感應無線位置車上檢測系統的製作方法

2023-07-13 14:36:21 2

專利名稱：感應無線位置車上檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及感應無線技術，特別指感應無線位置車上檢測系統。
技術背景1.感應無線技術簡介感應無線技術是為了實現工業移動機車自動化而興起的一種工業應用技術，它包括感應無線數據通信(DATA TRANSMISSION BY INDUCTION RADIO)和 感應無線位置檢測(ABSOLUTE POSITION DETECTION BY INDUCTION RADIO)兩 個方面。在工業生產中，許多場合中有多臺大型作業機車按照一定的生產計劃和工 藝要求，相互配合，有序地工作。隨著現代工業自動化的發展，人們迫切需要 實現計算機對作業機車的集中管理控制，達到生產過程自動化。要實現計算機 對作業機車的集中管理控制，就必須解決兩個基本問題①地面中央控制室與 移動機車之間可靠的數據通信問題。有線通信方式存在著移動機車拖帶通信電 纜不方便；而無線通信方式由於工業現場環境惡劣，誤碼率高，可靠性降低。 ②移動機車所在的位置檢測問題。要對移動機車實現計算機控制，必須隨時了 解移動機車的行走位置。感應無線技術採用一條獨特的編碼電纜(又稱誘導母線)，同時解決工業移 動機車實現計算機集中管理控制的兩大難題——中央控制室與移動機車之間可 靠的數據通信；移動機車所在的位置檢測。因而在現代工業移動機車自動控制 中得到了廣泛的應用。感應無線技術所構成的系統，是將感應無線數據通信和感應無線位罩檢測 兩個方面完全融合在一個系統中，系統隨著應用要求的不同而有所不同，但基
本結構是相同的， 一般說來，整個系統由中央控制室部分、車上部分、編碼電 纜部分構成，如圖1所示。中央控制室部分有主控計算機和地面局構成；車上 部分是機上局和天線箱構成；編碼電纜部分由編碼電纜、連接電纜、匹配阻抗 構成。
根據需要，天線箱中有一組或多組感應線圈，按用途分為發送線圈和接收 線圈兩類，感應線圈裝在矩形塑料箱內，稱為感應天線箱。編碼電纜內部有若干對傳輸線，按用途分為通信傳輸對線類和地址傳輸對 線類，按照一定的編碼規則在不同的位置交叉。將各對線重疊在一起封裝在氯 丁橡膠壓制的護套內，構成了外形為扁平狀態的編碼電纜。
編碼電纜安裝在移動機車的軌道旁邊，在移動機車行走過程中，安裝在移 動機車上的天線箱跟隨著機車移動，並始終與編碼電纜保持5-20cm的距離(z "10cm)。感應無線數據通信方式，是通過安裝在移動機車上的天線箱中的感應線圈 與敷設在地面軌道旁的編碼電纜中的通信傳輸線之間5-20cm近距離電磁耦合傳遞信息，即天線箱與編碼電纜之間——也就是移動機車與中央控制室之間—— 形成了一個距離很短的無線信號通道。其特點在於因為有且僅有5-20cm的無 線通信距離，所以既能保證機車移動的靈活性又確保了通信質量的可靠，從而 克服了有線通信和無線通信的缺點，實現中央控制室與移動機車之間可靠的數 據通信。感應無線位置檢測，就是通過天線箱中感應線圈與編碼電纜中傳輸對線之 間的電磁感應，檢測感應信號的相位與幅度，從而得到天線箱所在的x坐標的 位置，以此作為移動機車的位置。2.感應無線位置檢測 ' 2. 1.感應無線位置檢測及特點感應無線位置檢測，就是通過天線箱中感應線圈與編碼電纜中傳輸對線之間的電磁感應，檢測到天線箱所在的X位置坐標，以此作為移動機車的位置。 其特點是① 檢測到的位置是連續的、絕對的位置；檢測解析度高，重複性好。② 非接觸式檢測，抗幹擾性強，可靠性高，適應惡劣的工業環境。③ 檢測方式多樣，既可以在地面檢測移動機車的位置，也可以在移動機車 上檢測自身的位置。④ 與感應無線數據通信融為一體。2. 2.感應無線位置地面檢測方式和車上檢測方式感應無線位置檢測，按檢測方式可分為地面局檢測和機上局檢測兩種方式， 目前在國內應用較多的是地面檢測方式。地面局檢測方式，是在機上局發送裝置向天線箱中發送載波時，由中央控 制室地面局地址檢測器進行位置檢測，檢測到的是機車上天線箱中發送線圈的 位置。