CN1319953A - 无线感应系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种无线感应系统,包括天线和传输线。天线和传输线均为至少一根交叉感应线。交叉感应线由交叉感应线圈组成。交叉感应线圈可为偶数个。多根天线可错开平放在传输线正上方并沿传输线方向平移。两根天线错开的长度不等于偶数个和零个天线交叉线圈的长度。本发明结构简单、制造容易,成本低廉,抗干扰能力强,传输速度高、定位准确、广泛用于移动体的通信、定位、测速、尤其适用于处于恶劣电磁环境中的磁浮列车系统。

Description

无线感应系统

本发明与通讯系统有关，尤其与移动机车的无线感应系统有关。

无线感应技术是八十年代初在世界上(由日本为主)发展起来的，主要针对工业生产上的大型移动机车的自动化而研制的，具有很高的可靠性。日本FULUKAWA公司，安川公司，三菱公司，美国AB公司对于焦车的自动化技术均采用无线感应技术，国内仅有岳阳电子研究所与上海电气自动化研究所等少数单位开展该技术的研究与开发。无线感应技术八十年代主要用于钢铁行业，九十年代主要用于焦化行业和自动化仓库的装载车及其它特种车辆中。在通信系统中，若采用传统无线感应系统，可以进行通信，定位(最好定位精度为最短定位传输线圈长度的1/20)，具有铺设及维护简单，使用寿命长，成本低，对地形及天气适应性强等优点，但天线没有抗干扰能力，传输速率在100KHz；在磁浮列车通信系统(通信距离=100公里)中，若采用传统无线感应系统，需要二根各100公里的固定交叉传输线进行通信，若进行定位则至少再需要21根各100公里的固定交叉传输线，由于天线没有抗干扰能力，既使能通信，传输速率肯定大大低于100KHz，既使能定位，准确度大大降低。

本发明的目的是提供一种结构简单，成本低廉，抗于扰能力强、定位准确、传输速率高的无线感应系统。

本发明是这样实现的：

本发明无线感应系统，包括天线和传输线，天线和传输线均为至少一根交叉感应线，交叉感应线由交叉线圈组成，交叉线圈可为单匝或多匝。

本发明天线和传输线为由偶数个交叉线圈组成的交叉感应线。

本发明有两根或两根以上天线1和2，天线1与天线2错开平放在传输线L₀正上方并沿传输线L₀方向平移，两根天线错开的长度不等于偶数个和零个交叉线圈的长度。

本发明天线1、2由偶数个交叉线圈组成，传输线L₀由偶数个交叉线圈组成，天线与传输线长度之比为p/q或整数倍，p、q为互质的整数。

本发明天线为一根，传输线为L₀、L₁两根，都由偶数个交叉线圈组成，天线与每根传输线长度之比为p/q或整数倍，p、q为互质的整数

本发明天线的交叉线圈长度为传输线交叉线圈长度的1/2，天线2滞后天线1半个传输线交叉线圈长度，平放在传输线正上方并沿传输线方向X轴平移。

无线感应系统采用如图5布线。L₀是平铺的固定交叉线圈为偶数的传输线(通以I=Sinωt的信号)，天线采取两组交叉线圈(线圈长度为传输线线圈长度的一半且天线2滞后天线1半个传输线线圈长度)，平放在传输线的正上方并沿传输线方向X轴平移，天线2中产生的感应电势e₂滞后π/2并与天线1获得的感应电势e₁叠加来获得幅值均匀变化的信号e。

其中x--天线平移前进的距离

A=K*L*1n[a*a/(h*h)+1]

K=μ₀/2π

L--传输线L0单个交叉感应线圈的长度

a--传输线，天线的宽度

h--传输线与天线的空间距离

X=2n+{x-2L*INT[2x/(2L)]}/L,n=0,1,2,3… $A_1\left(X\right)=\sqrt{{8X}^2-4X+1};\mathrm{tg}{\mathrm{\ψ}}_1\left(X\right)=-2X/(2X-1)$ $A_2\left(X\right)=\sqrt{{8X}^2-12X+5};\mathrm{tg}{\mathrm{\ψ}}_2\left(X\right)=(2X-2)/(2X-1)$ $A_3\left(X\right)=\sqrt{{8X}^2-20X+13};\mathrm{tg}{\mathrm{\ψ}}_3\left(X\right)=(2X-2)/(2X+3)$ $A_4\left(X\right)=\sqrt{{8X}^2-28X+25};\mathrm{tg}{\mathrm{\ψ}}_4\left(X\right)=(-2X+4)/(-2X+3)$ 显然，天线平移的距离使所提取的信号e的幅值在Aω与Aω/ 之间变化，信号不会消失，电势e的相位在[π,3π/2),[3π/2,0),[0,π/2),[π/2,π)之间。

