一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)及方法、磁浮列車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)及方法、磁浮列車。該磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)包括車載線圈、感應(yīng)環(huán)線和地面控制單元；車載線圈安裝于磁浮列車的本體上，感應(yīng)環(huán)線與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組的繞制方式相同；所述車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng)的激勵(lì)源；所述感應(yīng)環(huán)線，用于當(dāng)所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)；所述地面控制單元，用于根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位置和速度信息。簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢測(cè)磁浮列車的位置和速度信息。
【專利說明】
-種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)及方法、磁浮列車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及磁浮列車領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)和方法。本發(fā)明 還設(shè)及具有所述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的磁浮列車。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁浮列車是一種新型交通工具，依靠電磁力實(shí)現(xiàn)車輛的懸浮、導(dǎo)向和牽引，運(yùn)行時(shí) 車輛和軌道之間沒有機(jī)械接觸，具有低噪聲、無磨損、易維護(hù)W及環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，具 有廣闊的發(fā)展前景。
[0003] 日本中低速磁浮列車系統(tǒng)采用內(nèi)含感應(yīng)環(huán)線的扁平模式帶來進(jìn)行車地通信和測(cè) 速定位。運(yùn)套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，是針對(duì)中低速磁浮列車的需求研制的專用設(shè)備。在扁平模式帶 內(nèi)內(nèi)嵌有兩組環(huán)線，其中一組為每隔30cm交叉一次的交叉感應(yīng)環(huán)線，另一組為兩條平行電 纜線。交叉感應(yīng)環(huán)線用于測(cè)速定位，通過車載的3個(gè)接收天線接收地面感應(yīng)線圈內(nèi)的信號(hào)， 再將接收到的3組信號(hào)進(jìn)行組合，產(chǎn)生精度為IOcm的位置脈沖，通過測(cè)得脈沖的頻率即可 計(jì)算出列車速度。德國高速磁浮列車采用長(zhǎng)定子同步直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)牽引，因此地面列車控 制系統(tǒng)必須測(cè)得磁浮列車的精確相角位置信息。運(yùn)一信息在列車行駛速度高于20km/h時(shí)可 由電機(jī)反電勢(shì)測(cè)得，而當(dāng)列車速度小于20km/h時(shí)則必須由相對(duì)定位傳感器和絕對(duì)定位傳感 器測(cè)量。其中，相對(duì)定位傳感器是通過檢測(cè)傳感器內(nèi)線圈經(jīng)過長(zhǎng)定子齒槽時(shí)電感量的周期 性變化而實(shí)現(xiàn)的。絕對(duì)定位傳感器用來消除相對(duì)定位傳感器的累積誤差。在軌道上，每隔 200m設(shè)置一組標(biāo)識(shí)板，車載的絕對(duì)定位傳感器通過讀取標(biāo)識(shí)板上的，二進(jìn)制信息碼來確定 磁浮列車的絕對(duì)位置。但是，運(yùn)兩種定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜從而極大地降低了系統(tǒng)的可靠 性。
[0004] 因此，如何提高磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢測(cè)磁浮列 車的位置信息和速度信息，W滿足工程需要成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種磁浮列車 定位測(cè)速系統(tǒng)及方法，提高磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢測(cè)磁浮 列車的位置信息和速度信息，W滿足工程需要，為磁浮列車控制系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。
[0006] 本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是，在提供上述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上，還提供一種包括上述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的磁浮列車。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是： 本發(fā)明的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，包括車載線圈、感應(yīng)環(huán)線和地面控制單元;所述車載 線圈安裝于磁浮列車的本體上，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè) 于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組的繞制方式相同； 所述車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng)的 激勵(lì)源； 所述感應(yīng)環(huán)線，用于當(dāng)所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)； 所述地面控制單元，用于根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位 置和速度信息。
