機車測速方法、系統及裝置與流程

2023-08-09 15:01:36 3

本發明涉及機車測速技術領域，特別涉及一種機車測速方法、系統及裝置。

背景技術：

目前，鐵路機車測速採用的主要是單圈脈衝數為200個的光電式轉速傳感器和單圈脈衝數為80個的非接觸式霍爾轉速傳感器，光電式轉速傳感器的原理是其內部有一組發光管和接收管，發光管和接收管分布在光柵盤的兩側，光柵盤是雷射加工而成，其上有200條高尺寸精度的光柵，在光柵盤旋轉時接收管間隔性地收到光信號，通過後級電路轉換而輸出方波脈衝信號，然後再根據方波脈衝信號測量機車速度。光柵盤旋轉一周輸出的方波脈衝信號的數量等於光柵盤上光柵的數量，其單圈脈衝數量取決於光柵盤光柵的條數。為了提高速度，可採用霍爾轉速傳感器進行測速，霍爾轉速傳感器的原理是在其端部有霍爾開關器件，霍爾開關器件的背面安裝有永磁體，當與其配套的測速齒輪的齒頂接近霍爾轉速傳感器端部時，穿過霍爾開關器件的磁通最大，當測速齒輪的齒谷接近霍爾轉速傳感器端部時，穿過霍爾開關器件的磁通最小，這樣齒輪旋轉時，齒頂齒谷不斷切換，霍爾轉速傳感器輸出方波脈衝信號，再根據方波脈衝信號測量機車速度。齒輪旋轉一圈輸出的脈衝數量等於測速齒輪的齒數，其單圈脈衝數量取決於齒盤上的齒數。

然而，目前鐵路機車所使用的測速傳感器均沒有對信號進行進一步處理，這樣得到的方波脈衝信號可能存在較大誤差，致使計算的機車速度不準確，導致無法準確對機車進行超速保護等維護。

技術實現要素：

基於此，有必要針對機車測速準確性不足的問題，提供一種提高測速準確性的機車測速方法、系統及裝置。

一種機車測速方法，其包括如下步驟：

採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，所述周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；

將各路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，其中，所述脈衝信號的路數與所述周期性信號的路數相同；

對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；

根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度。

一種機車測速系統，包括：

信號採集模塊，用於採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，所述周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；

信號轉換模塊，用於將各路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，其中，所述脈衝信號的路數與所述周期性信號的路數相同；

處理模塊，用於對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；

速度獲取模塊，用於根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度。

一種機車測速裝置，包括處理器、設置於機車輪軸的磁碟以及與所述磁碟配合的至少一個傳感器，所述處理器與所述傳感器連接，所述磁碟包括盤體以及設置於所述盤體的若干磁性件，所述磁碟的內圈開設磁感應通道，所述磁性件在所述磁感應通道內形成周期性磁場，至少一個所述傳感器伸入所述磁感應通道內切割所述周期性磁場輸出至少兩路周期性電信號至所述處理器，所述處理器接收各所述周期性電信號，將各路所述周期性信號分別與預設值進行比較，並將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號，根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度，其中，所述脈衝信號的路數與所述周期性信號的路數相同。

上述機車測速方法、系統及裝置，採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；將各每路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度。可避免直接根據傳感器輸出的一路周期性信號獲得機車速度不準確的問題，在採集到至少兩路周期性信號後，對其進行進一步處理，即分別將每路周期性信號與預設值進行比對獲得至少兩路脈衝信號，對各路所述脈衝信號進行異或處理，獲得能較為準確反映機車輪軸的轉速的參考脈衝信號，將參考脈衝信號作為計算機車的速度的依據，提高機車的速度的準確性，後續根據準確的機車的速度可對機車機型精確控制和維護。

