CN107121149A - 一种基于电涡流效应的高速磁浮轨检绝对里程读取装置 - Google Patents

一种基于电涡流效应的高速磁浮轨检绝对里程读取装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种安装在搭载式高速磁悬浮列车轨道动态检测设备中的基于电涡流效应的绝对里程读取装置，该装置由安装在轨道上的定位标志板、激光测距传感器、阵列式检测线圈、信号处理单元、显示单元和供电单元组成。本发明具有结构简单紧凑、体积小、重量轻、测量准确度高、易于拆卸或安装于轨道动态检测设备中等优点。

Description

一种基于电涡流效应的高速磁浮轨检绝对里程读取装置
技术领域
本发明主要涉及到高速磁浮列车的绝对里程检测装置，尤其涉及一种安装在搭载式高速磁悬浮列车轨道动态检测设备上的绝对里程读取装置。
背景技术
搭载式高速磁悬浮轨道动态检测设备安装在高速磁浮列车首车的端部电磁铁上，整个检测系统封装为一体与车辆无关联，搭载式运行，采用独立供电技术，不与车辆发生电接触，旨在记录高速磁浮轨道线路的不平顺数据，系统要求检测数据与列车行驶里程关联，所以可靠、准确的列车位置检测装置对检测系统来说必不可少。
由于车辆几何限界和端部电磁铁提供的安装空间的约束，轨道动态检测系统的安装空间仅为400mm*500mm*400mm，所以必须对安装在其上的装置小型化、轻便化处理，并有可移植性强的特点。因此需要结构紧凑的里程定位系统，其中绝对里程读取装置用来纠正里程偏差。现有的绝对里程读取装置通过铺设在轨道定子面内侧的定位标志板进行绝对里程的定位，这种装置的发射和接收部分分别由十组线圈组成，具有体积大、质量大、可移植性差不适合安装于动态轨道检测设备上的特点。
检测对象为安装在轨道内侧的定位标志板如图1所示，检测装置须准确读出定位标志板的二进制信息。
定位标志板为长方形的薄板，如图2所示，图中虚线表示绝对定位标志板的等分线，各等分线的间距相同，1a表示窄缝1,1b表示窄缝2,1c表示窄缝3,1d表示窄缝4。绝对定位标志板功能面(铜)的长度为258mm，宽度为80mm，厚度为大于等于35um。4个编码窄缝构成了二进制字节信息,在二进制范围内,每个二进制数(O/1)由编码窄缝的相对位置来决定。相对于二进制区域的几何中心,定义左边的编码窄缝为二进制的1,右边的为二进制的0。现有的绝对定位装置的发射部分和接收部分分别由十组线圈组成，并且发射线圈与接收线圈一一对应，装置体积较大、质量大、可移植性差不适合安装于动态轨道检测设备上。
发明内容
为了解决上述问题，有必要重新设计一款结构紧凑的绝对里程定位系统，以满足轨道动态检测设备的系统要求。
本发明提供一种基于电涡流效应的绝对里程读取装置，该装置由安装在轨道上的定位标志板、激光测距传感器、阵列式检测线圈、信号处理单元、显示单元和供电单元组成。
该装置含两个响应速度极高的激光测距传感器，信号处理单元通过采样激光测距传感器的输出信号判断阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心是否严格对齐，当两个激光测距传感器输出均为非饱和状态时，信号处理单元开始处理信号。
可选地，阵列式检测线圈由PCB印制而成，长度为x1,宽度为x4,厚度为z1；
可选地，阵列式检测线圈由八个相同尺寸的线圈组成，每个检测线圈的长为x2,宽为x3，信号处理单元将检测线圈每两个编为一组进行检测，一组检测线圈检测定位标志板上一个窄缝的相对位置；
可选地，阵列式检测线圈采用错位布局的方式，每组检测线圈中，两个检测线圈的中心左右距离为x6，上下距离为x5；
可选地，阵列式检测线圈与定位标志板之间的距离为10mm；
可选地，根据涡流检测原理，当阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心重合时，根据定位标志板窄缝的相对位置不同，同组间检测线圈的等效电感会发生不同的变化，得到对应的绝对里程信息。
可选地，阵列式检测线圈的同组线圈采用一个处理电路处理，当一组线圈中的检测线圈1处于窄缝正上方时，检测线圈1的等效电感比检测线圈2的等效电感大；当定位标志板的窄缝结构即二进制编码信息发生变更时，当一组线圈中的检测线圈2处于窄缝正上方时，检测线圈1的等效电感小于检测线圈2的等效电感；根据等效电感的变化，处理单元分别对1、2、3、4组的两个检测线圈对应的处理电路的输出信号进行比较分析，判断出定位标志板的4个窄缝的相对位置，得到对应的绝对里程信息。