[0008] 優(yōu)選的，所述車載線圈安裝于磁浮列車本體的轉(zhuǎn)向架上，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列 車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道的齒槽內(nèi)，且感應(yīng)環(huán)線位于磁浮列車同步直線電 機(jī)牽引繞組下方。
[0009] 優(yōu)選的，所述感應(yīng)環(huán)線為=根，=根感應(yīng)環(huán)線的始端為=個(gè)端口，尾端采用星型連 接方式。
[0010] 優(yōu)選的，所述感應(yīng)環(huán)型任意兩根感應(yīng)環(huán)線在軌道上繞制時(shí)形成交叉環(huán)，等效為導(dǎo) 電閉合回路。
[0011] 優(yōu)選的，所述車載線圈串聯(lián)電容，形成諧振電路。
[0012] 優(yōu)選的，所述車載線圈為八字形平面線圈。
[0013] 優(yōu)選的，還包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路與車載線圈連接，用于高頻交變電流信號(hào)的發(fā) 生和功率放大。
[0014] 優(yōu)選的，所述地面控制單元包括信號(hào)放大單元、信號(hào)濾波單元、信號(hào)檢波單元、模 數(shù)轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)處理單元，其中： 信號(hào)放大單元，用于將所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)放大； 信號(hào)濾波單元，用于將信號(hào)放大單元輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波； 信號(hào)檢波單元，用于檢測(cè)出信號(hào)濾布單元輸出的信號(hào)中的低頻分量，得到低頻信號(hào)波 形并發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將低頻信號(hào)波形轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)并發(fā)送給信號(hào)處理單元； 信號(hào)處理單元，用于通過數(shù)字量信號(hào)獲得磁浮列車的位置和速度信息。
[0015] 本發(fā)明還提供一種磁浮列車定位測(cè)速方法，所述方法包括W下步驟： 步驟1:車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng) 的激勵(lì)源，所述車載線圈安裝于磁浮列車的本體上； 步驟2:所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列 車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電 機(jī)牽引繞組的繞制方式相同； 步驟3:根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位置和速度信息。
[0016] 本發(fā)明提供的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)和方法，無需額外的通訊設(shè)備，即可傳送位 置和速度信息傳輸，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備冗余，并且提高了磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng) 的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢測(cè)磁浮列車的位置信息和速度信息。=根感應(yīng)環(huán)線共可選 擇兩組環(huán)線組成交叉環(huán)，通過兩個(gè)交叉環(huán)產(chǎn)生兩個(gè)電壓波形的邏輯運(yùn)算，不僅可W提高車 體的定位精度，而且還可W消除車體上下震動(dòng)對(duì)定位所產(chǎn)生的影響。并可精確判斷車輛位 置信息、運(yùn)行方向和運(yùn)行速度。
[0017] 本發(fā)明進(jìn)一步解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，在提供所述磁浮列車定位測(cè)速 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供一種包括所述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的磁浮列車。
[0018] 上述工程機(jī)械顯然具有前述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的全部有益效果，在此不再寶 述。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明提供的一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施方式所提供的同步直線電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明提供的車載線圈與感應(yīng)環(huán)線相對(duì)位置示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的選取不同組感應(yīng)環(huán)線形成交叉環(huán)的示意圖； 圖5為本發(fā)明提供的一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的交叉感應(yīng)環(huán)線等效模型示意圖； 圖6為本發(fā)明提供的車載線圈位于感應(yīng)環(huán)線不同位置時(shí)對(duì)交叉環(huán)的磁場(chǎng)影響示意圖； 