CN111207663A - 间隙测量单元、悬浮传感器、速度及悬浮间隙测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁浮列车的间隙测量单元，包括分别设置于沿轨道方向的m1个位置上的m1个子间隙测量单元，m1≥2，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈，m1个子间隙测量单元中，至少有m2个子间隙测量单元均包括第二感应线圈，1≤m2≤m1，m1+m2≥4；第一感应线圈、第二感应线圈在磁浮车辆高度方向上位于不同的高度位置；在同一个子间隙测量单元中，第一投影的长度大于第二投影的长度，第二投影在第一投影内，且第一投影、第二投影的端点互不重合。本发明中，采用两种不同尺寸的间隙测量探头叠加在同一位置，能有效识别车辆过轨缝信息。

Description

间隙测量单元、悬浮传感器、速度及悬浮间隙测量方法

技术领域

本发明属于磁浮车辆技术领域，涉及一种中低速磁浮车辆悬浮传感器的间隙测量单元、悬浮传感器、磁浮车辆速度测量方法及悬浮间隙测量方法。

背景技术

悬浮传感器是检测磁浮列车悬浮高度的“眼睛”，也是列车实现稳定悬浮的关键部件，它包括间隙测量单元和加速度测量单元组成。图1、图2为现有磁浮列车的悬浮传感器的布置位置示意图。如图1、2所示，悬浮传感器的壳体40设置在悬浮电磁铁60的端部，间隙测量单元30位于悬浮传感器的壳体40上方，且位于倒U型钢轨的下凹面下方。间隙测量单元30的感应线圈位于间隙测量单元30的顶部，位于轨道20下方。间隙测量单元利用电涡流效应原理，通过检测感应线圈与被测导体(轨道20)之间的电涡流效应来测量磁浮列车与轨道之间的间隙。

现有的悬浮传感器存在以下几个问题：

(1)现有的悬浮传感器自身不具备识别过轨缝功能，需要悬浮控制单元根据不同测量位置的间隙信号进行判断，当间隙测量探头出现故障时，可能会导致悬浮控制单元误判，导致悬浮失稳。

(2)由于现有悬浮传感器上布置线圈的位置受限，因此为了保证经过轨缝时仍然可以实现线圈测量的冗余而要求至少在3个位置上布置感应线圈的目的常常无法满足，会影响间隙的测量。

(3)现有悬浮传感器自身无法计算车辆运行速度，一般需要悬浮控制单元根据不同间隙信号进行计算，由于测量数据较少，受信号传输及采样频率影响，计算得到的磁浮车辆运行速度偏差较大。

发明内容

本发明要解决的问题是针对现有磁浮列车悬浮传感器存在的上述问题，提供一种间隙测量单元。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种磁浮车辆的间隙测量单元，包括m1个子间隙测量单元，所述m1个子间隙测量单元分别设置于沿轨道方向的m1个位置上，m1≥2，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈，所述m1个子间隙测量单元中，至少有m2个子间隙测量单元均包括第二感应线圈，1≤m2≤m1，m1+m2≥4；所述第一感应线圈、第二感应线圈在磁浮车辆高度方向上位于不同的高度位置；在同一个子间隙测量单元中，定义第一感应线圈在轨道方向上的投影为第一投影，定义第二感应线圈在轨道方向上的投影为第二投影；

所述第一投影的长度大于第二投影的长度，所述第二投影在第一投影内，且所述第一投影、第二投影的端点互不重合。

悬浮传感器上布置感应线圈的位置有限。本发明中，设置至少两个子间隙测量单元，且至少一个子间隙测量单元包括第一感应线圈、第二感应线圈，第一感应线圈、第二感应线圈的数量之和不少于4个。相互叠加的两个感应线圈所占据的空间较小，相比于现有技术中在轨道方向上的一个位置只设置一个感应线圈的情况，本发明可以在较少的位置布置叠加的感应线圈，使得本发明对布置空间的需求大大减小。若考虑线圈可能故障的情况，本申请在保证未故障且未在轨缝下方的感应线圈的数量的同时，也可减小占用的空间。若在两个位置各设置一个第一感应线圈，在第三个位置设置相互叠加的第一感应线圈、第二感应线圈，则任意一个位置经过轨缝下方时，依然可以利用其它位置的感应线圈进行间隙测量，且可保证冗余设置。

