一種對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對(duì)中傳感裝置及位移檢測(cè)方法，對(duì)中傳感裝置，包括：依次相連的傳感器、驅(qū)動(dòng)單元、信號(hào)處理單元和處理器。傳感器包括分別位于其兩側(cè)和中部的共三組電磁感應(yīng)探頭。在進(jìn)行對(duì)中傳感時(shí)，傳感器設(shè)置于鋼軌的上方，對(duì)位于傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭的線圈通以交變電流，交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在鋼軌的表面產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈，并在線圈的兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，通過對(duì)感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將傳感器的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。本發(fā)明對(duì)中傳感裝置及位移檢測(cè)方法能夠準(zhǔn)確地測(cè)量傳感器的機(jī)械位移，并適用于高速條件下的位移測(cè)量，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，易于使用和維護(hù)。
【專利說明】一種對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種廣泛應(yīng)用于鐵路工程車輛，特別是超聲波鋼軌探傷車的對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在鋼軌高速超聲波探傷過程中，行駛路況的變化通常引起車體晃動(dòng)、蛇行運(yùn)動(dòng)和垂向振動(dòng)，使安裝于鋼軌探傷車上的探路相對(duì)于檢測(cè)的鋼軌發(fā)生機(jī)械位移，不能實(shí)現(xiàn)良好的對(duì)中，從而直接影響到鋼軌探傷作業(yè)過程的精確度和高速條件下的實(shí)時(shí)性能。因此，保證超聲波探輪在復(fù)雜的路狀條件下保持良好的對(duì)中，消除各種車體震動(dòng)的影響，保證高速行駛條件下的鋼軌探傷作業(yè)效果是一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。
[0003]而對(duì)中傳感裝置就是解決這個(gè)技術(shù)問題的核心，作為一套自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，對(duì)中傳感裝置同時(shí)也是一套閉環(huán)反饋系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，與本發(fā)明相近似的方案主要有激光傳感器方式，它利用激光測(cè)距原理，采用激光測(cè)距進(jìn)行光學(xué)對(duì)中。圖像傳感器方式，采用圖像處理方式進(jìn)行對(duì)中。差動(dòng)式傳感器方式，采用差動(dòng)變壓器感應(yīng)磁路變化實(shí)現(xiàn)對(duì)中。
[0004](I)激光測(cè)距方式通過利用車體上某一點(diǎn)到鋼軌的固定距離來確定對(duì)中位置，所以在鋼軌探傷車的車底需安裝激光測(cè)距傳感器。在進(jìn)行對(duì)中操作時(shí)，激光打到鋼軌內(nèi)側(cè)的邊緣，利用激光方式實(shí)現(xiàn)的前提條件是激光發(fā)射后要被良好接收，所以表面光滑或者貼專用反射紙是最好的選擇。但是，該方式的缺點(diǎn)是，由于鋼軌長(zhǎng)時(shí)間裸露在空氣潮濕環(huán)境中，生銹、灰塵、泥土、雜物都將嚴(yán)重影響激光的反射與接收，從而直接影響對(duì)中檢測(cè)的性能，且貼反射紙?jiān)趧?dòng)輒數(shù)公里長(zhǎng)的鐵路線上是不可行的。
[0005](2)圖像傳感方式通過利用相機(jī)獲取鋼軌表面的光學(xué)圖像，然后經(jīng)過圖像處理分析得出鋼軌表面的幾何中心來得出鋼軌的中心位置。但是，該方式的缺陷是，由于對(duì)中傳感裝紙懸掛于鋼軌探傷車的車體下部，振動(dòng)對(duì)相機(jī)來說是一個(gè)非常致命的問題。此外，超聲波檢測(cè)需要噴水，加之高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致相機(jī)鏡頭沾水從而使相機(jī)模糊。同時(shí)，鋼軌探傷車的使用環(huán)境惡劣，風(fēng)沙、雨雪和嚴(yán)寒都會(huì)嚴(yán)重影響相機(jī)的性能和壽命。
[0006](3)差動(dòng)傳感(LVDT, Linear Variable Differential Transformer,線性可變差動(dòng)變壓器的縮寫)方式通過利用差動(dòng)變壓器原理測(cè)量對(duì)中偏差。這種檢測(cè)方式將鋼軌看作是差動(dòng)變壓器的可動(dòng)鐵芯。當(dāng)在差動(dòng)變壓器的原邊線圈上通以交流勵(lì)磁電流時(shí)，兩個(gè)次邊線圈就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如果變壓器的兩個(gè)次邊線圈位置是對(duì)稱的，而且兩個(gè)次邊線圈的匝數(shù)是相同的，當(dāng)變壓器對(duì)準(zhǔn)鋼軌時(shí)，兩個(gè)次邊線圈的感應(yīng)電壓相等，如果線圈偏向鋼軌中線，則通過檢測(cè)差動(dòng)變壓器側(cè)邊的電壓差則可得到差動(dòng)變壓器的橫向偏離程度。這種方式的缺陷是，差動(dòng)變壓器的線性傳感范圍較窄，必須通過增加傳感器的橫向長(zhǎng)度增大傳感器的線性范圍，但是傳感器過長(zhǎng)又會(huì)降低傳感器的抗干擾性能，因此限制了差動(dòng)變壓器式傳感的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量傳感器的機(jī)械位移，并適用于高速條件下的位移測(cè)量，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，易于使用和維護(hù)。