CN109813350A - 一种高速磁浮新型光纤定位*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速磁浮新型光纤定位***，包括：光纤和与所述光纤相连的光栅解调装置；在所述光纤的不同的位置处分别设有光栅，所述光栅用于响应目标对象的触发信号，并产生相应的光反射信号；所述光栅解调装置用于接收所述光反射信号，并根据产生所述光反射信号的光栅的位置确定所述目标对象的位置。通过本发明实施例提供的高速磁浮新型光纤定位***，可以快速准确地确定光栅位置，定位速度快、精度高，且采用光纤传输方式，时延低。光纤抗干扰能力强，且价格低，可以节约成本。

Description

一种高速磁浮新型光纤定位***

技术领域

本发明涉及定位检测技术领域，具体而言，涉及一种高速磁浮新型光纤定位***。

背景技术

在高速磁浮的***中，定位是一个重要的部分，***必须能快速实时并安全可靠的检测出磁浮列车所处的地理位置，并传输到上层列车控制***对列车的行进位置进行标明，以便能可靠的对列车的行驶进行控制牵引。其性能直接影响到高速磁浮列车的启动、加速、稳速、减速、精确停靠；影响到能量消耗，运行安全等。

现有的交叉感应回线测速定位法是通过在轨道上铺设交叉回线，在列车上装配车载感应线圈实现的。交叉回线以一定频率的交流信号工作，车载线圈通过感应交叉回线中电流信号所生成的磁场产生感应电压，进而整形处理后得到位置脉冲信号，通过统计脉冲个数(即列车经过交缠感应回线的个数)来决定列车位置。由于交叉感应回线的布置存在误差，且存在外界干扰或漏测的情况，导致测量精度较低。

另一种齿槽定位法是将定子槽设计为矩形开口槽，利用齿槽的固定位置宽度，通过对长定子直线同步电机定子齿槽进行计数的方式实现测速定位。若要保证测量精度，则需要布设大量的定子齿槽，造价较高，且该方式同样存在漏测的情况，导致测量结果有误差。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种高速磁浮新型光纤定位***。

第一方面，本发明实施例提供了一种高速磁浮新型光纤定位***，包括：光纤和与所述光纤相连的光栅解调装置；

在所述光纤的不同的位置处分别设有光栅，所述光栅用于响应目标对象的触发信号，并产生相应的光反射信号；

所述光栅解调装置用于接收所述光反射信号，并根据产生所述光反射信号的光栅的位置确定所述目标对象的位置。

本发明实施例提供的一种高速磁浮新型光纤定位***，在目标对象的行驶轨迹上布设刻有多个光栅的光纤，利用目标对象触发光栅动作、进而光栅反射特定波长的光的特性，光栅调节装置确定光纤中哪个光栅动作，从而可以确定目标对象的位置。该高速磁浮新型光纤定位***可以快速准确地确定光栅位置，定位速度快、精度高，且采用光纤传输方式，时延低。光纤抗干扰能力强，且价格低，可以节约成本。

本发明实施例上述第一方面提供的方案中，在目标对象的行驶轨迹上布设刻有多个光栅的光纤，利用目标对象触发光栅动作、进而光栅反射特定波长的光的特性，光栅调节装置确定光纤中哪个光栅动作，从而可以确定目标对象的位置。该高速磁浮新型光纤定位***可以快速准确地确定光栅位置，定位速度快、精度高，且采用光纤传输方式，时延低。光纤抗干扰能力强，且价格低，可以节约成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的高速磁浮新型光纤定位***的第一结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的高速磁浮新型光纤定位***的第二结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的高速磁浮新型光纤定位***的第三结构示意图；

图4示出了本发明实施例所提供的高速磁浮新型光纤定位***的第四结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的高速磁浮新型光纤定位***的第五结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供的一种高速磁浮新型光纤定位***，用于测量目标对象的位置，该目标对象具体可以为沿预设轨迹行驶的对象，比如列车、磁悬浮列车等。参见图1所示，该高速磁浮新型光纤定位***包括：光纤10和与光纤10相连的光栅解调装置20。光纤10可以沿目标对象的行驶轨迹布设，光栅解调装置20通过光纤10返回的光信号确定目标对象的位置。