圖7為本發(fā)明提供的感應(yīng)環(huán)線產(chǎn)生的感應(yīng)電壓幅值變化曲線圖； 圖8為本發(fā)明提供的車載線圈諧振電路圖； 圖9為本發(fā)明提供的車載線圈結(jié)構(gòu)示意圖； 圖10為本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)單元中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元電路圖； 圖11為本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)單元中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大單元電路圖； 圖12為本發(fā)明提供的一種地面控制單元的結(jié)構(gòu)框圖； 圖13本發(fā)明提供的一種地面控制單元產(chǎn)生的包絡(luò)信號(hào)、包絡(luò)信號(hào)微分及方波信號(hào)； 圖14為本發(fā)明提供的信號(hào)放大單元電路圖； 圖15為本發(fā)明提供的信號(hào)濾波單元電路圖； 圖16本發(fā)明提供的一種磁浮列車定位方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021] 參見圖1-3,圖1為本發(fā)明提供的第一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框 圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施方式所提供的同步直線電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明提供的車載線 圈與感應(yīng)環(huán)線相對(duì)位置示意圖。
[0022] 本實(shí)施例包括車載線圈1、感應(yīng)環(huán)線2和地面控制單元3;所述車載線圈1安裝于磁 浮列車的本體上，所述感應(yīng)環(huán)線2與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感 應(yīng)環(huán)線2的繞制方式與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組的繞制方式相同；其中，所述車載線 圈1通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈1四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng)的激勵(lì)源;所述感 應(yīng)環(huán)線2,用于當(dāng)所述車載天線1沿感應(yīng)環(huán)線2移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào);所述地面控制單 元3,用于根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線2發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位置和速度信息。
[0023] 長(zhǎng)定子同步牽引磁浮列車用S相同步直線電機(jī)進(jìn)行列車的牽引，直線電機(jī)的次級(jí) 安裝在懸浮模塊上，初級(jí)固定于軌道6上，初級(jí)線圈即磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組5為 空忍長(zhǎng)定子線圈。軌道6位于F軌4之間，并與F軌4平行鋪設(shè)在軌枕7之上。牽引繞組鋪設(shè)于軌 道6上的周期性齒槽結(jié)構(gòu)中，且繞組采用交叉環(huán)形纏繞方式安裝在槽內(nèi)。其牽引繞組的鋪設(shè) 結(jié)構(gòu)如圖2所示。若感應(yīng)環(huán)線同樣鋪設(shè)于獨(dú)立的齒槽中，使得系統(tǒng)過于復(fù)雜，增加安裝成本。 因而如圖3所示將感應(yīng)環(huán)線2與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鑲嵌于齒槽結(jié)構(gòu)中，即 感應(yīng)環(huán)線2的繞制方式采用與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組5的繞制方式相同的交叉環(huán) 形纏繞方式。車載線圈1安裝于磁浮列車的本體上，，車載線圈1的截面與軌道面平行。
[0024] 當(dāng)安裝于磁浮列車的車載線圈I中通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，會(huì)在車載線圈I四周形成 交變磁場(chǎng);車載線圈1靠近感應(yīng)環(huán)線2時(shí)，感應(yīng)環(huán)線2近似位于一個(gè)均勻分布的、交變的磁場(chǎng) 之中，當(dāng)磁浮列車沿軌道運(yùn)行時(shí)，車載線圈1沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)，感應(yīng)環(huán)線產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)， 發(fā)送到地面控制單元3中；地面控制單元3根據(jù)獲得感應(yīng)電壓信號(hào)，即可得到磁浮列車的位 置和速度信息。
[0025] 上述實(shí)施方式無需額外的通訊設(shè)備，即可傳送位置和速度信息傳輸，從而簡(jiǎn)化系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備冗余，并且提高了磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢 測(cè)磁浮列車的位置信息和速度信息。
[0026] 進(jìn)一步，車載線圈1安裝于磁浮列車本體的轉(zhuǎn)向架上，感應(yīng)環(huán)線2與磁浮列車同步 直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道的齒槽內(nèi)，且感應(yīng)環(huán)線位于磁浮列車同步直線電機(jī)牽引 繞組下方。