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種對(duì)中傳感裝置的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，一種對(duì)中傳感裝置，包括:依次相連的傳感器、驅(qū)動(dòng)單元、信號(hào)處理單元和處理器，所述傳感器包括分別位于其兩側(cè)和中部的共三組電磁感應(yīng)探頭。在進(jìn)行對(duì)中傳感時(shí)，所述傳感器設(shè)置于鋼軌的上方，對(duì)位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭的線圈通以交變電流，所述交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)在所述鋼軌的表面產(chǎn)生渦流，所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈，并在所述中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，通過對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將所述傳感器的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。
[0009]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元包括第三放大環(huán)節(jié)、第四放大環(huán)節(jié)和第五放大環(huán)節(jié)，所述信號(hào)處理單元包括第一放大環(huán)節(jié)和振蕩器，由所述振蕩器產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)所述第一放大環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)后輸出至所述驅(qū)動(dòng)單元，所述正弦信號(hào)分別經(jīng)所述第三放大環(huán)節(jié)和所述第五放大環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)后，再分別輸出至位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭。所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)所述第四放大環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)后輸出至所述信號(hào)處理單元。
[0010]優(yōu)選的，所述信號(hào)處理單元還包括第六放大環(huán)節(jié)、第七放大環(huán)節(jié)和除法器，所述第四放大環(huán)節(jié)輸出的信號(hào)經(jīng)所述第六放大環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)后，與來自于所述第一放大環(huán)節(jié)并經(jīng)所述第七放大環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)后的正弦波激勵(lì)信號(hào)在所述除法器中進(jìn)行除法運(yùn)算，得到所述感應(yīng)信號(hào)與所述正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，所述處理器通過計(jì)算所述比率得到所述傳感器的機(jī)械位移。
[0011]優(yōu)選的，所述對(duì)中傳感裝置還包括信號(hào)調(diào)理單元，所述信號(hào)處理單元還包括濾波器和第二放大環(huán)節(jié)，所述除法器輸出的比率信號(hào)經(jīng)所述濾波器進(jìn)行濾波處理后，再輸出至所述第二放大環(huán)節(jié)進(jìn)行功率放大，并將功率放大后的信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)理單元。
[0012]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)單元還包括相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，所述相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)連接在所述第一放大環(huán)節(jié)與所述第七放大環(huán)節(jié)之間，所述相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)為來自于所述第一放大環(huán)節(jié)的正弦波激勵(lì)信號(hào)增加一個(gè)相位超前量或滯后量，比此來補(bǔ)償輸入至所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭的正弦波激勵(lì)信號(hào)對(duì)所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭輸出的感應(yīng)信號(hào)的相位偏移。
[0013]優(yōu)選的，所述對(duì)中傳感裝置還包括輸出接口和通訊接口，由所述信號(hào)處理單元的第二放大環(huán)節(jié)輸出的比率信號(hào)經(jīng)過所述信號(hào)調(diào)理單元進(jìn)行模擬信號(hào)調(diào)理后，經(jīng)所述輸出接口對(duì)外輸出模擬信號(hào)。所述處理器對(duì)所述比率信號(hào)進(jìn)行計(jì)算后，通過所述通訊接口，經(jīng)所述輸出接口對(duì)外輸出數(shù)字信號(hào)。
