CN105352424B - 一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器 - Google Patents
一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，包括与车体上高频信号源相连的可控高频开关、与可控高频开关相连的探头线圈、与探头线圈连接的信号检测电路、与信号检测电路相连的自诊断单元。传感器、探头内三个检测线圈的输入端分别通过三个可控高频开关与三个高频信号源相联；三个检测线圈的输出端分别与相互独立的信号检测电路相连；可控高频开关和信号检测电路同时还与时序控制器(T)相连；三个信号检测电路输出三个独立的气隙检测值。当发生单路检测故障时，故障诊断单元输出故障定位信息，指示发生故障的检测通道位置。当发生单路失效时仍然能够提供有效的真实间隙值，具有冗余功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有故障定位功能的间隙传感器，尤其是一种磁浮列车悬浮间隙非接触式传感器。
背景技术
磁浮列车通过悬浮控制***调整悬浮电磁铁中的电流保持列车稳定悬浮，悬浮气隙传感器可以实现非接触地实时检测列车电磁铁与轨道之间的悬浮气隙，同时送给悬浮控制器进行闭环控制。因此气隙传感器的精度和可靠性直接影响悬浮控制***的性能，任何原因导致气隙传感器输出异常时，都将影响列车悬浮控制***的动态性能，降低列车的乘坐舒适性，甚至加剧车轨耦合振动，造成控制***崩溃，危及列车运行安全。从提高列车运行安全的角度出发，希望传感器能够有冗余设计，若发生简单故障时能够对故障进行定位。
现有磁浮列车悬浮气隙测量多采用非接触位移传感器(气隙传感器)，常采用单探头或双探头两种方式。单探头气隙传感器的探头内只包含一个检测线圈，只输出一路检测结果，传感器自身无诊断功能。另一种双探头气隙传感器中一般为实现自诊断功能，常采用双线圈检测方法，每个探头中含有一个检测线圈，为避免两探头线圈之间的磁场耦合，一般将两个探头线圈布置在相距较远的位置上，且两个探头线圈一般采用不同频率的信号源，而且当两个线圈检测通道中发生一路故障时，无法判别哪一路故障，不能对故障进行定位。
现在技术的主要不足就是单探头中单线圈检测时只有一个检测结果，传感器自身无诊断功能，悬浮控制器无法判断传感器检测结果是否正确，当传感器自身出现故障时将直接导致悬浮控制***功能失效；而双线圈检测时为降低两线圈之间磁耦合带来的干扰，两线圈之间必须保持一定的距离，使得传感器探头尺寸变大不便安装甚至受空间限制无法安装，而且两线圈之间的磁耦合不能完全消除，两个检测线圈的检测结果受彼此工作状态影响。另外虽然两线圈电参数相同，但为降低两线圈之间磁场干扰，信号源的频率不能相同，导致检测电路的参数不同，使传感器的复杂性增加，同时当发生单路故障时无法判别有用的信息，不能对故障发生位置进行定位。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，该传感器只有一个检测探头，并能够输出三路独立的悬浮气隙值，同时传感器具有故障定位功能，当发生单路故障时可以对故障进行精确定位。
本发明为实现其发明目，所采用的技术方案是：
一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，包括与车体上高频信号源相连的可控高频开关，与可控高频开关相连的探头线圈，与探头线圈连接的信号检测电路，与信号检测电路相连的自诊断单元；其特征在于，传感器由单个探头组成，探头内有3个检测线圈(L1、L2和L3)；3个检测线圈(L1、L2和L3)的大小和绕向相同，且空间上完全重合；三个检测线圈(L1、L2和L3)的输入端分别通过三个可控高频开关(K1、K2和K3)与三个高频信号源(S1、S2和S3)相联；三个检测线圈(L1、L2和L3)的输出端分别与相互独立的信号检测电路(PS1、PS2和PS3)相连；可控高频开关和信号检测电路同时还与时序控制器(T)相连；三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)输出三个独立的气隙检测值，信号检测电路输出还与故障诊断单元(D)的输入端相连，当发生单路检测故障时，故障诊断单元输出故障定位信息，指示发生故障的检测通道位置。