进一步地，m1＝m2≥2或m1＝m2≥3。

若在两个位置分别叠加设置第一感应线圈、第二感应线圈，则当其中一个位置经过轨缝下方时，由于另一个位置叠加设置有两个感应线圈，且第一投影的长度大于第二投影，且第二投影在第一投影内，则依然可以利用这两个感应线圈实现间隙测量，且可保证冗余。本发明中，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈、第二感应线圈，即在两个位置上各有两个感应线圈，当其中一个位置的第一感应线圈、第二感应线圈经过轨缝时，可利用位于另一个位置的两个第一感应线圈、第二感应线圈测得的悬浮间隙进行悬浮控制，且占用空间较小。通过设置第一感应线圈的投影完全覆盖第二线圈的投影，使得感应线圈便于布置且节省空间。若在三个位置上各有两个感应线圈，若其中一个位置的两个感应线圈经过轨缝，则可利用另外两个位置的一共4个感应线圈进行悬浮控制，即使有感应线圈发生故障，未故障且未经过轨缝的感应线圈的数量依然为3个，保证了冗余。且由于同一位置的两个线圈相互叠加，有大大节省了悬浮传感器的布置空间。

进一步地，定义第一方向位于轨道所在平面上且垂直于轨道方向，定义第一直线穿过第一投影的中心且在第一方向上延伸，定义第二直线穿过第二投影的中心且在第一方向上延伸，定义第三投影为所述第一感应线圈(1)在轨道平面的投影，定义第四投影为所述第二感应线圈(2)在轨道平面的投影，所述第三投影为关于第一直线为对称轴的轴对称图形，所述第四投影为关于第二直线为对称轴的轴对称图形，所述第一投影的中心、第二投影的中心相互重合。

通过设置第一投影的中心、第二投影中心相互重合，且设置第三投影、第四投影均为轴对称图形，可以节省感应线圈的布置空间，且便于利用在同一个子间隙测量单元内的第一感应线圈、第二感应线圈进行磁浮测量运行速度的计算。通过设置两个相互重叠的感应线圈的投影中心相互重合，可以节省感应线圈的布置空间，且便于利用在同一个子间隙测量单元内的第一感应线圈、第二感应线圈进行磁浮测量运行速度的计算。

进一步地，所述第三投影、第四投影的形状为矩形或圆形或椭圆形。

进一步地，所述第一投影的长度大于端面轨缝宽度，或所述第二投影的长度大于端面轨缝宽度，所述端面轨缝宽度为相邻的两段F轨接头处在轨道方向上的缝隙宽度。

若感应线圈在轨道方向上投影的长度小于或等于轨缝的宽度，则感应线圈经过轨缝下方时，在一定时间范围内感应线圈测得的值可能会超出悬浮间隙的允许范围，会影响对感应线圈是否正常工作的判断。本发明中，通过设置第一投影的长度不小于轨缝的宽度，使得第一感应线圈的间隙测量可以保持相对的稳定性，即不会长时间超出车辆正常行驶时悬浮间隙的允许范围，避免对感应线圈是否正常操作产生误判。

进一步地，所述第一感应线圈、第二感应线圈的激励电流频率不相等。通过上述设置，使得可以减少第一感应线圈、第二感应线圈之间的相互干扰。

进一步地，所述间隙测量单元还包括磁通量补偿单元、设置在悬浮电磁铁上的电路板结构，所述电路板结构为多层电路结构，所述第一感应线圈、第二感应线圈、磁通量补偿单元位于所述电路板结构的不同层上。

本发明中，通过设置磁通量的关系，可以使得补偿线圈、第二感应线圈对第一感应线圈的磁场作用相互抵消，也使得补偿线圈、第一感应线圈对第二感应线圈的磁场作用相互抵消，从而使得线圈之间的作用对第一感应线圈、第二感应线圈的影响最小。

进一步地，所述磁通量补偿单元包括第一补偿线圈，所述电路板结构为三层电路结构，所述第一感应线圈、第二感应线圈、第一补偿线圈分别位于电路板结构的不同层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_1',1分别为第二感应线圈对第一感应线圈的磁通量、第一补偿线圈对第一感应线圈的磁通量，Φ_1,2、Φ_1',2分别为第一感应线圈对第二感应线圈的磁通量、第一补偿线圈对第二感应线圈的磁通量；或