[0014]優(yōu)選的，所述對(duì)中傳感裝置還包括顯示單元，所述顯示單元與所述處理器相連，將所述處理器經(jīng)過計(jì)算處理后的所述傳感器的機(jī)械位移信號(hào)進(jìn)行數(shù)碼顯示。
[0015]本發(fā)明還另外具體提供了一種對(duì)中傳感裝置的位移檢測(cè)方法，對(duì)中傳感裝置的傳感器設(shè)置于鋼軌的上方，該方法包括以下步驟:
[0016]SlOO:對(duì)位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭線圈通以交變電流，所述交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)在所述鋼軌的表面產(chǎn)生渦流；[0017]SlOl:所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭線圈，并在所述中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)；
[0018]S102:通過對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將所述傳感器的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟SlOO進(jìn)一步包括:
[0020]由同一振蕩器產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后分兩路分別輸出至位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭的線圈，在所述電磁感應(yīng)探頭的兩端產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)作用于所述鋼軌，在所述鋼軌的表面產(chǎn)生渦流。
[0021]優(yōu)選的,所述步驟S102進(jìn)一步包括:
[0022]在所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭線圈的兩端產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后，與所述振蕩器產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算，得到所述感應(yīng)信號(hào)與所述正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，通過所述比率計(jì)算所述傳感器的機(jī)械位移。
[0023]通過實(shí)施上述本發(fā)明提供的對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法，具有如下技術(shù)效果:
[0024](I)本發(fā)明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式在激勵(lì)與調(diào)理電路方面相對(duì)簡(jiǎn)單和可靠；
[0025](2)本發(fā)明對(duì)中傳感裝置相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式體積更小、重量更輕，安裝方便；
[0026](3)本發(fā)明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式受鋼軌表面臟物、環(huán)境影響較?。?br> [0027](4)本發(fā)明裝置更容易工程化，激光式與圖像式在工程化方面難以實(shí)現(xiàn)，尤其是圖像式方式需要相機(jī)，相機(jī)在車體下易受風(fēng)、沙、水和振動(dòng)等方面的影響，嚴(yán)重限制了應(yīng)用環(huán)境，并降低了使用壽命；
[0028](5)本發(fā)明裝置采用數(shù)顯方式指示位置，一是無需輔助儀表便可實(shí)現(xiàn)位置的直觀顯示，二是方便了傳感裝置的安裝調(diào)試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】的外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】鎖緊部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0034]圖5是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】中驅(qū)動(dòng)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成框圖；
[0035]圖6是本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種【具體實(shí)施方式】中位移檢測(cè)過程的原理示意圖；
[0036]圖中:1-傳感器，2-驅(qū)動(dòng)單元，3-信號(hào)處理單元，4-處理器，5-輸出接口，6-顯示單元，7-信號(hào)調(diào)理單元，8-通訊接口，9-鋼軌，10-第一放大環(huán)節(jié)，11-振蕩器，12-電壓參考環(huán)節(jié)，13-第六放大環(huán)節(jié)，14-第七放大環(huán)節(jié)，15-除法器，16-濾波器，17-第二放大環(huán)節(jié)，18-第三放大環(huán)節(jié)，19-第四放大環(huán)節(jié)，20-第五放大環(huán)節(jié)，21-相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，100-裝置本體，101-電磁感應(yīng)探頭，102-盒體，103-安裝部，104-電路板，105-傳感器接口，106-數(shù)顯窗口，200-鎖緊機(jī)構(gòu)，201-鎖體，202-鎖舌，203-鎖塊，204-絲桿，300-掛載機(jī)構(gòu)，400-承載機(jī)構(gòu)，500-螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術(shù)名詞、簡(jiǎn)寫或縮寫記載如下:
