專利名稱：感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及感應(yīng)無線技術(shù)，特別指感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)。
技術(shù)背景1.感應(yīng)無線技術(shù)簡介感應(yīng)無線技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)化而興起的一種工業(yè)應(yīng)用技術(shù)，它包括感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信(DATA TRANSMISSION BY INDUCTION RADIO)和 感應(yīng)無線位置檢測(ABSOLUTE POSITION DETECTION BY INDUCTION RADIO)兩 個(gè)方面。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多場合中有多臺大型作業(yè)機(jī)車按照一定的生產(chǎn)計(jì)劃和工 藝要求，相互配合，有序地工作。隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，人們迫切需要 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對作業(yè)機(jī)車的集中管理控制，達(dá)到生產(chǎn)過程自動(dòng)化。要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī) 對作業(yè)機(jī)車的集中管理控制，就必須解決兩個(gè)基本問題①地面中央控制室與 移動(dòng)機(jī)車之間可靠的數(shù)據(jù)通信問題。有線通信方式存在著移動(dòng)機(jī)車拖帶通信電 纜不方便；而無線通信方式由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，誤碼率高，可靠性降低。 ②移動(dòng)機(jī)車所在的位置檢測問題。要對移動(dòng)機(jī)車實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制，必須隨時(shí)了 解移動(dòng)機(jī)車的行走位置。感應(yīng)無線技術(shù)采用一條獨(dú)特的編碼電纜(又稱誘導(dǎo)母線)，同時(shí)解決工業(yè)移 動(dòng)機(jī)車實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集中管理控制的兩大難題——中央控制室與移動(dòng)機(jī)車之間可 靠的數(shù)據(jù)通信；移動(dòng)機(jī)車所在的位置檢測。因而在現(xiàn)代工業(yè)移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)控制 中得到了廣泛的應(yīng)用。感應(yīng)無線技術(shù)所構(gòu)成的系統(tǒng)，是將感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信和感應(yīng)無線位罩檢測 兩個(gè)方面完全融合在一個(gè)系統(tǒng)中，系統(tǒng)隨著應(yīng)用要求的不同而有所不同，但基
本結(jié)構(gòu)是相同的， 一般說來，整個(gè)系統(tǒng)由中央控制室部分、車上部分、編碼電 纜部分構(gòu)成，如圖1所示。中央控制室部分有主控計(jì)算機(jī)和地面局構(gòu)成；車上 部分是機(jī)上局和天線箱構(gòu)成；編碼電纜部分由編碼電纜、連接電纜、匹配阻抗 構(gòu)成。
根據(jù)需要，天線箱中有一組或多組感應(yīng)線圈，按用途分為發(fā)送線圈和接收 線圈兩類，感應(yīng)線圈裝在矩形塑料箱內(nèi)，稱為感應(yīng)天線箱。編碼電纜內(nèi)部有若干對傳輸線，按用途分為通信傳輸對線類和地址傳輸對 線類，按照一定的編碼規(guī)則在不同的位置交叉。將各對線重疊在一起封裝在氯 丁橡膠壓制的護(hù)套內(nèi)，構(gòu)成了外形為扁平狀態(tài)的編碼電纜。
