CN111024977A - 一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法 - Google Patents

一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，包括：当每次CH1或CH2出现沿变化时，则产生出一个A、B和C三路的周期脉冲；每当收到双通道CH1和CH2脉冲沿的交替变化；当列车车轮停止运动导致无相位时，波形保持原输出状态，列车上电停止状态时，默认三相脉冲输入为A和B路为高电平，C路为低电平；当出现三路脉冲出现其中一种状态时，则认为检测通道出现故障；对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续一定时间，则认为脉冲上升沿有效；当A路超前于B路，且B路超前于C路，则认为是正向；当A路滞后于B路，且B路滞后于C路，则认为是反向；若持续W秒内没有收到脉冲，则认为是无相位。

Description

一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法
技术领域
本发明涉及城市轨道交通信号系统测速技术，特别涉及一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法。
背景技术
在城市轨道交通信号系统中，有些列车会使用电涡流速度传感器作为测速传感器，虽然此类传感器具有更高的可靠性和稳定性，但是电涡流速度传感器输出的是FM调制信号，由于信号特征并不直观，所以在对其进行性能检测上会有比较大的难度，此外，国内现在大部分列车开始使用光电速度传感器作为测速传感器，车载ATC系统也主要以三路脉冲通道接口进行设计，针对后续的发展趋势，电涡流速度传感器与车载ATC系统的适配也是一个问题。
现国内车载ATC系统的发展趋势逐渐转向与光电速度传感器进行对接，因此，原有的电涡流速度传感器与有些车载ATC系统接口则不能适配。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其中，经过检测装置输出后的三路脉冲信号，能够与采集三路速度脉冲信号的车载ATC系统直接对接；将电涡流传感器的双通道FM调制信号转换到数字信号后，两通道数字信号CH1和CH2存在相位差；根据双通道CH1和CH2脉冲信号的交替变化特性，当每次CH1或CH2出现沿变化时，则产生出一个A、B和C三路的周期脉冲；且CH1通道沿变化后下一个变化沿应是CH2通道产生的；按照双通道脉冲的变化规律，识别运行方向，每当收到双通道CH1和CH2脉冲沿的交替变化，记录时间为T，则按照此时间间隔T为周期的三路脉冲，占空比为50％，且三相脉冲相位差120°；当列车车轮停止运动导致无相位时，波形保持原输出状态，列车上电停止状态时，默认三相脉冲输入为A和B路为高电平，C路为低电平；三相脉冲相位需保持120°的相位差，当出现三路脉冲出现其中一种状态时，则认为检测通道出现故障；对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续一定时间，则认为脉冲上升沿有效；当A路超前于B路，且B路超前于C路，则认为是正向；当A路滞后于B路，且B路滞后于C路，则认为是反向；若持续W秒内没有收到脉冲，则认为是无相位。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，将电涡流速度传感器接口，连接到检测装置中，将两路数字脉冲CH1和CH2转换为三路数字脉冲A、B和C。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，将电涡流传感器的双通道FM调制信号转换到数字信号后，两通道数字信号CH1和CH2存在相位差，当CH1超前于CH2，则认为是正向；当CH1滞后于CH2，则认为是反向。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，三路脉冲信号A、B和C的输出要求：产生三路脉冲信号，占空比为50％；相位相差120°。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，CH1和CH2的沿变化是交替的：正向顺序为：CH1上升沿->CH2上升沿->CH1下降沿->CH2下降沿->CH1上升沿；反向顺序为：CH2上升沿->CH1上升沿->CH2下降沿->CH1下降沿->CH2上升沿。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续40us以上，则认为脉冲上升沿有效。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，W为1。