如图1所示，在光纤10的不同的位置处分别设有光栅，图1中示出了8个光栅a₁～a₈；光栅用于响应目标对象的触发信号，并产生相应的光反射信号。具体的，目标对象上设有可以触发该光栅动作的设备，目标对象可以沿预设轨迹行驶，当目标对象经过光栅时，该触发设备可以触发相应的光栅动作，即目标对象产生了触发信号，光栅响应该触发信号可以产生相应的光反射信号，该光反射信号可以被光栅解调装置20获取到。

光栅解调装置20用于接收光反射信号，并根据产生光反射信号的光栅的位置确定目标对象的位置。具体的，光栅解调装置20基于接收到的光反射信号可以确定是哪一个光栅产生的该光反射信号，由于光栅在光纤中的位置是确定的，此时即可光栅的位置，进而确定该目标对象位于该光栅处，即可以将光栅的位置作为目标对象的位置。光栅解调装置20具体可以是光栅解调仪。

该高速磁浮新型光纤定位***的工作过程具体如下：光纤10内传输多个波长的检测光，可以额外设置发出检测光的光源，也可由光栅解调装置20发出检测光。当无目标对象时，光纤10上的光栅不动作时，此时光栅解调装置；当存在目标对象、且目标对象经过光栅时，触发该光栅动作，检测光中满足布拉格波长匹配条件的相应波长的光在该光栅处被反射回来，即光栅产生光反射信号，之后光栅解调装置20解调该光反射信号即可确定该光反射信号的波长，即该光栅的中心反射波长，进而确定哪个光栅发生了动作，从而确定目标对象所在的位置。

本发明实施例提供的一种高速磁浮新型光纤定位***，在目标对象的行驶轨迹上布设刻有多个光栅的光纤，利用目标对象触发光栅动作、进而光栅反射特定波长的光的特性，光栅调节装置确定光纤中哪个光栅动作，从而可以确定目标对象的位置。该高速磁浮新型光纤定位***可以快速准确地确定光栅位置，定位速度快、精度高，且采用光纤传输方式，时延低。光纤抗干扰能力强，且价格低，可以节约成本。

在上述实施例的基础上，不同位置处的光栅具有不同的中心反射波长。即一个位置对应一个中心反射波长，在确定光栅位置时，光栅解调装置20根据所接收到的光信号的波长即可确定光栅位置。

本发明实施例中的“中心反射波长”指的是光栅动作时所反射的波的波长，即光栅产生的光反射信号的波长。该中心反射波长具体可由光栅的光栅狭缝宽度、间距等确定。该光栅具体可以是应变光栅，也可以为其他类型光栅，只需要可以响应目标对象的触发信号即可。以光栅为应变光栅为例，目标对象(比如列车)可以额外设置触发设备，也可利用目标对象上原有的设备，比如利用磁悬浮列车的磁场触发该应变光栅动作。

在上述实施例的基础上，在光纤10上按照预设间隔依次设置多个光栅组，光栅组内在不同的位置处设有不同中心反射波长的光栅。参见图2所示，光纤10上设置多个光栅组，图2中以四个光栅组为例，每个光栅组内设置多个光栅，比如图2中第一个光栅组设有8个光栅a₁～a₈，后面三个光栅组中分别也设有8个光栅b₁～b₈、c₁～c₈、d₁～d₈。

