專利名稱：格雷母線及其信號(hào)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)設(shè)備，特別是一種以格雷碼方式排列的檢測(cè)母線，也稱格雷母線，及其信號(hào)的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的用于檢測(cè)位置或位移的設(shè)備存在很多的弊端和不足，例如通過(guò)接觸性檢測(cè)獲取位移的設(shè)備，對(duì)接觸部件有機(jī)械性磨損，或?qū)τ谝恍├秒姶判盘?hào)進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備，檢測(cè)的結(jié)果容易受到電磁干擾、環(huán)境噪音、接收信號(hào)電平波動(dòng)等情況的影響，抑或容易受到雨水、灰塵、酸堿等自然環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致檢測(cè)精度低、誤差大、可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度高的格雷母線及其信號(hào)檢測(cè)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種格雷母線，包括電纜芯線、模芯和電纜護(hù)套，所述電纜護(hù)套將所述電纜芯線和模芯包裹在其中，所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長(zhǎng)交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長(zhǎng)各不相同，分別為最小步長(zhǎng)的2i倍，其中i＝0，1，2......。
還可包括與至少一對(duì)地址線步長(zhǎng)相等，且錯(cuò)開(kāi)半個(gè)步長(zhǎng)的地址線。
所述格雷母線的最小步長(zhǎng)可為20～400毫米，較佳值為200毫米。
所述格雷母線的總長(zhǎng)度可為2n-1*W，其中，n為地址線的對(duì)數(shù)，W為最小步長(zhǎng)。
一種采用如權(quán)利要求1所述的格雷母線的檢測(cè)方法，所述格雷母線通過(guò)和天線之間的電磁耦合來(lái)進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線在格雷母線長(zhǎng)度方向上的位置。
可包括以下兩種檢測(cè)方式(1)固定檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器和天線安裝在移動(dòng)站，通過(guò)天線發(fā)射地址信號(hào)，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測(cè)。
(2)移動(dòng)檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過(guò)格雷母線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線、地址編碼接收器安裝在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接檢測(cè)到地址。
本發(fā)明包括電纜護(hù)套和由所述電纜護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯，所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長(zhǎng)交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長(zhǎng)各不相同，分別為最小步長(zhǎng)的2i倍，其中i＝0，1，2......。所述格雷母線通過(guò)和天線之間的電磁耦合來(lái)進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線在格雷母線長(zhǎng)度方向上的位置。本發(fā)明能夠達(dá)到如下有益效果(1)非接觸位置檢測(cè)格雷母線位移傳感器是通過(guò)安裝在移動(dòng)站的天線和敷設(shè)在移動(dòng)機(jī)車軌道旁的格雷母線進(jìn)行電磁耦合來(lái)傳遞信息的，無(wú)機(jī)械性接觸磨損；(2)絕對(duì)位置檢測(cè)由于格雷母線芯線以格雷碼方式交叉扭絞排列，保證格雷母線芯線全程無(wú)重疊的交叉點(diǎn)，能夠在移動(dòng)機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測(cè)絕對(duì)地址，檢測(cè)精度達(dá)5毫米，完全可以滿足移動(dòng)機(jī)車精確定位的需求；
(3)抗干擾能力強(qiáng)由于格雷母線使用了特有的交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測(cè)技術(shù)，能夠消除電源開(kāi)、停過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾，也不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在諸如鐵礦石場(chǎng)等惡劣環(huán)境條件中長(zhǎng)期可靠的工作；(4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境安裝在室外的格雷母線、天線、始端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，不怕雨水、灰塵，耐酸、堿腐蝕。


圖1為本發(fā)明中電纜芯線的展開(kāi)2為本發(fā)明中固定檢測(cè)方式工作原理3為本發(fā)明中移動(dòng)檢測(cè)方式工作原理4為本發(fā)明中精密地址檢測(cè)工作原理圖具體實(shí)施方式
以下根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明是一種以格雷碼方式排列的檢測(cè)母線，也稱格雷母線，包括電纜護(hù)套和由所述電纜護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯，所述電纜芯線如圖1中所示，所述電纜芯線有兩種，即基準(zhǔn)線R線和地址線G0線-G9線，基準(zhǔn)線R線在整個(gè)格雷母線段中不交叉，用于獲取標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，地址線用于檢測(cè)地址。各對(duì)地址線按不同步長(zhǎng)規(guī)律編排，每隔一個(gè)步長(zhǎng)交叉一次，設(shè)格雷母線的最小步長(zhǎng)為W，則G0、G1、G2…G8、G9步長(zhǎng)分別為20W、21W、22W……28W、29W，即1W、2W、4W…256W、512W。
