專利名稱：脈寬編碼感應(yīng)式絕對(duì)定位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道式列車的絕對(duì)定位器。
目前國(guó)內(nèi)的磁懸浮列車的測(cè)速定位系統(tǒng)中，一般采用相對(duì)定位法來(lái)測(cè)定列車的位置，而相對(duì)定位的誤差會(huì)隨著時(shí)間積累，所以必須每隔一定距離就要對(duì)列車的位置進(jìn)行修正。此發(fā)明正是一種用于測(cè)定磁懸浮列車絕對(duì)位置的裝置。并且此發(fā)明不僅適應(yīng)磁懸浮列車，同樣也可應(yīng)用于普通輪軌鐵路的絕對(duì)定位。
根據(jù)本發(fā)明絕對(duì)定位器，主要包括安裝在車體上的感應(yīng)閱讀器，安裝在軌道兩側(cè)的地址標(biāo)志板兩部分。
圖2是車載閱讀器示意圖。
圖3是地址識(shí)別原理示意圖。
圖4是發(fā)射電路示意圖。
圖5是接收電路示意圖。
如圖2所示，車載閱讀器是一個(gè)U型槽，在兩邊的槽壁上對(duì)應(yīng)的分布有1組線圈(圖中的另一組線圈為系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì))，線圈長(zhǎng)10cm，寬3cm，由10匝銅繞線或是印刷電路板制成。其中一邊的線圈為發(fā)射線圈，另一邊為接收線圈。位置標(biāo)志板上的地址碼是通過(guò)在金屬板上刻槽來(lái)編制的。發(fā)射線圈通以一定幅值、一定頻率的正弦交變電流I＝Imsin(ωt)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，另一個(gè)接收線圈上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓E。從能量角度分析，當(dāng)有導(dǎo)電金屬放入變化的磁場(chǎng)中時(shí)，在金屬中將產(chǎn)生一定的電流(電磁渦流)，會(huì)消耗一部分能量。同時(shí)，標(biāo)志板對(duì)電磁波也有一定的反射作用。所以，標(biāo)志板開槽位置所對(duì)的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓E1，比不開槽位置所對(duì)的線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓E2要大，存在E1＞E2的關(guān)系。取定一個(gè)參考電壓Vref，滿足E1＞Vref＞E2的關(guān)系。通過(guò)比較感應(yīng)電壓就可以確定線圈所對(duì)應(yīng)的標(biāo)志板區(qū)域是否開槽。
地址碼是通過(guò)標(biāo)志板上開槽的槽距不同來(lái)編制的。如圖3所示，第一組槽距L0作為標(biāo)準(zhǔn)參考槽距，二進(jìn)制數(shù)據(jù)位的槽距L＞L0表示二進(jìn)制1(記為L(zhǎng)2)，槽距L＜L0表示二進(jìn)制0(記為L(zhǎng)1)。
地址識(shí)別原理如圖3所示，當(dāng)列車經(jīng)過(guò)標(biāo)志板時(shí)，首先標(biāo)志板的邊緣會(huì)遮擋線圈，產(chǎn)生一個(gè)低電平，作為起始信號(hào)，準(zhǔn)備讀數(shù)。經(jīng)過(guò)第一組槽的間距時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)間T0，以后依次記錄通過(guò)后4組槽的間距時(shí)間T1、T2、T3、T4。如果Ti＞T0，則第i位地址位為1；如果Ti＜T0，則第i位地址位為0(i＝1、2、3、4)，從而可以識(shí)別出標(biāo)志板上的地址信息。
一般標(biāo)志板比較短(50cm以下)，而列車的加速度比較低(小于1.5m/s2)，只要保證L2＞L0，L1＜L0有一定裕量，就可以忽略加速度及高速運(yùn)行的影響，認(rèn)為列車勻速通過(guò)標(biāo)志板。因而槽距長(zhǎng)短的不同就反映為時(shí)間的差距，進(jìn)一步通過(guò)判斷轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制地址信息。以附

圖1中的數(shù)據(jù)為例計(jì)算，考慮兩種極限情況1.列車以初速500km/h，加速度1.5m/s2通過(guò)標(biāo)志板。標(biāo)志板的地址信息為1110，考慮最后一位所對(duì)的時(shí)間T4是否小于T0。
已知V0＝500km/h＝139m/s a＝1.5m/s2L0＝0.04m L1＝0.02m L2＝0.06m由公式V0T0+aT02/2＝L0V42-V02＝2a(L0+3L2) V4T4+aT42/2＝L1得出T0＝0.29ms T4＝0.14ms T0＞T42.列車以初速500km/h，加速度-1.5m/s2通過(guò)標(biāo)志板。標(biāo)志板的地址信息為1111，考慮最后一位所對(duì)的時(shí)間T4是否大于T0。
已知V0＝500km/h＝139m/s a＝-1.5m/s2L0＝0.04m L1＝0.02m L2＝0.06m由公式V0T0+aT02/2＝L0V42-V02＝2a(L0+3L2) V4T4+aT42/2＝L2得出T0＝0.29ms T4＝0.43ms T0＜T4可見(jiàn)在列車高速、大加速度運(yùn)行的情況下，絕對(duì)定位器完全可以正常工作。
系統(tǒng)的硬件電路主要包括兩部分發(fā)射電路(如圖4)和接收判別電路(如圖5)。發(fā)射電路比較簡(jiǎn)單，主要是產(chǎn)生一定頻率的正弦振蕩信號(hào)，通過(guò)增益調(diào)節(jié)、功率放大后發(fā)射出去。接收電路主要是對(duì)感應(yīng)接收到的小信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理后通過(guò)包絡(luò)檢波電路濾除高頻信號(hào)，提取低頻變化的信號(hào)進(jìn)行電壓比較，得出數(shù)字信號(hào)。在判別電路中，需要取一個(gè)參考電壓，由于發(fā)射電壓波動(dòng)等原因，會(huì)引起感應(yīng)電壓的波動(dòng)，如果取為固定的參考電壓，可能造成系統(tǒng)誤判。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性可以提取發(fā)射端電壓作參考電壓，因?yàn)楦袘?yīng)電壓與發(fā)射端電壓近似成正比變化，所以當(dāng)發(fā)射端電壓變化時(shí)，參考電壓也會(huì)隨之變化，使數(shù)據(jù)的判別可靠件增強(qiáng)。