每个高频信号源经过相应的可控高频开关与对应的检测线圈相连，三个高频信号源(S1、S2和S3)相互独立，其频率可以相同也可以不同。检测线圈排布具体结构是：三个检测线圈大小相同、绕向相同，两个线圈空间重叠，具有完全相同的电参数。三个可控开关(K1、K2和K3)同时由时序控制器(T)控制，任意时间段内只有一个开关闭合，即只有一个检测线圈处于工作状态，另两个检测线圈处于断路状态。三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)同时由时序控制器(T)控制，只有在相应开关闭合时信号检测电路才对相应检测线圈的信号进行检测,三个检测线圈与三个信号检测电路分时检测三个独立的间隙值。单探头内任意一个检测线圈检测结果不受另两线圈工作情况影响，三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)的输出之间互相独立。三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)的输出与故障诊断单元(D)的输入端相连，故障诊断单元(D)输出表征传感器工作状态的诊断信号，当发生单路故障时，能指出故障发生的通道位置，具有故障定位功能。当发生单路失效时仍然能够提供有效的真实间隙值，具有冗余功能。
这样，三个检测线圈的工作状态受到三个可控高频开关的控制，通过时序控制器发出的逻辑电平即可使三个线圈分时工作，当时序控制器(T)发出有效逻辑电平，使可控开关K1闭合t时间，而在此时间段内K2和K3断开时，检测线圈L1受高频信号源S1的激励，处于正常工作状态，其信号检测电路也受到时序控制器的有效逻辑电平控制正常工作，从而此路信号输出当前检测值。而此时由于开关K2和K3未闭合，因此检测线圈L2和L3开路，工作线圈L1无法在开路的L2和L3线圈中产生感应电流，因此L2和L3线圈不会影响L1线圈工作磁场的空间分布，同时L2和L3线圈在开路未工作时也不会对外空间产生磁场干扰。此时通道2和通道3输出上一周期的检测值。同理，当K2闭合而K1和K3断开、K3闭合而K1和K2断开时三个线圈的工作状态与之相似。因此三个检测线圈和三个信号检测电路分时检测三个气隙信号，输出互无干扰的三路独立气隙值。
由于涡流传感器的工作频率可以设置在2MHz以上,而悬浮控制器的工作频率不超过20KHz，由此可见激励源的工作频率是最终所需要有效间隙信号的100倍以上，因此适当设置高频开关的导通周期，即可使两路检测结果均能满足悬浮控制器的信号调节要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、将三个检测线圈在空间上重叠布置在单个探头内，相比三线圈独立布置在三个探头内大大缩小了传感器的探头尺寸，方便安装并可降低成本；
二、传感器内有三个独立的检测线圈和三个信号检测电路，通过分时检测控制，三个独立的气隙检测线圈之间无磁场耦合，传感器可以输出三个独立的气隙检测值；
三、通过故障诊断单元，传感器可以根据三路气隙检测结果对传感器自身进行综合评价，当发生单路故障而其它两路正常时，故障诊断单元可判断出发生故障的通道位置，输出故障定位信号，悬浮控制器根据传感器故障定位信号选择正确的间隙值，同时将故障代码上报车载诊断网络进行传感器故障诊断报告。当发生单路失效时仍然能够提供有效的真实间隙值，具有冗余功能。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的三个检测线圈的排列及其电原理的示意图。
图2是本发明实施例的电气原理结构示意图。
图3是本发明实施例的时序控制器输出的控制逻辑示意图。
具体实施方式
图1及图2示出，本发明的一种具体实施方式为：包括与车体上高频信号源相连的可控高频开关，与可控高频开关相连的探头线圈，与探头线圈连接的信号检测电路，与信号检测电路相连的自诊断单元；其特征在于，传感器由单个探头组成，探头内有3个检测线圈(L1、L2和L3)；3个检测线圈(L1、L2和L3)的大小和绕向相同，且空间上完全重合；三个检测线圈(L1、L2和L3)的输入端分别通过三个可控高频开关(K1、K2和K3)与三个高频信号源(S1、S2和S3)相联；三个检测线圈(L1、L2和L3)的输出端分别与相互独立的信号检测电路(PS1、PS2和PS3)相连；可控高频开关和信号检测电路同时还与时序控制器(T)相连；三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)输出三个独立的气隙检测值，信号检测电路输出还与故障诊断单元(D)的输入端相连，当发生单路检测故障时，故障诊断单元输出故障定位信息，指示发生故障的检测通道位置。