機上局檢測方式，是在中央控制室地面局發送裝置向編碼電纜發送載波時， 由機上局地址檢測器進行位置檢測，檢測到的是機車上天線箱中接收線圈的位置。地面檢測方式存在的主要問題是(1) 在機車自動行走控制時，本車車上控制系統不能迅速得知自身的位置， 這是因為中控室地面局檢測該車的位置後要通過數據通信傳遞給車上，車上控 制系統得到自身的位置就有一個通信時間的時延。而車上檢測方式，是由車上 直接檢測自身的位置。(2) 在一條電纜上同時有多臺車的情況下，地面檢測方式要採用分頻或分時 的辦法進行位置檢測，顯然，這是不適合多於2臺車的情況。而車上檢測方式， 只要一個地面發送系統發送，不論有多少臺車都能夠各自檢測各自身的位置， 互不影響。
發明內容本實用新型的目的是針對背景技術中存在的缺點和問題加以改進、創新， 提供一種有別於感應無線位置地面檢測系統的感應無線位置車上檢測系統。本實用新型的技術方案是構造一種包括編碼電纜、感應天線、位置信號 發生器、位置檢測器、感應無線數據通信裝置在內的感應無線位置車上檢測系 統。其中1) 所述的編碼電纜安裝在移動機車軌道旁，電纜內設有位置檢測傳輸線、數據通信傳輸線，位置檢測傳輸線設有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線， 數據通信傳輸線設有L傳輸對線。2) 所述的感應天線為一組感應線圈，安裝在移動機車上的天線箱內，分為 位置檢測感應天線和數據通信感應天線，其中數據通信感應天線包括接收線圈 和發送線圈。3) 所述的位置信號發生器安裝在中央控制室地面局內，在位置信號發生器 中由振蕩源產生載波信號，由CPU中央處理單元通過模擬開關和光電耦合控制 功率放大器，按照一定的順序分時向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發送載波 信號；其特徵在於採用模擬門控制，精確控制向編碼電纜中各檢測位置傳輸對 線發送載波信號在過零點交替；用光電耦合控制功率放大器件的啟動與停土， 減少功耗。4) 所述的位置檢測器安裝在移動機車上的機上局內，由接收線圈AN0、 AN1 接收的信號分別經整流進行求和，再連接2f帶通濾波器得到2f載波信號，2f 載波經過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD接至CPU， 2f載波經過整形、 鎖相分頻後，在DCD到來時，儲存當前的lf載波，由於位置信號發生器最先對 R0傳輸對線發送載波信號，所以儲存下來的是基準相位信號。儲存的基準相位 信號與lf載波進行相位比較，就得到了一般位置。lf載波經整流、濾波後送 A/D轉換，CPU得到GO傳輸對線發送載波信號時接收線圈0接收信號的幅度A(GO)和G0'傳輸對線發送載波信號時接收線圈O接收信號的幅度A (G0')進 行運算，就得到精密位置，經中央處理單元運算得到綜合位置，通過並行接口 或者串行接口輸出，並顯示所檢測的位置數據。其特徵在於採用相當於二進位 絕對相移鍵控(2PSK)解調的方法得到就得到了一般位置；採用同一接收線圈 檢測GO傳輸對線發送載波信號時的接收信號的幅度A (G0)和GO'傳輸對線發 送載波信號時的接收信號的幅度A (G0')進行運算，得到精密位置。5)所述的感應天線數據通信裝置分為地面局電路和機上局電路，由調製和 解調組成，其中地面局電路中，由中央控制室主控計算機將需要發送的數據基 帶信號送到485接口，經FSK調製後， 一路移相90°,分別送到兩路功率放大， 通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數據通信傳輸對線L0、 Ll進行發送。 這個信號由數據通信接收線圈感應耦合後，送到機上局。機上局發送的信息由 數據通信發送線圈發出，編碼電纜中通信傳輸對線LO、 Ll感應耦合後通過輸入 輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進行放大後， 一路移相90°後，與另一路求和， 保證了接收信號任何時刻不為O，然後，經過帶通濾波器濾去雜波信號送FSK解 調得到數據基帶信號經485接口送到主控計算機。本實用新型感應無線位置車上檢測系統，經過實驗位置檢測己經達到2mm 的檢測解析度，系統已經在實際中應用，為感應無線技術的應用解決一個重大 問題。