編碼電纜安裝在移動(dòng)機(jī)車的軌道旁邊，在移動(dòng)機(jī)車行走過程中，安裝在移 動(dòng)機(jī)車上的天線箱跟隨著機(jī)車移動(dòng)，并始終與編碼電纜保持5-20cm的距離(z "10cm)。感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信方式，是通過安裝在移動(dòng)機(jī)車上的天線箱中的感應(yīng)線圈 與敷設(shè)在地面軌道旁的編碼電纜中的通信傳輸線之間5-20cm近距離電磁耦合傳遞信息，即天線箱與編碼電纜之間——也就是移動(dòng)機(jī)車與中央控制室之間—— 形成了一個(gè)距離很短的無線信號通道。其特點(diǎn)在于因?yàn)橛星覂H有5-20cm的無 線通信距離，所以既能保證機(jī)車移動(dòng)的靈活性又確保了通信質(zhì)量的可靠，從而 克服了有線通信和無線通信的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)中央控制室與移動(dòng)機(jī)車之間可靠的數(shù) 據(jù)通信。感應(yīng)無線位置檢測，就是通過天線箱中感應(yīng)線圈與編碼電纜中傳輸對線之 間的電磁感應(yīng)，檢測感應(yīng)信號的相位與幅度，從而得到天線箱所在的x坐標(biāo)的 位置，以此作為移動(dòng)機(jī)車的位置。2.感應(yīng)無線位置檢測 ' 2. 1.感應(yīng)無線位置檢測及特點(diǎn)感應(yīng)無線位置檢測，就是通過天線箱中感應(yīng)線圈與編碼電纜中傳輸對線之間的電磁感應(yīng)，檢測到天線箱所在的X位置坐標(biāo)，以此作為移動(dòng)機(jī)車的位置。 其特點(diǎn)是① 檢測到的位置是連續(xù)的、絕對的位置；檢測分辨率高，重復(fù)性好。② 非接觸式檢測，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。③ 檢測方式多樣，既可以在地面檢測移動(dòng)機(jī)車的位置，也可以在移動(dòng)機(jī)車 上檢測自身的位置。④ 與感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信融為一體。2. 2.感應(yīng)無線位置地面檢測方式和車上檢測方式感應(yīng)無線位置檢測，按檢測方式可分為地面局檢測和機(jī)上局檢測兩種方式， 目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是地面檢測方式。地面局檢測方式，是在機(jī)上局發(fā)送裝置向天線箱中發(fā)送載波時(shí)，由中央控 制室地面局地址檢測器進(jìn)行位置檢測，檢測到的是機(jī)車上天線箱中發(fā)送線圈的 位置。機(jī)上局檢測方式，是在中央控制室地面局發(fā)送裝置向編碼電纜發(fā)送載波時(shí)， 由機(jī)上局地址檢測器進(jìn)行位置檢測，檢測到的是機(jī)車上天線箱中接收線圈的位置。地面檢測方式存在的主要問題是(1) 在機(jī)車自動(dòng)行走控制時(shí)，本車車上控制系統(tǒng)不能迅速得知自身的位置， 這是因?yàn)橹锌厥业孛婢謾z測該車的位置后要通過數(shù)據(jù)通信傳遞給車上，車上控 制系統(tǒng)得到自身的位置就有一個(gè)通信時(shí)間的時(shí)延。而車上檢測方式，是由車上 直接檢測自身的位置。(2) 在一條電纜上同時(shí)有多臺車的情況下，地面檢測方式要采用分頻或分時(shí) 的辦法進(jìn)行位置檢測，顯然，這是不適合多于2臺車的情況。而車上檢測方式， 只要一個(gè)地面發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送，不論有多少臺車都能夠各自檢測各自身的位置， 互不影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和問題加以改進(jìn)、創(chuàng)新， 提供一種有別于感應(yīng)無線位置地面檢測系統(tǒng)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是構(gòu)造一種包括編碼電纜、感應(yīng)天線、位置信號 發(fā)生器、位置檢測器、感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置在內(nèi)的感應(yīng)無線位置車上檢測系 統(tǒng)。其中1) 所述的編碼電纜安裝在移動(dòng)機(jī)車軌道旁，電纜內(nèi)設(shè)有位置檢測傳輸線、數(shù)據(jù)通信傳輸線，位置檢測傳輸線設(shè)有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線， 數(shù)據(jù)通信傳輸線設(shè)有L傳輸對線。