專利名稱：磁浮車用測(cè)速定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種速度與位置自動(dòng)檢測(cè)的裝置，尤其是一種磁浮車用定位裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的磁浮車用定位裝置主要采用回線或泄漏同軸電纜的方法。它是利用地面敷設(shè)的回線或泄漏同軸電纜通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向(或幅值)的變化，在運(yùn)行的車載接收線圈中感生電脈沖，經(jīng)過信號(hào)的處理來實(shí)現(xiàn)磁浮車的精確定位。
在西南交通大學(xué)研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)磁浮車中還采用了一種基于計(jì)數(shù)軌枕的測(cè)速定位方法。它通過測(cè)量磁浮車通過已知距離的軌枕的時(shí)間來求出磁浮車的當(dāng)前速度，通過計(jì)數(shù)通過的軌枕數(shù)來實(shí)現(xiàn)列車定位。
現(xiàn)有技術(shù)除用于磁浮車外，也用于其他需要采用無接觸測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)速定位的系統(tǒng)。目前有產(chǎn)品出售，其主要不足是需要在地面敷設(shè)交叉感應(yīng)回線或泄漏同軸電纜，并要在地面安裝信號(hào)源。這不適合長(zhǎng)距離的磁浮車的定位的要求。而計(jì)數(shù)軌枕的測(cè)速定位方法誤差過大，不能滿足磁浮車控制的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前磁浮車的測(cè)速定位方法所涉及的測(cè)速定位裝置要在地面敷設(shè)交叉感應(yīng)回線或泄漏同軸電纜，并要在地面安裝信號(hào)源，對(duì)于長(zhǎng)距離的軌道線路費(fèi)用昂貴而且精度和可靠性不高，而計(jì)數(shù)軌枕的測(cè)速定位方法誤差過大，不能滿足磁浮車精確測(cè)速定位的要求，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的利用光電脈沖計(jì)數(shù)并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理來進(jìn)行磁浮車測(cè)速定位的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明目的的一種磁浮車用測(cè)速定位裝置包括一個(gè)以上安裝在車上的光發(fā)射器；裝在車上的與光發(fā)射器位置相對(duì)應(yīng)的光接收器，該光接收器受光照射后產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；安裝在軌道側(cè)的不透明標(biāo)志板，該標(biāo)志板上設(shè)有一定規(guī)則排列的標(biāo)志孔，標(biāo)志板的位置處于光發(fā)射器和光接收器之間；安裝在車上與光接收器相連的信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路計(jì)算脈沖之間時(shí)間并可按照預(yù)先設(shè)定的公式對(duì)光接收器產(chǎn)生的電脈沖進(jìn)行處理，求出速度位置數(shù)據(jù)。
較目前磁浮車的測(cè)速定位裝置，本發(fā)明的磁浮車測(cè)速定位裝置的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除位置標(biāo)志板安放在車下軌道上外，其余全部安放在車上，因而提高了可靠性降低了成本。本發(fā)明的磁浮車測(cè)速定位裝置采用光電技術(shù)使其具有較高的測(cè)量精度。


圖1是本發(fā)明的測(cè)速定位裝置在磁浮車上的安裝示意圖。
圖2是本發(fā)明測(cè)速定位原理的示意圖。
圖3是本發(fā)明的測(cè)速定位裝置中的標(biāo)志板的示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D1，這是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明目的的磁浮車用測(cè)速定位裝置實(shí)施例。懸浮車體4下方載有懸浮電磁鐵1，一組光發(fā)射器6安裝在車體4上；與光發(fā)射器6位置相對(duì)應(yīng)的光接收器8也裝在車體4上，這組光發(fā)射器6和對(duì)應(yīng)的光接收器8組成探頭7；不透明標(biāo)志板5安裝在長(zhǎng)定子2上軌道3側(cè)，該標(biāo)志板5上設(shè)有一定規(guī)則排列的標(biāo)志孔9，標(biāo)志板5的位置處于光發(fā)射器6和光接收器8之間；安裝在車上與光接收器8相連的信號(hào)處理電路(未在圖中示出)。
參照?qǐng)D2，在列車運(yùn)行時(shí)，當(dāng)發(fā)射的光脈沖被標(biāo)志板5無孔部位阻擋時(shí)，在光接收器8上收到的信號(hào)為零；當(dāng)發(fā)射的光脈沖透過標(biāo)志板上的孔9而照射在光接收器8上時(shí)，光接收器8上產(chǎn)生電脈沖。通過處理、計(jì)數(shù)電脈沖，從而可以實(shí)現(xiàn)磁浮車的定位與測(cè)速，這就是本發(fā)明的懸浮車用測(cè)速定位裝置的工作原理。
設(shè)標(biāo)志板5上等間距的兩相鄰位置標(biāo)志孔9的中心距為S，它是已知量；探頭7走過S這段距離所需的時(shí)間是T(在本實(shí)施例中這個(gè)需要檢測(cè)的量由信號(hào)處理電路測(cè)出)，則磁浮車的速度VV＝S/T磁浮車的運(yùn)行距離DD＝SN式中N為標(biāo)志板上等間距位置標(biāo)志孔9的計(jì)數(shù)值。
