一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置的製作方法

2023-05-10 14:31:01

專利名稱：一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測移動物體與其軌道間距離的裝置，尤其涉及一種用於 磁浮車與其軌道間距離的檢測裝置。
技術背景移動物體與軌道間距離的檢測方法一般有下述兩種第一種是在軌道上沿 途敷設一定形狀的電信號發射器，車上安裝接收器，接收器接收到的電信號與 距離成反比衰減趨勢，由此可檢測出當懸浮移動物體與軌道間的距離；第二種 方法是移動物體接收器根據軌道發送器發送來的脈衝信號或M序列信號的相位 偏移(延遲分量)來4企測距離。這兩種方法的缺點是由於要在地面安裝信號發射器，當軌道很長時，費 用昂貴；且信號發射器是有源的，發生故障時不便於維護。另外，這兩種方法 設計的檢測裝置應用於軌道磁阻或電阻具有周期性變化的情況時，會引起測量 信號的周期性變化，從而影響距離檢測的準確性。如軌道交通中使用的磁浮軌 道，其磁阻的變化即呈周期性變化，從而這兩種方法都不適用於磁浮車與軌道 間距離的4企測。 發明內容本發明的目的是要提供一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置，該 種裝置適用於檢測移動物體與其磁阻或電阻具有周期性變化的軌道間的距離， 檢測時不受軌道磁阻或電阻周期性變化的影響，檢測精度高；並且其所需安裝 的器件少，成本低，便於維護。本發明所採用的技術方案是 一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝 置，包括高頻信號源的信號進入傳感器，由信號處理電路對傳感器感應的信號 進行處理，其結構特點是高頻信號源、傳感器及信號處理電路均安裝在移動 物體上，其中傳感器檢測頭由感應繞組組成。感應繞組(A)由一根導線繞成的2個或2以上的偶數個縱向排列、大小相 同、匝數相等的感應線圈構成，且相鄰的感應線圈的繞向相反；感應繞組沿軌 道縱向方向的長度等於軌道磁阻或電阻周期變化的 一個周期的縱向間距的整數倍；
或者感應繞組為2組或2組以上，相鄰感應繞組在軌道的縱向上依次錯開 排列，相鄰繞組錯開的距離等於軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間 距的整^倍除以繞組數。
本發明的工作過程和原理是
測量時，信號發生器產生的高頻信號送到傳感器的感應繞組的感應線圈 中，在感應線圈中有相同頻率的高頻信號存在，由信號處理器接收感應線圈上 的產生的高頻電壓信號。該高頻電壓信號的幅值與線圈的電感量成正比，而感 應線圈的電感量又與其下方的軌道間的垂直距離(間隙)成反比，從而信號處 理電路通過接收到的高頻電壓信號的幅值可以測出移動物體與軌道間的間隙。 並且通過特定分布的2個或2個以上的感應線圈，或者2個或2個以上的繞組， 來消除軌道萬茲阻或電阻周期性變化對測量結果的影響。
與現有技術相比本發明的有益效果是
一、 由於線圈中高頻電壓的幅值輸出隨著軌道中磁阻或電阻的周期變化而 呈相同周期的正弦周期變化。本發明的一個繞組中特定分布2個或2個以上的 感應線圈，使得各感應線圈中的高頻感應電壓的幅值變化的相位差為一個或數 個360度相位的均分。如感應線圈為6個，其長度等於軌道磁阻或電阻周期 變化的一個周期的縱向間距(D)的2倍，則相鄰線圈間的相位差為120度。各 個線圈的電壓信號相加後，因磁阻或電阻周期變化帶來各線圏的正弦變化量相 互抵消，合為零；輸出到信號處理電路的電壓信號幅值是僅與軌道間隙有關的 信號幅值。本發明也可採用特定分布的2個或2個以上的繞組(即單個線圈或 多個線圈構成繞組)，同樣，使每個繞組的電壓幅值的輸出信號在信號處理電 路中相加時，也同樣使^磁阻或電阻周期變化帶來各繞組的正弦變化量相互抵 消。因此，本發明的檢測裝置適用於移動物體與其磁阻或電阻周期變化的軌道 間距離的檢測，檢測時不受軌道磁阻或電阻周期性變化的影響，檢測精度高。