2) 所述的感應(yīng)天線為一組感應(yīng)線圈，安裝在移動(dòng)機(jī)車上的天線箱內(nèi)，分為 位置檢測感應(yīng)天線和數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線，其中數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線包括接收線圈 和發(fā)送線圈。3) 所述的位置信號發(fā)生器安裝在中央控制室地面局內(nèi)，在位置信號發(fā)生器 中由振蕩源產(chǎn)生載波信號，由CPU中央處理單元通過模擬開關(guān)和光電耦合控制 功率放大器，按照一定的順序分時(shí)向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發(fā)送載波 信號；其特征在于采用模擬門控制，精確控制向編碼電纜中各檢測位置傳輸對 線發(fā)送載波信號在過零點(diǎn)交替；用光電耦合控制功率放大器件的啟動(dòng)與停土， 減少功耗。4) 所述的位置檢測器安裝在移動(dòng)機(jī)車上的機(jī)上局內(nèi)，由接收線圈AN0、 AN1 接收的信號分別經(jīng)整流進(jìn)行求和，再連接2f帶通濾波器得到2f載波信號，2f 載波經(jīng)過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD接至CPU， 2f載波經(jīng)過整形、 鎖相分頻后，在DCD到來時(shí)，儲(chǔ)存當(dāng)前的lf載波，由于位置信號發(fā)生器最先對 R0傳輸對線發(fā)送載波信號，所以儲(chǔ)存下來的是基準(zhǔn)相位信號。儲(chǔ)存的基準(zhǔn)相位 信號與lf載波進(jìn)行相位比較，就得到了一般位置。lf載波經(jīng)整流、濾波后送 A/D轉(zhuǎn)換，CPU得到GO傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈0接收信號的幅度A(GO)和G0'傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈O接收信號的幅度A (G0')進(jìn) 行運(yùn)算，就得到精密位置，經(jīng)中央處理單元運(yùn)算得到綜合位置，通過并行接口 或者串行接口輸出，并顯示所檢測的位置數(shù)據(jù)。其特征在于采用相當(dāng)于二進(jìn)制 絕對相移鍵控(2PSK)解調(diào)的方法得到就得到了一般位置；采用同一接收線圈 檢測GO傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)的接收信號的幅度A (G0)和GO'傳輸對線發(fā) 送載波信號時(shí)的接收信號的幅度A (G0')進(jìn)行運(yùn)算，得到精密位置。5)所述的感應(yīng)天線數(shù)據(jù)通信裝置分為地面局電路和機(jī)上局電路，由調(diào)制和 解調(diào)組成，其中地面局電路中，由中央控制室主控計(jì)算機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)基 帶信號送到485接口，經(jīng)FSK調(diào)制后， 一路移相90°,分別送到兩路功率放大， 通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數(shù)據(jù)通信傳輸對線L0、 Ll進(jìn)行發(fā)送。 這個(gè)信號由數(shù)據(jù)通信接收線圈感應(yīng)耦合后，送到機(jī)上局。機(jī)上局發(fā)送的信息由 數(shù)據(jù)通信發(fā)送線圈發(fā)出，編碼電纜中通信傳輸對線LO、 Ll感應(yīng)耦合后通過輸入 輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進(jìn)行放大后， 一路移相90°后，與另一路求和， 保證了接收信號任何時(shí)刻不為O，然后，經(jīng)過帶通濾波器濾去雜波信號送FSK解 調(diào)得到數(shù)據(jù)基帶信號經(jīng)485接口送到主控計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)位置檢測己經(jīng)達(dá)到2mm 的檢測分辨率，系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用，為感應(yīng)無線技術(shù)的應(yīng)用解決一個(gè)重大 問題。