在确定光栅位置时，首先确定光栅组的位置，之后在确定光栅组内哪个光栅动作，进而结合光栅组的位置以及光栅在该光栅组内的位置或顺序即可确定该光栅的绝对位置，从而可以确定目标对象的位置。以图2所示的高速磁浮新型光纤定位***为例说明，若不同光栅组除了位置不同，其中的光栅的中心反射波长依次相同，即光栅a₁、b₁、c₁、d₁的中心反射波长相同，为λ₁，光栅a₂、b₂、c₂、d₂的中心反射波长相同，为λ₂……若目标对象在图2中沿光纤10从左到右移动，则当光栅解调装置20第一次检测到波长为λ₁的反射光时，可以确定光栅a₁动作；当光栅解调装置20第二次检测到波长为λ₁的反射光时，可以确定光栅b₁动作，从而可以确定目标对象所在的位置。

在上述实施例的基础上，参见图3所示，该高速磁浮新型光纤定位***还包括：与光纤10相连的光时域反射装置30。光时域反射装置30用于根据光反射信号确定产生光反射信号的光栅组位置；光栅解调装置20用于根据反射光信号确定光栅在光栅组中的位置，之后根据光栅组位置和光栅在光栅组中的位置综合确定目标对象的位置。

本发明实施例中，光时域反射装置30基于光时域反射(Optical Time-DomainReflectometer，OTDR)原理可以大体确定发生光反射的位置，即动作的光栅的位置；光时域反射装置30具体可以是光时域反射仪。由于光时域反射装置30的定位精度较低，本发明实施例中将光栅分为多个光栅组，利用光时域反射装置30来确定发生动作的光栅在哪个光栅组，即可以确定产生光反射信号的光栅组的位置；之后利用光栅解调装置20来精确是该光栅组内的哪个光栅动作，进而可以精确确定发生动作的光栅的位置。通过光栅解调装置和光时域反射装置来进行定位，可以利用包含少量波长的检测光即可实现精准定位。以图3为例，若不同光栅组除了位置不同，其中的光栅的中心反射波长依次相同，即光纤10的每个光栅组中第i个光栅的中心反射波长与其他光栅组中的第i个光栅的中心反射波长相同，比如光栅a₁、b₁、c₁、d₁的中心反射波长相同；若每个光栅组中包含8种光栅，则8种光栅对应8个中心反射波长λ₁～λ₈，此时的检测光中只需要包含8种中心反射波长即可。

具体的，图3中，光纤10中包含4个光栅组，每个光栅组中包含8个光栅，且四个光栅组除在光纤10上的位置不同以外，四个光栅组完全相同；同时，为了保证光时域反射装置30可以准确定位，相邻光栅组之间的预设间隔不小于光时域反射装置30的测量精度，即光栅a₁与b₁之间的距离不小于光时域反射装置30的测量精度。在需要定位时，光纤中传输包含8种波长λ₁～λ₈的检测光，在光栅均不动作时检测光可以通过光纤而不发生反射，此时光栅解调装置20和光时域反射装置30均接收不到反射光。当某个光栅动作时，比如列车经过光栅c₅，即光栅c₅动作，光栅c₅反射波长为λ₅的光反射信号。此时，光时域反射装置30可以确定反射该光反射信号的位置，并确定该大***置位于哪个光栅组，此时可以确定该光栅组为第三个光栅组；同时，由于光栅解调装置20获取到的是波长为λ₅的光反射信号，从而可以确定是第五个光栅产生的该光反射信号，进而确定是第三个光栅组中第五个光栅发生了动作，即光栅c₅动作。若光时域反射装置30不能准确判断光栅组的位置，也可以基于光时域反射装置30的测量精度确定一个范围，在该范围内基于光栅解调装置20所确定光栅序号来确定光栅的精确位置。

本发明实施例中，为了提高定位精度和定位实时性，需要在光纤上刻比较密集的光栅，比如每隔10cm刻一个光栅、或者每隔1cm刻一个光栅。以需要检测1km长度的距离(即光纤长度为1km)、光纤每隔10cm刻一个光栅为例，则在光线上需要刻1万个光栅，若只利用光栅解调装置20进行定位，如图1所示的实施例，则需要用该光栅解调装置20识别1万个波长(每个光栅对应一个波长)，对光栅解调装置20要求过高。而采用光栅解调装置+光时域反射装置的方式进行定位，如图3所示的实施例，每个光栅组设置8个光栅，共需要设置1250个光栅组即可，每个光栅组内的8个光栅相同；此时检测光只需要包含8个波长，光栅解调装置20只需要可以识别8个波长即可，在保证定位精度和定位实时性的同时，还可以降低成本。

