CN1844848A - 格雷母线及其信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测设备，特别是一种以格雷码方式排列的检测母线，也称格雷母线，及其信号的检测方法。本发明包括电缆护套和由所述电缆护套包裹的电缆芯线和模芯，所述电缆芯线包括至少两对芯线，其中一对为相互平行的基准线，其余各对地址线为每隔一个步长交叉一次的地址线，每对地址线的步长各不相同，分别为最小步长的2ⁱ倍，其中i＝0，1，2……。所述格雷母线通过和天线之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线在格雷母线长度方向上的位置。本发明通过天线与格雷母线进行电磁耦合来传递信息的，能够实现非接触位置检测、绝对位置检测，并且抗干扰能力强，适用于恶劣的工业环境。

Description

格雷母线及其信号检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测设备，特别是一种以格雷码方式排列的检测母线，也称格雷母线，及其信号的检测方法。

技术背景

现有的用于检测位置或位移的设备存在很多的弊端和不足，例如通过接触性检测获取位移的设备，对接触部件有机械性磨损，或对于一些利用电磁信号进行检测的设备，检测的结果容易受到电磁干扰、环境噪音、接收信号电平波动等情况的影响，抑或容易受到雨水、灰尘、酸碱等自然环境的影响，从而导致检测精度低、误差大、可靠性低。

发明内容

本发明克服了上述缺点，提供一种结构简单、检测精度高的格雷母线及其信号检测方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种格雷母线，包括电缆芯线、模芯和电缆护套，所述电缆护套将所述电缆芯线和模芯包裹在其中，所述电缆芯线包括至少两对芯线，其中一对为相互平行的基准线，其余各对地址线为每隔一个步长交叉一次的地址线，每对地址线的步长各不相同，分别为最小步长的2ⁱ倍，其中i＝0，1，2......。

还可包括与至少一对地址线步长相等，且错开半个步长的地址线。

所述格雷母线的最小步长可为20～400毫米，较佳值为200毫米。

所述格雷母线的总长度可为2^n-1*W，其中，n为地址线的对数，W为最小步长。

一种采用如权利要求1所述的格雷母线的检测方法，所述格雷母线通过和天线之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线在格雷母线长度方向上的位置。

可包括以下两种检测方式：

(1)固定检测方式，地址编码发射器和天线安装在移动站，通过天线发射地址信号，地址编码接收器与所述格雷母线相连，并安装在固定站上，在固定站完成地址检测。

(2)移动检测方式，地址编码发射器与所述格雷母线相连，并安装在固定站，通过格雷母线芯线发射地址信号，天线、地址编码接收器安装在移动站上，移动站直接检测到地址。

本发明包括电缆护套和由所述电缆护套包裹的电缆芯线和模芯，所述电缆芯线包括至少两对芯线，其中一对为相互平行的基准线，其余各对地址线为每隔一个步长交叉一次的地址线，每对地址线的步长各不相同，分别为最小步长的2ⁱ倍，其中i＝0，1，2......。所述格雷母线通过和天线之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线在格雷母线长度方向上的位置。本发明能够达到如下有益效果：

(1)非接触位置检测：格雷母线位移传感器是通过安装在移动站的天线和敷设在移动机车轨道旁的格雷母线进行电磁耦合来传递信息的，无机械性接触磨损；

(2)绝对位置检测：由于格雷母线芯线以格雷码方式交叉扭绞排列，保证格雷母线芯线全程无重叠的交叉点，能够在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址，检测精度达5毫米，完全可以满足移动机车精确定位的需求；

(3)抗干扰能力强：由于格雷母线使用了特有的交叉扭绞结构及相位检测技术，能够消除电源开、停过程中产生的电磁干扰，也不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；

(4)适用于恶劣的工业环境：安装在室外的格雷母线、天线、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，不怕雨水、灰尘，耐酸、碱腐蚀。