所述磁通量补偿单元包括第二补偿线圈、第三补偿线圈，所述电路板结构为四层电路结构，所述第一感应线圈、第二感应线圈、第二补偿线圈、第三补偿线圈分别位于电路板结构的不同层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_2',1、Φ_3',1分别为第二感应线圈对第一感应线圈的磁通量、第二补偿线圈对第一感应线圈的磁通量、第三补偿线圈对第一感应线圈的磁通量，Φ_1,2、Φ_2',2、Φ_3',2分别为第一感应线圈对第二感应线圈的磁通量、第二补偿线圈对第二感应线圈的磁通量、第三补偿线圈对第二感应线圈的磁通量。

本发明还提供一种磁浮车辆悬浮传感器，包括上述任一项所述的间隙测量单元，所述间隙测量单元安装在悬浮电磁铁上。

本发明还提供一种利用磁浮车辆的间隙测量单元的磁浮车辆运行速度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(A)：计算第一车辆运行速度为VA_i＝(D1_i-D2_i)/(2×TA_i)，其中，D1_i、D2_i分别为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内第一感应线圈在轨道方向上的投影长度、第二感应线圈在轨道方向上的投影长度，1≤i≤m2，t1_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈、第二感应线圈开始进入同一个轨缝所在范围的时刻之间的差值，t2_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈、第二感应线圈完全离开所述同一个轨缝所在范围的时刻之间的差值；计算第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度，第二车辆运行速度为VB_j1,j2＝D3_j1,j2/TB_j1,j2，其中，D3_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈的中心、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TB_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈经过同一轨缝的时刻之间的差值，1≤j1≤m1，1≤j2≤m1，第三车辆运行速度为VC_k1,k2＝D4_k1,k2/TC_k1,k2，D4_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈的中心、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TC_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈经过同一轨缝的时刻之间的差值，1≤k1≤m2，1≤k2≤m2；

步骤(B)：将步骤(A)中计算得到的各个车辆运行速度进行比较，剔除异常值后，将各个车辆运行速度进行平均，得到磁浮车辆的运行速度，所述各个车辆运行速度包括第一车辆运行速度，还包括第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度。

本发明中，利用子间隙测量单元内的第一感应线圈、第二感应线圈经过轨缝时对应的时间差及二者在列车长度方向上投影的尺寸计算第一车辆运行速度，且利用不同子间隙测量单元的两个第一感应线圈的在列车长度方向上投影的尺寸及对应的时间差值计算第二车辆运行速度，或利用不同子间隙测量单元的两个第二感应线圈的在列车长度方向上投影的尺寸及对应的时间差值计算第三车辆运行速度，从而可以将多个车辆运行速度进行比较，剔除异常值，再将多个速度值进行平均，从而可以得到多个运行速度的数据，减小测量时的误差，使得车辆运行速度的估计值的计算结果更准确。

本发明还提供一种磁浮车辆的悬浮间隙测量方法，所述第一感应线圈在轨道方向上投影的长度大于轨缝的宽度，所述悬浮间隙测量方法包括：

选取上述任一项所述的间隙测量单元中所有第一感应线圈、第二感应线圈的间隙测量结果中3个不同的感应线圈的间隙测量数据计算磁浮车辆的悬浮间隙；

所选取的间隙测量数据为未在轨缝下方且未发生故障的感应线圈的间隙测量数据；

在选取间隙测量数据时，同一个子间隙测量单元内第一感应线圈的间隙测量数据的选取顺序优于第二感应线圈的间隙测量数据，且优先选取不同子间隙测量单元的感应线圈的间隙测量数据。

本发明中，选取悬浮传感器中的3个不同的感应线圈的间隙测量结果进行悬浮间隙计算可以使得悬浮间隙计算结果更准确。由于第一感应线圈在轨道方向上投影的长度大于轨缝的宽度，使得第一感应线圈的间隙测量可以保持相对的稳定性，因此利用第一感应线圈的间隙测量结果进行悬浮间隙计算的效果更优。

本发明提供一种悬浮传感器的间隙测量单元，间隙测量单元的子间隙测量单元采用两种不同尺寸的间隙测量探头叠加在同一位置，能有效识别车辆过轨缝信息。本发明还提供一种磁浮车辆运行速度测量方法，通过多个车辆运行速度计算磁浮列车的速度的估计值，速度测量结果受误差影响较小。本发明还提供一种悬浮间隙测量方法，在进行悬浮间隙测量时，将间隙测量数据进行排序，排列出最优信号供悬浮控制单元使用，有利于提升悬浮控制单元运行速度，提高悬浮控制的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的悬浮传感所在位置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的悬浮传感所在位置的侧视示意图；