[0027] 在磁浮列車的軌道上，安裝著供同步直線電機(jī)=相牽引繞組的鋪設(shè)齒槽，在繞組 的齒槽下方加工用于鋪設(shè)感應(yīng)環(huán)線的小齒槽，用于將感應(yīng)環(huán)線2鋪設(shè)在同步直線電機(jī)的齒 槽下方，其纏繞的方式與=相牽引繞組的纏繞方式完全相同。而車載線圈1安裝于磁浮列車 本體的轉(zhuǎn)向架上，隨列車共同移動(dòng)。在不影響列車正常運(yùn)行的情況下，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了列車系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
[00%]在更進(jìn)一步的方案中，所述感應(yīng)環(huán)線2為=根，=根感應(yīng)環(huán)線A、B、C的始端為=個(gè) 端口，尾端采用星型連接方式。
[0029] W下分別對(duì)感應(yīng)環(huán)線和車載線圈做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030] 參見圖4-7,圖4為本發(fā)明提供的選取不同組感應(yīng)環(huán)線形成交叉環(huán)的示意圖，圖5為 本發(fā)明提供的一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的交叉感應(yīng)環(huán)線等效模型示意圖，圖6為本發(fā)明 提供的車載線圈位于感應(yīng)環(huán)線不同位置時(shí)對(duì)交叉環(huán)的磁場(chǎng)影響示意圖，圖7為本發(fā)明提供 的感應(yīng)環(huán)線產(chǎn)生的感應(yīng)電壓幅值變化曲線圖。
[0031] 感應(yīng)環(huán)線2的繞制方式與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組的繞制方式相同，即S 根環(huán)線在齒槽上迂回鋪設(shè)，每隔一段距離其中兩根交叉一次，產(chǎn)生交叉環(huán)，即可等效成導(dǎo)電 閉合回路。在車載線圈1中通有高頻交變電流，便會(huì)在線圈周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，車載線圈1沿 感應(yīng)環(huán)線2運(yùn)動(dòng)，處于變化的磁場(chǎng)中的導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而當(dāng)導(dǎo)體閉合時(shí)便會(huì)產(chǎn)生 感應(yīng)電流。即當(dāng)車載線圈1在沿感應(yīng)環(huán)線2運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于車載線圈1通有交變電流，下方會(huì)產(chǎn) 生交變磁場(chǎng)，每一個(gè)交叉環(huán)可W視為一個(gè)閉合線圈因此會(huì)產(chǎn)生交變感應(yīng)電壓，在適當(dāng)選取 一組環(huán)線時(shí)，可形成不同相位關(guān)系的電壓信號(hào)。
[0032] 車載線圈1周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)幅度是不均勻的，線圈中屯、點(diǎn)的磁場(chǎng)幅度最強(qiáng)，通過其 中閉合線圈形成回路，產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)車載線圈1沿感應(yīng)環(huán)線2運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電壓的幅值就 會(huì)產(chǎn)生周期性的變化，將感應(yīng)電壓信號(hào)發(fā)送給地面控制單元得到列車運(yùn)行的相對(duì)位置信 息。
[0033] 如圖4(a)選取其中感應(yīng)環(huán)線A和B，在車載線圈1經(jīng)過感應(yīng)環(huán)線2上方時(shí)，感應(yīng)環(huán)線A 和感應(yīng)環(huán)線B每隔一段距離會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交叉環(huán)，由于交變磁場(chǎng)的出現(xiàn)，在交叉環(huán)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生 感應(yīng)電壓，而交叉環(huán)交替出現(xiàn)在車載線圈1下方，因此感應(yīng)環(huán)線A和B內(nèi)便產(chǎn)生幅值變化的交 變電壓信號(hào)。其等效圖形如圖5所示。
[0034] 圖5中實(shí)線部分為環(huán)線A、B圍成的交叉環(huán)可W等效為一個(gè)閉環(huán)導(dǎo)體，設(shè)運(yùn)個(gè)閉環(huán)導(dǎo) 體的寬度為，由于=相繞組齒槽結(jié)構(gòu)的周期性，兩個(gè)相鄰閉環(huán)的相鄰邊的距離為，當(dāng)車載線 圈1的幾何中屯、點(diǎn)移動(dòng)到ab中點(diǎn)的位置時(shí)，此時(shí)車載線圈1所產(chǎn)生的變化磁場(chǎng)穿過閉環(huán)導(dǎo) 體，閉環(huán)導(dǎo)體所接收的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，如圖6(a)所示，當(dāng)車載線圈1的幾何中屯、點(diǎn)運(yùn)行到C 點(diǎn)時(shí)，只有車載線圈1產(chǎn)生的外圍的磁感線會(huì)分別穿過相鄰的兩個(gè)閉環(huán)導(dǎo)體，但是產(chǎn)生的感 應(yīng)電壓方向相反，相互抵消，因此此時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)幅值最小，幾乎為零，如圖6(b)所示。 在運(yùn)一過程中，等效閉環(huán)的接收面積不斷減小逐漸變?yōu)榱?，因此感?yīng)電壓的幅值就會(huì)由大 變小，等線圈移動(dòng)到下一個(gè)等效閉環(huán)時(shí)，感應(yīng)電壓的幅值又會(huì)由小變大由于等效閉環(huán)的交 替出現(xiàn)，相當(dāng)于每隔距離為一個(gè)周期，從而使得接收信號(hào)的幅值在呈現(xiàn)周期性變化。
