一種能夠同時檢測磁浮列車懸浮間距和運行速度的傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁浮車懸浮間距和運行速度的非接觸式傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁浮列車安全運行需要非接觸地實時檢測列車電磁鐵與軌道之間懸浮間距和列車運行速度，高速磁浮列車的軌道為齒槽交替的長定子軌道，軌道上的齒為全金屬體，而槽則是在金屬體上開的槽，槽中繞有電纜。磁浮車常用測距和測速傳感器多是基于電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)測量的，當電感式懸浮間距傳感器在長定子軌道的表面上平行移動時，輸出值將隨軌道齒槽位置的變化而變化，出現(xiàn)所謂的齒槽效應(yīng)，產(chǎn)生垂向間距值的測量誤差(又稱為齒槽誤差)。而一般電感式測速傳感器正需要利用軌道的齒槽結(jié)構(gòu)特點，檢測軌道齒槽位置的變化，對齒槽進行脈沖計數(shù)，從而計算列車運行速度?？梢娷壍例X槽結(jié)構(gòu)特點在間距測量與速度測量中起的作用是相反的，因此現(xiàn)有磁浮車需要兩套不同的傳感器分別檢測磁浮列車懸浮間距和運行速度，由磁浮車專用的懸浮間距傳感器測量懸浮間距時，需要抑制軌道齒槽結(jié)構(gòu)帶來的齒槽誤差，而由另一套測速裝置測量列車的運行速度時，需要利用軌道齒槽結(jié)構(gòu)提高速度檢測精度。
[0003]現(xiàn)有磁浮車懸浮間距測量多采用非接觸位移傳感器(間距傳感器)，傳感器探頭線圈鑲嵌在電磁鐵模塊內(nèi)，其表面與電磁鐵表面相平。它是基于電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)距離測量的，利用傳感器內(nèi)的探頭線圈來檢測探頭線圈與被測金屬體(軌道長定子表面)之間的距離，實現(xiàn)懸浮間距的檢測。根據(jù)其工作原理分析可知，利用電感式非接觸位移傳感器測距時，要求被檢測的金屬體表面應(yīng)為標準的平面形狀，若被檢測金屬體表面凹凸不平，如磁浮車長定子軌道，其表面為鋪設(shè)定子線圈而將軌道制成齒槽結(jié)構(gòu)，此時檢測裝置的輸出將受軌道形狀影響產(chǎn)生明顯的齒槽誤差，使得測量結(jié)果不準確，為滿足磁浮列車懸浮控制系統(tǒng)的要求，一方面采取優(yōu)化探頭線圈幾何形狀的方式削弱齒槽效應(yīng)，但不能完全消除齒槽誤差；另一種方法在原有間距檢測探頭線圈的基礎(chǔ)上另外再新布置齒槽補償線圈，依據(jù)齒槽補償線圈提供的位置參考信號進行一定的補償，其補償效果和精度主要依賴于齒槽補償線圈提供的位置參考信號，而補償線圈的引入使檢測探頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且間距檢測線圈與補償線圈空間重疊導(dǎo)致線圈之間存在一定的磁場耦合，對原間距檢測線圈產(chǎn)生一定的干擾，且位置檢測精度不高，使補償效果和精度受到一定的限制。
[0004]現(xiàn)有磁浮車用測速傳感器，主要有兩種方法，一種是采用回線或泄露同軸電纜的方法，它是利用地面敷設(shè)的回線或泄露同軸電纜通電后產(chǎn)生的磁場方向(或幅值)變化，在運行的車載接收線圈中感生電脈沖，通過對電脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)測速，該方法需要在地面安裝信號源，使軌道線路成本增加且設(shè)備復(fù)雜；另一種方法是采用車載的布有多相矩形平面線圈的傳感器探頭，列車運行時，由于磁路的變化使矩形線圈的等效電量參數(shù)發(fā)生變化，從而使電路的輸出發(fā)生變化，檢測和處理這種變化就可以得到軌道面的齒、槽信號，通過計數(shù)處理，能夠計算出磁浮車當前的速度。兩種方法均需要先對電脈沖計數(shù)，再計算列車運行速度，其計算誤差較大，精度不高。
[0005]現(xiàn)在技術(shù)的主要不足就是需要兩套不同的裝置，使列車或軌道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，間距測量齒槽誤差大，速度測量精度低，無法滿足高速磁浮車在高速運行時進行實時精確控制以確保懸浮間距高精度可調(diào)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時檢測磁浮列車懸浮間距和運行速度的傳感器，該傳感器能夠精確檢測列車懸浮間距值，且不受軌道齒槽位置影響，同時能夠?qū)α熊囘\行速度精確測量，且不受懸浮間距影響，檢測出的懸浮距離和運行速度準確、可靠，精度高。