图3示出，本发明的时序控制器同时控制三个可控高频开关(K1、K2和K3)，三个开关交替闭合，相位相差120度，同一时间段内只闭合一个开关，即同一时间段内只有一个检测线圈处于工作状态，时序控制器发出的控制信号同时送给相应的信号检测单元，只有当线圈处于工作状态时相应的检测电路才进行信号提取检测，因而三个线圈和三个信号检测电路分时检测输出三个独立的间隙值。
每个高频信号源经过相应的可控高频开关与对应的检测线圈相连，三个高频信号源(S1、S2和S3)相互独立，其频率可以相同也可以不同。检测线圈排布具体结构是：三个检测线圈大小相同、绕向相同，两个线圈空间重叠，具有完全相同的电参数。三个可控开关(K1、K2和K3)同时由时序控制器(T)控制，任意时间段内只有一个开关闭合，即只有一个检测线圈处于工作状态，另两个检测线圈处于断路状态。三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)同时由时序控制器(T)控制，只有在相应开关闭合时信号检测电路才对相应检测线圈的信号进行检测,三个检测线圈与三个信号检测电路分时检测三个独立的间隙值。单探头内任意一个检测线圈检测结果不受另两线圈工作情况影响，三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)的输出之间互相独立。三个信号检测电路(PS1、PS2和PS3)的输出与故障诊断单元(D)的输入端相连，故障诊断单元(D)输出表征传感器工作状态的诊断信号，当发生单路故障时，能指出故障发生的通道位置，具有故障定位功能。当发生单路失效时仍然能够提供有效的真实间隙值，具有冗余功能。
Claims (4)
1.一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，包括与车体上高频信号源相连的可控高频开关，与可控高频开关相连的检测线圈，与检测线圈连接的信号检测电路，与信号检测电路相连的故障诊断单元；其特征在于，传感器由单个探头组成，探头内有三个检测线圈（L1、L2和L3）；三个检测线圈（L1、L2和L3）的大小和绕向相同，且空间上完全重合，具有完全相同的电参数；三个检测线圈（L1、L2和L3）的输入端分别通过三个可控高频开关（K1、K2和K3）与三个高频信号源（S1、S2和S3）相联；三个检测线圈（L1、L2和L3）的输出端分别与三个相互独立的信号检测电路（PS1、PS2和PS3）相连；可控高频开关和信号检测电路同时还与时序控制器（T）相连；三个信号检测电路（PS1、PS2和PS3）输出三个独立的间隙检测值，三个信号检测电路输出还与故障诊断单元（D）的输入端相连，当发生单路检测故障时，故障诊断单元输出故障定位信息，指示发生故障的检测通道位置；
所述可控高频开关与高频信号源及检测线圈相连的具体结构是：每个高频信号源经过相应的可控高频开关与对应的检测线圈相连，三个高频信号源（S1、S2和S3）相互独立，其频率相同或者不同；
所述三个可控高频开关（K1、K2和K3）同时由时序控制器（T）控制，任意时间段内只有一个可控高频开关闭合，即只有一个检测线圈处于工作状态，另两个检测线圈处于断路状态。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，其特征在于：所述三个信号检测电路（PS1、PS2和PS3）同时由时序控制器（T）控制，只有在相应可控高频开关闭合时信号检测电路才对相应检测线圈的信号进行检测,三个检测线圈与三个信号检测电路分时检测三个独立的间隙检测值。
3.根据权利要求1所述的一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，其特征在于：所述单探头内任意一个检测线圈检测结果不受另外两个检测线圈工作情况影响，三个信号检测电路（PS1、PS2和PS3）的输出之间互相独立。
4.根据权利要求1所述的一种具有故障定位功能的单探头三线圈磁浮列车间隙传感器，其特征在于：所述故障诊断单元（D）输出表征传感器工作状态的诊断信号，当发生单路故障时，能指出故障发生的通道位置；具有故障定位功能，当发生单路失效时仍然能够提供有效的真实间隙检测值。
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