CN109849975B - 一种磁浮列车无源测速装置及磁浮列车测速系统 - Google Patents

Abstract

一种磁浮列车无源测速装置，其包括：无源列车信标，其设置在磁浮列车上；信标读取电路，其设置在长定子供电区间内并安装在轨道上，用于在磁浮列车驶过时读取无源列车信标并生成相应的列车信标信号。本装置由于不需要采用无线通讯的方式来传输牵引系统关键控制参量，因此其不仅能够实现物理上的安全隔离，还能够防止通过无线网接入是容易遭到非法入侵所造成的安全隐患，此外，该装置还能够极大地提升数据传输的稳定性、实时性以及安全性。

Description

一种磁浮列车无源测速装置及磁浮列车测速系统

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种磁浮列车无源测速装置及磁浮列车测速系统。

背景技术

磁浮列车运行时车身悬浮在轨道上，列车与轨道之间除了供电轨外无机械接触，因此，传统的基于机械接触的测速定位方法对于磁浮列车并不适用。

现有技术中存在一种基于计数轨枕或计数定子齿槽的磁浮列车测速定位方法，该方法通过测量磁浮列车通过已知距离的轨枕或定子齿槽的时间来计算磁浮列车的当前速度，并通过计数通过的轨枕数或定子齿槽数来实现列车定位。

然而，现有的这种磁浮列车测速定位方法得到的结果误差过大，不能满足磁浮列车控制的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种磁浮列车无源测速装置，所述装置包括：

无源列车信标，其设置在磁浮列车上；

信标读取电路，其设置在长定子供电区间内并安装在轨道上，用于在所述磁浮列车驶过时读取所述无源列车信标并生成相应的列车信标信号。

根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：

数据处理电路，其与所述信标读取电路电连接，用于根据所述列车信标信号确定所述磁浮列车的速度信息。

根据本发明的一个实施例，当所述磁浮列车驶过所述信标读取装置的过程中，所述信标读取模块配置为顺序读取所述磁浮列车的列车信标中各个信标点的编码信息，并将所述编码信息传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块配置为根据所接收到的信标点的编码信息和各个信标点之间的信标点间距，确定所述磁浮列车的速度信息。

根据本发明的一个实施例，所述磁浮列车的各个信标点的编码信息是唯一的，所述数据处理模块还配置为根据所读取到的所述列车信标中信标点的编码信息确定该信标点的绝对位置信息，从而得到所述磁浮列车的绝对位置信息。

根据本发明的一个实施例，所述无源列车信标包括多个信标点，所述多个信标点等间距地设置在所述磁浮列车上。

根据本发明的一个实施例，所述无源列车信标的两个端点处的信标点的间隔距离等于所述磁浮列车的车长。

根据本发明的一个实施例，所述信标点包括光栅板，所述光栅板沿平行于轨道方向设置有多个透光孔。

根据本发明的一个实施例，所述信标读取电路包括光发射器和光接收器，当所述磁浮列车驶过所述信标读取电路时，所述光栅板将从所述光发射器 和光 接收器之间穿过，所述光接收器根据接收到的光信号生成所述列车信标信号。

本发明还提供了一种磁浮列车测速系统，所述系统包括如上任一项所述的磁浮列车无源测速装置。

根据本发明的一个实施例，所述磁浮列车的长定子供电区间包括至少两个区间段，其中，第二区间段设置在第一区间段与第三区间段之间，所述磁浮列车无源测试装置中的信标读取电路设置在所述第一区间段和/或第三区间段并安装在轨道上。

对于本发明所提供的用于磁浮列车的数据检测系统来说，其信标读取电路和相电压采集装置设置在地面端，磁浮列车上只需要装配无源列车信标，这样牵引系统关键控制参量(例如速度信息和绝对位置信息等)也就可以直接从地面端获取，而不是像现有技术中那样需要由车载端的监控主机通过无线传输的方式发送至地面端。本系统由于不需要采用无线通讯的方式来传输牵引系统关键控制参量，因此其不仅能够实现物理上的安全隔离，还能够防止通过无线网接入是容易遭到非法入侵所造成的安全隐患，此外，该系统还能够极大地提升数据传输的稳定性、实时性以及安全性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1和图2是现有的磁浮列车测速定位系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的磁浮列车测速系统的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的磁浮列车无源测速装置的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的信标读取电路的工作原理示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