圖1是本實(shí)用新型感應(yīng)無線系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型編碼電纜結(jié)構(gòu)平鋪示意圖圖3是本實(shí)用新型編碼電纜連接示意圖圖4是本實(shí)用新型位置檢測感應(yīng)天線示意圖圖5是本實(shí)用新型位置檢測感應(yīng)天線抗干擾示意圖圖6是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈抗干擾示意圖圖7是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈從編碼電纜感應(yīng)信號示意圖
圖8是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線箱結(jié)構(gòu)平鋪示意圖圖9是本實(shí)用新型接收天線箱與發(fā)送天線箱結(jié)構(gòu)平鋪示意圖 圖10是本實(shí)用新型位置信號發(fā)生器框圖 圖11是本實(shí)用新型位置檢測器框圖 圖12是本實(shí)用新型地面局?jǐn)?shù)據(jù)通信硬件電路原理框圖 圖13是本實(shí)用新型感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)檢測原理示意圖 圖14是本實(shí)用新型感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)接收信號相位示意圖具體實(shí)施方式
1. 概述由圖1至14可知，本實(shí)用新型是采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)一種性能穩(wěn)定可 靠的有別于感應(yīng)無線位置地面檢測系統(tǒng)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括安裝在移動(dòng)機(jī)車的軌道旁邊的編碼電纜、安裝在機(jī)車上感應(yīng)天線、安裝在 中央控制室地面局內(nèi)的位置信號發(fā)生器、安裝在機(jī)車上機(jī)上局內(nèi)的車上位置檢 測器以及與感應(yīng)無線位置車上檢測相適應(yīng)的感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置。2. 編碼電纜設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)編碼電纜按照用途分為位置檢測傳輸線和數(shù)據(jù)通信傳輸線。位置檢測傳輸線有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線三種傳輸對線，數(shù)據(jù)通信傳輸線僅有L傳輸對線。2.1.R傳輸線設(shè)計(jì)R傳輸線是作為位置基準(zhǔn)信號傳輸線。設(shè)計(jì)的編碼電纜共有2對R傳輸對 線R0、 Rl。 R0傳輸對線在編碼電纜中不交叉，因此用對R0線發(fā)送的載波時(shí)接 收線圈接收的信號作為基準(zhǔn)相位信號。Rl傳輸對線在編碼電纜中不交叉，但R1 線在位置信號發(fā)生器端口處連接時(shí)與R0同名端相反，對Rl線發(fā)送的載波時(shí)接收線圈接收的信號與基準(zhǔn)信號始終反相，以此反相信號作為串行地址數(shù)據(jù)的起 始位，即基準(zhǔn)時(shí)間信號。2. 2. S傳輸線設(shè)計(jì)S傳輸線作為段位置信號傳輸線。設(shè)計(jì)的編碼電纜有j對s傳輸對線so、 Sl、…Sj-1。 j等于實(shí)際應(yīng)用中編碼電纜的段數(shù)。任何S傳輸對線在編碼電纜中 不交叉，但在段之間連接時(shí)，按照格雷碼的規(guī)則交叉。根據(jù)實(shí)際情況，每段長 度可以不等。 2. 3. G傳輸線設(shè)計(jì)G傳輸線作為位置信號傳輸線。設(shè)計(jì)的編碼電纜有n+l根G傳輸對線G0、 Gl、 G2……Gn-1和G0，， G0、 Gl、 G2……Gn-1傳輸對線按照格雷碼規(guī)律交叉， 其中G0相距2r交叉，Gl相距4r交叉，…Gn-1相距2nr交叉。G傳輸對線相鄰 兩個(gè)交叉的間距為Fl00mm。 n取決于檢測位置的長度，若編碼電纜的長度為L， L=2nX100 (mm)。例n=10， ！^2'。