同理，天线1通以电流I=Sinω₂t，天线2通电流I=Cosω₂t。天线平移的距离使L₀所提取的总感应电势e幅值在Aω₂/

与Aω₂之间而相位在[π,3π/2),[3π/2,0),[0,π/2),[π/2,π)之间变化，表达式同(1)。

本发明无线感应系统有如下特点及优点

天线采用两根交叉感应线圈且线圈数为偶数，传输线采用一根交叉感应线且线圈数为偶数。具有传统无线感应系统的信号传输特性，即式(1)。由于天线与传输线采用偶数个交叉感应线圈，据电磁场理论空间中任何外来电磁信号在线圈中产生的感应电势互相抵消，对本系统不产生任何作用。传输速度高，可达到GHz级以上，比传统无线感应系统的信号传输速率高10000倍左右；根据式(1)，可以用通信传输线进行定位，而不需要额外的数量庞大的定位传输线，况且定位精度可以在理论上做到任意小。

本发明结构简单，制造容易，成本低廉，抗干扰能力强，传输速率高，定位准确，可广泛用于移动体的通信，定位、测速，尤其适用于处于恶劣电磁环境中的磁浮列车系统。

如下是本发明的附图：

图1为两个交叉线圈实际布线图。

图2为图1的简化图。

图3为多个交叉线圈实际布线图。

图4为图3的简化图。

图5为本发明的布线图。

图6为本发明的布线图。

图7为本发明的布线图。

如下是本发明的实施例：

1，通信

如图5，天线的单个线圈长1=0.05米，宽a=0.1米，与传输线距离h=0.1米并以720公里/小时平移，传输线的单个线圈长L=0.1米，宽a=0.1米并通以I=Sin2π1000000t，则天线前进0.2米内所提取的感应电势相位增量=2π+1000*2π，其中2π是由天线前进0.2米产生，1000*2π是由传输线电流产生。当我们采用调相制来进行通信时，可以忽略天线前进所造成的相位增量。天线或传输线信号源频率应大于10⁴Hz，最好越高越好。

同理，可推出天线在任何速度前进时，天线或传输线信号源的最低频率。

2定位

如图5，天线的单个线圈长1=0.05米，宽a=0.1米，与传输线距离h=0.1米并以720公里/小时平移，传输线的单个线圈长L=0.1米，宽a=0.1米并通过以I=Sin2π10⁶t，则天线前进0.2米内所提取的感应电势相位增量=2π+1000*2π，其中2π是由天线前进0.2米产生，1000*2π是由传输线电流产生。若在1毫秒内天线只前进XL米，由(1)式可推算出φ₁(X)～φ₄(X)。反过来，在1毫秒内由天线φ₁(X)～φ₄(X)可推算出天线前进的距离并进而进行定位。

Claims (7)

1、无线感应系统，包括天线和传输线，其特征在于天线和传输线均为至少一根交叉感应线，交叉感应线由交叉线圈组成，交叉线圈可为单匝或多匝。

2、根据权利要求1所述的无线感应系统，其特征在于天线和传输线为由偶数个交叉线圈组成的交叉感应线。

3、根据权利要求1或2所述的无线感应系统，其特征在于有两根或两根以上天线(1)和(2)，天线(1)与天线(2)错开平放在传输线L₀正上方并沿传输线L₀方向平移，两根天线错开的长度不等于偶数个和零个交叉线圈的长度。

4、根据权利要求1或2所述的无线感应系统，其特征在于有两根或两根以上传输线L₀、L₁错开布置，两根传输线错开的长度不等于偶数个和零个交叉线圈的长度。

5、根据权利要求1或2所述的无线感应系统，其特征在于天线(1)、(2)由偶数个交叉线圈组成，传输线L₀由偶数个交叉线圈组成，天线与传输线长度之比为p/q或整数倍，p、q为互质的整数。

6、根据权利要求1或2所述的无线感应系统，其特征在于天线为一根，传输线为L₀、L₁两根，都由偶数个交叉线圈组成，天线与每根传输线长度之比为p/q或整数倍，p、q为互质的整数

7、根据权利要求5所述的无线感应系统，其特征在于天线的交叉线圈长度为传输线交叉线圈长度的1/2，天线(2)滞后天线(1)半个传输线交叉线圈长度平放在传输线正上方并沿传输线方向X轴平移。

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