期性信号，且正交，在合适的磁极距或齿轮模数下，具备正交输出动态调整的性能。分别将各路周期性信号与2.5伏进行比对，将各周期性信号中大于2.5的信号值转换为高电平，小于2.5的信号值转换为低电平，获得四路脉冲信号，对四路脉冲信号进行异或处理，输出参考脉冲信号，参考脉冲波形的曲线如图13所示。具体地，对上述CH1基波、CH2基波、CH3基波
和CH4基波进行异或处理的真值表如表1所示。
表1异或处理真值表
下面对一实施例的机车测速装置进行测速的结果与现有的通过锁相环技术进行测速的结果以及通过微机测速的结果进行对比。
1、低速区间测速的实时性优于锁相环技术。
在零速状态下，锁相环电路的初始输出的是芯片与外围芯片组成的固有中心频率，如CD4046在本应用中一般的配置为10kHz(铁路标准规定为0-20kHz)，即当机车没有速度时，上电后电路瞬时输出10kHz的脉冲信号(相当于电力机车700km/h)在数百个输入脉冲(每个输入脉冲表示机车行走8cm)后才能消失，从而给列车控制系统提供了错误的速度信息和距离信息。而本实施例提出的信号是实时细分，没有速度时，输出始终为零，真实反映列车行驶速度。可以得出在静止状态下的速度，锁相环技术不可用，本实施例在低速区间的实时性满足精确定位和速度控制的需求。
2、高速区间的输出信号精度优于微机软件细分。
在驱动源3000r/min工况下，对比本实施例模拟输出波形(参考脉冲信号)与使用典型的微机软件细分技术模拟输出的波形(微机细分结果)，如图14所示。其中，列出了四路周期性信号中的一路周期性信号，通过占空比比较，可以看到本实施例输出波形正常，使用微机软件细分技术输出的波形精度较差。
3、在磁盘偏心转动工况下输出波形精度优于微机软件细分。
磁盘安装在机车轮轴上，当机车工况良好，磁盘正常旋转时，霍尔传感器输出的周期性信号的幅值是一致的；当机车工况异常，磁盘偏心旋转时，霍尔传感器时而靠近磁盘，时而远离磁盘，其输出周期性信号的幅值是高低变换的。图15是磁盘偏心量为0.5mm时霍尔传感器输出的周期性信号的波形。
以图15的波形作为输入量，按照本实施例和微机软件细分技术分别进行模拟仿真输出波形如图16所示。可以看到本实施例模拟输出波形占空比为40.6％-59.5％，使用微机软件细分技术模拟输出波形占空比为28.8％-72.4％。本实施例在偏心旋转工况下输出波形的精度优于微机软件细分技术。
4、在极小间隙工况输出波形精度优于微机软件细分。
磁盘安装在机车轮轴上，应用于铁路机车测速的内圈感应大间隙的传感器安装在轴箱端盖上，当轴箱端盖的安装孔的轴线与机车轮轴的轴线没有完全对中偏移量较大时，感应头与磁盘的内圈的间隙非常小，感应头内的霍尔传感器的输出达到饱和状态，其输出的基础波形由正弦波变成了近似方波的波形。图17是霍尔传感器与磁盘内圈间隙为0.5mm时霍尔传感器输出的基础波形。
以图17的基波波形作为输入量，按照本实施例和微机软件细分技术分别进行模拟仿真输出如图18所示。我们看到本实施例模拟输出波形占空比为49.6％-50.4％，使用微机软件细分技术模拟输出波形完全不可用。可以看到使用本实施例的测速方法即使基础波形因为饱和导致波形失真，最终的输出波形的影响非常小，可忽略不计。我们也是通过应用本实施例的测速方法实现了传感器在大间隙范围内信号输出。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种机车测速方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，所述周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；
将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同；
对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；
根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。
2.根据权利要求1所述的机车测速方法，其特征在于，
所述传感器为霍尔传感器，所述传感器的数目为两个，所述周期性信号包括四路，各所述霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。
3.根据权利要求2所述的机车测速方法，其特征在于，来自于同一所述霍尔传感器对应输出的两路所述周期性信号正交，四路所述周期性信号的相位依次相差45度。
4.一种机车测速系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集至少一个传感器切割周期性磁场而输出的至少两路周期性信号，其中，所述周期性磁场由设置于机车轮轴的磁盘上若干磁性件产生；
信号转换模块，用于将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同；
处理模块，用于对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号；
速度获取模块，用于根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度。
5.根据权利要求4所述的机车测速系统，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述传感器的数目为两个，所述周期性信号包括四路，各所述霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。
6.根据权利要求5所述的机车测速系统，其特征在于，来自于同一所述霍尔传感器对应输出的两路所述周期性信号正交，四路所述周期性信号的相位依次相差45度。
7.一种机车测速装置，其特征在于，包括处理器、设置于机车轮轴的磁盘以及与所述磁盘配合的至少一个传感器，所述处理器与所述传感器连接，所述磁盘包括盘体以及设置于所述盘体的若干磁性件，所述磁盘的内圈开设磁感应通道，所述磁性件在所述磁感应通道内形成周期性磁场，至少一个所述传感器伸入所述磁感应通道内切割所述周期性磁场输出至少两路周期性电信号至所述处理器，所述处理器接收各所述周期性电信号，将各路所述周期性信号分别与预设值进行比较，并将所述周期性信号中大于所述预设值的信号值转换为高电平，将所述周期性信号中小于或等于所述预设值的信号值转换为低电平，获得脉冲信号，对各所述脉冲信号进行异或处理，获得参考脉冲信号，根据所述参考脉冲信号获取所述机车的速度，其中，所述脉冲信号的路数与所述周期性信号的路数相同。
8.根据权利要求7所述的机车测速装置，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述传感器的数量为两个，每个所述霍尔传感器包括两个霍尔单元，每个霍尔单元对应一路输出的周期性信号。
9.根据权利要求8所述的机车测速装置，其特征在于，同一所述霍尔传感器输出的两路所述周期性信号正交，两个所述霍尔传感器之间间隔预设距离，输出的四路所述周期性信号的相位依次相差45度。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的机车测速装置，其特征在于，还包括感应壳以及设置于所述感应壳内的安装板，所述传感器设置于安装板，所述传感器置于所述感应壳内，所述感应壳伸入所述磁感应通道内所述传感器切割所述磁场输出所述周期性信号。
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