通過(guò)上述布置的地址線，可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)地址的檢測(cè)。所述絕對(duì)地址的檢測(cè)可通過(guò)如下兩種方式(一)固定檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器和天線安裝在移動(dòng)站，通過(guò)天線發(fā)射地址信號(hào)，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測(cè)。如移動(dòng)站要得到本站的位置，可通過(guò)無(wú)線通信方式從固定站得到。
如圖2中所示，通過(guò)一個(gè)最小的地址檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)描述地上檢測(cè)方式工作原理，該系統(tǒng)中的格雷母線僅由一對(duì)交叉的地址線和一對(duì)平行的基準(zhǔn)線組成。當(dāng)移動(dòng)站的天線線圈中通入交變電流時(shí)，在天線附近會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，由于天線離格雷母線很近(約80毫米)，故所述格雷母線近似處在一個(gè)交變的、均勻分布的磁場(chǎng)中，因此每對(duì)格雷母線芯線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由所述移動(dòng)站的天線發(fā)射的地址信號(hào)通過(guò)電磁耦合方式傳送到格雷母線的地址線和基準(zhǔn)線上，并通過(guò)地址線和基準(zhǔn)線把信號(hào)傳送到固定站的地址編碼接收器。地址編碼接收器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行相位比較。當(dāng)?shù)刂贰?”的地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，那么定義移動(dòng)站地址為“0”；當(dāng)?shù)刂贰?”的地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相反，那么移動(dòng)站地址為“1”。從而實(shí)現(xiàn)了在固定站完成地址檢測(cè)。
(二)移動(dòng)檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過(guò)格雷母線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線、地址編碼接收器安裝在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接檢測(cè)到地址。如固定站要得到移動(dòng)站的位置，可通過(guò)無(wú)線通信方式解決。
如圖3所示，以4個(gè)地址的檢測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)描述移動(dòng)檢測(cè)方式所述固定站的地址編碼發(fā)射器以同頻率分時(shí)方式分別將信號(hào)送給格雷母線標(biāo)準(zhǔn)線、地址線1、地址線2，并通過(guò)電磁耦合方式把信號(hào)傳送到移動(dòng)站的天線。
移動(dòng)站的地址編碼接收器按順序接收信號(hào)后，將兩對(duì)地址線的信號(hào)分別與基準(zhǔn)線信號(hào)進(jìn)行相位比較，如果地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，那么定義地址為“0”；如果相位相反，定義地址為“1”。圖3中地址1的兩對(duì)地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，因此地址1為“00”。地址2中的第一對(duì)地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，第二對(duì)地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相反，因此地址2為“01”。
從上面的分析可以看到，格雷母線用一對(duì)地址線可以檢測(cè)到2個(gè)地址，用二對(duì)地址線可以檢測(cè)到4個(gè)地址。實(shí)際上，用n對(duì)地址線可以檢測(cè)到2n個(gè)地址。
根據(jù)電磁學(xué)理論Φ＝S*B 其中Φ為磁通量，S為線圈面積，B為電磁強(qiáng)度。
e＝N*dΦ/dt 其中e為感應(yīng)電壓，N為線圈的匝數(shù)。
理論上講，只要將格雷母線最小步長(zhǎng)W取得足夠小，格雷母線定位精度就可以做得很高，但在工程上由于格雷母線芯線、天線尺寸誤差、機(jī)車擺動(dòng)，磁場(chǎng)分布不均勻性，以及外界干擾等因素，格雷母線最小步長(zhǎng)W取值受到一定限制。W取得太小，電磁感應(yīng)面積變小，地址檢測(cè)的信噪比低，造成地址不穩(wěn)定。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，W＝200毫米較好。
格雷母線最小步長(zhǎng)W根據(jù)定位精度來(lái)確定，電纜長(zhǎng)度由格雷母線芯線的數(shù)量和最小步長(zhǎng)W確定。一般來(lái)說(shuō)絕對(duì)定位精度μ＝W/2 (其中W為格雷母線最小步長(zhǎng))格雷母線長(zhǎng)度L＝2n*μ (其中n為格雷母線芯線的數(shù)量)通過(guò)上面的分析我們知道當(dāng)格雷母線最小步長(zhǎng)W＝200毫米時(shí)，大地址的檢測(cè)精度為μ＝W/2＝200/2＝100毫米。
如果格雷母線地址線為10對(duì)(G0-G9)，當(dāng)W＝200毫米時(shí)，則格雷母線長(zhǎng)度為L(zhǎng)＝210*100(毫米)＝102.4米。
格雷母線長(zhǎng)度可依工程需要而定，單根格雷母線長(zhǎng)度可達(dá)102.4米，多根格雷母線可拼接以滿足工程需要。
地址線G0步長(zhǎng)200毫米，在100毫米開(kāi)始交叉；G1步長(zhǎng)400毫米，在200毫米開(kāi)始交叉；G2步長(zhǎng)800毫米，在400毫米開(kāi)始交叉，…；G8步長(zhǎng)51.2米，在25.6米交叉一次，；G9步長(zhǎng)102.4米，在51.2米交叉一次。
選擇那一種地址檢測(cè)工作方式要根據(jù)控制系統(tǒng)的需求來(lái)考慮決定。如果控制系統(tǒng)的重心在移動(dòng)站上，則采用移動(dòng)檢測(cè)方式較好；如果控制系統(tǒng)的重心在固定站，則采用固定檢測(cè)方式較合適。