X 100二102. 4m。若實(shí)際應(yīng)用中有多段編碼電纜， 則n取決于最長的編碼電纜的長度。G0'相距2r交叉，但交叉處與G0錯(cuò)開r， GO'與GO的主要作用是作為精密位置檢測。2.4. L傳輸線設(shè)計(jì)L傳輸線作為數(shù)據(jù)通信傳輸線。設(shè)計(jì)的編碼電纜有2對L傳輸對線L0、 Ll， 每隔w交叉一次，w>r， w^kr (k=l， 2，…)，uw=vr (u、 v為正整數(shù))，達(dá)到 L傳輸對線與其它傳輸對線互不干擾的目的。L0與L1的交叉處錯(cuò)開0.5w，以保 證在數(shù)據(jù)通信時(shí)，無信道死區(qū)。圖2是感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編碼電纜各傳輸對線平鋪示意 圖，圖中僅畫出4根G傳輸對線G0、 Gl、 G2、 G0'，所有傳輸對線之間相距為 B=100mm，并且是疊在一起。2.5. 編碼電纜連接(l)對于L、 R、 G線，在任意段與段連接處，Ri—Ri， RiX—RiX ; Li—Li， LiX—LiX ， Gi""Gi， GiX—GiX。注意L、 R、 G線在段間是否交叉取決于編碼 電纜本身，若原來在上面的Gi仍然在上面，則段間不交叉，否則，段間交叉。 (2)對于S線，在0段與1段連接處，S0交叉；在1段與2段連接處，SO和 Sl都交叉；在2段與3段連接處，Sl交叉。若有更多的S線，則按照格雷碼規(guī) 律在段間交叉。(3)、編碼電纜與位置信號發(fā)生器接線端子連線時(shí)，注意Rl線在位置信號發(fā)生器 端口處連接時(shí)交叉，其余各傳輸線均不交叉。圖3是感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編碼電纜連接示意圖，圖中僅畫 出2根S傳輸對線S0、 Sl。 3.感應(yīng)天線設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)有兩類感應(yīng)天線位置檢測感應(yīng)天線和 數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線。所謂感應(yīng)天線就是一組線圈，其中數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線包括 發(fā)送線圈和接收線圈。 3. 1位置檢測感應(yīng)天線設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)位置檢測感應(yīng)天線如圖4所示。位置檢 測感應(yīng)天線由2個(gè)線圈構(gòu)成，線圈l與線圈2相距r。線圈1與線圈2結(jié)構(gòu)完全一致，采取交叉繞制，有i、 n、 m三個(gè)部分，且i、 m的面積和等于ii的面積。采用這種位置接收天線，其作用有如下2點(diǎn)。(l)可以抑制干擾信號 ' 感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，是在中央控制室地面局內(nèi)的位置信號發(fā)生器 向編碼電纜發(fā)送載波時(shí)，由機(jī)上局地址檢測器對位置接收天線中的信號進(jìn)行檢 測得到位置，盡管編碼電纜中不交叉或較長距離交叉的對線上有嚴(yán)重的干擾噪 聲，但是并不是檢測編碼電纜中的載波信號，而是檢測位置接收天線中to載波 信號，所以關(guān)鍵是位置檢測感應(yīng)天線抗干擾。位置接收線圈由于采取交叉繞制，且i、 m的面積和等于n的面積，對于干擾信號相互抵消。若干擾源對上下不對稱時(shí)，例如圖5干擾源為摩電道時(shí)，當(dāng)i靠近摩電道時(shí)感應(yīng)到干擾噪聲較強(qiáng)，但是m離摩電道最遠(yuǎn)感應(yīng)到干擾噪聲
較弱，i 、 m感應(yīng)到干擾噪聲之和與2感應(yīng)到干擾噪聲基本相等相互抵消。為 了防止可能的不相等，在位置檢測感應(yīng)天線箱上增加了一個(gè)采用屏蔽的方法調(diào) 節(jié)感應(yīng)強(qiáng)弱的裝置，調(diào)節(jié)使i、 m感應(yīng)到干擾噪聲與n感應(yīng)到干擾噪聲基本相 等相互抵消。(2)保證線圈1與線圈2信號之和不為o由于線圈1與線圈2寬度為2r，相距為r，編碼電纜中位置檢測傳輸對線 相鄰兩個(gè)交叉的間距也為r，所以在位置信號發(fā)生器向編碼電纜中任意位置檢測 傳輸對線發(fā)送載波時(shí)，線圈1與線圈2信號之和不為0。 3. 