图3为本发明实施例的间隙测量单元中各个子间隙测量单元中第一感应线圈、第二感应线圈的布置位置示意图；

图4为本发明实施例的间隙测量单元过轨缝示意图；

图5为本发明实施例的间隙测量单元中第一感应线圈、第二感应线圈、磁通量补偿单元的布置结构示意图；

图6为本发明实施例的间隙测量单元过轨缝时第一感应线圈、第二感应线圈的测量值随时间变化的示意图。

上述附图中，1、第一感应线圈，2、第二感应线圈，10、磁悬浮车辆，20、轨道，30、间隙测量单元，40、悬浮传感器的壳体，50、端面轨缝，60、悬浮电磁铁。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本发明中，磁浮列车长度方向即为轨道方向或轨道延伸方向，也可称为行车方向。

本发明中，轨道平面即为轨道悬浮面。

本发明中，电路板结构为多层PCB板，不同线圈位于不同层表示不同线圈位于PCB板的不同层上；或电路板结构为多个PCB构成的多层电路板结构，不同线圈位于不同层表示不同线圈位于不同的PCB板上。

端面轨缝宽度一般在10-40mm范围内。张文会等在2018-11-25发表于《自动化技术与应用》的“轨缝宽度中低速磁浮F轨轨缝动态检测方法研究”，也给出若干个端面轨缝宽度的示例。本领域技术人员可以根据实际工程需要确定端面轨缝宽度。

如图1—图6所示，本发明提供一种磁浮车辆的间隙测量单元，包括m1个子间隙测量单元，所述m1个子间隙测量单元分别设置于沿轨道方向的m1个位置上，m1≥2，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈1，其特征在于：所述m1个子间隙测量单元中，至少有m2个子间隙测量单元均包括第二感应线圈2，1≤m2≤m1，m1+m2≥4；所述第一感应线圈1、第二感应线圈2在磁浮车辆高度方向上位于不同的高度位置；在同一个子间隙测量单元中，定义第一感应线圈1在轨道方向上的投影为第一投影，定义第二感应线圈2在轨道方向上的投影为第二投影；

所述第一投影的长度大于第二投影的长度，所述第二投影在第一投影内，且所述第一投影、第二投影的端点互不重合。

在一种优选实施方式中，m1＝m2≥2或m1＝m2≥3。

在一种优选实施方式中，定义第一方向位于轨道所在平面上且垂直于轨道方向，定义第一直线穿过第一投影的中心且在第一方向上延伸，定义第二直线穿过第二投影的中心且在第一方向上延伸，定义第三投影为所述第一感应线圈1在轨道平面的投影，定义第四投影为所述第二感应线圈2在轨道平面的投影，所述第三投影为关于第一直线为对称轴的轴对称图形，所述第四投影为关于第二直线为对称轴的轴对称图形，所述第一投影的中心、第二投影的中心相互重合。

在一种优选实施方式中，所述第三投影、第四投影的形状为矩形或圆形或椭圆形。

在一种优选实施方式中，所述第一投影的长度大于端面轨缝宽度，或所述第二投影的长度大于端面轨缝宽度，所述端面轨缝宽度为相邻的两段F轨接头处在轨道方向上的缝隙宽度。

在一种优选实施方式中，间隙测量单元还包括磁通量补偿单元、设置在悬浮电磁铁60上的电路板结构，所述电路板结构为多层电路结构，所述第一感应线圈1、第二感应线圈2、磁通量补偿单元位于所述电路板结构的不同层上。

在一种优选实施方式中，所述磁通量补偿单元包括第一补偿线圈，所述电路板结构为三层电路结构，所述第一感应线圈1、第二感应线圈2、第一补偿线圈分别位于电路板结构的不同层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_1',1分别为第二感应线圈2对第一感应线圈1的磁通量、第一补偿线圈对第一感应线圈1的磁通量，Φ_1,2、Φ_1',2分别为第一感应线圈1对第二感应线圈2的磁通量、第一补偿线圈对第二感应线圈2的磁通量。

如图5所示，在磁通量补偿单元的另一种优选实施方式中，所述磁通量补偿单元包括第二补偿线圈、第三补偿线圈，所述电路板结构为四层电路结构。所述第一感应线圈1、第二感应线圈2分别位于顶层C03层和底层C05层，第二补偿线圈、第三补偿线圈分别位于电路板结构的中间两层C04层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_2',1、Φ_3',1分别为第二感应线圈2对第一感应线圈1的磁通量、第二补偿线圈对第一感应线圈1的磁通量、第三补偿线圈对第一感应线圈1的磁通量，Φ_1,2、Φ_2',2、Φ_3',2分别为第一感应线圈1对第二感应线圈2的磁通量、第二补偿线圈对第二感应线圈2的磁通量、第三补偿线圈对第二感应线圈2的磁通量。