现有高速磁浮铁路系统通常以同步直线电机来牵引和制动，其中，带铁芯的长定子绕组安装在轨道线路上，转子安装在车辆上。由于长定子比较长(长定子沿线路一直铺设)，因此从工艺上考虑，如图1和图2所示，现有技术中通常把定子槽型设计成矩形开口槽，其中，齿、槽均匀分布。

根据长定子铁芯的上述结构特点，现有的高速磁浮列车的测速定位系统可以采用对长定子直线同步电机定子齿槽进行计数方案来实现对磁浮列车的测速定位。具体地，这种测速定位系统可以将安装在线路上的长定子铁芯作为参照物，利用安装在列车上的非接触式传感器201对列车经过的定子齿槽数进行检测，从而累加计算出列车行驶的速度和距离。

非接触式传感器201所测量得到的脉冲信号经过信号处理电路202后传输至列车上的速度监控主机203，速度监控主机203会综合各非接触式传感器201的脉冲信号，通过一定的算法可以计算得到列车的综合速度及绝对位置信息。速度监控主机203可以通过无线网络将得到的列车的综合速度和绝对位置信息传输到高速磁浮铁路系统沿线架设的无线基站，各无线基站与各地面牵引变电站之间通过高速控制网进行实时通信，最终实现整个高速磁浮铁路系统牵引供电的速度及绝对位置的闭环控制。

多个地面牵引变电站之间要实现并网供电，这对列车速度信号及绝对位置信息要求的实时性非常高。但目前通过列车上速度监控主机获取的列车速度及绝对位置利用无线网络传输至地面所产生的传输延时较大，难以满足各地面牵引变电站对速度及绝对位置进行闭环控制的实时性要求。

同时，现有系统通过无线传输牵引系统关键控制参量(速度信号及绝对位置信息)，因无线信号易受到干扰，因此现有系统存在数据丢失、传输延时和非法入侵等多种缺陷，这对高速行驶的高速磁浮列车存在较大的安全隐患。

针对现有技术中所存在的上述问题，本实施例提供了一种新的磁浮列车测速系统以及应用该磁浮列车测速系统进行磁浮列车车速测量的数据检测系统。该数据检测系统包括设置于磁浮列车上的列车信标以及磁浮列车测速系统。

图3示出了本实施例中该磁浮列车测速系统的结构示意图。

如图3所示，本实施例中，该磁浮列车测速系统优选地包括：磁浮列车测速装置301、相电压采集装置302以及地面数据处理装置303。其中，磁浮列车测速装置301能够通过读取磁浮列车的列车信标来确定磁浮列车的速度信息。本实施例中，磁浮列车测速装置301还可以根据所读取到的列车信标来确定出磁浮列车的绝对位置信息。

具体地，如图4所示，本实施例中，磁浮列车测速装置301优选地包括无源列车信标400、信标读取电路401和数据处理电路402。其中，无源列车信标400 设置在磁浮列车上，优选地设置在磁浮立车底部且靠近轨道位置处。信标读取电路401设置在长定子供电区间内并安装在轨道上。

本实施例中，无源列车信标包括多个信标点，这些信标点标优选地沿平行于轨道的方向(例如列车前进方向)顺序布置并依次布置一列车长度(即磁浮列车上的第一个信标点到最后一个新标点的距离约等于列车长度)。本实施例中，列车信号的信标点优选地等间距布置，并且各个信标点的编码信息是唯一的。

当然，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，列车信标还可以仅布置在磁浮列车的某一段或某几段，本发明不限于此。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，不同列车的信标也可以是唯一的编码信息，以便于地面控制中心获知具体某列车在具体某个位置，用于列车的运行调度，本发明不限于此。

本实施例中，如图5所示，无源列车信标优选地采用光栅板的方式来实现，信标读取电路401包括光发射器501和光接收器502。当列车驶过信标读取电路时，光发射器501所发射的检测光将被光栅板遮挡以及穿过光栅板中的各个透光孔。这样，光接收器502也就可以通过检测光信号的方式来读取磁浮列车的列车信标并生成相应的列车信标信号(例如脉冲信号)。当然，在本发明的其它实施例中，信标读取电路401与列车信标之间还可以采用其它合理方式来实现，以通过非接触方式读取磁浮列车的列车信号，本发明不限于此。