[0038]RS485:即EIA-485，是隸屬于OSI模型物理層的電氣特性規(guī)定，為2線、半雙工、多點(diǎn)通信的標(biāo)準(zhǔn)；
[0039]MCU:Micro Control Unit,微控制單兀的簡(jiǎn)稱；
[0040]MIPS !Microprocessor without Interlocked Piped Stages,無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器的簡(jiǎn)稱；
[0041]CIP-51:即 C8051 單片機(jī)；
[0042]ADC:Analog Digital Converter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)稱；
[0043]A/D:Analog/Digital 的簡(jiǎn)稱；
[0044]RAM:Random Access Memory,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的簡(jiǎn)稱； [0045]UART !Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發(fā)傳輸器的簡(jiǎn)稱；
[0046]LED:Light Emitting Diode,發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱；
[0047]SMBus:System Management Bus,系統(tǒng)管理總線的簡(jiǎn)稱。
[0048]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049]如附圖1至附圖6所示，給出了本發(fā)明對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法的具體實(shí)施例，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0050]如附圖4所示，一種對(duì)中傳感裝置的具體實(shí)施例，包括:依次相連的傳感器1、驅(qū)動(dòng)單元2、信號(hào)處理單元3和處理器4。傳感器I包括分別位于其兩側(cè)和中部的共三組電磁感應(yīng)探頭101。在進(jìn)行對(duì)中傳感時(shí)，傳感器I設(shè)置于鋼軌9的上方，對(duì)位于傳感器I兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101的線圈通以交變電流，交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在所述鋼軌9的表面產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)作用于傳感器I中部的電磁感應(yīng)探頭101的線圈，并在中部的電磁感應(yīng)探頭101的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)。該感應(yīng)信號(hào)為一個(gè)與傳感器I的機(jī)械位移成正比的直流電壓信號(hào)。通過對(duì)該感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，能夠高精確地將傳感器I的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。本發(fā)明具體實(shí)施例描述的對(duì)中傳感裝置采用電磁感應(yīng)方式，在鋼軌上方采用三組電磁線圈，利用鋼軌9的金屬體對(duì)電磁場(chǎng)影響原理進(jìn)行測(cè)量。電磁感應(yīng)探頭101采用三組外部纏繞有線圈的硅鋼片。作為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施例，三組電磁感應(yīng)探頭101在裝置本體100的下部呈一條直列等間距設(shè)置，兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101以中部的電磁感應(yīng)探頭101為中心對(duì)稱地設(shè)置。
[0051]如附圖5所示，驅(qū)動(dòng)單元2進(jìn)一步包括第三放大環(huán)節(jié)18、第四放大環(huán)節(jié)19和第五放大環(huán)節(jié)20，信號(hào)處理單元3包括第一放大環(huán)節(jié)10和振蕩器11，由振蕩器11產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)第一放大環(huán)節(jié)10驅(qū)動(dòng)后輸出至驅(qū)動(dòng)單元2，正弦信號(hào)分別經(jīng)第三放大環(huán)節(jié)18和第五放大環(huán)節(jié)20驅(qū)動(dòng)后，再分別輸出至位于傳感器I兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101。渦流的磁場(chǎng)作用于傳感器I中部的電磁感應(yīng)探頭101產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)第四放大環(huán)節(jié)19驅(qū)動(dòng)后輸出至信號(hào)處理單元3。作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，振蕩器11進(jìn)一步包括一個(gè)多諧振蕩器和一個(gè)正弦波發(fā)生器，該多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)三角波，并驅(qū)動(dòng)正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值可以由電阻器和電容器進(jìn)行調(diào)整。振蕩器11的輸出頻率在20Hz?20kHz可調(diào)，輸出有效幅值在2V?24V可調(diào)，總諧波失真的典型值為50dB。
