CN100494877C - 一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置，其高频信号源、传感器及信号处理电路均安装在移动物体上，其中传感器由感应绕组组成，该感应绕组沿轨道的纵向长度与轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距相等或为其整数倍。该装置适用于磁浮车与轨道间距离的检测，不受其轨道磁阻变化的影响，检测精度高；该装置的所有器件均安装在移动物体上，数量少，成本低，便于维护。

Description

一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置

技术领域

本发明涉及一种检测移动物体与其轨道间距离的装置，尤其涉及一种用于磁浮车与其轨道间距离的检测装置。

背景技术

移动物体与轨道间距离的检测方法一般有下述两种：第一种是在轨道上沿途敷设一定形状的电信号发射器，车上安装接收器，接收器接收到的电信号与距离成反比衰减趋势，由此可检测出当悬浮移动物体与轨道间的距离；第二种方法是移动物体接收器根据轨道发送器发送来的脉冲信号或M序列信号的相位偏移(延迟分量)来检测距离。

这两种方法的缺点是：由于要在地面安装信号发射器，当轨道很长时，费用昂贵；且信号发射器是有源的，发生故障时不便于维护。另外，这两种方法设计的检测装置应用于轨道磁阻或电阻具有周期性变化的情况时，会引起测量信号的周期性变化，从而影响距离检测的准确性。如轨道交通中使用的磁浮轨道，其磁阻的变化即呈周期性变化，从而这两种方法都不适用于磁浮车与轨道间距离的检测。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置，该种装置适用于检测移动物体与其磁阻或电阻具有周期性变化的轨道间的距离，检测时不受轨道磁阻或电阻周期性变化的影响，检测精度高；并且其所需安装的器件少，成本低，便于维护。

本发明所采用的技术方案是：一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置，包括高频信号源的信号进入传感器，由信号处理电路对传感器感应的信号进行处理，其结构特点是：高频信号源、传感器及信号处理电路均安装在移动物体上，其中传感器检测头由感应绕组组成。

感应绕组为2组或2组以上，相邻感应绕组在轨道的纵向上依次错开排列，相邻绕组错开的距离等于轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距的整数倍除以绕组数。感应绕组由一根导线绕成的2个或2以上的偶数个纵向排列、大小相同、匝数相等的感应线圈构成，且相邻的感应线圈的绕向相反。

本发明的工作过程和原理是：

测量时，信号发生器产生的高频信号送到传感器的感应绕组的感应线圈中，在感应线圈中有相同频率的高频信号存在，由信号处理器接收感应线圈上的产生的高频电压信号。该高频电压信号的幅值与线圈的电感量成正比，而感应线圈的电感量又与其下方的轨道间的垂直距离(间隙)成反比，从而信号处理电路通过接收到的高频电压信号的幅值可以测出移动物体与轨道间的间隙。并且通过特定分布的2个或2个以上的绕组，每个绕组又有2个或2个以上的感应线圈组成，来消除轨道磁阻或电阻周期性变化对测量结果的影响。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

一、由于线圈中高频电压的幅值输出随着轨道中磁阻或电阻的周期变化而呈相同周期的正弦周期变化。本发明的一个绕组中特定分布2个或2个以上的感应线圈，使得各感应线圈中的高频感应电压的幅值变化的相位差为一个或数个360度相位的均分。如：感应线圈为6个，其长度等于轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距(D)的2倍，则相邻线圈间的相位差为120度。各个线圈的电压信号相加后，因磁阻或电阻周期变化带来各线圈的正弦变化量相互抵消，合为零；输出到信号处理电路的电压信号幅值是仅与轨道间隙有关的信号幅值。本发明还采用特定分布的2个或2个以上的绕组(即单个线圈或多个线圈构成绕组)，使每个绕组的电压幅值的输出信号在信号处理电路中相加时，也同样使磁阻或电阻周期变化带来各绕组的正弦变化量相互抵消。因此，本发明的检测装置适用于移动物体与其磁阻或电阻周期变化的轨道间距离的检测，检测时不受轨道磁阻或电阻周期性变化的影响，检测精度高。

二、由于高频信号源、传感器及信号处理电路均安装在移动物体上，随移动物体同时移动，轨道上不安装任何器件，较之现有的在轨道上沿途安装器件的方法，本发明所需安装的器件大大减少，成本低，维护极其方便。

三、由于本发明的装置利用的是电磁信号，故对工作环境的要求较低，雨雪尘土都不会影响其工作。

下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例一的电路原理图。

图2是本发明实施例一的感应绕组与轨道的空间位置关系示意图。图中各感应绕组在垂直方向上是重叠的，即位于同水平面；但为了便于观察，将各感应绕组进行了上、下平移。

图3是本发明实施例一的感应绕组中各感应线圈的绕向及其相互连接关系的示意图。

图4是本发明实施例一的感应绕组中各感应线圈的绕向及其另外一种相互连接关系的示意图。

图3、图4中：左边感应线圈的右侧部分与相邻右边感应线圈的左侧部分实际是重叠的，但为了观察方便，将该重叠部分进行了左、右平移，使其相互错开。

具体实施方式

实施例一

图1～4示出，本发明的一种具体实施方式为：一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置，包括高频信号源的信号进入传感器，由信号处理电路对传感器感应的信号进行处理。高频信号源S、传感器及信号处理电路PS均安装在移动物体上，其中传感器由感应绕组组成：