[0035] 參見圖7,當(dāng)線圈應(yīng)數(shù)為30應(yīng)時(shí)車載線圈1在感應(yīng)環(huán)線2上方運(yùn)動(dòng)，距離地面環(huán)線不 同高度時(shí)，感應(yīng)環(huán)線2內(nèi)產(chǎn)生幅值變化的感應(yīng)電壓，通過采集不同位置的感應(yīng)電壓的幅值， 得到電壓信號(hào)幅值變化曲線，并進(jìn)一步得到列車運(yùn)行的相對(duì)位置。
[0036] 參見圖8和圖9,圖8為本發(fā)明提供的車載線圈諧振電路圖，圖9為本發(fā)明提供的車 載線圈結(jié)構(gòu)示意圖； 為了增大車載線圈發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，通常采用加大車載線圈內(nèi)通入的電流，但車載線圈 具有較大的電感，為了降低阻抗，因此采用串聯(lián)諧振的方式，在發(fā)射回路中串聯(lián)匹配電容。
[0037] 優(yōu)選的，為增加地面環(huán)線接收信號(hào)的強(qiáng)度和提高抗干擾能力，可W將車載線圈的 矩形線圈，繞制成特殊結(jié)構(gòu)的八字形線圈，如圖9所示，線圈寬度與相鄰環(huán)線距離相同，兩個(gè) 線圈分別對(duì)準(zhǔn)測(cè)量的兩個(gè)相鄰交叉環(huán)，由于八字線圈的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向正 好相反，從而使兩個(gè)相鄰的等效閉環(huán)產(chǎn)生完全相同的感應(yīng)電壓。
[0038] 參見圖10和圖11，圖10為本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)單元中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元電路圖， 圖11為本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)單元中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大單元電路圖。
[0039] 為了增大車載線圈發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度，可W在車載線圈前增加驅(qū)動(dòng)電路，用于高頻交 變電流信號(hào)的發(fā)生和功率放大。
[0040] 優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)單元信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生單元和驅(qū)動(dòng)信號(hào)所放大單元。所述驅(qū)動(dòng) 信號(hào)發(fā)生單元采用如圖11所示的亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)公司的DDS忍片，運(yùn)種忍片可W輸出方 波、正弦波等波形，不需要外圍設(shè)備，具有低耗能的特點(diǎn)，是一款可W編程的波形發(fā)生器。選 用該忍片不僅信號(hào)波形好，還可通過程序改變輸出頻率和相位，忍片的=線式串口可W用 來將數(shù)據(jù)寫入，運(yùn)功能是為了后文中進(jìn)行車地通信時(shí)方便輸出調(diào)制波進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因此 采用統(tǒng)一的信號(hào)發(fā)生忍片。為了得到更大的驅(qū)動(dòng)電流需要進(jìn)行功率放大，進(jìn)而輸入到線圈， 采用如圖12所示的驅(qū)動(dòng)電路放大電路。
[0041] 參見圖12和圖13,圖12為本發(fā)明提供的一種地面控制單元的結(jié)構(gòu)框圖，圖13本發(fā) 明提供的一種地面控制單元產(chǎn)生的包絡(luò)信號(hào)、包絡(luò)信號(hào)微分及方波信號(hào)； 地面控制單元包括信號(hào)放大單元、信號(hào)濾波單元、信號(hào)檢波單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和信號(hào) 處理單元，其中： 信號(hào)放大單元，用于將所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)放大； 信號(hào)濾波單元，用于將信號(hào)放大單元輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波； 信號(hào)檢波單元，用于檢測(cè)出信號(hào)濾布單元輸出的信號(hào)中的低頻分量，得到低頻信號(hào)波 形并發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將低頻信號(hào)波形轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)并發(fā)送給信號(hào)處理單元； 信號(hào)處理單元，用于通過數(shù)字量信號(hào)獲得磁浮列車的位置和速度信息。
[0042] 地面控制單元接收到的電壓信號(hào)經(jīng)過信號(hào)放大單元放大和信號(hào)濾波單元信號(hào)后， 需要檢測(cè)出包絡(luò)信號(hào)的低頻分量，在進(jìn)行了檢波和低通濾波后，便可得到幅值變化的低頻 信號(hào)波形，將波形送至模數(shù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將得到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，然后對(duì) 信號(hào)進(jìn)行濾波處理，并提取信號(hào)的微分，對(duì)于經(jīng)過濾波后的兩路信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，可W 有效消除車體抖動(dòng)對(duì)接收信號(hào)測(cè)量所帶來的影響，并通過查標(biāo)定表的方式計(jì)算出列車的相 對(duì)位置，對(duì)于得到的兩路微分信號(hào)進(jìn)行過零比較，形成兩路方波后再通過邏輯關(guān)系進(jìn)行運(yùn) 行方向的判別，通過計(jì)算方波的周期便可算出列車的運(yùn)行速度。