[0052]如附圖5所示，信號(hào)處理單元3還進(jìn)一步包括第六放大環(huán)節(jié)13、第七放大環(huán)節(jié)14和除法器15。第四放大環(huán)節(jié)19輸出的信號(hào)經(jīng)第六放大環(huán)節(jié)13驅(qū)動(dòng)后，與來自于第一放大環(huán)節(jié)10并經(jīng)第七放大環(huán)節(jié)14驅(qū)動(dòng)后的正弦波激勵(lì)信號(hào)在除法器15中進(jìn)行除法運(yùn)算，得到感應(yīng)信號(hào)與正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，處理器4通過計(jì)算比率得到傳感器I的機(jī)械位移。作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，除法器15的輸出為一個(gè)矩波信號(hào)。A通道為第六放大環(huán)節(jié)13的輸出信號(hào)，B通道為第七放大環(huán)節(jié)14的輸出信號(hào)，當(dāng)A/B等于I時(shí)，矩形波的占空比為100%。作為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施例，第一放大環(huán)節(jié)10、第三放大環(huán)節(jié)18、第四放大環(huán)節(jié)19和第五放大環(huán)節(jié)20可以采集雙極型輸出的運(yùn)算放大器芯片，以進(jìn)一步增大輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。
[0053]作為本發(fā)明一種較佳的具體實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)單元2還進(jìn)一步包括相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)21，相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)21連接在第一放大環(huán)節(jié)10與第七放大環(huán)節(jié)14之間，相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)21為來自于第一放大環(huán)節(jié)10的正弦波激勵(lì)信號(hào)增加一個(gè)相位超前量或滯后量，比此來補(bǔ)償輸入至傳感器I兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101的正弦波激勵(lì)信號(hào)對(duì)傳感器I中部的電磁感應(yīng)探頭101輸出的感應(yīng)信號(hào)的相位偏移。
[0054]作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，處理器4采用完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU芯片，具備25MIPS流水線結(jié)構(gòu)的CIP-51內(nèi)核，采用單周期指令、帶模擬多路開關(guān)、10位200ksps的25通道單端/差分ADC。芯片還具有高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器、16KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器、1280byte片內(nèi)RAM、四個(gè)通用的16位定時(shí)器，芯片本身自帶溫度傳感器，端口交叉開關(guān)編程為引腳多功能復(fù)用提供實(shí)用條件。同時(shí)，芯片內(nèi)建的增強(qiáng)型UART和SPI串行接口、硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus、片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器，這些資源可以實(shí)現(xiàn)傳感器I的電磁感應(yīng)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示、通訊、故障診斷，溫度保護(hù)等功能。
[0055]對(duì)中傳感裝置還進(jìn)一步包括信號(hào)調(diào)理單元7，信號(hào)處理單元3還包括濾波器16和第二放大環(huán)節(jié)17，除法器15輸出的比率信號(hào)經(jīng)濾波器16進(jìn)行濾波處理后，再輸出至第二放大環(huán)節(jié)17進(jìn)行功率放大，并將功率放大后的信號(hào)輸出至信號(hào)調(diào)理單元7。通過濾波器16和第二放大環(huán)節(jié)17，可以按比例地調(diào)整除法器15的輸出結(jié)果。信號(hào)調(diào)理單元7采用標(biāo)準(zhǔn)電壓電流調(diào)整模塊，實(shí)現(xiàn)O?5V電壓4?20mA電流的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出。信號(hào)調(diào)理單元7采用電流輸出，能夠提高電路的抗干擾能力。[0056]對(duì)中傳感裝置還包括輸出接口 5和通訊接口 8，由信號(hào)處理單元3的第二放大環(huán)節(jié)17輸出的比率信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理單元7進(jìn)行模擬信號(hào)調(diào)理后，經(jīng)輸出接口 5對(duì)外輸出模擬信號(hào)。處理器4對(duì)比率信號(hào)進(jìn)行計(jì)算后，通過通訊接口 8，經(jīng)輸出接口 5對(duì)外輸出數(shù)字信號(hào)。對(duì)中傳感裝置還包括顯示單元7，顯示單元7與處理器4相連，將處理器4經(jīng)過計(jì)算處理后的傳感器I的機(jī)械位移信號(hào)進(jìn)行數(shù)碼顯示。