附图说明

图1为本发明中电缆芯线的展开图

图2为本发明中固定检测方式工作原理图

图3为本发明中移动检测方式工作原理图

图4为本发明中精密地址检测工作原理图

具体实施方式

以下根据具体实施例对本发明做进一步描述，本发明是一种以格雷码方式排列的检测母线，也称格雷母线，包括电缆护套和由所述电缆护套包裹的电缆芯线和模芯，所述电缆芯线如图1中所示，所述电缆芯线有两种，即基准线R线和地址线G0线-G9线，基准线R线在整个格雷母线段中不交叉，用于获取标准信号，地址线用于检测地址。各对地址线按不同步长规律编排，每隔一个步长交叉一次，设格雷母线的最小步长为W，则G0、G1、G2…G8、G9步长分别为2⁰W、2¹W、2²W……2⁸W、2⁹W，即1W、2W、4W…256W、512W。

通过上述布置的地址线，可实现绝对地址的检测。所述绝对地址的检测可通过如下两种方式：

(一)固定检测方式，地址编码发射器和天线安装在移动站，通过天线发射地址信号，地址编码接收器与所述格雷母线相连，并安装在固定站上，在固定站完成地址检测。如移动站要得到本站的位置，可通过无线通信方式从固定站得到。

如图2中所示，通过一个最小的地址检测系统来描述地上检测方式工作原理，该系统中的格雷母线仅由一对交叉的地址线和一对平行的基准线组成。当移动站的天线线圈中通入交变电流时，在天线附近会产生交变磁场，由于天线离格雷母线很近(约80毫米)，故所述格雷母线近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中，因此每对格雷母线芯线会产生感应电动势。由所述移动站的天线发射的地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的地址线和基准线上，并通过地址线和基准线把信号传送到固定站的地址编码接收器。地址编码接收器对接收到的信号进行相位比较。当地址“0”的地址线的信号相位与基准线的信号相位相同，那么定义移动站地址为“0”；当地址“1”的地址线的信号相位与基准线的信号相位相反，那么移动站地址为“1”。从而实现了在固定站完成地址检测。

(二)移动检测方式，地址编码发射器与所述格雷母线相连，并安装在固定站，通过格雷母线芯线发射地址信号，天线、地址编码接收器安装在移动站上，移动站直接检测到地址。如固定站要得到移动站的位置，可通过无线通信方式解决。

如图3所示，以4个地址的检测系统为例来描述移动检测方式：所述固定站的地址编码发射器以同频率分时方式分别将信号送给格雷母线标准线、地址线1、地址线2，并通过电磁耦合方式把信号传送到移动站的天线。

移动站的地址编码接收器按顺序接收信号后，将两对地址线的信号分别与基准线信号进行相位比较，如果地址线的信号相位与基准线的信号相位相同，那么定义地址为“0”；如果相位相反，定义地址为“1”。图3中地址1的两对地址线的信号相位与基准线的信号相位相同，因此地址1为“00”。地址2中的第一对地址线的信号相位与基准线的信号相位相同，第二对地址线的信号相位与基准线的信号相位相反，因此地址2为“01”。

从上面的分析可以看到，格雷母线用一对地址线可以检测到2个地址，用二对地址线可以检测到4个地址。实际上，用n对地址线可以检测到2ⁿ个地址。

根据电磁学理论：

Φ＝S*B      其中：Φ为磁通量，S为线圈面积，B为电磁强度。

e＝N*dΦ/dt  其中：e为感应电压，N为线圈的匝数。

理论上讲，只要将格雷母线最小步长W取得足够小，格雷母线定位精度就可以做得很高，但在工程上由于格雷母线芯线、天线尺寸误差、机车摆动，磁场分布不均匀性，以及外界干扰等因素，格雷母线最小步长W取值受到一定限制。W取得太小，电磁感应面积变小，地址检测的信噪比低，造成地址不稳定。根据工程经验，W＝200毫米较好。

格雷母线最小步长W根据定位精度来确定，电缆长度由格雷母线芯线的数量和最小步长W确定。一般来说：

绝对定位精度μ＝W/2   (其中W为格雷母线最小步长)

格雷母线长度L＝2ⁿ*μ  (其中n为格雷母线芯线的数量)

通过上面的分析我们知道当格雷母线最小步长W＝200毫米时，大地址的检测精度为：

          μ＝W/2＝200/2＝100毫米。

如果格雷母线地址线为10对(G0-G9)，当W＝200毫米时，则格雷母线长度为：

           L＝2¹⁰*100(毫米)＝102.4米。

格雷母线长度可依工程需要而定，单根格雷母线长度可达102.4米，多根格雷母线可拼接以满足工程需要。

地址线G0步长200毫米，在100毫米开始交叉；G1步长400毫米，在200毫米开始交叉；G2步长800毫米，在400毫米开始交叉，…；G8步长51.2米，在25.6米交叉一次，；G9步长102.4米，在51.2米交叉一次。