磁通量可根据毕奥萨伐尔定律进行计算。由此可确定补偿线圈的尺寸、位置等参数。本领域普通技术人员可以理解。

本发明还提供一种磁浮车辆悬浮传感器，其特征在于：包括如权利要求1-7中任一项所述的间隙测量单元，所述间隙测量单元安装在悬浮电磁铁60上。

本发明还提供一种利用间隙测量单元的磁浮车辆运行速度测量方法，间隙测量单元包括m1个子间隙测量单元，所述m1个子间隙测量单元分别设置于沿轨道方向的m1个位置上，m1≥2，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈1，其特征在于：所述m1个子间隙测量单元中，至少有m2个子间隙测量单元均包括第二感应线圈2，1≤m2≤m1，m1+m2≥4；所述第一感应线圈1、第二感应线圈2在磁浮车辆高度方向上位于不同的高度位置；在同一个子间隙测量单元中，定义第一感应线圈1在轨道方向上的投影为第一投影，定义第二感应线圈2在轨道方向上的投影为第二投影；

所述第一投影的长度大于第二投影的长度，所述第二投影在第一投影内，且所述第一投影、第二投影的端点互不重合。定义第一方向位于轨道所在平面上且垂直于轨道方向，定义第一直线穿过第一投影的中心且在第一方向上延伸，定义第二直线穿过第二投影的中心且在第一方向上延伸，定义第三投影为所述第一感应线圈1在轨道平面的投影，定义第四投影为所述第二感应线圈2在轨道平面的投影，所述第三投影为关于第一直线为对称轴的轴对称图形，所述第四投影为关于第二直线为对称轴的轴对称图形，所述第一投影的中心、第二投影的中心相互重合。

磁浮车辆运行速度测量方法包括如下步骤：

步骤(A)：计算第一车辆运行速度为VA_i＝(D1_i-D2_i)/(2×TA_i)，其中，D1_i、D2_i分别为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内第一感应线圈1在轨道方向上的投影长度、第二感应线圈2在轨道方向上的投影长度，1≤i≤m2，TA_i为第i个第一时间差，TA_i＝t1_i或TA_i＝t2_i或TA_i＝(t1_i+t2_i)/2，t1_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈1、第二感应线圈2开始进入同一个轨缝所在范围的时刻之间的差值，t2_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈1、第二感应线圈2完全离开所述同一个轨缝所在范围的时刻之间的差值；计算第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度，第二车辆运行速度为VB_j1,j2＝D3_j1,j2/TB_j1,j2，其中，D3_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈1的中心、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈1的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TB_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈1、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈1经过同一轨缝的时刻之间的差值，1≤j1≤m1，1≤j2≤m1，第三车辆运行速度为VC_k1,k2＝D4_k1,k2/TC_k1,k2，D4_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈2的中心、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈2的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TC_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈2、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈2经过同一轨缝的时刻之间的差值，1≤k1≤m2，1≤k2≤m2；

步骤(B)：将步骤(A)中计算得到的各个车辆运行速度进行比较，剔除异常值后，将各个车辆运行速度进行平均，得到磁浮车辆的运行速度，所述各个车辆运行速度包括第一车辆运行速度，还包括第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度。

如图6所示为两个相邻的子间隙测量单元依次通过轨缝的间隙测量值变化曲线。图中，101、102分别代表前一个子间隙测量单元的第一感应线圈1、第二感应线圈2分别经过轨缝的间隙测量结果曲线示意图。201、202分别代表前一个子间隙测量单元的第一感应线圈1、第二感应线圈2分别经过轨缝的间隙测量结果曲线示意图。

若间隙测量单元由3个子间隙测量单元组成，且每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈和第二感应线圈，则可以得到3个第一运行速度、3个第二运行速度、3个第三运行速度：3个第一运行速度分别为3个子间隙测量单元的第一运行速度VA₁、VA₂、VA₃；3个第二运行速度分别为VB_1,2、VB_1,3、VB_2,3；3个第三运行速度分别为VC_1,2、VC_1,3，VC_2,3。由此，车辆运行速度有9个值可选，即使剔除异常值后，也可以保证测量数据个数较多，进行均值处理后，计算磁浮车辆运行速度的估计值时，可以减小测量误差，测量精度较高。