[0007]本發(fā)明為實現(xiàn)其發(fā)明目，所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種能夠同時檢測磁浮列車懸浮間距和運行速度的傳感器，同時檢測磁浮列車懸浮間距和運行速度的傳感器，包括與車體上高頻信號源相連的探頭線圈、與探頭線圈連接的信號檢測電路、以及與信號檢測電路輸出相連接的間距信號處理單元和速度信號處理單元。檢測線圈分為橫向并列的兩對，即:第一檢測線圈對(Lll、L12)和第二檢測線圈對(L2UL22);第一檢測線圈對(L11、L12)和第二檢測線圈對(L21、L22)沿軌道縱向錯開1/4齒槽單元長度D排布；各檢測線圈對中的兩個檢測線圈沿軌道縱向的距離為1/2齒槽單元長度D排布，且每個線圈繞制成沿軌道橫向排列的兩個大小相等的矩形小線圈，每個線圈間的相鄰的兩個小線圈中的電流方向相反；兩對檢測線圈輸入端分別連接到兩個高頻信號源(SI和S2)，兩高頻信號源的頻率不同；兩對檢測線圈的輸出端分別與相互獨立的兩個信號檢測電路(PSl和PS2)相連；兩個信號檢測電路的輸出端各自分別與速度信號處理單元V和間距信號處理單元G相連。
[0009]這樣，檢測線圈由高頻信號源提供激勵信號，兩對檢測線圈分別由兩個獨立的信號檢測電路提取信號，兩個信號檢測電路的輸出在饋入間距信號處理單元的同時也饋入速度信號處理單元，間距信號處理單元提取間距信號，輸出傳感器探頭表面與軌道齒面的距離值，速度信號處理單元提取速度信號，輸出列車運行速度值。
[0010]磁浮列車運行時，安裝在磁浮車上的傳感器也隨列車懸浮并沿軌道縱向方向行進，傳感器在檢測并輸出磁浮車懸浮電磁鐵與軌道齒面之間垂向懸浮間距的同時，也檢測并輸出列車運行速度。
[0011]間距檢測與速度檢測共用同一套探頭線圈，探頭線圈由4個形狀和大小相同的檢測線圈組成，4個檢測線圈分為兩對，兩對檢測線圈沿軌道縱向錯開1/4齒槽單元長度D，每對檢測線圈中的兩列線圈沿軌道縱向的距離為1/2齒槽單元長度D。所述線圈布置方案可使每個檢測線圈面積較大，從而保證單個線圈具有足夠的靈敏度和檢測精度，且線圈之間距離也較遠可使各檢測線圈之間的磁場耦合較小。
[0012]列車運行時，檢測線圈隨列車懸浮并沿軌道縱向方向前進，探頭檢測線圈與軌道齒面保持1mm左右的額定懸浮間距，每個檢測線圈都由高頻信號源施加交變的激勵信號，當單個線圈保持某一懸浮間距值不變而沿軌道縱向平行移動時，由于軌道齒內(nèi)為導(dǎo)磁材料，線圈在軌道齒槽周期內(nèi)不同位置時，線圈的電參量是不同的，當線圈正對軌道齒中心時，其電感值最大，線圈偏離齒中心時，其電感值減小，當線圈正對軌道槽中心時，其電感值最小，線圈繼續(xù)偏離槽中心時，其電感值又會增大。因此當線圈沿軌道縱向方向移動時，線圈電感值也將隨軌道齒槽位置的變化而周期變化，且其變化規(guī)律表現(xiàn)為一直流分量與一定幅值的三角正弦交流信號的疊加效果。當線圈與軌道齒面距離不同時，此交流信號的波動幅值是不同的，當間距較小時，線圈電參量受軌道齒內(nèi)導(dǎo)磁材料的影響比較敏感，因此間距小時線圈電感值變化較大，而間距較大時，軌道齒槽結(jié)構(gòu)對線圈電參量影響小，線圈電感值變化較小，因此電感值變化的交流成份幅值反應(yīng)了間距的大小，且幅值隨間距的增加而減小。與之成對的另一列檢測線圈沿軌道縱向與其相距1/2齒槽單元長度D，因此當一列線圈正對齒面取得最大電感值時，另一列線圈必然正對槽面取得最小電感值，因此兩列線圈上包含有線圈對應(yīng)齒槽位置關(guān)系的信號，兩列線圈結(jié)構(gòu)和電路完全相同，因此兩線圈對應(yīng)的直流分量相同，而交流分量的幅值也相同，只是交流分量信號相位差180° (—個齒槽周期為360° )，在信號檢測電路中，將同一對檢測線圈中的兩列線圈信號相減，即可去除直流成份，輸出純交流的正弦波信號，其波動幅值反應(yīng)了當前間距大?。煌瑫r，由于兩對檢測線圈沿軌道縱向錯開1/4齒槽單元長度D，因此，另一對線圈經(jīng)信號檢測電路后也輸出的一個同幅值純交流的正弦波信號，且兩個正弦交流信號相位差為90°。在間距信號處理單元中對相位差為90°的該兩路同幅值純交流信號利用三角函數(shù)特性進行三角函數(shù)運算，即可化簡約去角度值(即齒槽位置)得到此交流信號的幅值，此幅值與懸浮間距為單調(diào)非線