本实施例中，无源列车信标的各个信标点均具有唯一的编码信息。无源列车信标设置在磁浮列车上，信标读取电路401设置在轨道上，这样当磁浮列车驶过信标读取电路401时，信标读取电路401也就可以实现对磁浮列车上的列车信号的顺序读取，从而生成相应的列车信号信号。

具体地，当列车驶向信标读取电路401，信号读取电路401首先会读取到位于车头位置处的信号点，当列车继续驶过时，信号读取电路401会依次读取到磁浮列车的各个信标点的位置编码信息。

数据处理电路402与信标读取电路401连接，其能够根据所接收到的列车信标信号来确定磁浮列车的速度信息。具体地，本实施例中，各个信标点之间的间距是已知的，数据处理电路402可以根据读取到信标点的编码信息来确定出磁浮列车驶过的距离以及驶过该距离所耗费的时间，进而计算得到的磁浮列车的速度信息。

由于各个信标点的编码信息是唯一的，而信标读取电路401的位置是已知的，因此数据处理电路402也就可以根据所读取到的信标点的编码信息确定出是哪列磁浮列车的驶过该信标读取电路401，这样数据处理电路402也就可以确定出该磁浮列车的绝对位置信息。

本实施例中，磁浮列车的长定子供电区间优选地包括至少两个区间段。如图 3所示，本实施例中，磁浮列车的长定子供电区间包括三个区间段，即第一区间段、第二区间段和第三区间段。其中，第二区间段位于第一区间段和第三区间段之间，即对于某一长定子供电区间来说，第一区间段和第三区间段为区间头端和区间尾段，第二区间段为区间中段。

本实施例中，上述磁浮列车测速装置优选地设置在第一区间段和第三区间段。其中，第一区间段和第三区间段中所设置的磁浮列车测速装置的数量可以为多个。具体地，本实施例中，对于第一区间段和第三区间段来说，在一列磁浮列车长度覆盖轨道范围内优选地等间距地设置三个磁浮列车测速装置，这样有助于提高磁浮列车的速度信息以及绝对位置信息获取的冗余性，从而提高系统的可靠性。

当然，在本发明的其它实施例中，在一列磁浮列车长度覆盖轨道范围内所设置的磁浮列车测速装置的数量还可以为其它合理数量，本发明不限于此。

再次如图3所示，本实施例中，相电压采集装置302与地面数据处理装置 303连接。其中，相电压采集装置302设置在牵引变电站，其能够采集牵引变电站的输出相电压，并将上述输出相电压传输至地面数据处理装置303，以由地面数据处理装置303来根据输出相电压确定出磁浮列车在第二区间段内的车速信息，进而根据磁浮列车在第二区间段内的车速信息确定磁浮列车的绝对位置信息。

具体地，本实施例中，地面数据处理装置303优选地根据如下表达式来计算磁浮列车在第二区间段内的车速信息：

其中，U_s表示输出相电压，v表示磁浮列车的速度，τ_ps表示定子极距，L_q表示q轴电感，L_c表示供电段漏感，L_k表示馈电电缆漏感，i表示定子电流，R_s表示耦合区定子电阻，R_c表示供电段定子电阻，L_k表示馈电电缆电阻，M_sm表示定子绕组与励磁绕组互感，i_fd表示励磁电流。

在得到磁浮列车在第二区间段内的速度信息后，地面数据处理装置303还可以根据该速度信息以及行驶时间信息来确定出磁浮列车在第二区间段内的绝对位置信息。

具体地，本实施例中，地面数据处理装置303优选地基于磁浮列车测速装置最后一次获取到的列车位置信息，根据磁浮列车的车速信息以及行驶时间，来确定磁浮列车在第二区间段内的绝对位置信息。

当然，在本发明的其它实施例中，地面数据处理装置303还可以采用其它合理方式来确定磁浮列车在第二区间段内的车速信息和绝对位置信息，本发明不限于此。

利用磁浮列车在第二区间段内的车速信息和绝对位置信息，地面控制系统可以更好地实现磁浮列车在该区间段内运行时牵引供电系统的闭环控制。

磁浮列车数据检测系统确定磁浮列车在第三区间段内的车速信息和绝对位置信息的具体原理以及具体过程与确定磁浮列车在第一区间段内的车速信息和绝对位置信息的具体原理和过程相同，故在此不再对该部分内容进行赘述。