圖1是本實用新型感應無線系統基本結構示意圖圖2是本實用新型編碼電纜結構平鋪示意圖圖3是本實用新型編碼電纜連接示意圖圖4是本實用新型位置檢測感應天線示意圖圖5是本實用新型位置檢測感應天線抗幹擾示意圖圖6是本實用新型數據通信感應天線接收線圈抗幹擾示意圖圖7是本實用新型數據通信感應天線接收線圈從編碼電纜感應信號示意圖
圖8是本實用新型數據通信感應天線箱結構平鋪示意圖圖9是本實用新型接收天線箱與發送天線箱結構平鋪示意圖 圖10是本實用新型位置信號發生器框圖 圖11是本實用新型位置檢測器框圖 圖12是本實用新型地面局數據通信硬體電路原理框圖 圖13是本實用新型感應無線位置車上檢測系統檢測原理示意圖 圖14是本實用新型感應無線位置車上檢測系統接收信號相位示意圖具體實施方式
1. 概述由圖1至14可知，本實用新型是採用獨特的設計思想實現一種性能穩定可 靠的有別於感應無線位置地面檢測系統的感應無線位置車上檢測系統，系統包括安裝在移動機車的軌道旁邊的編碼電纜、安裝在機車上感應天線、安裝在 中央控制室地面局內的位置信號發生器、安裝在機車上機上局內的車上位置檢 測器以及與感應無線位置車上檢測相適應的感應無線數據通信裝置。2. 編碼電纜設計設計的感應無線位置車上檢測系統編碼電纜按照用途分為位置檢測傳輸線和數據通信傳輸線。位置檢測傳輸線有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線三種傳輸對線，數據通信傳輸線僅有L傳輸對線。2.1.R傳輸線設計R傳輸線是作為位置基準信號傳輸線。設計的編碼電纜共有2對R傳輸對 線R0、 Rl。 R0傳輸對線在編碼電纜中不交叉，因此用對R0線發送的載波時接 收線圈接收的信號作為基準相位信號。Rl傳輸對線在編碼電纜中不交叉，但R1 線在位置信號發生器埠處連接時與R0同名端相反，對Rl線發送的載波時接收線圈接收的信號與基準信號始終反相，以此反相信號作為串行地址數據的起 始位，即基準時間信號。2. 2. S傳輸線設計S傳輸線作為段位置信號傳輸線。設計的編碼電纜有j對s傳輸對線so、 Sl、…Sj-1。 j等於實際應用中編碼電纜的段數。任何S傳輸對線在編碼電纜中 不交叉，但在段之間連接時，按照格雷碼的規則交叉。根據實際情況，每段長 度可以不等。 2. 3. G傳輸線設計G傳輸線作為位置信號傳輸線。設計的編碼電纜有n+l根G傳輸對線G0、 Gl、 G2……Gn-1和G0，， G0、 Gl、 G2……Gn-1傳輸對線按照格雷碼規律交叉， 其中G0相距2r交叉，Gl相距4r交叉，…Gn-1相距2nr交叉。G傳輸對線相鄰 兩個交叉的間距為Fl00mm。 n取決於檢測位置的長度，若編碼電纜的長度為L， L=2nX100 (mm)。例n=10， ！^2'。X 100二102. 4m。若實際應用中有多段編碼電纜， 則n取決於最長的編碼電纜的長度。G0'相距2r交叉，但交叉處與G0錯開r， GO'與GO的主要作用是作為精密位置檢測。2.4. L傳輸線設計L傳輸線作為數據通信傳輸線。設計的編碼電纜有2對L傳輸對線L0、 Ll， 每隔w交叉一次，w>r， w^kr (k=l， 2，…)，uw=vr (u、 v為正整數)，達到 L傳輸對線與其它傳輸對線互不幹擾的目的。L0與L1的交叉處錯開0.5w，以保 證在數據通信時，無信道死區。圖2是感應無線位置車上檢測系統設計的編碼電纜各傳輸對線平鋪示意 圖，圖中僅畫出4根G傳輸對線G0、 Gl、 G2、 G0'，所有傳輸對線之間相距為 B=100mm，並且是疊在一起。2.5. 編碼電纜連接(l)對於L、 R、 G線，在任意段與段連接處，Ri—Ri， RiX—RiX ; Li—Li， LiX—LiX ， Gi""Gi， GiX—GiX。注意L、 R、 G線在段間是否交叉取決於編碼 電纜本身，若原來在上面的Gi仍然在上面，則段間不交叉，否則，段間交叉。 (2)對於S線，在0段與1段連接處，S0交叉；在1段與2段連接處，SO和 Sl都交叉；在2段與3段連接處，Sl交叉。若有更多的S線，則按照格雷碼規 律在段間交叉。(3)、編碼電纜與位置信號發生器接線端子連線時，注意Rl線在位置信號發生器 埠處連接時交叉，其餘各傳輸線均不交叉。圖3是感應無線位置車上檢測系統設計的編碼電纜連接示意圖，圖中僅畫 出2根S傳輸對線S0、 Sl。 3.感應天線設計設計的感應無線位置車上檢測系統有兩類感應天線位置檢測感應天線和 數據通信感應天線。所謂感應天線就是一組線圈，其中數據通信感應天線包括 發送線圈和接收線圈。 3. 1位置檢測感應天線設計設計的感應無線位置車上檢測系統位置檢測感應天線如圖4所示。位置檢 測感應天線由2個線圈構成，線圈l與線圈2相距r。線圈1與線圈2結構完全一致，採取交叉繞制，有i、 n、 m三個部分，且i、 m的面積和等於ii的面積。採用這種位置接收天線，其作用有如下2點。(l)可以抑制幹擾信號 ' 感應無線位置車上檢測系統，是在中央控制室地面局內的位置信號發生器 向編碼電纜發送載波時，由機上局地址檢測器對位置接收天線中的信號進行檢 測得到位置，儘管編碼電纜中不交叉或較長距離交叉的對線上有嚴重的幹擾噪 聲，但是並不是檢測編碼電纜中的載波信號，而是檢測位置接收天線中to載波 信號，所以關鍵是位置檢測感應天線抗幹擾。位置接收線圈由於採取交叉繞制，且i、 m的面積和等於n的面積，對於幹擾信號相互抵消。若干擾源對上下不對稱時，例如圖5幹擾源為摩電道時，當i靠近摩電道時感應到幹擾噪聲較強，但是m離摩電道最遠感應到幹擾噪聲
較弱，i 、 m感應到幹擾噪聲之和與2感應到幹擾噪聲基本相等相互抵消。為 了防止可能的不相等，在位置檢測感應天線箱上增加了一個採用屏蔽的方法調 節感應強弱的裝置，調節使i、 m感應到幹擾噪聲與n感應到幹擾噪聲基本相 等相互抵消。(2)保證線圈1與線圈2信號之和不為o由於線圈1與線圈2寬度為2r，相距為r，編碼電纜中位置檢測傳輸對線 相鄰兩個交叉的間距也為r，所以在位置信號發生器向編碼電纜中任意位置檢測 傳輸對線發送載波時，線圈1與線圈2信號之和不為0。 3. 2數據通信感應天線設計設計的感應無線位置車上檢測系統數據通信感應天線包括發送線圈和接收 線圈。(l)數據通信感應天線接收線圈傳統的數據通信感應天線接收線圈是沒有交叉的單線圈，沒有抗幹擾能力。 設計的感應無線位置車上檢測系統數據通信感應天線接收線圈交叉繞制如圖6 所示。由接收線圈(I )部和接收線圈(II)部構成，且接收線圈(I )部和 接收線圈(II)部的長度與編碼電纜中L傳輸線交叉間距相等(=w)。在現場工 作時，接收線圈兩個部分所感應的幹擾噪聲電動勢ewi、 e^相位相反。若在接 收線圈沿X方向的2W小範圍內，噪聲電磁波均勻分布，那麼，e^2，接 收線圈提取的噪聲電動勢ew =ew + 2 = 0。對於有用的通信信號，僅考慮數據通信感應天線接收線圈從傳輸對線丄l接 收信號，見圖7。當中控室從傳輸對線L1發出的/l載波信號時。在接收線圈(I )部和接收 線圈(II)部產生感應電動勢"l、 ^2。由於同間距交叉的特性，傳輸線交叉， 傳輸對線L1的K+1區域產生的電磁場與K區域產生的電磁場方向相反，接收線 圈(II)部又與接收線圈(I )部交叉，經過兩次反相接收線圈在任何位置都
有"1和％2的相位相同，幅度相等；因此，接收線圈對通信信號提取的感應 電動勢^ = & + &2 = ，是傳統的接收線圈的兩倍。(2)數據通信感應天線發送線圈設計的感應無線位置車上檢測系統數據通信感應天線發送線圈有2種形式。① 發送線圈不交叉繞制形式系統採用這種形式，有2個天線箱位置檢測感應天線箱、數據通信感應 天線箱。位置檢測感應天線箱結構如圖4所示。數據通信感應天線的發送線圈 和接收線圈做在一個天線箱內，其結構如圖8所示。發送線圈在發送信號時，發送線圈兩端的電壓約為200&^，為了防止接收線圈感應到發送的強信號損壞接收前置放大電路，發送線圈放置在接收天線兩 線圈中間，這樣，接收天線感應到發送天線信號的電動勢約等於零。② 發送線圈交叉繞制形式交叉繞制形式的發送線圈結構與接收線圈結構完全相同，系統採用這種形式有2個天線箱，接收天線箱、發送天線箱，見圖9。