每组感应绕组A由一根导线绕成的4个纵向排列、大小相同的感应线圈L构成，且相邻的感应线圈的绕向相反，四个感应线圈分别标记为L₁、L₂、L₃、L₄。感应绕组沿纵向的长度等于轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距D的2倍。

本例的感应绕组A为3组分别标为A₁、A₂、A₃，相邻感应绕组A在轨道的纵向位置上依次错开排列，相邻绕组A错开的距离d等于轨道磁阻周期变化的一个周期的纵向间距D的1倍除以3(即绕组数)。

3个绕组A在垂向位置本身是重合的，也即位于同一水平面。图2中将3个绕组进行了上下平移、错开排列，以为方便观看。

图3、4示出了感应绕组A四个线圈L的两种连接关系，但4个感应线圈L均是由一根导线绕成，并沿纵向排列，且其中相邻的感应线圈L的绕向相反。

绕组A_i(i＝1～3)的输出电压信号幅值e_Ai为各个线圈上的电压幅值e_ji之和，即可用等效的数学表达式表达如下：

$\begin{array}{cc}{e}_{\mathrm{Ai}}=e_{1i}+e_{2i}+e_{3i}+e_{4i}=\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{e}_{\mathrm{ji}}& (i=1~3j=1~4)\end{array}---\left(1\right)$

e_ji为A_i绕组的第j个线圈L_j的电压输出。

感应绕组的纵向长度与轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距(D)的2倍相同，则同一感应绕组相邻线圈的相位差为π时，感应绕组中的每个线圈的电压幅值为：

$\begin{array}{cc}{e}_{\mathrm{ji}}=E_{\mathrm{ji}}\{1-M_{\mathrm{ji}}\sin [2\mathrm{\π}\frac{x}{D}+(j-1)\mathrm{\π}+(i-1)\·\frac{2\mathrm{\π}}{3}]\}& (j=1~4,i=1~3)\end{array}---\left(2\right)$

式中，x为线圈所在位置，D为相邻两个高(低)磁阻或电阻区间的宽度，M_ji是A_i绕组的第j个线圈L_j受磁阻或电阻变化引起的信号变化幅值，E_ji是该线圈在正常情况下某一测量距离对应的感应交流信号幅值。

由于每个线圈L的构成完全相同，其放置的方式也相同，因此在忽略误差与干扰的情况下，认为每个线圈的参数相同，即M_ji和E_ji(j＝1～4，)均相同，设其为M和E。

这样，将(2)式代入(1)式，其中幅值随位置变化的部分将被消去，而留下与位置无关的部分，即绕组A_i的输出电压幅值为：

e_Ai＝e_1i+e_2i+e_3i+e_4i＝4E    (i＝1～3)     (3)

显然绕组中线圈越多，则总的输出电压e的值受到的误差和干扰越小，检测到的距离值就越准确。

当高频信号源向所有绕组提供相同频率和相同大小的高频信号，三个绕组A的电压幅值输出在信号处理电路中得到叠加，得到总电压幅值e为三个绕组A₁、A₂、A₃上的电压幅值之和，即：

e＝e_A1+e_A2+e_A3＝12E     (4)

从(4)式可以看出，多线圈多绕组结构的输出e只与移动物体和轨道间距离大小有关，而与检测装置所在的位置无关，即与轨道磁阻或电阻的周期变化无关，这样即可消除磁阻或电阻变化对感应线圈中的输出电压的影响。而同时三个绕组A的叠加，可以避免和降低单个绕组所产生的随机误差、干扰对测量结果的影响：如绕组中线圈的边缘效应及绕组与轨道间距离不一致所带来的误差。并且，多绕组A具有冗余性，一旦某些绕组或信息通道出现故障，整个装置仍能继续使用，只是检测准确性降低。

实施例二

本例与实施例一基本相同，所不同的仅仅是：感应绕组A为二组，每组的感应线圈C为一个。两组绕组沿轨道纵向方向上错开间距为轨道磁阻或电阻长度周期的一半。检测时的任意时刻，两个绕组上因轨道磁阻或电阻周期变化所产生的高频电压幅值的变化量大小相同而方向相反。

本发明可用于各种磁阻或电阻呈周期性变化的物体与其上部的移动物体间距离的检测，如可用于磁悬浮车与磁悬浮轨道间的间隙的检测，以利于保证磁悬浮车的稳定悬浮及高速、安全运行。

Claims (1)

1、一种用于检测移动物体与其轨道间距离的装置，包括高频信号源的信号进入传感器，由信号处理电路对传感器感应的信号进行处理，其特征在于：所述的高频信号源(S)、传感器、信号处理电路(PS)均安装在移动物体上，其中传感器由感应绕组(A)组成：

感应绕组(A)为2组或2组以上，相邻感应绕组(A)在轨道的纵向上依次错开排列，相邻感应绕组(A)错开的距离(d)等于轨道磁阻或电阻周期变化的一个周期的纵向间距(D)的整数倍除以感应绕组数；感应绕组(A)由一根导线绕成的2个或2以上的偶数个纵向排列、大小相同、匝数相等的感应线圈(L)构成，且相邻的感应线圈的绕向相反。

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