可选地，信号处理单元将处理后结果按照规定的通信协议发送到里程定位模块，及时校正累计的里程误差。
可选地，信号处理单元将检测到数据实时发送到显示单元，显示单元显示的检测数据与真实数据比较，验证该装置检测结果的准确性。
可选地，该装置的供电设备由安装于电磁铁端部的刚性搭载平台上的蓄电池供电。
可选地，本装置可检测二进制编码信息不同的定位标志板，不限于一种二进制编码信息固定的定位标志版。
本发明所提供的技术方案带来的有益效果是：
1、该装置与传统绝对里程读取装置相比较，其结构紧凑、体积小、重量轻，可方便安装或拆卸于搭载式高速磁浮轨道动态检测设备上，为检测设备的里程定位系统提供列车绝对位置信息。
2、采用完全非接触测量方式，测量精度不受走形系统的运行状态影响，测量准确度高。
3、在阵列式检测线圈内采用同组线圈相互比较的方式减少了列车姿态对检测结果的影响；对8个检测线圈采用错位布局的方式减少检测线圈之间的耦合，提高了装置的测量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是安装在轨道内侧的定位标志板示意图；
图2是定位标志板示意图；
图3是绝对里程读取装置系统组成；
图4是装置中阵列式检测线圈正对定位标志板时的俯视图；
图5是阵列式检测线圈的中心正对定位标志板时的主视图；
图6是检测线圈1位于窄缝正上方时的示意图；
图7是检测线圈2位于窄缝正上方时的示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步的说明。
如图3所示，本发明所提出的一种基于电涡流效应的绝对里程读取装置，由安装在轨道上的定位标志板、激光测距传感器、阵列式检测线圈、信号处理单元、显示单元和供电单元组成。
该装置含两个响应速度极高的激光测距传感器，激光测距传感器1和激光测距传感器2。
当阵列式检测线圈没有接近定位标志板时，两个激光测距传感器的输出均为饱和状态或者一个激光测距传感器的输出为饱和状态另一个激光测距传感器的输出为非饱和状态；当阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心重合时，如图4所示，两个激光测距传感器的输出均为非饱和状态。信号处理单元通过采样激光测距传感器的输出信号判断阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心是否严格对齐，当两个激光测距传感器输出均为非饱和状态时，信号处理单元开始处理信号。图4中，1表示定位标志板，2表示阵列式检测线圈，3表示激光测距传感器1,4表示激光测距传感器2,5表示供电单元，6表示信号处理单元，7表示显示单元，2与1之间距离为10mm，2的长度为x1(210mm)。
阵列式检测线圈由PCB印制而成，长度为x1(210mm),宽度为x4(100mm)，厚度为z1(1.6mm)，图5为阵列式检测线圈的中心正对定位标志板时的主视图。其中1、1a、1b、1c、1d、2、3和4的表述方法同上。2a表示检测线圈1,2b表示检测线圈2,2c表示检测线圈3,2d表示检测线圈4，2e表示检测线圈5,2f表示检测线圈6，2g表示检测线圈7,2h表示检测线圈8。
阵列式检测线圈由八个几何尺寸相同的线圈组成，每个检测线圈的长为x2(45mm),宽为x3(28mm)。
高速磁浮列车在运行时会发生左右晃动现象，为减少列车晃动对检测线圈的影响，信号处理单元将检测线圈每两个编为一组进行检测，其中检测线圈1和检测线圈2为1组，检测线圈3和检测线圈4为2组，检测线圈5和检测线圈6为3组，检测线圈7和检测线圈8为4组。如图3所示，1组检测线圈检测窄缝1的相对位置，2组检测线圈检测窄缝2的相对位置，3组检测线圈检测3的相对位置，4组检测线圈检测4的相对位置。
为了避免阵列式检测线圈中的线圈相互耦合现象，八个检测线圈采用错位布局的方式。在1组检测线圈中，检测线圈1和检测线圈2的中心左右距离为x6(19mm)，上下距离为x5(47mm)；在2组检测线圈中，检测线圈3和检测线圈4的中心左右距离为x6(19mm)，上下距离为x5(47mm)；在3组检测线圈中，检测线圈5和检测线圈6的中心左右距离为x6(19mm)，上下距离为x5(47mm)；在4组检测线圈中，检测线圈7和检测线圈8的中心左右距离为x6(19mm)，上下距离为x5(47mm)。
根据涡流检测原理，当阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心重合时，根据定位标志板窄缝的相对位置不同，同组间线圈的等效电感会发生不同的变化。