本发明还提供一种悬浮间隙测量方法，所述第一感应线圈1在轨道方向上投影的长度大于轨缝50的宽度，所述悬浮间隙测量方法包括：

选取间隙测量单元中所有第一感应线圈1、第二感应线圈2的间隙测量结果中3个不同的感应线圈的间隙测量数据计算磁浮车辆的悬浮间隙；

所选取的间隙测量数据为未在轨缝50下方且未发生故障的感应线圈的间隙测量数据；

在选取间隙测量数据时，同一个子间隙测量单元内第一感应线圈1的间隙测量数据的选取顺序优于第二感应线圈2的间隙测量数据，且优先选取不同子间隙测量单元的感应线圈的间隙测量数据。

本发明提出一种悬浮传感器方案，具有以下特点：

1)两组不同尺寸的间隙测量探头叠加在同一位置，悬浮传感器能有效识别车辆过轨缝信号，计算车辆运行速度；两组不同尺寸的间隙测量探头的中心在同一个位置。

2)悬浮传感器间隙信号自排序，排列出最优信号供悬浮控制单元使用，有利于提升悬浮控制单元运行速度，提高悬浮控制的稳定性。

3)在原间隙测量探头相同位置(相同中心点)上再叠加一个不同尺寸的间隙测量探头，作为间隙辅测量探头，原间隙测量探头作为主测量探头；

4)同一中心点的主辅间隙测量探头尺寸不同，车辆通过轨缝时，对比分析主第二感应线圈间隙变化情况，能快速有效识别车辆过轨缝信息，并将过轨缝信息传输给悬浮控制单元，有利于悬浮控制单元进行悬浮控制运算；

5)同一位置的主辅间隙测量探头尺寸不同，车辆通过轨缝时，对比分析车辆过轨缝时主第二感应线圈间隙变化情况，计算车辆运行速度；

6)通过对比分析同一中心点主辅间隙测量探头及不同位置间隙测量探头测量值状态，进行间隙信号排序，根据排序结果，选择最优间隙信号供悬浮控制运算使用，悬浮控制单元可直接选取相应间隙信号参与控制运算。本申请中，主、辅间隙测量探头分别指第一感应线圈1、第二感应线圈2。

结合目前中低速磁浮列车悬浮传感器安装尺寸要求和悬浮控制需求，间隙探头可以采用3个主测量探头、3个辅测量探头。

同一位置(同一中心点)间隙测量主第二感应线圈根据过轨缝时间隙变化的时间差，再对比其他两路间隙探头数据，确定是否经过轨缝；根据间隙1第一感应线圈，间隙2第一感应线圈的间距，及两路探头过同一轨缝的时间间隔，可以计算车辆运行速度。

悬浮传感器内部控制单元，始终检测不同位置主第二感应线圈间隙信号，进行自排序，排序原则如下：

1)悬浮传感器选取3路间隙信号供悬浮控制使用；

2)3路间隙信号优先选取不同测量位置的数据；

3)优先选取第一感应线圈数据，第一感应线圈故障时采用同一位置的第二感应线圈数据；

4)过轨缝时，剔除过轨缝探头数据，选取另外两个位置第一感应线圈数据和1路第二感应线圈数据；

5)当探头出现故障时，遵循以上原则，选取数据供悬浮控制使用，若探头故障过多，间隙信号不足3路时，不足的数据传输高电平。

例如：传输数据间隙都正常情况下，不经过轨缝，优先选取间隙1、间隙2、间隙3的第一感应线圈数据供悬浮控制使用，经过轨缝时，如间隙1在轨缝下时，优先选取间隙2、间隙3第一感应线圈数据及间隙2第二感应线圈数据供悬浮控制使用；当1路间隙感应探头故障时，如间隙1第一感应线圈故障，不经过轨缝时，优先选取间隙1第二感应线圈、间隙2第一感应线圈、间隙3第一感应线圈数据供悬浮控制使用。若只有一路或两路间隙正常时，若间隙1第一感应线圈正常，则选取间隙1第一感应线圈数据，剩余2组数据全为高电平。

同一个子间隙测量单元内的第一感应线圈、第二感应线圈具有相同形状，

本发明中，可利用统计学中的常用方法剔除列车运行速度的测量值中的异常值，例如利用拉依达准则法(3δ)、肖维勒准则法(Chauvenet)、狄克逊准则法(Dixon)、罗马诺夫斯基(t检验)准则法、格拉布斯准则法(Grubbs)等方法。