[0043] 通過本具體實(shí)施例提高了磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢 測(cè)磁浮列車的位置信息和速度信息。
[0044] 通過計(jì)算方波的周期可算出列車速度，具體為:地面控制單元對(duì)接收到電壓信號(hào) 進(jìn)行處理后，形成如圖13中類似銀齒波的波形a、b，對(duì)微分信號(hào)波形再進(jìn)行過零比較，形成 方波，通過兩路方波的邏輯分析，便可得出列車的運(yùn)行方向。例如，檢測(cè)a路方波的跳變沿， 當(dāng)a路方波為上升沿時(shí)，若方波b為低電平則定義為正方向，相反若方波b為高電平則為反方 向；檢測(cè)b路方波的跳變沿，當(dāng)b路方波為上升沿時(shí)，若方波a為高電平則為正方向，若方波a 為低電平則為反方向。如表1所示。
[0045] 表1運(yùn)行方向判斷邏輯
下面對(duì)地面控制單元中的信號(hào)放大單元、信號(hào)濾波單元進(jìn)行進(jìn)一步的介紹。
[0046] 參見圖14,圖14為本發(fā)明提供的信號(hào)放大單元電路圖。
[0047] 信號(hào)放大電路選用的是0P284運(yùn)放忍片，它具有4MHz增益帶寬，失調(diào)電壓低至65， 電壓噪聲密度只有3.9。只需要通過簡(jiǎn)單的電阻就可形成放大電路，其中在放大電路前通過 二極管進(jìn)行限幅 參見圖15,圖15為本發(fā)明提供的信號(hào)濾波單元電路圖； 信號(hào)濾波單元采用Linear Technology公司的LTC1264忍片，運(yùn)是一款集成濾波器，它 的中屯、頻率可W高達(dá)250k化，忍片內(nèi)部共有四個(gè)單獨(dú)的二階開關(guān)電容濾波器，在接口處只 需通過幾個(gè)電阻的連接就可W是其中一個(gè)濾波器模塊實(shí)現(xiàn)帶通、帶阻、低通或高通的功能， 其中參考時(shí)鐘與中屯、頻率的比例關(guān)系為20:1。
[004引優(yōu)選的，將四個(gè)二階濾波器進(jìn)行級(jí)聯(lián)形成八階帶通濾波器 本發(fā)明還提供了一種磁浮列車，該磁浮列車設(shè)有上述磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，由于上 述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)具有上述技術(shù)效果，具有該磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的磁浮列車 也應(yīng)具有相應(yīng)的技術(shù)效果，在此不再做詳細(xì)介紹。
[0049] 參見圖2、圖3和圖16,圖2為本發(fā)明實(shí)施方式所提供的同步直線電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)圖， 圖3為本發(fā)明提供的車載線圈與感應(yīng)環(huán)線相對(duì)位置示意圖，圖16為本發(fā)明提供的一種磁浮 列車定位方法的流程圖。
[0050] -種磁浮列車定位測(cè)速方法，包括W下步驟： 步驟1:車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng) 的激勵(lì)源，所述車載線圈安裝于磁浮列車的本體上； 步驟2:所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列 車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電 機(jī)牽引繞組的繞制方式相同； 步驟3:根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位置和速度信息。
[0051] 長(zhǎng)定子同步牽引磁浮列車用S相同步直線電機(jī)進(jìn)行列車的牽引，直線電機(jī)的次級(jí) 安裝在懸浮模塊上，初級(jí)固定于軌道上，初級(jí)線圈即磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組為空 忍長(zhǎng)定子線圈。牽引繞組鋪設(shè)于軌道上的周期性齒槽結(jié)構(gòu)中，且繞組采用交叉環(huán)形纏繞方 式安裝在槽內(nèi)。其牽引繞組的鋪設(shè)結(jié)構(gòu)如圖2所示。若感應(yīng)環(huán)線同樣鋪設(shè)于獨(dú)立的齒槽中， 使得系統(tǒng)過于復(fù)雜，增加安裝成本。因而如圖3所示將感應(yīng)環(huán)線2與磁浮列車同步直線電機(jī) 牽引繞組一起鑲嵌于齒槽結(jié)構(gòu)中，即感應(yīng)環(huán)線2的繞制方式采用與磁浮列車同步直線電機(jī) 牽引繞組的繞制方式相同的交叉環(huán)形纏繞方式。在感應(yīng)環(huán)線2正上方車載線圈，車載線圈1 的截面與軌道面平行。
[0052] 當(dāng)安裝于磁浮列車的車載線圈中通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，會(huì)在車載線圈四周形成交 變磁場(chǎng)，車載線圈靠近感應(yīng)環(huán)線時(shí)，感應(yīng)環(huán)線近似位于一個(gè)均勻分布的、交變的磁場(chǎng)之中， 當(dāng)磁浮列車沿軌道運(yùn)行時(shí)，車載線圈沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)，感應(yīng)環(huán)線產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，發(fā)送到 地面控制單元中；地面控制單元根據(jù)獲得感應(yīng)電壓信號(hào)，即可得到磁浮列車的位置和速度 信息。
[0053] 上述實(shí)施方式無需額外的通訊設(shè)備，即可傳送位置和速度信息傳輸，從而簡(jiǎn)化系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備冗余，并且提高了磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)的精度和可靠性，簡(jiǎn)便快捷的檢 測(cè)磁浮列車的位置信息和速度信息。