附圖說明

圖1為一實施例的機車測速方法的流程圖；

圖2為一實施例的機車測速系統的模塊示意圖；

圖3為一實施例的機車測速裝置中傳感器與處理器的結構示意圖；

圖4為一實施例的機車測速裝置中磁碟的結構示意圖；

圖5為一實施例的機車測速裝置中磁碟與傳感器配合後部分俯視圖；

圖6(a)為圖5中磁性件排列截面圖；

圖6(b)為圖5中安裝板與傳感器的結構示意圖；

圖7為一實施例的機車測速裝置中感應殼的結構示意圖；

圖8為圖4中磁碟的剖面圖；

圖9為一實施例的機車測速裝置中磁條的尺寸結構示意圖；

圖10為一實施例的機車測速裝置中磁條的磁極排布示意圖；

圖11為一實施例的機車測速裝置中磁碟的磁感應通道內磁場強度分布曲線圖；

圖12為一實施例的機車測速裝置中傳感器輸出的四路周期性信號的曲線圖；

圖13為一實施例的機車測速裝置中處理器獲得的參考脈衝信號的曲線圖；

圖14為一實施例的機車測速裝置中處理器獲得的參考脈衝信號與現有技術測速結果的對比圖；

圖15為一實施例的機車測速裝置中磁碟偏心量為0.5毫米時傳感器輸出的一周期性信號的曲線圖；

圖16為一實施例的機車測速裝置中處理器根據圖15中的周期信號得到的參考脈衝信號與現有技術測速結果的對比圖；

圖17為一實施例的機車測速裝置中磁碟與傳感器間隙為0.5毫米時傳感器輸出的一周期性信號的曲線圖；

圖18為一實施例的機車測速裝置中處理器根據圖17中的周期性信號得到參考脈衝信號與現有技術測速結果的對比圖。

具體實施方式

請參閱圖1，提供一種機車測速方法，包括如下步驟：

S110：採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號。

其中，所述周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生。在機車實際運行中，為了確保其安全運行，需要對機車速度進行測量，根據機車速度可知機車是否超速等，從而可對機車進行超速保護等維護。機車輪軸的滾動帶動機車的移動，輪軸的轉速越大機車運行越快，因此，知道輪軸的轉速即可知道機車運行的速度。在機車輪軸上設置磁碟，磁碟上設置若干磁性件，在本實施例中，磁性件為磁條，通過設置的磁性件可形成周期性磁場，磁碟作為轉子，可隨輪軸的轉動而轉動，傳感器作為定子，磁碟轉動，傳感器切割磁碟上磁性件產生的磁場，傳感器感應磁場可輸出周期性信號，為了避免單個周期性信號的偶然性導致不準確，通過至少一個傳感器切割周期性變化的磁場輸出至少兩路周期性信號，其中，上述磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生的，然後，採集傳感器輸出的這些周期性信號，為後續速度計算做準備。

S120：將各路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號。

其中，脈衝信號的路數與周期性信號的路數相同。獲得周期性信號後，對其進行信號轉換，將每路周期性信號中大於預設值的信號值轉換為高電平(例如，可以為1)，將周期性信號中不大於預設值的信號值轉換為低電平(例如，可以為0)，獲得路數與周期性信號的路數相同的脈衝信號。具體地，預設值為2.5伏。

S130：對各脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號。

脈衝信號的路數與周期性信號的路數相同，周期性信號有至少兩路，從而脈衝信號至少有兩路，得到至少兩路脈衝信號後，對各脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號。異或是一個數學運算符，它應用於邏輯運算，如果a和b兩個值不相同，則異或結果為高電平1。如果a和b兩個值相同，異或結果為低電平0。例如，如果脈衝信號的路數為4，即有4路脈衝信號，在對這4路脈衝信號進行異或處理時，依據時間線和4路脈衝信號的高電平和低電平情況，異或得到一路脈衝數據信號，比如，對於某段時間內，4路脈衝信號均為高電平，對4個高電平進行異或，得到的異或結果為假則輸出低電平，即參考脈衝信號在這段時間內為低電平。

S150：根據參考脈衝信號獲取機車的速度。

輪軸轉動一周得到的脈衝信號具有一定數目的脈衝，脈衝信號的頻率與輪軸的轉速成正比，獲得參考脈衝信號的頻率反映了輪軸轉動的轉速，然後根據輪軸的轉速即可知道機車的速度，從而，可根據參考脈衝信號計算出機車的速度。