接收天線箱內包括位置接 收線圈和數據通信接收線圈，其結構如圖9a所示。發送天線箱內就是一個交叉 繞制的數據通信發送線圈，其結構如圖9b所示。採用這種形式，在發送線圈發 送時，從傳輸對線接收的信號幅度是單發送線圈發送時的兩倍。 4.位置信號發生器設計設計的感應無線位置車上檢測系統位置信號發生器電路框圖如圖10。在位 置信號發生器中，振蕩源產生所需的載波，由CPU控制模擬開關和功率放大器， 按一定的順序分時向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線中發送載波信號。其發送 順序是在tO、 tl、…時間段，分別向RO、 Rl、 Sj-l、…、SO、 Gn-1、…、GO、GO'發送載波信號。位置信號發生器發送時，為了減少功耗，用光電耦合控制功率放大器件件具有時延，所以要提前開光藕。同時為了精確在過0點兩路交替，採用模擬門控制。其過程是在發送Gn快結束時，開啟Gn-l的光藕(此時是同時開啟了Gn 和Gn-l);當發送Gn結束時，關閉Gn的光藕，控制模擬門選擇Gn-l。5. 車上位置檢測器設計設計的感應無線位置車上檢測系統位置檢測器電路框圖如圖11，圖中接收 線圈0、 1 (AN0、 AN1)接收的信號分別經整流進行求和、再經過2f帶通濾波器 得到2f載波，2f載波經過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD送到CPU。 由於接收線圈0、 l相距r，所以不管接收線圈處於哪個位置，只要中控室地面 局位置信號發生器對任一位置檢測類傳輸對線發送載波信號時，就有DCD=1。2f載波經過整形、鎖相分頻後，在DCD到來時，儲存當前的lf載波，由 於位置信號發生器最先對R0傳輸對線發送載波信號，所以儲存下來的是基準相 位信號。儲存的基準相位信號與lf載波進行相位比較，這相當於二進位絕對相 移鍵控(2PSK)解調，就得到了一般位置(APD位置)。lf載波經過整流、濾波後得到接收線圈O檢測信號的幅度。將位置信號發 生器對G0傳輸對線發送載波信號時接收線圈0檢測信號的幅度A (GO)和位置 信號發生器對GO'傳輸對線發送載波信號時接收線圈0檢測信號的幅度A (GO') 進行運算，就得到精密位置(服PD位置)。中央處理單元對所檢測的各種信號進行運算，就得到了綜合位置。所得到 的綜合位置根據實際需要，可通過並行接口或串行接口輸出，並顯示所檢測的 位置數據。6. 感應無線位置車上檢測系統相適應的感應無線數據通信裝置感應無線數據通信裝置硬體電路分為地面局電路和機上局電路，其基本原 理都相同，主要是調製和解調，但地面局電路相對複雜一些，現給出地面局數 據通信硬體電路原理框圖。感應無線數據通信地面局電路中，中央控制室主控計算機將需要發送的數據基帶信號送到485接口，經FSK調製後， 一路移相90°，分別送到兩路功率放 大，通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數據通信傳輸對線LO、 Ll進行發送。這個信號由數據通信接收線圈感應耦合後，送到機上局。機上局發送的信 息由數據通信發送線圈發出，編碼電纜中通信傳輸對線LO、 Ll感應耦合後通過 輸入輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進行放大後， 一路移相90。後，與另一路 求和，保證了接收信號任何時刻不為O，然後，經過帶通濾波器濾去雜波信號送 FSK解調得到數據基帶信號經485接口送到主控計算機。為了防止位置檢測與數據通信相互幹擾，數據通信載波頻率與位置檢測載 波頻率錯開，並在各自接收後對另一個頻率陷波。 7.感應無線位置車上檢測系統位置檢測原理(1) 地面位置信號發生器載波發送在位置信號發生器中，由CPU控制按一定的順序分時向編碼電纜中各檢測 位置傳輸對線中發送載波信號。其發送順序是在tO、 tl、…時間段，分別向RO、 Rl、 Sj-l、…、SO、 Gn-l、…、GO、 GO，發送載波信號後，然後停止ts時間。 