此外，可以在所述格雷母線中增加一對(duì)地址線L0，如圖4中所示，所述地址線L0的步長(zhǎng)即交叉間隔跟G0一樣，只是錯(cuò)開(kāi)半個(gè)步長(zhǎng)。
與絕對(duì)地址檢測(cè)方法一樣，精密地址也分為車上檢測(cè)方式和地上檢測(cè)方式。兩種工作方式原理相同，這里以地上檢測(cè)方式為例。
如圖4所示，G0，L0兩對(duì)線的交叉間距一致，均為200毫米，且錯(cuò)開(kāi)100毫米，其中R線為基準(zhǔn)線，不交叉。
當(dāng)移動(dòng)站的天線線圈中通入交變電流時(shí)，地址線G0、L0產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如下V0＝-N*dΦ0/dt ....................(1)V1＝-N*dΦ1/dt ....................(2)Φ＝S*B ..... ... ..........(3)其中，V0、V1——電纜芯線G0、L0上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)幅度；dΦ0、dΦ1——通過(guò)電纜芯線G0、L0的磁通變化量；N——格雷母線芯線圈數(shù)，在這里N＝1；B——磁場(chǎng)強(qiáng)度；S——磁場(chǎng)作用在電纜芯線G0、L0上的有效面積；設(shè)S0是磁場(chǎng)作用在芯線G0上的有效面積，S1是磁場(chǎng)作用在芯線L0上的有效面積，H為電纜的寬度，W為格雷母線芯線的最小步長(zhǎng)。當(dāng)移動(dòng)站上的天線按圖5中方式移動(dòng)時(shí)(移動(dòng)距離為X，X＜100毫米)。
則V0＝-dΦ0/dt＝-BdS0/dt＝-Bd(HW-2HX)/dt ....(4)V1＝-dΦ1/dt＝-BdS1/dt＝-Bd(2HX)/dt ....(5)在同一時(shí)間間隔內(nèi)，由(4)/(5)得V0/V1＝W/2X-1 ....(6)格雷母線安裝好后，當(dāng)天線信號(hào)源不變時(shí)，由式(6)可知，當(dāng)X＜100毫米范圍內(nèi)，V0/V1與X成線性關(guān)系。由于G0、L0的交叉間距相同且錯(cuò)開(kāi)100毫米，故在100毫米間距的每個(gè)位置總有一個(gè)V0/V1比值對(duì)應(yīng)，且這個(gè)比值不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響。
理論上如果將V0/V1比值無(wú)限細(xì)分，可以獲得非常高的檢測(cè)精度，但是由于工藝條件的限制，地址細(xì)分?jǐn)?shù)不可能很大，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，細(xì)分?jǐn)?shù)取20較好。例如，如果格雷母線得到的大地址精度為100毫米，細(xì)分?jǐn)?shù)為20，則精密地址精度＝100/20＝5毫米。
以上對(duì)本發(fā)明所提供的格雷母線及其信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種格雷母線，包括電纜芯線、模芯和電纜護(hù)套，所述電纜護(hù)套將所述電纜芯線和模芯包裹在其中，其特征在于所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長(zhǎng)交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長(zhǎng)各不相同，分別為最小步長(zhǎng)的2i倍，其中i＝0，1，2......。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的格雷母線，其特征在于還包括與至少一對(duì)地址線步長(zhǎng)相等，且錯(cuò)開(kāi)半個(gè)步長(zhǎng)的地址線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的格雷母線，其特征在于所述格雷母線的最小步長(zhǎng)為20～400毫米，較佳值為200毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的格雷母線，其特征在于所述格雷母線的總長(zhǎng)度為2n-1*W，其中，n為地址線的對(duì)數(shù)，W為最小步長(zhǎng)。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述的格雷母線的檢測(cè)方法，其特征在于所述格雷母線通過(guò)和天線之間的電磁耦合來(lái)進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測(cè)到天線在格雷母線長(zhǎng)度方向上的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)方法，其特征在于包括以下兩種檢測(cè)方式(1)固定檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器和天線安裝在移動(dòng)站，通過(guò)天線發(fā)射地址信號(hào)，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測(cè)。(2)移動(dòng)檢測(cè)方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過(guò)格雷母線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線、地址編碼接收器安裝在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接檢測(cè)到地址。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)設(shè)備，特別是一種以格雷碼方式排列的檢測(cè)母線，也稱格雷母線，及其信號(hào)的檢測(cè)方法。本發(fā)明包括電纜護(hù)套和由所述電纜護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯，所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長(zhǎng)交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長(zhǎng)各不相同，分別為最小步長(zhǎng)的文檔編號(hào)H03M7/16GK1844848SQ200610076308
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者張明華, 梁能志, 黎寧 申請(qǐng)人:武漢利德高新技術(shù)股份有限公司