上述機車測速方法，採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；將各每路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度。可避免直接根據傳感器輸出的一路周期性信號獲得機車速度不準確的問題，在採集到至少兩路周期性信號後，對其進行進一步處理，即分別將每路周期性信號與預設值進行比對獲得至少兩路脈衝信號，對各路所述脈衝信號進行異或處理，獲得能較為準確反映機車輪軸的轉速的參考脈衝信號，將參考脈衝信號作為計算機車的速度的依據，提高機車的速度的準確性，後續根據準確的機車的速度可對機車機型精確控制和維護。

在其中一個實施例中，傳感器為霍爾傳感器，傳感器的數目為兩個，周期性信號包括四路，各霍爾傳感器包括兩個霍爾單元，每個霍爾單元對應一路輸出的周期性信號。

也就是說，在本實施例中，採集至少一個傳感器切割設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生的周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號的步驟包括：

採集兩個霍爾傳感器切割設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生的周期性磁場而輸出的四路周期性信號。

霍爾傳感器是一種電子元器件，可感應磁場輸出與磁場成線性比例的電壓信號，信號大小為毫伏級別，一個霍爾傳感器可以包括一個霍爾感應單元，也可以包括兩個霍爾感應單元，一個霍爾感應單元感應磁場可輸出一路周期性信號(電壓信號)，在本實施例中，霍爾傳感器包括兩個霍爾感應單元，通過兩個霍爾傳感器切割周期性磁場，可輸出四路周期性信號，從而，可採集兩個霍爾傳感器切割周期性磁場而輸出的四路周期性信號。

在本實施例中，來自於同一霍爾傳感器對應輸出的兩路周期性信號正交，四路周期性信號的相位依次相差45度。

信號正交是指信號之間的相位相差90度，在本實施例中，霍爾傳感器的型號為TMR 2705，同一霍爾傳感器中的兩個霍爾感應單元輸出的兩路周期性信號會正交。另外，通過設置兩個霍爾傳感器之間的距離，可改變兩個霍爾傳感器輸出信號之間的相位差，例如，在磁碟上若干磁性件的數量為50，設置在直徑為62毫米的分度圓上，則磁性件之間的距離為分度圓周長除以磁性件的數量，即磁性件之間的距離P＝3.14×62/50＝3.90毫米。兩個霍爾傳感器輸出一組正交波形，通過調整兩個霍爾傳感器之間的距離，可使得一個霍爾傳感器輸出的一個周期性信號和另一個傳感器輸出的一個周期性信號之間的相位差45度，具體地，將兩個霍爾傳感器之間的距離設置為C＝450/3600×P＝0.49毫米，也就是說，若需要獲得一個傳感器輸出的一個周期性信號與另一個傳感器輸出的一個周期性信號之間的相位差為45度，將兩個傳感器之間間隔0.49毫米的距離，如此，兩個傳感器輸出的四路周期性信號的相位依次相差45度，從而可採集到兩個傳感器輸出的相位依次相差45度的四路周期性信號，比如，兩個霍爾傳感器包括第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器，第一霍爾傳感器包括第一霍爾感應單元和第二霍爾感應單元，第二霍爾傳感器包括第三霍爾感應單元和第四霍爾感應單元，第一霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位與第三霍爾傳感器輸出的周期性信號的相位相差45度，第三霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位與第二霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位相差45度，第二霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位與第四霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位相差45度。具體地，第一霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位為0度，第二霍爾感應單元輸出的周期信號的相位為90度，第三霍爾感應單元輸出的周期性信號的相位為45度，第四霍爾感應單元的周期性信號的相位為135度，得到的四路周期性信號的相位依次相差45度。