二、 由於高頻信號源、傳感器及信號處理電路均安裝在移動物體上，隨移 動物體同時移動，軌道上不安裝任何器件，較之現有的在軌道上沿途安裝器件
的方法，本發明所需安裝的器件大大減少，成本低，維護極其方便。
三、 由於本發明的裝置利用的是電磁信號，故對工作環境的要求較低，雨 雪塵土都不會影響其工作。 上述的2個或2個以上的相同感應線圏構成的感應繞組內，相鄰的感應線 圈的繞向相反。這樣使得線圏之間的互感最大，在整個感應繞組上的輸出電壓 幅值最大，提高了本發明裝置的檢測靈敏度；同時，外界的幹擾磁場在繞組相 鄰線圈會產生空間方向相同的感應電流，而相鄰線圏的繞向相反，使得其對繞 組的最終輸出電流的影響相互抵消。從而進一步提高了本發明的檢測準確度和 精度。下面結合附圖和具體實施方式
對發明作進一步的詳細說明。


圖l是本發明實施例一的電路原理圖。圖2是本發明實施例一的感應繞組與軌道的空間位置關係示意圖。圖中各 感應繞組在垂直方向上是重疊的，即位於同水平面；但為了便於觀察，將各感 應繞組進4於了上、下平移。圖3是本發明實施例一的感應繞組中各感應線圈的繞向及其相互連接關係 的示意圖。圖4是本發明實施例一的感應繞組中各感應線圈的繞向及其另外一種相互 連接關係的示意圖。圖3、圖4中左邊感應線圈的右側部分與相鄰右邊感應線圈的左側部分 實際是重疊的，但為了觀察方便，將該重疊部分進行了左、右平移，使其相互 錯開。
具體實施方式
實施例一圖1~4示出，本發明的一種具體實施方式
為 一種用於檢測移動物體與其 軌道間距離的裝置，包括高頻信號源的信號進入傳感器，由信號處理電路對傳 感器感應的信號進行處理。高頻信號源S、傳感器及信號處理電路PS均安裝在 移動物體上，其中傳感器由感應繞組組成每組感應繞組A由一根導線繞成的4個縱向排列、大小相同的感應線圈L 構成，且相鄰的感應線圖的繞向相反，四個感應線圈分別標記為L" L2、 L3 、 L4。感應繞組沿縱向的長度等於軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間 距D的2倍。本例的感應繞組A為3組分別標為Ab A2、 A3,相鄰感應繞組A在軌道的
縱向位置上依次錯開排列，相鄰繞組A錯開的距離d等於軌道^F茲阻周期變化的 一個周期的縱向間距D的1倍除以3 (即繞組數)。
3個繞組A在垂向位置本身是重合的，也即位於同一水平面。圖2中將3 個繞組進行了上下平移、錯開排列，以為方便觀看。
圖3、 4示出了感應繞組A四個線圈L的兩種連接關係，但4個感應線圈L 均是由一根導線繞成，並沿縱向排列，且其中相鄰的感應線圈L的繞向相反。
繞組Ai (/=1 3)的輸出電壓信號幅值 ,.為各個線圈上的電壓幅值
之和，即可用等效的數學表達式表達如下
4
=+ + + ^ =》力. (/=1 3 j=1 4) (i)
為Ai繞組的第j個線圈Lj的電壓輸出。
感應繞組的縱向長度與軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間距
(D)的2倍相同，則同一感應繞組相鄰線圈的相位差為7T時，感應繞組中的
每個線圈的電壓幅值為
=五;,{1—Afy7sinP;r5+(/—l>r+0'_l)'"y]}( /=1 4， /=1~3 ) ( 2 )
式中，x為線圈所在位置，D為相鄰兩個高(低)磁阻或電阻區間的寬度， M,是Ai繞組的第)個線圈Lj受磁阻或電阻變化引起的信號變化幅值，￡力是該 線圏在正常情況下某一測量距離對應的感應交流信號幅值。
由於每個線圏L的構成完全相同，其放置的方式也相同，因此在忽略誤差 與幹擾的情況下，認為每個線圈的參數相同，即M力和五力(/=1 4,)均相同， ^殳其為M和五。