根据本发明的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法的一实施例，其中，还包括：每单位时间内采集到的脉冲数即为脉冲速度；总走行距离：是指脉冲的总计数，从车辆启动就一直记录；对三路脉冲A、B和C进行一致性校验，三路脉冲速度相差不超过2个脉冲或三路脉冲总脉冲计数不能相差25个脉冲，否则认为是采集通道故障。
本发明提出了一种针对电涡流速度传感器信号的检测方法，能够提高速度信号检测的抗干扰性与适配性，此外还能实时检测采集通道的状态，实用性更强。
附图说明
图1为2路FM调制信号转化为数字信号的示意图；
图2为设备连接图；
图3为正向行驶脉冲波形图；
图4为反向行驶脉冲波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明设计了一种信号检测方法，包括：
在城轨CBTC信号系统中，列车的测速测距主要是依据速度传感器，通过采集速度传感器的信号，从而转化为速度和距离信息。
现很多城轨CBTC系统采用的是双脉冲输出的电涡流速度传感器，该传感器内部有两个相同结构的LC振荡电路组成，这两个振荡电路的谐振频率分别为45kHz和60kHz。当车轮转动时会带动齿轮同步转动，导致齿与电感线圈距离交替变换。该传感器由16个齿和16个槽组成，经过齿间变化后，会出现32次频率变化。同时根据2套LC振荡电路，则总共会产生64次不同频率的变化。
利用频率变化特性，经过模数转换，将2路FM调制信号转化为数字信号，图1为2路FM调制信号转化为数字信号的示意图，如图1所示。根据齿与槽的运行变化，产生出的2路数字波形具备交替性。由此通过数字信号的脉冲变化，从而计算列车的走行距离。
走行距离的计算公式：
Figure BDA0002339202510000041
S：表示走行距离；
d：表示车轮轮径值；
n：表示所采集到脉冲变化数；
N：表示车轮转动一周对应的脉冲变化数。
本发明提出了一套针对电涡流速度传感器的检测方法，能够准确将电涡流信号转换为三路脉冲信号，适配检测三路脉冲信号的车载ATC系统，同时能够对速度脉冲采集通道状态进行实时检测。
图2为设备连接图，如图2所示，设备连接方式包括：
将原有的电涡流速度传感器接口,连接到检测装置中，将原有的两路数字脉冲转换为三路数字脉冲，连接方式如图3所示。图中CH1、CH2表示由FM调制信号转换为2路数字脉冲的信号(转换方法与说明2一致)；A、B、C表示是将2路数字信号适配为3路脉冲信号进行输出的对外接口。
经过检测装置输出后的三路脉冲信号，能够与采集三路速度脉冲信号的车载ATC系统直接对接。
图3为正向行驶脉冲波形图，图4为反向行驶脉冲波形图，两通道数字信号存在相位差，如图3、4所示，当CH1超前于CH2(即CH1上升沿到达时，CH2还处于低电平)，则认为是正向；当CH1滞后于CH2(即CH1上升沿到达时，CH2处于高电平)，则认为是反向。
三路脉冲信号输出要求：
(1)、产生三路脉冲信号，占空比为50％；
(2)、三路脉冲信号相位相差120°。
三路脉冲信号的检测方法
(1)、双通道数字信号交替特性
CH1和CH2的沿变化是交替的，如图3、4所示：
正向顺序为：CH1上升沿->CH2上升沿->CH1下降沿->CH2下降沿->CH1上升沿
反向顺序为：CH2上升沿->CH1上升沿->CH2下降沿->CH1下降沿->CH2上升沿
(2)、三路脉冲转换方法
a)、根据双通道CH1和CH2脉冲信号的交替变化特性，当每次CH1或CH2出现沿变化时，则产生出一个三路(A、B、C)的周期脉冲；且CH1通道沿变化后下一个变化沿应是CH2通道产生的。
b)、按照双通道脉冲的变化规律，识别其运行方向，每当收到双通道CH1和CH2脉冲沿的交替变化，记录时间为T，则按照此时间间隔T为周期的三路脉冲，占空比为50％，且三相脉冲相位差120°，如图3、4所示。
c)、当无相位时(即列车车轮停止运动)，波形则保持原输出状态。列车上电停止状态时，默认三相脉冲输入为A、B为高电平，C为低电平。
此方法产生出脉冲沿的效果是更加准确的，可以滤除掉CH1和CH2通道出现的抖动与杂波，如此能将脉冲原有的变化规律恢复的更加完善清晰。
图3为正向行驶脉冲波形图，图4为反向行驶脉冲波形图，三相脉冲检测方法包括：
a)、由于三相脉冲相位需保持120°的相位差，所以不会出现同高或者同低的状态，所以当出现三路脉冲出现其中一种状态时，则认为检测通道出现故障。
b)、对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续40us以上，则认为脉冲上升沿有效。
c)、当A相超前于B相，且B相超前于C相，则认为是正向；当A相滞后于B相，且B相滞后于C相，则认为是反向；若持续1s内没有收到脉冲，则认为是无相位。