在具體應(yīng)用過(guò)程中，絕對(duì)定位器作為相對(duì)定位系統(tǒng)的冗余，一起組成列車的定位系統(tǒng)。每個(gè)標(biāo)志板包含4位地址信息，可以4片組合使用，提供16位的二進(jìn)制地址碼。如每隔100米放置一組標(biāo)志板，可譯線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝100×216＝6500km。通過(guò)增加或減少標(biāo)志板的數(shù)量，使系統(tǒng)的應(yīng)用不受限制。為了進(jìn)一步保證定位數(shù)據(jù)的可靠性，可以在閱讀器上安裝兩組線圈(如圖1)，兩組線圈互為冗余，依次讀取數(shù)據(jù)。兩次數(shù)據(jù)相比，若相同則認(rèn)為數(shù)據(jù)正確并保留，若相異則認(rèn)為數(shù)據(jù)錯(cuò)誤并拋棄。當(dāng)存在雙重誤差時(shí)，正確數(shù)據(jù)可以通過(guò)上一次的位置信息與行使的里程數(shù)加權(quán)得到。
考慮列車雙向行駛的需要，可以改造標(biāo)志板，以標(biāo)志板的右邊緣為軸，鏡像復(fù)制標(biāo)志板即可。也可以在軌道兩旁安裝互為反向的標(biāo)志板，列車以不同方向行駛時(shí)，讀取不同側(cè)邊的標(biāo)志板。
這種絕對(duì)定位器中標(biāo)志板制作簡(jiǎn)單，安裝方便，基本不需要維護(hù)，對(duì)于大量投入使用成本很低。而且車載閱讀器的抗干擾能力強(qiáng)，讀數(shù)準(zhǔn)確，是磁懸浮列車絕對(duì)定位的一種理想方式，并且對(duì)該傳感器的安裝位置略做修改，也可用到輪軌鐵路的絕對(duì)定位中去。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于軌道車輛的絕對(duì)定位器，其特征包括安裝于車體(1)底部?jī)蓚?cè)的車載閱讀器(3)，以及安裝在軌道(2)上的無(wú)源地址標(biāo)志板(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)定位器，其特征在于車載閱讀器(3)外觀為一U型槽，兩邊槽壁上對(duì)應(yīng)的分布有感應(yīng)線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載閱讀器(3)是通過(guò)測(cè)定經(jīng)過(guò)標(biāo)志板(4)時(shí)電磁場(chǎng)的變化來(lái)讀取標(biāo)志板(4)上的位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕對(duì)定位器，其特征在于地址標(biāo)志板(4)為導(dǎo)電金屬板或覆有導(dǎo)電金屬的板材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地址標(biāo)志板(4)，其特征在于定位地址碼是通過(guò)在金屬板上或是金屬層面上開槽來(lái)編制的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地址標(biāo)志板(4)，其特征在于定位地址碼是通過(guò)開槽位置的間距不同來(lái)識(shí)別的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地址標(biāo)志板(4)，其特征在于在板緣有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)槽作為基準(zhǔn)槽距。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地址標(biāo)志板(4)，當(dāng)考慮列車雙向行駛時(shí)，可以鏡像復(fù)制標(biāo)志板(4)；或者在軌道兩旁安裝反向的標(biāo)志板(4)，列車以不同方向行駛時(shí)，讀取不同側(cè)邊的標(biāo)志板(4)。
全文摘要
本發(fā)明是一種利用脈寬編碼以及電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位的裝置，主要應(yīng)用于磁懸浮列車的測(cè)速定位系統(tǒng)中。絕對(duì)定位器的工作原理是通過(guò)車載有源傳感器對(duì)軌道沿線的無(wú)源位置標(biāo)志板進(jìn)行掃描，獲得位置信息。標(biāo)志板上的地址碼是通過(guò)對(duì)標(biāo)志板上的導(dǎo)電金屬進(jìn)行特殊處理實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)志板安裝在軌道兩旁的固定位置上。車載閱讀器通過(guò)測(cè)定經(jīng)過(guò)標(biāo)志板時(shí)電磁場(chǎng)的變化來(lái)讀取標(biāo)志板上的位置信息。較大功率的電磁波發(fā)射可以保證系統(tǒng)不受外界雨、雪以及電磁的干擾。而且系統(tǒng)完全獨(dú)立工作，與列車運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)。具有成本低、安裝方便、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。稍加改造同樣適用于其它軌道車輛的絕對(duì)定位。
文檔編號(hào)B61L1/00GK1478687SQ02114360
公開日2004年3月3日 申請(qǐng)日期2002年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者劉曙生, 龍志強(qiáng), 李曉龍, 吳軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)