CN107121150B - 一种基于巨磁阻效应的高速磁浮轨检绝对里程读取装置 - Google Patents

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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巨磁阻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、激光传感器组、阵列式激励线圈、阵列式GMR传感器、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、可方便安装或拆卸于动态轨道检测设备上。

Description

一种基于巨磁阻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、端部磁场强度数据及轨道定子面视频数据，要求系统检测数据与里程关联，所以对于检测系统来说，可靠、准确的列车位置检测必不可少。
检测系统具有体积小、重量轻和拆卸方便等特点；由于车辆几何限界和端部电磁铁尺寸要求，检测系统的安装尺寸受到严格限制(400mm*500mm*400mm)，要求对安装在其上的装置应小型化、轻便化处理，因此需要结构紧凑的里程定位系统。其中相对里程定位系统主要为数据采集系统提供等间隔采样的脉冲信号，绝对里程定位系统用来纠正里程偏差。现有的绝对里程定位系统通过铺设在轨道定子面内侧的绝对定位标志板进行绝对里程的定位如图1,两个特殊螺栓将绝对定位标志板固定安装在轨道功能件的定子翼板下。
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巨磁阻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、激光传感器组、阵列式激励线圈、阵列式GMR传感器、信号处理单元、显示单元和供电单元组成。
可选地，激光传感器组由两个相应速度极高的激光测距传感器组成，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激励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，阵列式激励线圈由四个几何尺寸相同的圆形线圈组成，采用错位布局的方式，激励线圈1(2a)和激励线圈3(2c)在同一水平线上，激励线圈2(2b)和激励线圈4(2d)在同一水平线上。
可选地，阵列式激励线圈与定位标志板之间的距离为10mm。
可选地，信号处理单元以4为单位将阵列式GMR传感器进行分组，每组含4个GMR传感器，各组传感器采用错位布局的方式，一组传感器对应检测一个窄缝的编码。
可选地，当两个激光测距传感器同时工作于非饱和状态时，阵列式激励线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合，根据GMR无损检测效应，激励线圈在定位标志板对应位置产生涡流，窄缝上方处的磁场会发生畸变，每组GMR传感器通过测量相应的畸变磁场而判断出窄缝的相对位置，读出定位标志板的信息。
可选地，信号处理单元将检测到的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词供电。
可选地，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版。
本发明所提供的技术方案带来的有益效果是：
整个绝对定位传感器结构紧凑、体积小、重量轻且可方便安装于电磁铁端部的轨道动态检测设备上。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。
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是绝对定位标志板安装示意图；
图2是定位标志板示意图；
图3是本装置的系统组成图；
图4是装置中阵列式激励线圈正对定位标志板时的俯视图；
图5是阵列式激励线圈主视方向的布局示意图；
图6是阵列式GMR传感器主视方向的布局示意图；
图7是阵列式激励线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合的主视图；
图8是阵列式激励线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合的左视图；
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地详细描述。
如图3所示，该装置由安装在轨道上的定位标志板、激光传感器组、阵列式激励线圈、阵列式GMR(巨磁阻)传感器、信号处理单元、显示单元和供电单元组成。
其中激光传感器组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表示阵列式激励线圈，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，8表示阵列式GMR传感器，2与1之间距离为10mm，2的长度为x1，8的长度为x1。
该装置的阵列式激励线圈由PCB印制而成，长度为x1,宽度为x6,厚度为z1。如图5所示。2a表示激励线圈1、2b表示激励线圈2、2c表示激励线圈3、2d表示激励线圈4。
该阵列式激励线圈由四个几何尺寸相同的圆形线圈组成，每个激励线圈的半径为r。
为了避免阵列式激励线圈中的线圈相互耦合的现象，四个激励线圈采用错位布局的方式。
激励线圈1和激励线圈3在同一水平线上，激励线圈2和激励线圈4在同一水平线上。激励线圈1的中心距离激励线圈2的中心的垂向距离为y1(50mm)，线圈1的中心距离检测线圈2的中心的横向距离为x2(51mm)，线圈1的中心距离激励线圈3的中心的横向距离为x3(102mm)，线圈1的中心距离激励线圈4的中心的横向距离为x4(153mm)。
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结果的影响，信号处理单元以4为单位将阵列式GMR传感器进行分组，每组含四个GMR传感器，布局方式如图6所示，8a表示GMR传感器组1,8b表示GMR传感器组2,8c表示GMR传感器组3,8d表示GMR传感器组4。传感器组1检查编码窄缝1a，传感器组2检查编码窄缝1b，传感器组3检查编码窄缝1c，传感器组4检查编码窄缝1d。
当两个激光探头组同时工作于非饱和状态时，阵列式检测线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合主视图如图7所示。阵列式检测线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合左视图如图8所示。
根据GMR无损检测效应，激励线圈在定位标志板对应位置产生涡流，而窄缝被视为一种缺陷，窄缝上方出的磁场会发生畸变，每组GMR传感器通过测量相应的畸变磁场而判断出窄缝的相对位置，进而读出定位标志板的信息。
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。
绝对里程读取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。
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。
本发明实施例提供的装置，整个绝对定位传感器结构紧凑、体积小、重量轻且可方便安装于电磁铁端部的轨道动态检测设备上。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。
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 (4)

1.一种基于巨磁阻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、激光传感器组、阵列式激励线圈、阵列式GMR传感器、信号处理单元、显示单元和供电单元组成；
所述激光传感器组由两个响应速度极高的激光测距传感器组成，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激励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；
所述阵列式激励线圈由四个几何尺寸相同的圆形线圈组成，每个检测线圈的半径为r，采用错位布局的方式；
激励线圈1(2a)和激励线圈3(2c)在同一水平线上，激励线圈2(2b)和激励线圈4(2d)在同一水平线上；
信号处理单元以4为单位将阵列式GMR传感器进行分组，每组含4个GMR传感器，各组传感器采用错位布局的方式，一组传感器对应检测一个窄缝的编码；当两个激光测距传感器同时工作于非饱和状态时，阵列式激励线圈和阵列式GMR传感器的中心与定位标志板重合，根据巨磁阻GMR无损检测效应，激励线圈在定位标志板对应位置产生涡流，窄缝上方处的磁场会发生畸变，每组GMR传感器通过测量相应的畸变磁场而判断出窄缝的相对位置，读出定位标志板的信息。
2.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的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。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，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。
4.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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