其中，發RO、 GO、 GO，的時間和停止時間ts稍長為Tl，這是因為發RO時要 建立DCD和儲存的基準相位信號；發GO、GO，時要進行A/D轉換。向Rl、Sj-l、…、 S0、 Gn-1、…、Gl發送載波信號的時間為T2， T24000ms/波特率。無論是地面 檢測還是車上檢測方式，感應無線位置檢測都由一般位置檢測(APD)和高分辨 率位置檢測(HRPD)組成。APD檢測，是檢測信號的相位得到，HRPD檢測，是 檢測信號的幅度得到。在圖13中，為了說明原理，考慮只有一段，即不考慮段 位置信號傳輸線(S傳輸線)。 '(2) 車上APD位置檢測原理車上位置檢測系統的一般位置檢測(APD)，是從接收線圈0感應信號的相 位中得到APD位置。在t0時間段，接收線圈0感應的是傳輸對線R發送的信號
稱為R信號，以R信號相位作為基準相位，若與之同相記為"0"，與之反相記 為"l";在tl時間段，接收線圈0感應的是傳輸對線R1發送的信號，由圖13R1 的結構，Rl信號一定與R信號反相，記為Rl=l，將這個"1"作為起始位；在 t2時間段，接收線圈0感應的是傳輸對線G2發送的信號，02=0或=1，取決與 接收線圈O的位置。若在圖13中，接收線圈0的中線分別在①、②、③、 的 位置，則接收線圈0的接收信號的相位如圖14 (為了突出相位關係，圖中信號 的幅度畫成一樣大小或為O)。圖14的信號，就是二進位絕對相移鍵控(2PSK) 調製信號，對該信號解調，並以Rl=l作為起始位，則得到:在位置①，G2G1G0=000， g=0;在位置②，G2G1G0=010， g=3;在位置③，G2G1G0二110， g=4;在位置 ， G2G1G0=111或101， g二5或6，由於處於5、 6交界處，故無論為5或為6都認 為正確。於是得到與地面檢測方式相似的APD位置公式 JTO = gxrA A A A A A (1)如果存在j段，各段長度分別為Li (i=0， 1，…，j-l)，若檢測在第i段， 則ADD二LO+Ll+…Li-l+gXr。 (3)車上HRPD位置檢測原理編碼電纜結構如圖13所示。當位置信號發生器向GO發送載波信號時，由 A/D轉換對信號幅度採樣，得到A(GO);當位置信號發生器向GO'發送載波信 號時，由A/D轉換對信號幅度採樣，得到A(GO')。由於GO傳輸對線與GO'傳 輸對線交叉錯開距離r，這種方式下，對A (GO)和A (GO')進行計算，就得到 車上位置檢測系統的高解析度位置檢測(HRPD)。設接收線圈0中心線偏離GO兩交叉間中心的距離為d0，偏離GO'兩交叉 間中心的距離為dl，顯然，d0、 dl就是HRPD位置且FdO+dl。根據電磁感應的 原理，並建立均勻磁場模型，即當接收線圈與編碼電纜之間距離較小時，近 似認為編碼電纜中傳輸對線產生的磁力線沿x方向均勻分布且垂直穿過接收線 圈，在這種近似模型下，接收線圈產生的感應電動勢e的幅度^與接收線圈有效感應面積成正比。這個模型儘管與實際有一定的差異，但是用這個模型可以方 便地得到位置檢測公式，經過實際驗證，得到的高解析度位置公式與實際是基 本相符的。採用均勻磁場模型有formula see original document page 18令:formula see original document page 18從式(4)、 (5)看出，只要檢測到傳輸對線GO、 GO'上感應信號幅度A(GO)、 A(GO，)，便可計算出與y、 z無關的P0、 Pl，從而得到服PD位置formula see original document page 18分兩種情況討論(1) 接收線圈O的中心位於GO兩交叉間右半部(圖13位置②)檢測出來的APD位置數據g為偶數，接收線圈0中心線偏離GO兩交叉間中心的距離為d0。 formula see original document page 18(2) 接收線圈的中心位於G0'兩交叉間右半部(圖13位置③)檢測出來的 APD位置數據g為奇數，接收線圈0中心線偏離GO'兩交叉間中心的距離為dl。 formula see original document page 18由此，得到高解析度位置HRPD的公式和綜合位置ADD的公式 ^。=PlXr 當g為偶數formula see original document page 18(7)感應無線位置檢測一個很重要的指標就是檢測解析度，目前國際上達到了 5mm的檢測解析度。但是對於有些的工業應用領域來說，這種解析度還不夠。對 於移動機車自動定位來說，位置檢測的解析度必須要小於定位精度。本實用新