由此可以看出，地面数据处理装置303可以得到各个区间段内的磁浮列车的车速信息和绝对位置信息，这样也就可以得到磁浮列车在长定子供电区间内的车速信息和绝对位置信息，从而实现对磁浮列车的测速和定位。根据磁浮列车在长定子供电区间内的车速信息和绝对位置信息，地面控制系统也就可以避免其它列车进入本长定子供电区间，同时还能够利用各个区间段内的车速信息和绝度位置信息来实现区间闭塞保证整个高速磁浮铁路系统的安全运行。

本实施例中，地面数据处理装置优选地配置在牵引变电站中，磁浮列车测速装置和/或相电压采集装置302优选地通过有线数据传输的方式(例如基于光纤通信的高速控制网等)来与地面数据处理装置303之间进行数据传输。当然，在本发明的其它实施例中，地面数据处理装置还可以配置在其它合理位置，本发明不限于此。

从上述描述中可以看出，对于本实施例所提供的用于磁浮列车的数据检测系统来说，其信标读取电路和相电压采集装置设置在地面端，磁浮列车上只需要装配无源列车信标，这样牵引系统关键控制参量(例如速度信息和绝对位置信息等) 也就可以直接从地面端获取，而不是像现有技术中那样需要由车载端的监控主机通过无线传输的方式发送至地面端。本系统由于不需要采用无线通讯的方式来传输牵引系统关键控制参量，因此其不仅能够实现物理上的安全隔离，还能够防止通过无线网接入是容易遭到非法入侵所造成的安全隐患，此外，该系统还能够极大地提升数据传输的稳定性、实时性以及安全性。

本实施例所提供的数据检测系统在区间头段和区间尾段采用读取列车信标的方式来获取磁浮列车的速度信息和绝对位置信息，在区间中段则根据牵引变电站的输出相电压来确定磁浮列车的速度信息和绝对位置信息。因此，对于本实施例所提供的数据检测系统来说，区间中段并不需要配置磁浮列车测速装置，这样有助于减少磁浮列车检测装置的使用数量，从而降低系统的建设成本。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (7)

1.一种磁浮列车测速系统，其特征在于，所述磁浮列车的长定子供电区间包括至少两个区间段，其中，区间中段设置在区间头段与区间尾段之间；该系统包括：

磁浮列车无源测速装置，其包括：无源列车信标，其设置在磁浮列车上；信标读取电路，其设置在长定子供电区间的区间头段和/或区间尾段内并安装在轨道上，用于在所述磁浮列车驶过时读取所述无源列车信标并生成相应的列车信标信号；数据处理电路，其与所述信标读取电路电连接，用于根据所述列车信标信号确定所述磁浮列车在区间头段和/或区间尾段的速度信息；

相电压采集装置，其设置在牵引变电站，其能够采集牵引变电站的输出相电压，并将上述输出相电压传输至地面数据处理装置；

地面数据处理装置，其根据输出相电压确定出磁浮列车在区间中段内的车速信息，并根据最后一次信标读取装置获取的列车位置，进而通过磁浮列车在区间中段内的车速信息确定磁浮列车的绝对位置信息。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述磁浮列车驶过所述信标读取装置的过程中，所述信标读取模块配置为顺序读取所述磁浮列车的列车信标中各个信标点的编码信息，并将所述编码信息传输至所述数据处理模块，所述数据处理模块配置为根据所接收到的信标点的编码信息和各个信标点之间的信标点间距，确定所述磁浮列车的速度信息。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述磁浮列车的各个信标点的编码信息是唯一的，所述数据处理模块还配置为根据所读取到的所述列车信标中信标点的编码信息确定该信标点的绝对位置信息，从而得到所述磁浮列车的绝对位置信息。

4.如权利要求1~3中任一项所述的系统，其特征在于，所述无源列车信标包括多个信标点，所述多个信标点等间距地设置在所述磁浮列车上。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述无源列车信标的两个端点处的信标点的间隔距离等于所述磁浮列车的车长。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信标点包括光栅板，所述光栅板沿平行于轨道方向设置有多个透光孔。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信标读取电路包括光发射器和光接收器，当所述磁浮列车驶过所述信标读取电路时，所述光栅板将从所述- 光发射器 和光 接收器之间穿过，所述光接收器根据接收到的光信号生成所述列车信标信号。

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