在上述实施例的基础上，参见图4所示，该高速磁浮新型光纤定位***包括多条并行设置的光纤10，每条光纤10均设有多个光栅组，且每条光纤10中光栅组的位置与其他光纤10的光栅组的位置不重叠。

每条光纤10接入不同的光栅解调装置20和光时域反射装置30；或者每条光纤10接入光栅解调装置20和光时域反射装置30的不同的光通道。

由于即使光栅不动作，检测光经过光栅时也会发生衰减，从而限制了所用的光纤10的长度。本发明实施例中，通过多条并行设置的光纤10分别进行定位，即将定位用的光栅分布到不同的光纤上，若忽略检测光在光纤中传输时的衰减，该高速磁浮新型光纤定位***的检测距离可以倍数增长。比如一根光纤可以检测1km长的距离，则10根光纤可以检测10km长的距离。具体的，一条光纤可以设置一台检测设备(即光栅解调装置20和光时域反射装置30)，也可利用多通道的检测设备，一个通道检测一条光纤。由于光纤成本很低，采用多条光纤(比如光缆)对成本的影响很小，从而可以利用额外的小成本实现长距离定位。

在上述实施例的基础上，当存在多条光纤时，每条光纤10中光栅组的第i个光栅与其他光纤10的光栅组的第i个光栅具有相同的中心反射波长。由于每条光纤10均需要提供检测光，当每条光纤10的设置方式相同时，即可采用1束检测光、利用选通光纤的方式实现每根光纤均可以正常传输检测光。统一光纤的规格也方便后续定位，避免定位算法过于复杂或者易出错。

需要说明的是，本发明实施例中为了方便描述，均是以每个光栅组中的光栅数量相同为例说明(比如图2-图4均是以一个光栅组包含8个光栅为例)，也可以根据实际情况采用其他分布方式，比如光栅组中的光栅数量依次为4、5、6、4、5、6……等，只需要保证可以确定光栅位置即可。

在上述实施例的基础上，当只采用光栅解调装置20进行定位时，参见图5所示，该装置也可以包括多条并行设置的光纤10，且每条光纤10中光栅的位置与其他光纤10的光栅的位置不重叠。

每条光纤10接入不同的光栅解调装置20；或者每条光纤10接入光栅解调装置20的不同的光通道。

本发明实施例中，在不使用光时域反射装置30的情况下，也可利用多条光纤减小对光栅解调装置20的要求。例如，若需要光栅解调装置20可以检测1万种波长，若设置10条光纤，此时只需要光栅解调装置20可以检测一千种波长即可。

在上述实施例的基础上，该高速磁浮新型光纤定位***还可以包括与光纤10并行设置的交叉感应回线；交叉感应回线用于初步确定目标对象的相对位置。

当光栅解调装置20接收到光反射信号时，根据光栅解调装置20确定的目标对象的位置对相对位置进行修正，将修正后所确定的位置作为最终确定的目标对象的位置；

当光栅解调装置20未接收到光反射信号时，将相对位置作为最终确定的目标对象的位置。

本发明实施例中，利用传统的交叉感应回线初步确定目标对象的位置，并利用光栅解调装置20所确定的精确位置对该初步确定的位置进行修正，以保证交叉感应回线所确定位置的准确性，避免交叉感应回线漏测，也可避免累计误差。同时，在设置交叉感应回线后，不需要在光纤中设置密集的光栅，通过少量的光栅即可实现比较准确地定位，同时减小了检测光经过光栅的数量，减少了损耗，避免因检测光损耗过大导致检测设备不能准确采集反射光。