同一个子间隙测量单元内的第一感应线圈、第二感应线圈具有不同的频率。

若感应线圈从测量值在时间T_A内固定不变，则判断感应线圈发生故障。

若车辆运行时，感应线圈的间隙测量结果长时间超出额定悬浮间隙±4mm范围，则判断感应线圈发生故障。

若车辆落浮时，感应线圈的间隙测量结果长时间小于最小允许落浮间隙值，则判断感应线圈发生故障。

若车辆运行时，将所有感应线圈的间隙测量结果进行比较，偏差超过1mm的测量值，持续时间1s以上，则判断该感应线圈发生故障。

若车辆静浮不运行，则不判断感应线圈是否故障。

若感应线圈的间隙测量结果，超过额定悬浮间隙+4mm，且持续时间300us，则判断该感应线圈在轨缝下方。

选取悬浮传感器中的3个不同的感应线圈的间隙测量结果供悬浮控制使用。将位于轨缝下方或故障的感应线圈的间隙测量结果传输高电平。

本发明中，可沿轨道方向在2个不同位置分别布置子间隙测量单元，每个子间隙测量单元均3个不同位置分别布置第一感应线圈，其中一个位置上布置相互叠加的第一感应线圈、第二感应线圈。

图1为悬浮传感器装配后的示意图，图中，40为悬浮电磁铁单元，20为轨道(即F轨)，30为间隙测量单元布置位置，间隙测量单元位于悬浮传感器40上方，与轨道20平行，用于检测与F轨内侧之间的垂直距离。

图2为悬浮传感器的侧视示意图。

图3为本发明的间隙测量探头位置示意图，毎路间隙测量探头布置与F轨平行，一般间隙测量中第一感应线圈1和第二感应线圈2各为2个或3个可以满足悬浮控制需求。

图5为本发明间隙探头叠加示意图，采用4层PCB板实现线圈叠加方案，C03为PCB板顶层，第一感应线圈线圈布置在顶层，C05为PCB板底层，第二感应线圈线圈布置在底层，C04为中间层，用于布置补偿线圈，以消除主辅线圈的干扰。

图4为本发明间隙探头过轨缝示意图，在同一个子间隙测量单元中，第一感应线圈1的尺寸比第二感应线圈2的尺寸大，过轨缝时，第一感应线圈1先检测到间隙变化，第二感应线圈2后检测到间隙变化。根据第一感应线圈1、第二感应线圈2检测间隙的变化，可以快速有效识别车辆过轨缝信息。图4中，为了清楚表示间隙测量单元经过轨缝的情况，轨道20、轨缝50均为侧视形式，间隙测量单元、第一感应线圈1、第二感应线圈2均为俯视形式。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种磁浮车辆的间隙测量单元，包括m1个子间隙测量单元，所述m1个子间隙测量单元分别设置于沿轨道方向的m1个位置上，m1≥2，每个子间隙测量单元均包括第一感应线圈(1)，其特征在于：所述m1个子间隙测量单元中，至少有m2个子间隙测量单元均包括第二感应线圈(2)，1≤m2≤m1，m1+m2≥4；所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)在磁浮车辆高度方向上位于不同的高度位置；在同一个子间隙测量单元中，定义第一感应线圈(1)在轨道方向上的投影为第一投影，定义第二感应线圈(2)在轨道方向上的投影为第二投影；所述第一投影的长度大于第二投影的长度，所述第二投影在第一投影内，且所述第一投影、第二投影的端点互不重合。

2.根据权利要求1所述的间隙测量单元，其特征在于：m1＝m2≥2或m1＝m2≥3。

3.根据权利要求1所述的间隙测量单元，其特征在于：定义第一方向位于轨道所在平面上且垂直于轨道方向，定义第一直线穿过第一投影的中心且在第一方向上延伸，定义第二直线穿过第二投影的中心且在第一方向上延伸，定义第三投影为所述第一感应线圈(1)在轨道平面的投影，定义第四投影为所述第二感应线圈(2)在轨道平面的投影，所述第三投影为关于第一直线为对称轴的轴对称图形，所述第四投影为关于第二直线为对称轴的轴对称图形，所述第一投影的中心、第二投影的中心相互重合；

优选地，所述第三投影、第四投影的形状为矩形或圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的间隙测量单元，其特征在于：所述第一投影的长度大于端面轨缝(50)宽度，或所述第二投影的长度大于端面轨缝(50)宽度，所述端面轨缝(50)宽度为相邻的两段F轨接头处在轨道方向上的缝隙宽度。