這樣，將(2)式代入(1)式，其中幅值隨位置變化的部分將被消去，而
留下與位置無關的部分，即繞組Ai的輸出電壓幅值為
^二 +& .=4五 (/=1 3 ) (3)
顯然繞組中線圈越多，則總的輸出電壓e的值受到的誤差和幹擾越小，檢
測到的距離值就越準確。
當高頻信號源向所有繞組提供相同頻率和相同大小的高頻信號，三個繞組
A的電壓幅值輸出在信號處理電路中得到疊加，得到總電壓幅值e為三個繞組
A" A2、 A3上的電壓幅值之和，即
formula see original document page 7(4)
從(4)式可以看出，多線圏多繞組結構的輸出e只與移動物體和軌道間 距離大小有關，而與檢測裝置所在的位置無關，即與軌道磁阻或電阻的周期變 化無關，這樣即可消除》茲阻或電阻變化對感應線圈中的輸出電壓的影響。而同 時三個繞組A的疊加，可以避免和降低單個繞組所產生的隨機誤差、幹擾對測 量結果的影響如繞組中線圈的邊緣效應及繞組與軌道間距離不一致所帶來的 誤差。並且，多繞組A具有冗餘性， 一旦某些繞組或信息通道出現故障，整個 裝置仍能繼續使用，只是檢測準確性降低。
實施例二
本例與實施例一基本相同，所不同的僅僅是感應繞組A減少為一組。 實施例三
本例與實施例一基本相同，所不同的僅僅是感應繞組A為二組，每組的 感應線圈C為一個。兩組繞組沿軌道縱向方向上錯開間距為軌道》茲阻或電阻長 度周期的一半。檢測時的任意時刻，兩個繞組上因軌道》茲阻或電阻周期變化所 產生的高頻電壓幅值的變化量大小相同而方向相反。
本發明可用於各種磁阻或電阻呈周期性變化的物體與其上部的移動物體 間距離的檢測，如可用於磁懸浮車與磁懸浮軌道間的間隙的檢測，以利於保證 磁懸浮車的穩定懸浮及高速、安全運行。
權利要求
1、一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置，包括高頻信號源的信號進入傳感器，由信號處理電路對傳感器感應的信號進行處理，其特徵在於所述的高頻信號源(S)、傳感器、信號處理電路(PS)均安裝在移動物體上，其中傳感器由感應繞組(A)組成感應繞組(A)由一根導線繞成的2個或2以上的偶數個縱向排列、大小相同、匝數相等的感應線圈(L)構成，且相鄰的感應線圈的繞向相反；感應繞組(A)沿軌道縱向方向的長度等於軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間距(D)的整數倍；或者感應繞組(A)為2組或2組以上，相鄰感應繞組(A)在軌道的縱向上依次錯開排列，相鄰繞組(A)錯開的距離(d)等於軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間距(D)的整數倍除以繞組數。
2、 根據權利要求1所述的一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置， 其特徵在於所述的2個或2個以上的相同感應線圈(L)構成的感應繞組(A)內， 相鄰的感應線圈(L)的繞向相反。
全文摘要
本發明公開了一種用於檢測移動物體與其軌道間距離的裝置，其高頻信號源、傳感器及信號處理電路均安裝在移動物體上，其中傳感器由感應繞組組成，該感應繞組沿軌道的縱向長度與軌道磁阻或電阻周期變化的一個周期的縱向間距相等或為其整數倍。該裝置適用於磁浮車與軌道間距離的檢測，不受其軌道磁阻變化的影響，檢測精度高；該裝置的所有器件均安裝在移動物體上，數量少，成本低，便於維護。
文檔編號G01D5/12GK101113886SQ20071004984
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月24日 優先權日2007年8月24日
發明者劉國清, 張崑崙, 熹 李, 瀅 王, 莉 王, 董金文, 郭小舟, 郭育華, 靖永志 申請人:西南交通大學