型位置檢測已經達到了 2ram的檢測解析度。本實用新型所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行的描 述，並非對本實用新型構思和範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的 前題下，本領域中工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變型和改 進，均應落入本實用新型的保護範圍，本實用新型請求保護的技術內容，已經 全部記載在權利要求書中。
權利要求1、一種感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於系統包括編碼電纜、感應天線、位置信號發生器、位置檢測器、感應無線數據通信裝置，其中1)所述的編碼電纜安裝在移動機車軌道旁，電纜內設有位置檢測傳輸線、數據通信傳輸線，位置檢測傳輸線設有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線，數據通信傳輸線設有L傳輸對線；2)所述的感應天線為一組感應線圈，安裝在移動機車上的天線箱內，分為位置檢測感應天線和數據通信感應天線，其中數據通信感應天線包括接收線圈和發送線圈；3)所述的位置信號發生器安裝在中央控制室地面局內，在位置信號發生器中由振蕩源產生載波信號，由CPU中央處理單元通過模擬開關和光電耦合控制功率放大器，按照一定的順序分時向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發送載波信號；4)所述的位置檢測器安裝在移動機車上的機上局內，由接收線圈AN0、AN1接收的信號分別經整流進行求和，再連接2f帶通濾波器得到2f載波信號，2f載波經過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD接至CPU，2f載波經過整形、鎖相分頻後，在DCD到來時，儲存當前的1f載波，由於位置信號發生器最先對R0傳輸對線發送載波信號，所以儲存下來的是基準相位信號；儲存的基準相位信號與1f載波進行相位比較，就得到了一般位置；1f載波經整流、濾波後送A/D轉換，CPU得到G0傳輸對線發送載波信號時接收線圈0接收信號的幅度A，G0和G0』傳輸對線發送載波信號時接收線圈0接收信號的幅度A，G0』進行運算，就得到精密位置，經中央處理單元運算得到綜合位置，通過並行接口或者串行接口輸出，並顯示所檢測的位置數據；5)所述的感應天線數據通信裝置分為地面局電路和機上局電路，由調製和解調組成，其中地面局電路中，由中央控制室主控計算機將需要發送的數據基帶信號送到485接口，經FSK調製後，一路移相90°，分別送到兩路功率放大，通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數據通信傳輸對線L0、L1進行發送；這個信號由數據通信接收線圈感應耦合後，接至機上局；機上局發送的信息由數據通信發送線圈發出，編碼電纜中通信傳輸對線L0、L1感應耦合後通過輸入輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進行放大後，一路移相90°後，與另一路求和，保證了接收信號任何時刻不為0，然後，經過帶通濾波器濾去雜波信號送FSK解調得到數據基帶信號經485接口接至主控計算機。
2、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 R傳輸對線為位置基準信號傳輸線，設計有2對R傳輸對線，RO、 Rl， RO傳輸 對線在編碼電纜中不交叉，Rl傳輸對線在編碼電纜中亦不交叉，但在埠交叉。