具體實(shí)施例中的對(duì)中傳感裝置采用4個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行顯示的方式，但是也可以采用8段LED或者液晶屏的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)中傳感裝置的位移信號(hào)的數(shù)字化顯示。作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，通訊接口 8進(jìn)一步采用RS485通訊接口。顯示單元7和通訊接口 8均受控于處理器4，處理器4內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過調(diào)理的電磁傳感電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后進(jìn)行數(shù)碼顯示，同時(shí)也通過RS485通訊接口對(duì)外輸出。輸出接口 5負(fù)責(zé)提供傳感器I的電源輸入，模擬信號(hào)、通訊信號(hào)的輸出。
[0057]一種對(duì)中傳感裝置位移檢測(cè)方法的具體實(shí)施例，對(duì)中傳感裝置的傳感器I設(shè)置于鋼軌9的上方，該方法包括以下步驟:
[0058]SlOO:對(duì)位于傳感器I兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101線圈通以交變電流，交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在鋼軌9的表面產(chǎn)生渦流；
[0059]SlOl:渦流的磁場(chǎng)作用于傳感器I中部的電磁感應(yīng)探頭101線圈，并在中部的電磁感應(yīng)探頭101的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)；
[0060]S102:通過對(duì)感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將傳感器I的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。
[0061]作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，步驟SlOO進(jìn)一步包括:
[0062]由同一振蕩器11產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后分兩路分別輸出至位于傳感器I兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭101的線圈，在電磁感應(yīng)探頭101的兩端產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)作用于鋼軌9，在鋼軌9的表面產(chǎn)生渦流。
[0063]作為本發(fā)明一種典型的具體實(shí)施例，步驟S102進(jìn)一步包括:
[0064]在傳感器I中部的電磁感應(yīng)探頭101線圈的兩端產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后，與振蕩器11產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算，得到感應(yīng)信號(hào)與正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，通過比率計(jì)算傳感器I的機(jī)械位移。
[0065]如附圖1所示，為本發(fā)明對(duì)中傳感裝置一種具體實(shí)施例的外形結(jié)構(gòu)示意圖，對(duì)中傳感裝置的裝置本體100包括:盒體102、安裝部103、電路板104和傳感器接口 105。電路板104設(shè)置在盒體102的內(nèi)部，傳感器接口 105設(shè)置在盒體102上，裝置本體100通過安裝部103設(shè)置在承載機(jī)構(gòu)400上。裝置本體100的下部設(shè)置有傳感器1，傳感器I進(jìn)一步包括三組電磁感應(yīng)探頭101。
[0066]如附圖2所示，鎖緊機(jī)構(gòu)200進(jìn)一步包括鎖體201、鎖舌202、鎖塊203和絲桿204。鎖舌202和鎖塊203均設(shè)置在鎖體201內(nèi)，絲桿204穿過鎖體201和鎖塊203，鎖塊203與鎖舌202的接觸面采用斜面結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)絲桿204帶動(dòng)鎖塊203推動(dòng)鎖舌202，實(shí)現(xiàn)鎖舌202對(duì)裝置本體100的安裝部103的鎖緊。
[0067]如附圖3所示，裝置本體100通過鎖緊機(jī)構(gòu)200設(shè)置在承載機(jī)構(gòu)400上，承載機(jī)構(gòu)400通過螺釘500設(shè)置在掛載機(jī)構(gòu)300上。承載機(jī)構(gòu)400與裝置本體100的安裝部103配合的部分采用燕尾槽結(jié)構(gòu)，安裝部103采用燕尾安裝體結(jié)構(gòu)，通過鎖緊機(jī)構(gòu)200將安裝部103鎖緊在承載機(jī)構(gòu)400的燕尾槽中。[0068]本發(fā)明對(duì)中傳感裝置采用獨(dú)特的燕尾安裝體結(jié)構(gòu)與鎖緊機(jī)構(gòu)配合鎖緊的方式，傳感器I的安裝調(diào)節(jié)非常方便，與目前國(guó)內(nèi)外同類型的傳感器相比，在安裝、調(diào)整和調(diào)試方面可節(jié)約80%左右的時(shí)間。尤其是對(duì)于對(duì)中傳感裝置的更換，以及在線檢測(cè)過程中需要調(diào)整傳感器I的位置時(shí)具有更大的優(yōu)越性。