采用穿透性強(qiáng)的光源，如本實(shí)施例中的激光，并且發(fā)送與接收相距不遠(yuǎn)，再加上標(biāo)志板5的特殊安裝方式，雨雪塵土不會(huì)影響檢測(cè)電路的正常工作。為消除測(cè)量帶來的累計(jì)誤差，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用了絕對(duì)位置定位與相對(duì)位置定位相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)高精度的定位。即每隔一個(gè)固定的已知距離便在標(biāo)志板上5設(shè)立一串標(biāo)示絕對(duì)距離值的編碼孔9。讀取該編碼信息就可以消除相對(duì)位置標(biāo)志孔91計(jì)數(shù)帶來的誤差，實(shí)現(xiàn)精確定位。
位置標(biāo)志板5的結(jié)構(gòu)如圖3，它是安放在軌道3邊固定不動(dòng)的不透明薄片。對(duì)材料無特殊要求。標(biāo)志板5的上一排為絕對(duì)位置標(biāo)志孔92，只是在線路的一定位置(如每隔200m)才開一段孔；標(biāo)志板的下一排為相對(duì)位置標(biāo)志孔91，在整個(gè)線路上等距離開孔。通過檢測(cè)列車通過相對(duì)位置標(biāo)志孔91間距的時(shí)間以及對(duì)孔的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可得到列車的相對(duì)位置與速度；而絕對(duì)定位是依靠絕對(duì)位置標(biāo)志孔92間距的變化，并用相對(duì)位置標(biāo)志孔91的孔間距作為參考來進(jìn)行編碼和解碼的。當(dāng)然在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中也可以只采用一排相對(duì)位置標(biāo)志孔91或只采用一排絕對(duì)位置標(biāo)志孔92，還可以采用多排絕對(duì)/相對(duì)位置標(biāo)志孔，也可以采用多排絕對(duì)/相對(duì)位置標(biāo)志孔排在一起。
信號(hào)處理電路計(jì)算脈沖之間時(shí)間并可按照預(yù)先設(shè)定的公式對(duì)光接收器產(chǎn)生的電脈沖進(jìn)行處理，求出速度位置數(shù)據(jù)。對(duì)于本實(shí)施例而言，預(yù)設(shè)的公式就是前面提到的那兩個(gè)公式。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員還可以根據(jù)本發(fā)明的思想采用不同的孔編碼方式以及與之相對(duì)應(yīng)的不同的數(shù)據(jù)處理公式來達(dá)到位置和速度信息讀取和處理的目的，這并不超出本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容。在本實(shí)施例中脈沖之間的時(shí)間量由信號(hào)處理電路測(cè)出，但是這個(gè)量也可以由光接收器8給出，或由其他電路或計(jì)時(shí)手段提供給信號(hào)處理電路，這樣的簡(jiǎn)單功能模塊變化是易于思及的，顯然仍在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
在本實(shí)施例中，光發(fā)射器6是一個(gè)激光二極管，它發(fā)出一束激光。光接收器8是一個(gè)光敏電阻。當(dāng)光發(fā)射器6掠過標(biāo)志板5時(shí)，由于孔與板對(duì)光的阻擋與穿透的不同，從而在光接收器8中產(chǎn)生與孔對(duì)應(yīng)的電脈沖。當(dāng)然在本發(fā)明的其他一些實(shí)施例中還可以選用其他光源來作為光發(fā)射器6的光源。
本發(fā)明中相對(duì)位置標(biāo)志孔91是一系列距離一致的等距條形孔，它可以是一排，也可以是多排，后者要求相差一個(gè)固定的相位以提高測(cè)量的精度。本實(shí)施例采用條形孔可以提高測(cè)量的精度，采用其他形狀的孔亦不超出本發(fā)明的發(fā)明范圍。
該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)磁浮車的精確測(cè)速與定位。本實(shí)施例中絕對(duì)位置標(biāo)志孔92采用二進(jìn)制編碼，其表示的距離可以由增加標(biāo)志板上的二進(jìn)制位數(shù)來增大，定位精度與采用的相對(duì)位置標(biāo)志孔91的相數(shù)(或間距)、探頭7的數(shù)目與位置有關(guān)。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員也可以采用二進(jìn)制編碼以外的編碼方式來實(shí)施本專利，這并不超出本發(fā)明的保護(hù)范圍。
該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于磁浮列車的測(cè)速與定位，也可用于其他需要采用無接觸測(cè)速與定位的場(chǎng)合，特別適合于磁浮車、地下鐵路、平移的傳送系統(tǒng)等場(chǎng)合。
該發(fā)明已經(jīng)在西南交通大學(xué)研制的磁浮車上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。它由傳感探頭7(車載讀碼器)、線路上位置標(biāo)志板5與信號(hào)處理電路構(gòu)成。其中，除位置標(biāo)志板5安放在車下軌道3上外，其余全部安放在車上。列車運(yùn)行時(shí)，探頭7(車載解碼器)拾取位置標(biāo)志板5上的位置信息。由相對(duì)位置信號(hào)求出列車的當(dāng)前速度；由相對(duì)位置信號(hào)與絕對(duì)位置信息確定列車的當(dāng)前位置。