选择那一种地址检测工作方式要根据控制系统的需求来考虑决定。如果控制系统的重心在移动站上，则采用移动检测方式较好；如果控制系统的重心在固定站，则采用固定检测方式较合适。

此外，可以在所述格雷母线中增加一对地址线L0，如图4中所示，所述地址线L0的步长即交叉间隔跟G0一样，只是错开半个步长。

与绝对地址检测方法一样，精密地址也分为车上检测方式和地上检测方式。两种工作方式原理相同，这里以地上检测方式为例。

如图4所示，G0，L0两对线的交叉间距一致，均为200毫米，且错开100毫米，其中R线为基准线，不交叉。

当移动站的天线线圈中通入交变电流时，地址线G0、L0产生的感应电动势如下：

V0＝-N*dΦ0/dt  ....................(1)

V1＝-N*dΦ1/dt  ....................(2)

Φ＝S*B         ..... ... ..........(3)

其中，V0、V1——电缆芯线G0、L0上感应电动势信号幅度；

dΦ0、dΦ1——通过电缆芯线G0、L0的磁通变化量；

N——格雷母线芯线圈数，在这里N＝1；

B——磁场强度；

S——磁场作用在电缆芯线G0、L0上的有效面积；

设S0是磁场作用在芯线G0上的有效面积，S1是磁场作用在芯线L0上的有效面积，H为电缆的宽度，W为格雷母线芯线的最小步长。当移动站上的天线按图5中方式移动时(移动距离为X，X＜100毫米)。

则：V0＝-dΦ0/dt＝-BdS0/dt＝-Bd(HW-2HX)/dt  ....(4)

V1＝-dΦ1/dt＝-BdS1/dt＝-Bd(2HX)/dt         ....(5)

在同一时间间隔内，由(4)/(5)得：

V0/V1＝W/2X-1                               ....(6)

格雷母线安装好后，当天线信号源不变时，由式(6)可知，当X＜100毫米范围内，V0/V1与X成线性关系。由于G0、L0的交叉间距相同且错开100毫米，故在100毫米间距的每个位置总有一个V0/V1比值对应，且这个比值不受环境噪音和接收信号电平波动的影响。

理论上如果将V0/V1比值无限细分，可以获得非常高的检测精度，但是由于工艺条件的限制，地址细分数不可能很大，根据工程经验，细分数取20较好。例如，如果格雷母线得到的大地址精度为100毫米，细分数为20，则精密地址精度＝100/20＝5毫米。

以上对本发明所提供的格雷母线及其信号检测方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种格雷母线，包括电缆芯线、模芯和电缆护套，所述电缆护套将所述电缆芯线和模芯包裹在其中，其特征在于：所述电缆芯线包括至少两对芯线，其中一对为相互平行的基准线，其余各对地址线为每隔一个步长交叉一次的地址线，每对地址线的步长各不相同，分别为最小步长的2i倍，其中i＝0，1，2......。

2.根据权利要求1所述的格雷母线，其特征在于：还包括与至少一对地址线步长相等，且错开半个步长的地址线。

3.根据权利要求1或2所述的格雷母线，其特征在于：所述格雷母线的最小步长为20～400毫米，较佳值为200毫米。

4.根据权利要求1或2所述的格雷母线，其特征在于：所述格雷母线的总长度为2^n-1*W，其中，n为地址线的对数，W为最小步长。

5.一种采用如权利要求1所述的格雷母线的检测方法，其特征在于：所述格雷母线通过和天线之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线在格雷母线长度方向上的位置。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：包括以下两种检测方式：

(1)固定检测方式，地址编码发射器和天线安装在移动站，通过天线发射地址信号，地址编码接收器与所述格雷母线相连，并安装在固定站上，在固定站完成地址检测。

(2)移动检测方式，地址编码发射器与所述格雷母线相连，并安装在固定站，通过格雷母线芯线发射地址信号，天线、地址编码接收器安装在移动站上，移动站直接检测到地址。

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