[0069]如附圖6所示，在進(jìn)行對(duì)中傳感操作時(shí)，將本發(fā)明具體實(shí)施例中的傳感器I置于鋼軌9的上方時(shí)，能通過三組電磁感應(yīng)探頭101感知傳感器I的具體位置，并通過模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙重方式輸出告知上位機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)傳感器I能通過數(shù)顯窗口 106告知傳感器I的具體位置信息，操作人員可根據(jù)此信息進(jìn)行安裝、調(diào)試操作。在對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例描述的對(duì)中傳感裝置進(jìn)行調(diào)試時(shí)，通過不斷改變傳感器I的放置高度和位置，采集相應(yīng)的輸出信號(hào)，選擇傳感器I最合適的放置位置和高度，此時(shí)應(yīng)保證檢測(cè)電壓信號(hào)與傳感器I機(jī)械位移量之間的良好線性和檢測(cè)信號(hào)的最佳靈敏度。
[0070]通過實(shí)施本發(fā)明具體實(shí)施例描述的對(duì)中傳感裝置及其位移檢測(cè)方法，能夠達(dá)到以下技術(shù)效果:
[0071](I)本發(fā)明裝置及其方法采用電磁感應(yīng)方式，使得裝置對(duì)傳感器機(jī)械位移的測(cè)量能夠達(dá)到微秒級(jí)的響應(yīng)速度，從而適應(yīng)于更加快速的對(duì)中操作；
[0072](2)本發(fā)明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式在激勵(lì)與調(diào)理電路方面相對(duì)簡(jiǎn)單和可靠；
[0073](3)本發(fā)明對(duì)中傳感裝置相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式體積更小、重量更輕，安裝方便；
[0074](4)本發(fā)明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對(duì)于激光、圖像和差動(dòng)方式受鋼軌表面臟物、環(huán)境影響較?。?br> [0075](5)本發(fā)明裝置更容易工程化，激光式與圖像式在工程化方面難以實(shí)現(xiàn)，尤其是圖像式方式需要相機(jī)，相機(jī)在車體下易受風(fēng)、沙、水和振動(dòng)等方面的影響，嚴(yán)重限制了應(yīng)用環(huán)境，并降低了使用壽命；
[0076](6)本發(fā)明裝置采用數(shù)顯方式指示位置，一是無需輔助儀表便可實(shí)現(xiàn)位置的直觀顯示，二是方便了傳感裝置的安裝調(diào)試。
[0077]本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0078]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于，包括:依次相連的傳感器(I)、驅(qū)動(dòng)單元(2)、信號(hào)處理單元(3)和處理器(4)，所述傳感器(I)包括分別位于其兩側(cè)和中部的共三組電磁感應(yīng)探頭(101);在進(jìn)行對(duì)中傳感時(shí)，所述傳感器(I)設(shè)置于鋼軌(9)的上方，對(duì)位于所述傳感器(I)兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭(101)的線圈通以交變電流，所述交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)在所述鋼軌(9)的表面產(chǎn)生渦流，所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應(yīng)探頭(101)的線圈，并在所述中部的電磁感應(yīng)探頭(101)的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，通過對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將所述傳感器(I)的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)單元(2)包括第三放大環(huán)節(jié)(18)、第四放大環(huán)節(jié)(19)和第五放大環(huán)節(jié)(20)，所述信號(hào)處理單元(3)包括第一放大環(huán)節(jié)(10)和振蕩器(11)，由所述振蕩器(11)產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)所述第一放大環(huán)節(jié)(10)驅(qū)動(dòng)后輸出至所述驅(qū)動(dòng)單元(2)，所述正弦信號(hào)分別經(jīng)所述第三放大環(huán)節(jié)(18)和所述第五放大環(huán)節(jié)(20)驅(qū)動(dòng)后，再分別輸出至位于所述傳感器(I)兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭(101);所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應(yīng)探頭(101)產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)所述第四放大環(huán)節(jié)(19)驅(qū)動(dòng)后輸出至所述信號(hào)處理單元(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述信號(hào)處理單元(3)還包括第六放大環(huán)節(jié)(13)、第七放大環(huán)節(jié)(14)和除法器(15)，所述第四放大環(huán)節(jié)(19)輸出的信號(hào)經(jīng)所述第六放大環(huán)節(jié)(13)驅(qū)動(dòng)后，與來自于所述第一放大環(huán)節(jié)(10)并經(jīng)所述第七放大環(huán)節(jié)(14)驅(qū)動(dòng)后的正弦波激勵(lì)信號(hào)在所述除法器(15)中進(jìn)行除法運(yùn)算，得到所述感應(yīng)信號(hào)與所述正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，所述處理器(4)通過計(jì)算所述比率得到所述傳感器(I)的機(jī)械位