在上述实施例的基础上，该高速磁浮新型光纤定位***在确定目标对象的位置之后，根据目标对象在不同时刻的位置差确定目标对象的移动速度，从而实现快速定位。同时，由于光栅可以设置的比较密集，目标对象在两个相邻光栅之间的运动状态可以等效为匀速运动，该定位***所确定的速度更加精准。

本发明实施例提供的一种高速磁浮新型光纤定位***，在目标对象的行驶轨迹上布设刻有多个光栅的光纤，利用目标对象触发光栅动作、进而光栅反射特定波长的光的特性，光栅调节装置确定光纤中哪个光栅动作，从而可以确定目标对象的位置。该高速磁浮新型光纤定位***可以快速准确地确定光栅位置，定位速度快、精度高，且采用光纤传输方式，时延低。光纤抗干扰能力强，且价格低，可以节约成本。采用光栅解调装置+光时域反射装置的方式进行定位，可以极大地降低对光栅解调装置的要求，在保证定位精度和定位实时性的同时，还可以降低成本；利用多条光纤可以利用额外的小成本实现长距离定位。采用光纤+交叉感应回线的方式进行定位，可以减少所用光栅的数量，降低了成本，且可以减小检测光在光纤中传输的损耗，进一步提高了定位的准确性。

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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高速磁浮新型光纤定位***，其特征在于，包括：光纤和与所述光纤相连的光栅解调装置；

在所述光纤的不同的位置处分别设有光栅，所述光栅用于响应目标对象的触发信号，并产生相应的光反射信号；

所述光栅解调装置用于接收所述光反射信号，并根据产生所述光反射信号的光栅的位置确定所述目标对象的位置。

2.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，不同位置处的光栅具有不同的中心反射波长。

3.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，在所述光纤上按照预设间隔依次设置多个光栅组，所述光栅组内在不同的位置处设有不同中心反射波长的光栅。

4.根据权利要求3所述的定位***，其特征在于，所述高速磁浮新型光纤定位***还包括：与所述光纤相连的光时域反射装置；

所述光时域反射装置用于根据所述光反射信号确定产生所述光反射信号的光栅组位置；所述光栅解调装置用于根据所述反射光信号确定光栅在光栅组中的位置，之后根据确定的光栅组位置和光栅在光栅组中的位置确定所述目标对象的位置。

5.根据权利要求4所述的定位***，其特征在于，相邻光栅组之间的所述预设间隔不小于所述光时域反射装置的测量精度。

6.根据权利要求4所述的定位***，其特征在于，包括多条并行设置的光纤，每条光纤均设有多个光栅组，且每条光纤中光栅组的位置与其他光纤的光栅组的位置不重叠；

每条光纤接入不同的光栅解调装置和光时域反射装置；或者每条光纤接入光栅解调装置和光时域反射装置的不同的光通道。

7.根据权利要求4所述的定位***，其特征在于，光栅组中设有相同数量的光栅，且所述光栅组中第i个光栅的中心反射波长与其他光栅组中的第i个光栅的中心反射波长相同。

8.根据权利要求1所述的定位***，其特征在于，包括多条并行设置的光纤，且每条光纤中光栅的位置与其他光纤的光栅的位置不重叠；

每条光纤接入不同的光栅解调装置；或者每条光纤接入光栅解调装置的不同的光通道。

9.根据权利要求1-8任一所述的定位***，其特征在于，还包括与光纤并行设置的交叉感应回线；

所述交叉感应回线用于初步确定所述目标对象的相对位置；

当所述光栅解调装置接收到光反射信号时，根据所述光栅解调装置确定的所述目标对象的位置对所述相对位置进行修正，将修正后所确定的位置作为最终确定的所述目标对象的位置；

当所述光栅解调装置未接收到光反射信号时，将所述相对位置作为最终确定的所述目标对象的位置。

10.根据权利要求1-8任一所述的定位***，其特征在于，所述装置还用于：

根据所述目标对象在不同时刻的位置差确定所述目标对象的移动速度。