可以理解，若採用三個傳感器輸出六路周期性信號，六路周期性信號的相位依次相差30度。在本實施例中，採用兩個傳感器輸出四路周期性信號，既能確保最後獲得的參考脈衝信號的準確性，也能避免過多周期性信號對後續處理速度帶來的影響，提高處理速度。另外，傳感器是用於替代目前鐵路機車上列控系統(LKJ監控記錄裝置)配套的光電式速度傳感器，所以輸出的特性必須與原型傳感器一模一樣，達到完全的互換性。而原型傳感器的單圈輸出脈衝數為200個，所以我們選擇基礎脈衝單圈50個，通過兩個傳感器輸出四路周期性信號即4倍細分後，達到單圈200脈衝。

請參閱圖2，還提供一種實施例的機車測速系統，包括：

信號採集模塊210，用於採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；

信號轉換模塊220，用於將各路周期性信號分別與預設值進行比較，將周期性信號中大於預設值的信號值轉換為高電平，將周期性信號中小於或等於預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，其中，脈衝信號的路數與周期性信號的路數相同；

處理模塊230，用於對各脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；

速度獲取模塊240，用於根據參考脈衝信號獲取機車的速度。

上述機車測速系統，採集至少一個傳感器切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號，其中，周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟上若干磁性件產生；將各每路所述周期性信號分別與預設值進行比較，將所述周期性信號中大於所述預設值的信號值轉換為高電平，將所述周期性信號中小於或等於所述預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，對各所述脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；根據所述參考脈衝信號獲取所述機車的速度。可避免直接根據傳感器輸出的一路周期性信號獲得機車速度不準確的問題，在採集到至少兩路周期性信號後，對其進行進一步處理，即分別將每路周期性信號與預設值進行比對獲得至少兩路脈衝信號，對各路所述脈衝信號進行異或處理，獲得能較為準確反映機車輪軸的轉速的參考脈衝信號，將參考脈衝信號作為計算機車的速度的依據，提高機車的速度的準確性，後續根據準確的機車的速度可對機車機型精確控制和維護。

在其中一個實施例中，傳感器為霍爾傳感器，傳感器的數目為兩個，周期性信號包括四路，各霍爾傳感器包括兩個霍爾單元，每個霍爾單元對應一路輸出的周期性信號。在本實施例中，信號採集模塊，具體用於採集兩個霍爾傳感器切割設置於機車輪軸的磁碟上磁性件產生的周期性磁場而輸出的四路周期性信號。

在本實施例中，來自於同一霍爾傳感器對應輸出的兩路周期性信號正交，四路周期性信號的相位依次相差45度。

上述機車測速系統為實現上述機車測速方法的系統，其技術特徵一一對應，在此不再贅述。

請參閱圖3和4，還提供一種實施例的機車測速裝置，包括處理器310、設置於機車輪軸的磁碟320以及與磁碟320配合的至少一個傳感器330，處理器310與傳感器330連接，磁碟320包括盤體321以及設置於盤體的若干磁性件322，磁碟320的內圈開設磁感應通道323，磁性件322在磁感應通道323內形成周期性磁場，至少一個傳感器330伸入磁感應通道323內切割周期性磁場輸出至少兩路周期性電信號至處理器310，處理器310接收各周期性電信號，將各路周期性信號分別與預設值進行比較，並將周期性信號中大於預設值的信號值轉換為高電平，將周期性信號中小於或等於預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，對各脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號，根據參考脈衝信號獲取機車的速度，其中，脈衝信號的路數與周期性信號的路數相同。

上述機車測速裝置，至少一個傳感器330切割周期性磁場而輸出的至少兩路周期性信號至處理器310，其中，周期性磁場由設置於機車輪軸的磁碟320上若干磁性件322產生的。處理器310將各路周期性信號分別與預設值進行比較，將周期性信號中大於預設值的信號值轉換為高電平，將周期性信號中小於或等於預設值的信號值轉換為低電平，獲得脈衝信號，並對各脈衝信號進行異或處理，獲得參考脈衝信號；根據參考脈衝信號，獲取機車的速度。可避免直接根據傳感器輸出的一路周期性信號獲得機車速度不準確的問題，至少一個傳感器330進行磁場感應輸出至少兩路路周期性信號值處理器，處理器310對接收的至少兩路周期性信號進行進一步處理，即分別將每路周期性信號與預設值進行比對獲得至少兩路脈衝信號，對各路脈衝信號進行異或處理，獲得能較為準確反映機車輪軸的轉速的參考脈衝信號，將參考脈衝信號作為計算機車的速度的依據，提高機車的速度的準確性，後續根據準確的機車的速度可對機車機型精確控制和維護。