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述對(duì)中傳感裝置還包括信號(hào)調(diào)理單元(7)，所述信號(hào)處理單元(3)還包括濾波器(16)和第二放大環(huán)節(jié)(17)，所述除法器(15)輸出的比率信號(hào)經(jīng)所述濾波器(16)進(jìn)行濾波處理后，再輸出至所述第二放大環(huán)節(jié)(17)進(jìn)行功率放大，并將功率放大后的信號(hào)輸出至所述信號(hào)調(diào)理單元(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)單元(2)還包括相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)(21),所述相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)(21)連接在所述第一放大環(huán)節(jié)(10)與所述第七放大環(huán)節(jié)(14)之間，所述相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)(21)為來自于所述第一放大環(huán)節(jié)(10)的正弦波激勵(lì)信號(hào)增加一個(gè)相位超前量或滯后量，比此來補(bǔ)償輸入至所述傳感器(I)兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭(101)的正弦波激勵(lì)信號(hào)對(duì)所述傳感器(I)中部的電磁感應(yīng)探頭(101)輸出的感應(yīng)信號(hào)的相位偏移。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述對(duì)中傳感裝置還包括輸出接口(5)和通訊接口(8)，由所述信號(hào)處理單元(3)的第二放大環(huán)節(jié)(17)輸出的比率信號(hào)經(jīng)過所述信號(hào)調(diào)理單元(7)進(jìn)行模擬信號(hào)調(diào)理后，經(jīng)所述輸出接口(5)對(duì)外輸出模擬信號(hào)；所述處理器(4)對(duì)所述比率信號(hào)進(jìn)行計(jì)算后，通過所述通訊接口(8)，經(jīng)所述輸出接口(5)對(duì)外輸出數(shù)字信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對(duì)中傳感裝置，其特征在于:所述對(duì)中傳感裝置還包括顯示單元(7)，所述顯示單元(7)與所述處理器(4)相連，將所述處理器(4)經(jīng)過計(jì)算處理后的所述傳感器(I)的機(jī)械位移信號(hào)進(jìn)行數(shù)碼顯示。
8.一種對(duì)中傳感裝置位移檢測(cè)方法，對(duì)中傳感裝置的傳感器(I)設(shè)置于鋼軌(9)的上方，其特征在于，包括以下步驟: 5100:對(duì)位于所述傳感器(I)兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭(101)線圈通以交變電流，所述交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)在所述鋼軌(9)的表面產(chǎn)生渦流； 5101:所述渦流的磁場(chǎng)作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應(yīng)探頭(101)線圈，并在所述中部的電磁感應(yīng)探頭(101)的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)； 5102:通過對(duì)所述感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，將所述傳感器(I)的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種對(duì)中傳感裝置位移檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟SlOO進(jìn)一步包括: 由同一振蕩器(11)產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后分兩路分別輸出至位于所述傳感器(I)兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭(101)的線圈，在所述電磁感應(yīng)探頭(101)的兩端產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)作用于所述鋼軌(9)，在所述鋼軌(9)的表面產(chǎn)生渦流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種對(duì)中傳感裝置位移檢測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S102進(jìn)一步包括: 在所述傳感器(I)中部的電磁感應(yīng)探頭(101)線圈的兩端產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)后，與所述振蕩器(11)產(chǎn)生的正弦波激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算，得到所述感應(yīng)信號(hào)與所述正弦波激勵(lì)信號(hào)的比率，通 過所述比率計(jì)算所述傳感器(I)的機(jī)械位移。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104006731SQ201410259529
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】譚群林, 李紅梁, 曹經(jīng)緯, 譚勇, 王君, 羅江平, 魏芳坤, 楊四清 申請(qǐng)人:株洲時(shí)代電子技術(shù)有限公司, 株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司