經(jīng)計(jì)算，位置標(biāo)志板讀碼器能夠在實(shí)驗(yàn)速度不低于50m/h的速度下正確讀出標(biāo)志板5上的編碼信息。最高測(cè)量速度不低于500m/h。定位誤差在連續(xù)布置時(shí)不大于一個(gè)相對(duì)定位孔距(二個(gè)探頭、錯(cuò)開90度)。測(cè)速精度連續(xù)布置時(shí)(低速用測(cè)周法、高速用測(cè)頻法)距離誤差不大于兩個(gè)相對(duì)定位孔距；不連續(xù)布置時(shí)采用測(cè)周法(高速時(shí)分頻)誤差為2個(gè)高頻載波的周期。
采用上述思路，通過標(biāo)志板5上排列不同的編碼孔9并安裝對(duì)應(yīng)的傳感器7可以實(shí)現(xiàn)更多的信息的獲取，提高測(cè)速與定位精度，也可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的自動(dòng)控制。
權(quán)利要求
1.一種磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于它包括一個(gè)以上安裝在車上的光發(fā)射器(6)；裝在車上的與光發(fā)射器(6)位置相對(duì)應(yīng)的光接收器(8)，該光接收器(8)受光照射后產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；安裝在軌道(3)側(cè)的不透明標(biāo)志板(5)，該標(biāo)志板(5)上設(shè)有一定規(guī)則排列的標(biāo)志孔(9)，標(biāo)志板(5)的位置處于光發(fā)射器(6)和光接收器(8)之間；安裝在車上與光接收器(8)相連的信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路計(jì)算脈沖之間時(shí)間并可按照預(yù)先設(shè)定的公式對(duì)光接收器(8)產(chǎn)生的電脈沖進(jìn)行處理，求出速度位置數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的光發(fā)射器(6)是一個(gè)激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的光接收器(8)是一個(gè)光敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的標(biāo)志板(5)上的標(biāo)志孔(9)是一排等距的相對(duì)位置標(biāo)志孔(91)，相對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路預(yù)設(shè)公式為車速等于孔間距除以光發(fā)射器(6)或光接收器(8)走過標(biāo)志孔(9)間距所需時(shí)間，磁浮車運(yùn)行距離等于孔間距與孔數(shù)之積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的標(biāo)志板(5)上的標(biāo)志孔(9)是一排表示絕對(duì)位置編碼的絕對(duì)位置標(biāo)志孔(92)，相對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路為一個(gè)讀碼裝置，車速等于讀得的運(yùn)行距離除以時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的絕對(duì)位置標(biāo)志孔(92)的絕對(duì)位置編碼是二進(jìn)制編碼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮車用測(cè)速定位裝置，其特征在于所述的標(biāo)志板上(5)的標(biāo)志孔(9)可以是多排，多排標(biāo)志孔(9)可以既有絕對(duì)位置標(biāo)志孔(92)排又有相對(duì)位置標(biāo)志孔(91)排。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁浮車用測(cè)速定位裝置，包括一個(gè)以上安裝在車上的光發(fā)射器(6)；安裝在車上的與光發(fā)射器(6)位置相對(duì)應(yīng)的光接收器(8)，該光接收器(8)受光照射后產(chǎn)生電脈沖信號(hào)；安裝在軌道(3)側(cè)的不透明標(biāo)志板(5)，該標(biāo)志板(5)上設(shè)有一定規(guī)則排列的標(biāo)志孔(9)，標(biāo)志板(5)的位置處于光發(fā)射器(6)和光接收器(8)之間；安裝在車上與光接收器(8)相連的信號(hào)處理電路，該信號(hào)處理電路計(jì)算脈沖之間時(shí)間并可按照預(yù)先設(shè)定的公式對(duì)光接收器(8)產(chǎn)生的電脈沖進(jìn)行處理，求出速度位置數(shù)據(jù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，除位置標(biāo)志板安放在車下軌道上外，其余全部安放在車上，因而提高了可靠性降低了成本，并且具有較高的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)B60L13/04GK1583457SQ20041002465
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者郭小舟, 王瀅, 張昆侖 申請(qǐng)人:上海磁浮交通工程技術(shù)研究中心