在其中一個實施例中，傳感器330為霍爾傳感器，傳感器330的數量為兩個，每個霍爾傳感器包括兩個霍爾單元，每個霍爾單元對應一路輸出的周期性信號。

在其中一個實施例中，同一霍爾傳感器輸出的兩路周期性信號正交，兩個霍爾傳感器之間間隔預設距離，輸出的四路周期性信號的相位依次相差45度。

由於通過調整兩個霍爾傳感器之間間隔的距離，可使得一個霍爾傳感器輸出的一個周期性信號和另一個霍爾傳感器輸出的一個周期性信號的相位之間差相應的度數，具體地，首先確定需要的目標相位差，例如，在本實施例中，目標相位差為45度，根據目標相位差，計算兩個霍爾傳感器之間需要間隔的預設距離。例如，若在磁碟上若干磁性件的數量為50，霍爾傳感器設置在直徑為62毫米的分度圓上，則磁性件之間的距離為分度圓周長除以磁性件的數量，即磁性件之間的距離P＝3.14×62/50＝3.90毫米，目標行為差為45度，計算得到的兩個霍爾傳感器之間需要間隔的距離為C＝450/3600×P＝0.49毫米，也就是說，若需要獲得一個傳感器輸出的一個周期性信號與另一個傳感器輸出的一個周期性信號之間的相位差為45度，將兩個傳感器之間間隔0.49毫米的距離，如此，兩個傳感器輸出的四路周期性信號的相位依次相差45度，從而可採集到兩個傳感器輸出的相位依次相差45度的四路周期性信號。

在其中一個實施例中，上述機車測速裝置還包括感應殼340以及設置於感應殼內的安裝板350，傳感器330設置於安裝板350，傳感器330置於感應殼340內，感應殼340伸入磁感應通道323內傳感器330切割周期性磁場輸出周期性信號。

具體地，安裝板350為PCB板，如圖5所示，兩個傳感器包括第一傳感器331和第二傳感器332，均設置於安裝板350，具體焊接在感應殼內的PCB板上，傳感器為霍爾傳感器，則第一傳感器331為第一霍爾傳感器，第二床幹起332為第二霍爾傳感器。磁性件322即磁條沿周向均勻排列於磁碟320的盤體321的內壁面。感應殼340伸入磁碟320的磁感應通道323實現傳感器330與磁碟320的裝配即配合，磁碟320的磁力線垂直穿透PCB板。圖6(a)中的P是指磁性件322之間的距離，圖6(b)中C是指兩個傳感器330之間需要間隔的距離。感應殼340為三爪結構，如圖7所示，每個爪內可安裝傳感器330，感應殼340的直徑為64毫米，傳感器330的有效感應點分布在直徑為62毫米的分度圓上，感應殼340為非導磁的硬鋁合金。

下面以一具體實施對上述機車測速裝置進行測速的過程加以具體說明。其中，磁性件322為磁條，傳感器330為霍爾傳感器，數量為2個，每個霍爾傳感器包括兩個霍爾感應單元，可輸出兩路周期性信號。

請參閱圖4和8所示，磁碟320包括盤體321、凸臺324、延伸邊325以及設置於盤體內的若干磁條322，具體為磁條。盤體321為中空圓柱形，內圈開設有磁感應通道323，磁感應通道323的直徑為70毫米，磁條設置於盤體320且在磁感應通道323內形成周期性變化的磁場，磁碟320可隨機車輪軸的轉動而轉動，作為轉子，兩個傳感器330伸入磁感應通道323內與磁碟320配合，作為定子，磁碟320轉動時，傳感器330可切割磁條形成的磁場輸出四路周期性電信號至處理器310，處理器310對周期性信號進行處理，獲得機車的速度。

