CN112441081A - 一种磁悬浮车用测速定位装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮车用测速定位装置及其使用方法，包括安装在轨道上的齿条，及安装在磁悬浮车上并与齿条位置一一对应的车载感应探头；所述齿条包括安装在轨道上的安装条，及设置在安装条上的凸齿，所述车载感应探头通过探测一定时间内通过的凸齿数量来实现磁悬浮车的测速和定位；还包括安装于磁悬浮车地面轨道上的地面固定板，所述齿条即设置在固定板上。该装置结构更简单、精度更高、更具实用性，使用该装置测磁悬浮车的速度位置操作和计算均十分简单，且测量精度高。

Description

一种磁悬浮车用测速定位装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车领域，具体而言，涉及一种磁悬浮车用测速定位装置及其使用方法。

背景技术

测速定位系统是磁悬浮列车运行控制的重要组成部分，目前国内外在中低速磁浮列车的研究中主要采用的方法是对射式光电开关检测法、轨枕计数法等。对射式光电开关检测法采用光电传感器检测磁悬浮车的位置速度信息，其易受到外界自然光环境的干扰，可靠性较差。轨枕计数法采用传感器对运行经过的轨枕进行计数来达到定位测速的目的，由于受到轨枕距离的约束，枕间距不一等问题，其精度较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构更简单、更具实用性的磁悬浮车用测速定位装置，使用该装置测磁悬浮车的速度位置操作和计算均十分简单，且测量精度高。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本申请提供了一种磁悬浮车用测速定位装置，包括安装在轨道上的齿条，及安装在磁悬浮车上并与齿条位置一一对应的车载感应探头；所述齿条包括安装在轨道上的安装条，及设置在安装条上的凸齿，所述车载感应探头通过探测一定时间内通过的凸齿数量来实现磁悬浮车的测速和定位。

作为一种优选方案，还包括安装于磁悬浮车地面轨道上的地面固定板，所述齿条即设置在固定板上。

作为一种优选方案，所述地面固定板在磁悬浮车地面轨道上连续或断续铺设。

具体的说，所述齿条为铁磁性材料。

作为一种优选方案，所述齿条上的凸齿间距为30～70mm。

进一步的所述齿条包括至少一条相对位置凹凸齿条，所述相对位置凹凸齿条上的凸齿宽度一致、凸齿间距一致。

更进一步的，所述齿条包括至少一条绝对位置凹凸齿条，所述绝对位置凹凸齿条上的凸齿宽度及凸齿间距随轨道位置变化而变化。

作为一种优选方案，所述绝对位置凹凸齿条上的凸齿宽度及凸齿间距与轨道实际所处位置一一对应。

作为一种优选方案，所述绝对位置凹凸齿条采用分段方式设置，每一分段分别与对应轨道的直线电机定子分段保持一致，每段上凹凸齿条齿距相同，不同段的齿距不相等。

更进一步的，所述车载感应探头包括串联连接的交流电源、电感线圈、检测电阻，及与检测电阻并联的电阻分压电压信号采集器；所述电感线圈与齿条相对，由于齿条上凸齿、凸齿间隙的磁导率不同，电阻分压电压信号采集器采集的电信号不同，即可采集到脉冲数N，所述脉冲数即为测量时间段内磁悬浮车通过的凸齿数量。

使用上述磁悬浮车用测速定位装置进行磁悬浮车测速定位的方法，包括以下步骤：

A：收集相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，收集绝对位置凹凸齿条的凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，制成绝对位置对应表；设定车载感应探头信号采集时长t；

B：系统开启检测，与相对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集相对位置信号，在设定时长t内累加，得到相对位置脉冲数N₁；结合相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，得到相对位置l＝N₁(l₁+λ₁)，同时对相对位置l做微分得到速度

C：与步骤B同步的，绝对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集绝对位置信号，在设定时长t内累加，得到绝对位置脉冲数N₂；结合速度V、设定时长t，即可计算得到凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，将之与绝对位置对应表对应，即可得到当前车辆的绝对位置。

本发明的有益效果为：

1、本发明通过在轨道上增设齿条、在磁悬浮车上增设电磁感应式的车载感应探头来实现测速定位的目的，其结构简单，设计合理，在齿条上设不同规格、不同间距的凸齿，通过车载感应探头的电磁感应来实现凸齿的计数，凸齿的宽度、间距可预先设计，不同路段可采用不用的凸齿宽、凸齿间隙，实现绝对位置的精确测量，及相对速度的相互校对、印证，有效提高了装置的测量精度，实用性极强。

2、本发明的齿条可预先设置在地面固定板上，再通过地面固定板安装到轨道上，其中，齿条与地面固定板可以是一体成型，也可以是分别制造后将齿条安装到地面固定板上，安装使用方便。

3、本发明地面固定板可以在轨道上连续铺设或断续铺设，其中，地面固定板上的齿条本身也可以是连续铺设或断续铺设的，一方面可以达到分段的作用，另一方面还可节省材料，铺装也更灵活。