[0054] W上對(duì)本發(fā)明所提供的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)及方法、磁浮列車進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，并通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，運(yùn)些說明只是用于幫助理 解本發(fā)明的核屯、思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原 理的前提下，還可W對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，運(yùn)些改進(jìn)和修飾也屬于本發(fā)明權(quán)利要 求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，包括車載線圈、感應(yīng)環(huán)線和地面控制單 元;所述車載線圈安裝于磁浮列車的本體上，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引 繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組的繞制方 式相同； 所述車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng)的 激勵(lì)源； 所述感應(yīng)環(huán)線，用于當(dāng)所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)； 所述地面控制單元，用于根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位 置和速度信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述車載線圈安裝于磁 浮列車本體的轉(zhuǎn)向架上，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道 的齒槽內(nèi)，且感應(yīng)環(huán)線位于磁浮列車同步直線電機(jī)牽引繞組下方。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)環(huán)線為三根， 三根感應(yīng)環(huán)線的始端為三個(gè)端口，尾端采用星型連接方式。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述感應(yīng)環(huán)型任意兩根 感應(yīng)環(huán)線在軌道上繞制時(shí)形成交叉環(huán)，等效為導(dǎo)電閉合回路。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述車載線圈串聯(lián)電 容，形成諧振電路。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述車載線圈為八字形 平面線圈。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，還包括驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng) 電路與車載線圈連接，用于高頻交變電流信號(hào)的發(fā)生和功率放大。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的磁浮列車定位測(cè)速系統(tǒng)，其特征在于，所述地面控制 單元包括信號(hào)放大單元、信號(hào)濾波單元、信號(hào)檢波單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)處理單元，其 中： 信號(hào)放大單元，用于將所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)放大； 信號(hào)濾波單元，用于將信號(hào)放大單元輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波； 信號(hào)檢波單元，用于檢測(cè)出信號(hào)濾布單元輸出的信號(hào)中的低頻分量，得到低頻信號(hào)波 形并發(fā)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元； 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于將低頻信號(hào)波形轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)并發(fā)送給信號(hào)處理單元； 信號(hào)處理單元，用于通過數(shù)字量信號(hào)獲得磁浮列車的位置和速度信息。9. 一種磁浮列車，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的磁浮列車定位測(cè)速系 統(tǒng)。10. -種磁浮列車定位測(cè)速方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 步驟1:車載線圈通進(jìn)高頻交變電流時(shí)，在車載線圈四周形成交變磁場(chǎng)，用于交變磁場(chǎng) 的激勵(lì)源，所述車載線圈安裝于磁浮列車的本體上； 步驟2:所述車載天線沿感應(yīng)環(huán)線移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電壓信號(hào)，所述感應(yīng)環(huán)線與磁浮列 車同步直線電機(jī)牽引繞組一起鋪設(shè)于軌道上，感應(yīng)環(huán)線的繞制方式與磁浮列車同步直線電 機(jī)牽引繞組的繞制方式相同； 步驟3:根據(jù)所述感應(yīng)環(huán)線發(fā)送的感應(yīng)電壓信號(hào)，獲得磁浮列車的位置和速度信息。
【文檔編號(hào)】B61L25/02GK105905135SQ201610245922
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】戴春輝, 竇峰山, 龍志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)