3、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 S傳輸對線為段位置信號傳輸線，設有j對s傳輸對線，分為SO、 Sl、…Sj-l， j等於實際應用中編碼電纜的段數，任何S傳輸對線在編碼電纜中不交叉，但在 段之間連接時，按照格雷碼的規則交叉。
4、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 G傳輸對線為位置信號傳輸線，設計有n+l根G傳輸對線，分為GO、 Gl、 G2…… Gn-l和GO， ， GO、 Gl、 G2……Gn-1傳輸對線按照格雷碼規律交叉，其中Gi相 距2(i+l)r交叉一次；GO'相距2r交叉，但交叉處與GO錯開r。
5、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 L傳輸對線為數據通信傳輸線，設計有2對L傳輸對線L0、 Ll，每隔w交叉一 次，L0與Ll的交叉處錯開0. 5w; w〉r， w#kr (k=l， 2，…)，uw=vr (u、 v為 正整數)。
6、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的位置檢測感應天線由2個線圈構成，線圈1與線圈2結構完全一致，其寬度與 編碼電纜中GO傳輸線交叉間距相等，線圈l與線圈2相距r，採取交叉繞制，有i、 n、 ni三個部分，且i、 in的面積和等於ii的面積，達到抗幹擾的目的。
7、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 數據通信感應天線中的接收線圈由接收線圈I部和接收線圈II部構成，募中接收線圈i部和接收線圈n部的長度與編碼電纜中L傳輸線交叉間距相等。
8、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述的 數據通信感應天線中的發送線圈分為2種結構1) 發送線圈不交叉繞制形式，由位置檢測感應天線箱和數據通信感應天線 箱組成，其中數據通信感應天線的發送線圈和接收線圈做在一個天線箱內；2) 發送線圈交叉繞制形式，交叉繞制形式的發送線圈結構與接收線圈結構 完全相同，由接收天線箱和發送天線箱組成，其中接收天線箱內包括位置接收 線圈和數據通信接收線圈，發送天線箱內設一個交叉繞制的數據通信發送線圈。
9、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述位 置信號發生器採用模擬門控制，在向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發送載波 信號時精確地在過零點交替；用光電耦合控制功率放大器件的啟動與停止，減 少功耗。
10、 根據權利要求1所述的感應無線位置車上檢測系統，其特徵在於所述 位置檢測器採用相當於二進位絕對相移鍵控2PSK解調的方法得到一般位置；採 用同一接收線圈檢測G0傳輸對線發送載波信號時的接收信號的幅度A，G0和G0' 傳輸對線發送載波信號時的接收信號的幅度A， GO'進行運算，得到精密位置。
專利摘要本實用新型涉及感應無線技術，特別指感應無線位置車上檢測系統。本實用新型是採用獨特的設計思想實現一種性能穩定可靠的有別於感應無線位置地面檢測系統的感應無線位置車上檢測系統，系統包括安裝在移動機車的軌道旁邊的編碼電纜、安裝在機車上感應天線、安裝在中央控制室地面局內的位置信號發生器、安裝在機車上機上局內的車上位置檢測器以及與感應無線位置車上檢測相適應的感應無線數據通信裝置。本實用新型感應無線位置車上檢測系統，經過檢測已經達到2mm的檢測解析度，系統已經在實際中應用，為感應無線技術的應用解決一個重大問題。
文檔編號G08C17/02GK201029049SQ200720062579
公開日2008年2月27日 申請日期2007年2月14日 優先權日2007年2月14日
發明者周曉輝, 新 陳, 進 陳, 陳勇波 申請人:陳 進;陳 新;陳勇波;周曉輝