4、本发明的地面固定板可以铺设在轨道单边上，也可以布置在轨道双边，只需在磁悬浮车上与地面固定板上的齿条对应的位置设车载感应探头即可，做成冗余设计，一方面，两侧所测数据可以相互校准，提高准确性，另一方面，也可一开一备，确保随时能正常使用，也便于检修维护。

5、本发明的齿条包括相对位置凹凸齿条，其用于检测磁悬浮车与轨道的相对位置，同时也可用于检测磁悬浮车的运行速度，凹凸齿条采用凸齿等宽度、等间隔设置，通过车载感应探头测得一定时间内的通行凸齿数量，作微分即可得到磁悬浮车的速度。

6、本发明的齿条包括绝对位置凹凸齿条，凹凸齿条采用非等间隔设置，根据预先设计好的齿条信息获取磁悬浮车的绝对位置。非等间隔凹凸齿条有两种实现方式，方式一：疏密不一的齿条代表不同的位置；方式二，采用分段方式，该分段可与轨道本身的直线电机定子分段保持一致，每段上凹凸齿条齿距相同，不同段的齿距不相等；如此，根据绝对位置齿条的脉冲信号，可识别得到车辆当前所在处的凸齿宽度或间隙，再结合所测得的速度，即可得到当前车辆的绝对位置。

7、本发明的车载感应探头采用电磁感应式探头，主要由交流电源，电感线圈L，检测电阻R，电阻分压电压信号采集等组成，当探头通过地面的凹凸齿条时，因为探头相对的凸齿和凸齿间隙处磁导率不同使得凸齿和凸齿间隙处分别的电感值不同，根据

可得在电阻端测得电压值不同，相应得到探头运行通过的凸齿计数，该方案采用感应检测方式，抗外界环境干扰能力强，测量精度高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，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实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、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的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本发明装置单侧使用状态示意图；

图2为本发明装置双侧使用状态示意图；

图3为本发明装置结构示意图；

图4为本发明车载感应探头结构示意图；

图5为本发明装置使用流程图。

图中标记：1-车载感应探头，2-安装条，3-凸齿，4-地面固定板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供了一种磁悬浮车用测速定位装置，该装置结构简单，仅包括安装在轨道上的齿条和安装在磁悬浮车上的车载感应探头，车载感应探头通过电磁感应收集脉冲信号，这种感应检测方式抗外界环境干扰能力强，测量精度有保障。

具体来说，参见图3，所述齿条包括安装在轨道上的安装条2，及设置在安装条上的凸齿3。每个齿条均对应一个车载感应探头，而车载感应探头为电磁感应式探头，所述齿条为铁磁性材料。参见图4，所述车载感应探头1包括串联连接的交流电源、电感线圈、检测电阻，及与检测电阻并联的电阻分压电压信号采集器；所述电感线圈与齿条相对，由于齿条上凸齿、凸齿间隙的磁导率不同，根据

可得在电阻端测得电压值不同，即可采集到脉冲数N，所述脉冲数即为测量时间段内磁悬浮车通过的凸齿数量。该测量方式简单直接，计算过程也十分简单，可最大限度减小测量误差和计算误差。同时，为了测量更精准，所述齿条上的凸齿3间距为30～70mm，以50mm为最佳。

其中，U是电源电压，L是电感线圈，R是检测电阻，i是电流。

为了安装更简单，且齿条的凸齿、间隙距离车载感应探头的距离一致性更好，本实施例还设置了地面固定板4，所述齿条即通过地面固定板安装到磁悬浮车地面轨道上。其中，地面固定板4在磁悬浮车地面轨道上连续或断续铺设，而齿条在地面固定板4上也可连续或断续铺设。一方面可以达到分段的作用，另一方面还可节省材料，铺装也更灵活。

参见图1和图2，本发明的地面固定板可以铺设在轨道单边上，也可以布置在轨道双边，只需在磁悬浮车上与地面固定板上的齿条对应的位置设车载感应探头即可，做成冗余设计，一方面，两侧所测数据可以相互校准，提高准确性，另一方面，也可一开一备，确保随时能正常使用，也便于检修维护。

进一步的，参见图3，本实施例的齿条包括至少一条相对位置凹凸齿条，所述相对位置凹凸齿条上的凸齿宽度一致、凸齿间距一致，车载感应探头在一定时间t内搜集到脉冲信号个数N，则N×(凸齿宽度+凸齿间距)即为该时间段t通过的路程l，计算即可得到速度。

同时，为了测得磁悬浮车的绝对位置，所述齿条还包括至少一条绝对位置凹凸齿条，所述绝对位置凹凸齿条为非等间隔凹凸齿条，即其上的凸齿宽度及凸齿间距随轨道位置变化而变化。其中一种方式是疏密不一的齿条代表不同的位置；另一种方式则是采用分段方式，该分段可与轨道直线电机定子(为磁悬浮车常规配套组件，本发明未对其进行改进，在此不赘述)分段保持一致，每段上凹凸齿条齿距相同，不同段的齿距不相等。