d)、脉冲速度：每单位时间内(现采用100ms)采集到的脉冲数即为脉冲速度；
总走行距离：是指脉冲的总计数，从车辆启动就一直记录。
e)、对三路脉冲进行一致性校验，即A、B、C三路脉冲速度相差不超过2个脉冲；或总走行距离即三路脉冲总脉冲计数不能相差25个脉冲，否则认为是采集通道故障。
本发明检测方法能够滤除杂波干扰，准确记录脉冲个数，同时检测脉冲采集通道硬件是否出现故障。
1、本发明能够将电涡流传感器的信号按照原有规律转换为三路脉冲信号，从而适配现有光电传感器三路脉冲采集的车载ATC系统；
2、根据电涡流速度传感器产生的两路信号原理，如图2所示，采用对CH1、CH2两路通道交叉沿采集方式进行脉冲转换，如此能够滤除单通道内产生的信号干扰，更加准确的记录采集到的脉冲量；
3、采用本发明的检测方法，对采集到的信号进行校验，能够检测底层物理采集通道是否正常，检测的信号脉冲状态是否正常。
本发明能够适配使用光电速度传感器三路脉冲检测的车载ATC系统，随着轨道交通技术的发展，设备的更新换代，该方案能够起到关键的承接作用，满足车载ATC系统的发展趋势。同时该检测方法，具有更好地滤波效果及抗干扰能力，不仅能够精确有效地对脉冲进行采集，还能够检测采集脉冲通道的状态是否正常，实用性更加完善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，
经过检测装置输出后的三路脉冲信号，能够与采集三路速度脉冲信号的车载ATC系统直接对接；
将电涡流传感器的双通道FM调制信号转换到数字信号后，两通道数字信号CH1和CH2存在相位差；
根据双通道CH1和CH2脉冲信号的交替变化特性，当每次CH1或CH2出现沿变化时，则产生出一个A、B和C三路的周期脉冲；且CH1通道沿变化后下一个变化沿应是CH2通道产生的；
按照双通道脉冲的变化规律，识别运行方向，每当收到双通道CH1和CH2脉冲沿的交替变化，记录时间为T，则按照此时间间隔T为周期的三路脉冲，占空比为50％，且三相脉冲相位差120°；
当列车车轮停止运动导致无相位时，波形保持原输出状态，列车上电停止状态时，默认三相脉冲输入为A和B路为高电平，C路为低电平；
三相脉冲相位需保持120°的相位差，当出现三路脉冲出现其中一种状态时，则认为检测通道出现故障；
对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续一定时间，则认为脉冲上升沿有效；
当A路超前于B路，且B路超前于C路，则认为是正向；当A路滞后于B路，且B路滞后于C路，则认为是反向；若持续W秒内没有收到脉冲，则认为是无相位。
2.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，将电涡流速度传感器接口，连接到检测装置中，将两路数字脉冲CH1和CH2转换为三路数字脉冲A、B和C。
3.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，将电涡流传感器的双通道FM调制信号转换到数字信号后，两通道数字信号CH1和CH2存在相位差，当CH1超前于CH2，则认为是正向；当CH1滞后于CH2，则认为是反向。
4.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，三路脉冲信号A、B和C的输出要求：产生三路脉冲信号，占空比为50％；相位相差120°。
5.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，CH1和CH2的沿变化是交替的：
正向顺序为：CH1上升沿->CH2上升沿->CH1下降沿->CH2下降沿->CH1上升沿；
反向顺序为：CH2上升沿->CH1上升沿->CH2下降沿->CH1下降沿->CH2上升沿。
6.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，对三路脉冲分别进行采集，每次接收到上升沿，且高电平持续40us以上，则认为脉冲上升沿有效。
7.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，W为1。
8.如权利要求1所述的基于电涡流原理速度传感器的信号检测方法，其特征在于，还包括：每单位时间内采集到的脉冲数即为脉冲速度；总走行距离：是指脉冲的总计数，从车辆启动就一直记录；对三路脉冲A、B和C进行一致性校验，三路脉冲速度相差不超过2个脉冲或三路脉冲总脉冲计数不能相差25个脉冲，否则认为是采集通道故障。
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