5.根据权利要求1所述的间隙测量单元，其特征在于：所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)的激励电流频率不相等。

6.根据权利要求1所述的间隙测量单元，其特征在于：还包括磁通量补偿单元、设置在悬浮电磁铁(60)上的电路板结构，所述电路板结构为多层电路结构，所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)、磁通量补偿单元位于所述电路板结构的不同层上。

7.根据权利要求6所述的间隙测量单元，其特征在于：

所述磁通量补偿单元包括第一补偿线圈，所述电路板结构为三层电路结构，所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)、第一补偿线圈分别位于电路板结构的不同层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_1',1分别为第二感应线圈(2)对第一感应线圈(1)的磁通量、第一补偿线圈对第一感应线圈(1)的磁通量，Φ_1,2、Φ_1',2分别为第一感应线圈(1)对第二感应线圈(2)的磁通量、第一补偿线圈对第二感应线圈(2)的磁通量；或

所述磁通量补偿单元包括第二补偿线圈、第三补偿线圈，所述电路板结构为四层电路结构，所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)、第二补偿线圈、第三补偿线圈分别位于电路板结构的不同层上，且满足下式：

其中，Φ_2,1、Φ_2',1、Φ_3',1分别为第二感应线圈(2)对第一感应线圈(1)的磁通量、第二补偿线圈对第一感应线圈(1)的磁通量、第三补偿线圈对第一感应线圈(1)的磁通量，Φ_1,2、Φ_2',2、Φ_3',2分别为第一感应线圈(1)对第二感应线圈(2)的磁通量、第二补偿线圈对第二感应线圈(2)的磁通量、第三补偿线圈对第二感应线圈(2)的磁通量。

8.一种磁浮车辆悬浮传感器，其特征在于：包括如权利要求1-7中任一项所述的间隙测量单元，所述间隙测量单元安装在悬浮电磁铁(60)上。

9.一种利用权利要求1所述的间隙测量单元的磁浮车辆运行速度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(A)：计算第一车辆运行速度为VA_i＝(D1_i-D2_i)/(t1_i+t2_i)，D1_i、D2_i分别为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内第一感应线圈、第二感应线圈在轨道方向上的投影长度，1≤i≤m2，t1_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)开始进入同一个端面轨缝(50)所在范围的时刻之间的差值，t2_i为所述间隙测量单元的第i个子间隙测量单元内所述第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)完全离开所述同一个端面轨缝(50)所在范围的时刻之间的差值；计算第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度，第二车辆运行速度为VB_j1,j2＝D3_j1,j2/TB_j1,j2，其中，D3_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈(1)的中心、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈(1)的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TB_j1,j2为所述间隙测量单元的第j1个子间隙测量单元的第一感应线圈(1)、所述间隙测量单元的第j2个子间隙测量单元的第一感应线圈(1)经过同一端面轨缝(50)的时刻之间的差值，1≤j1≤m1，1≤j2≤m1，第三车辆运行速度为VC_k1,k2＝D4_k1,k2/TC_k1,k2，D4_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈(2)的中心、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈(2)的中心在轨道方向上的投影之间的距离，TC_k1,k2为所述间隙测量单元的第k1个子间隙测量单元的第二感应线圈(2)、所述间隙测量单元的第k2个子间隙测量单元的第二感应线圈(2)经过同一端面轨缝(50)的时刻之间的差值，1≤k1≤m2，1≤k2≤m2；

步骤(B)：将步骤(A)中计算得到的各个车辆运行速度进行比较，剔除异常值后，将各个车辆运行速度进行平均，得到磁浮车辆运行速度的估计值，所述各个车辆运行速度包括第一车辆运行速度，还包括第二车辆运行速度和/或第三车辆运行速度。

10.一种磁浮车辆的悬浮间隙测量方法，其特征在于，包括：

选取如权利要求1-7中任一项所述的间隙测量单元中所有第一感应线圈(1)、第二感应线圈(2)的间隙测量结果中3个不同的感应线圈的间隙测量数据计算磁浮车辆的悬浮间隙；

所选取的间隙测量数据为未在端面轨缝(50)下方且未发生故障的感应线圈的间隙测量数据；在选取间隙测量数据时，同一个子间隙测量单元内第一感应线圈(1)的间隙测量数据的选取顺序优于第二感应线圈(2)的间隙测量数据，且优先选取不同子间隙测量单元的感应线圈的间隙测量数据，所述第一感应线圈(1)在轨道方向上投影的长度大于端面轨缝(50)的宽度。

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