阵列式检测线圈的同组线圈采用一个处理电路处理，当1组线圈中的检测线圈1处于窄缝正上方时如图6所示，检测线圈1的等效电感比检测线圈2的等效电感大。设L1为检测线圈1处于窄缝上方时的等效电感，设L2为检测线圈2不处于窄缝上的等效电感，则有L1大于L2的数学关系。当定位标志板的窄缝结构即二进制编码信息发生变更时，如图7所示当1组线圈中的检测线圈2处于窄缝正上方时，检测线圈1的等效电感小于检测线圈2的等效电感。设L1为检测线圈1不处于窄缝上方时的等效电感，设L2为检测线圈2处于窄缝上的等效电感，则有L1小于L2的数学关系。根据等效电感的变化，处理单元分别对1、2、3、4组的两个检测线圈对应的处理电路的输出信号进行比较分析，判断出定位标志板的4个窄缝的相对位置，得到对应的绝对里程信息。
信号处理单元将处理后结果按照规定的通信协议发送到里程定位模块，及时校正累计的里程误差。
信号处理单元将检测到数据实时发送到显示单元，显示单元显示的检测数据与真实数据比较，可验证该装置检测结果的准确性。
本装置安装于轨道动态检测设备中，由于整个设备是独立封装系统，不与车体发生电器接触，该装置的供电设备由安装于电磁铁端部的刚性搭载平台上的蓄电池供电。
高速磁浮轨道动态检测设备的检测数据需要与里程关联，绝对定位读取装置为里程检测系统提供绝对位置信息，本装置需要安装在搭载式动态轨道检测设备上，由于车辆提供的安装空间受到严格约束，所以要求装置体积小、重量轻、结构紧凑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电涡流效应的高速磁浮轨检绝对里程读取装置，其特征在于，所述装置由安装在轨道上的定位标志板、激光测距传感器、阵列式检测线圈、信号处理单元、显示单元和供电单元组成；所述装置含两个激光测距传感器，信号处理单元通过采样激光测距传感器的输出信号判断阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心是否严格对齐，当两个激光测距传感器输出均为非饱和状态时，信号处理单元开始处理信号；所述阵列式检测线圈由八个相同尺寸的线圈组成，信号处理单元将检测线圈每两个编为一组进行检测，一组检测线圈检测定位标志板上一个窄缝的相对位置，当阵列式检测线圈的中心与定位标志板的中心重合时，根据定位标志板窄缝的相对位置不同，同组间检测线圈的等效电感会发生不同的变化，得到对应的绝对里程信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阵列式检测线圈由PCB印制而成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述阵列式检测线圈采用错位布局的方式。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阵列式检测线圈的同组线圈采用一个处理电路处理，当一组线圈中的检测线圈1处于窄缝正上方时，检测线圈1的等效电感比检测线圈2的等效电感大；当定位标志板的窄缝结构即二进制编码信息发生变更时，当一组线圈中的检测线圈2处于窄缝正上方时，检测线圈1的等效电感小于检测线圈2的等效电感；根据等效电感的变化，信号处理单元分别对1、2、3、4组的两个检测线圈对应的处理电路的输出信号进行比较分析，判断出定位标志板的4个窄缝的相对位置，得到对应的绝对里程信息。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，信号处理单元将处理后结果按照规定的通信协议发送到里程定位模块，及时校正累计的里程误差。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，信号处理单元将检测到数据实时发送到显示单元，显示单元显示的检测数据与真实数据比较，验证该装置检测结果的准确性。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的供电设备由安装于电磁铁端部的刚性搭载平台上的蓄电池供电。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置可检测二进制编码信息不同的定位标志板，不限于一种二进制编码信息固定的定位标志板。
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