具體地，若干磁條沿周向均勻排列於磁軌感應通道323外，並在磁感應通道323內沿徑向形成周期性變化的磁場即周期性磁場，盤體321開設有周向均勻排列於磁感應通道外的若干安裝槽3210，且每個安裝槽3210的延伸方向與磁感應通道323的軸向平行，每個磁條的充磁方向與其嵌入對應安裝槽3210內的方向相互垂直，磁條的充磁方向為寬度充磁，每個磁條沿長度方向嵌入對應安裝槽3210內。其中，磁條選用釹鐵硼永磁材料，牌號為N50SH。耐高溫可達150℃，磁條的結構如圖9所示，圖9(a)中，磁條的長度為30毫米，厚度為1毫米，圖9(b)中，磁條寬度為2毫米。

圖10為磁條的磁極排布示意圖，在磁碟上，按照…N-N-S-S…的排列規則周期性地嵌入磁條，當若干磁條按照…N-N-S-S…的排列規則周期性地插入對應的安裝槽，即每兩個相鄰磁條之間相互靠近的兩側為同名磁極(N極或S極)，每兩個相鄰磁條之間相互靠近的兩側的同名磁極之間的磁場相互擠壓，在磁碟的內圈的圓周方向形成周期性變化的連續磁場。若干磁芯件產生的周期性變化的磁場隨傳感器與盤體內壁面之間的距離的變化而變化。在傳感器靠近盤體內壁時，軸心變化的磁場強度的峰-峰值最大，而傳感器離遠離盤體內壁面時，周期性變化的磁場的峰-峰值逐步減弱。

例如，請參閱圖11，磁性件形成的磁場強度分布曲線圖，縱坐標為磁場強度，單位為Gs，橫坐標為果敢磁條中各磁極之間的位置，單位為0。在本實施例中，磁條數量為100條，100根磁條沿周向均勻排列於盤體的內壁面，磁碟單圈共形成50個磁極，25個周期，其中，相鄰磁極件位置相差3.60，相鄰周期間位置相差7.20。在傳感器離盤體內壁面徑向距離t＝0毫米的圓周上，分布的周期性變化的磁場強度的峰-峰值可達到2000Gs，t＝0對應的曲線為在磁碟內壁測得的磁場強度曲線，為一條正弦波曲線，在傳感器離盤體內壁面徑向距離t＝5毫米的圓周上，分布的周期性變化的磁場強度的峰-峰值仍可達到60Gs，可實現測速裝置在大間隙條件下仍可進行測速，t＝5對應的曲線是距離磁碟內壁面5毫米出圓周上磁場強度曲線，為一條正弦波曲線，兩條曲線的峰-峰值的位置一致，周期一致。t＝5毫米時，磁場強度的峰-峰值可達60Gs，配合傳感器內部的霍爾線性晶片，可轉換為峰-峰值為300毫伏的正弦曲線，再進行後級處理，輸出速度信號。通過本實施例的機車測速裝置，能夠滿足霍爾傳感器在0.5毫米至5毫米範圍內均有可靠正弦波形輸出。

兩個傳感器330伸入磁感應通道內與磁碟配合，磁碟轉動時，傳感器330可切割磁條形成的磁場輸出四路周期性電信號至處理器310，其中，四路周期性信號的相位依次相差45度，具體地，各路周期性信號的曲線圖如圖12所示，其中，CH1基波為第一路周期性信號，CH2基波為第二路周期性信號，CH3基波為第三路周期性信號，CH4基波為第四路周期性信號，CH1基波和CH2基波正交，CH3基波和CH4基波正交，CH1基波和CH3基波之間相位相差45度，CH2基波和CH4基波之間相位相差45度。由於採用的霍爾傳感器輸出的周期性信號的中間電平為2.5伏，磁靈敏度為5毫伏/Gs，單個霍爾感應單元(霍爾晶片)輸出兩路周期性信號，且正交，在合適的磁極距或齒輪模數下，具備正交輸出動態調整的性能。分別將各路周期性信號與2.5伏進行比對，將各周期性信號中大於2.5的信號值轉換為高電平，小於2.5的信號值轉換為低電平，獲得四路脈衝信號，對四路脈衝信號進行異或處理，輸出參考脈衝信號，參考脈衝波形的曲線如圖13所示。具體地，對上述CH1基波、CH2基波、CH3基波