当采用第一种方式时，可以先将不同位置的凸齿宽度及凸齿间距之和进行统计列表，当通过绝对位置凹凸齿条对应的车载感应探头测得一定时间t的脉冲次数N时，结合所测得的速度，即可计算得到对应位置的凸齿宽度及凸齿间距之和，将之与绝对位置对应表对应即可获得绝对位置。

当采用另一种方式时，所述绝对位置凹凸齿条采用分段方式设置，每一分段分别与对应轨道的直线电机定子分段保持一致，每段上凹凸齿条齿距相同，不同段的齿距不相等。以同样的方式计算得到对应位置的凸齿宽度及凸齿间距之和，将之与分段的齿距对应表进行对比，即可得知当前磁悬浮车所在轨道分段。

本发明装置使用时，参见图5，按以下流程进行：

步骤A：收集相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，收集绝对位置凹凸齿条的凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，制成绝对位置对应表；设定车载感应探头信号采集时长t；

步骤B：系统开启检测，与相对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集相对位置信号，在设定时长t内累加，得到相对位置脉冲数N₁；结合相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，得到相对位置l＝N₁(l₁+λ₁)，同时对相对位置l做微分得到速度

步骤C：与步骤B同步的，绝对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集绝对位置信号，在设定时长t内累加，得到绝对位置脉冲数N₂；结合速度V、设定时长t，即可计算得到凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，将之与绝对位置对应表对应，即可得到当前车辆的绝对位置。

本发明装置结构简单，安装方便，设计巧妙，使用方便，实用性强。由于其组件单一、测量方式和计算方式简单，可最大限度降低测量误差和计算误差，并且由于其采用电磁感应方式测量脉冲信号，受外界影响小，方案误差小，因此测量值准确性好。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：包括安装在轨道上的齿条，及安装在磁悬浮车上并与齿条位置一一对应的车载感应探头(1)；所述齿条包括安装在轨道上的安装条(2)，及设置在安装条上的凸齿(3)，所述车载感应探头(1)利用电磁感应技术探测一定时间内通过的凸齿数量，实现磁悬浮车的测速和定位。

2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：还包括安装于磁悬浮车地面轨道上的地面固定板(4)，所述齿条即设置在固定板上。

3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述地面固定板(4)在磁悬浮车地面轨道上连续或断续铺设。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述齿条为铁磁性材料，且所述齿条上的凸齿(3)间距为30～70mm。

5.根据权利要求4所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述齿条包括至少一条相对位置凹凸齿条，所述相对位置凹凸齿条上的凸齿宽度一致、凸齿间距一致。

6.根据权利要求5所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述齿条包括至少一条绝对位置凹凸齿条，所述绝对位置凹凸齿条上的凸齿宽度及凸齿间距随轨道位置变化而变化。

7.根据权利要求6所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述绝对位置凹凸齿条上的凸齿宽度及凸齿间距与轨道实际所处位置一一对应。

8.根据权利要求6所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述绝对位置凹凸齿条采用分段方式设置，每一分段分别与对应轨道的直线电机定子分段保持一致，每段上凹凸齿条齿距相同，不同段的齿距不相等。

9.根据权利要求6～8任意一项所述的一种磁悬浮车用测速定位装置，其特征在于：所述车载感应探头(1)包括串联连接的交流电源、电感线圈、检测电阻，及与检测电阻并联的电阻分压电压信号采集器；所述电感线圈与齿条相对，由于齿条上凸齿、凸齿间隙的磁导率不同，电阻分压电压信号采集器采集的电信号不同，即可采集到脉冲数N，所述脉冲数即为测量时间段内磁悬浮车通过的凸齿数量。

10.使用权利要求9所述的磁悬浮车用测速定位装置进行磁悬浮车测速定位的方法，其特征在于：包括以下步骤

A：收集相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，收集绝对位置凹凸齿条的凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，制成绝对位置对应表；设定车载感应探头信号采集时长t；

B：系统开启检测，与相对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集相对位置信号，在设定时长t内累加，得到相对位置脉冲数N₁；结合相对位置凹凸齿条的凸齿宽度l₁及凸齿之间间隙λ₁，得到相对位置l＝N₁(l₁+λ₁)，同时对相对位置l做微分得到速度

C：当绝对位置凹凸齿条上的凸齿宽度及凸齿间距与轨道实际所处位置一一对应时，与步骤B同步的，绝对位置凹凸齿条相对应的车载感应探头采集绝对位置信号，在设定时长t内累加，得到绝对位置脉冲数N₂；结合速度V、设定时长t，即可计算得到凸齿宽度及凸齿之间间隙之和，将之与绝对位置对应表对应，即可得到当前车辆的绝对位置。

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