和CH4基波進行異或處理的真值表如表1所示。

表1異或處理真值表

下面對一實施例的機車測速裝置進行測速的結果與現有的通過鎖相環技術進行測速的結果以及通過微機測速的結果進行對比。

1、低速區間測速的實時性優於鎖相環技術。

在零速狀態下，鎖相環電路的初始輸出的是晶片與外圍晶片組成的固有中心頻率，如CD4046在本應用中一般的配置為10kHz(鐵路標準規定為0-20kHz)，即當機車沒有速度時，上電後電路瞬時輸出10kHz的脈衝信號(相當於電力機車700km/h)在數百個輸入脈衝(每個輸入脈衝表示機車行走8cm)後才能消失，從而給列車控制系統提供了錯誤的速度信息和距離信息。而本實施例提出的信號是實時細分，沒有速度時，輸出始終為零，真實反映列車行駛速度。可以得出在靜止狀態下的速度，鎖相環技術不可用，本實施例在低速區間的實時性滿足精確定位和速度控制的需求。

2、高速區間的輸出信號精度優於微機軟體細分。

在驅動源3000r/min工況下，對比本實施例模擬輸出波形(參考脈衝信號)與使用典型的微機軟體細分技術模擬輸出的波形(微機細分結果)，如圖14所示。其中，列出了四路周期性信號中的一路周期性信號，通過佔空比比較，可以看到本實施例輸出波形正常，使用微機軟體細分技術輸出的波形精度較差。

3、在磁碟偏心轉動工況下輸出波形精度優於微機軟體細分。

磁碟安裝在機車輪軸上，當機車工況良好，磁碟正常旋轉時，霍爾傳感器輸出的周期性信號的幅值是一致的；當機車工況異常，磁碟偏心旋轉時，霍爾傳感器時而靠近磁碟，時而遠離磁碟，其輸出周期性信號的幅值是高低變換的。圖15是磁碟偏心量為0.5mm時霍爾傳感器輸出的周期性信號的波形。

以圖15的波形作為輸入量，按照本實施例和微機軟體細分技術分別進行模擬仿真輸出波形如圖16所示。可以看到本實施例模擬輸出波形佔空比為40.6％-59.5％，使用微機軟體細分技術模擬輸出波形佔空比為28.8％-72.4％。本實施例在偏心旋轉工況下輸出波形的精度優於微機軟體細分技術。

4、在極小間隙工況輸出波形精度優於微機軟體細分。

磁碟安裝在機車輪軸上，應用於鐵路機車測速的內圈感應大間隙的傳感器安裝在軸箱端蓋上，當軸箱端蓋的安裝孔的軸線與機車輪軸的軸線沒有完全對中偏移量較大時，感應頭與磁碟的內圈的間隙非常小，感應頭內的霍爾傳感器的輸出達到飽和狀態，其輸出的基礎波形由正弦波變成了近似方波的波形。圖17是霍爾傳感器與磁碟內圈間隙為0.5mm時霍爾傳感器輸出的基礎波形。

以圖17的基波波形作為輸入量，按照本實施例和微機軟體細分技術分別進行模擬仿真輸出如圖18所示。我們看到本實施例模擬輸出波形佔空比為49.6％-50.4％，使用微機軟體細分技術模擬輸出波形完全不可用。可以看到使用本實施例的測速方法即使基礎波形因為飽和導致波形失真，最終的輸出波形的影響非常小，可忽略不計。我們也是通過應用本實施例的測速方法實現了傳感器在大間隙範圍內信號輸出。

以上實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。

以上實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。