2數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線包括發(fā)送線圈和接收 線圈。(l)數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈是沒有交叉的單線圈，沒有抗干擾能力。 設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈交叉繞制如圖6 所示。由接收線圈(I )部和接收線圈(II)部構(gòu)成，且接收線圈(I )部和 接收線圈(II)部的長度與編碼電纜中L傳輸線交叉間距相等(=w)。在現(xiàn)場工 作時(shí)，接收線圈兩個(gè)部分所感應(yīng)的干擾噪聲電動(dòng)勢ewi、 e^相位相反。若在接 收線圈沿X方向的2W小范圍內(nèi)，噪聲電磁波均勻分布，那么，e^2，接 收線圈提取的噪聲電動(dòng)勢ew =ew + 2 = 0。對于有用的通信信號，僅考慮數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線接收線圈從傳輸對線丄l接 收信號，見圖7。當(dāng)中控室從傳輸對線L1發(fā)出的/l載波信號時(shí)。在接收線圈(I )部和接收 線圈(II)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢"l、 ^2。由于同間距交叉的特性，傳輸線交叉， 傳輸對線L1的K+1區(qū)域產(chǎn)生的電磁場與K區(qū)域產(chǎn)生的電磁場方向相反，接收線 圈(II)部又與接收線圈(I )部交叉，經(jīng)過兩次反相接收線圈在任何位置都
有"1和％2的相位相同，幅度相等；因此，接收線圈對通信信號提取的感應(yīng) 電動(dòng)勢^ = & + &2 = ，是傳統(tǒng)的接收線圈的兩倍。(2)數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線發(fā)送線圈設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線發(fā)送線圈有2種形式。① 發(fā)送線圈不交叉繞制形式系統(tǒng)采用這種形式，有2個(gè)天線箱位置檢測感應(yīng)天線箱、數(shù)據(jù)通信感應(yīng) 天線箱。位置檢測感應(yīng)天線箱結(jié)構(gòu)如圖4所示。數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線的發(fā)送線圈 和接收線圈做在一個(gè)天線箱內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖8所示。發(fā)送線圈在發(fā)送信號時(shí)，發(fā)送線圈兩端的電壓約為200&^，為了防止接收線圈感應(yīng)到發(fā)送的強(qiáng)信號損壞接收前置放大電路，發(fā)送線圈放置在接收天線兩 線圈中間，這樣，接收天線感應(yīng)到發(fā)送天線信號的電動(dòng)勢約等于零。② 發(fā)送線圈交叉繞制形式交叉繞制形式的發(fā)送線圈結(jié)構(gòu)與接收線圈結(jié)構(gòu)完全相同，系統(tǒng)采用這種形式有2個(gè)天線箱，接收天線箱、發(fā)送天線箱，見圖9。接收天線箱內(nèi)包括位置接 收線圈和數(shù)據(jù)通信接收線圈，其結(jié)構(gòu)如圖9a所示。發(fā)送天線箱內(nèi)就是一個(gè)交叉 繞制的數(shù)據(jù)通信發(fā)送線圈，其結(jié)構(gòu)如圖9b所示。采用這種形式，在發(fā)送線圈發(fā) 送時(shí)，從傳輸對線接收的信號幅度是單發(fā)送線圈發(fā)送時(shí)的兩倍。 4.位置信號發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)位置信號發(fā)生器電路框圖如圖10。在位 置信號發(fā)生器中，振蕩源產(chǎn)生所需的載波，由CPU控制模擬開關(guān)和功率放大器， 按一定的順序分時(shí)向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線中發(fā)送載波信號。其發(fā)送 順序是在tO、 tl、…時(shí)間段，分別向RO、 Rl、 Sj-l、…、SO、 Gn-1、…、GO、GO'發(fā)送載波信號。位置信號發(fā)生器發(fā)送時(shí)，為了減少功耗，用光電耦合控制功率放大器件件具有時(shí)延，所以要提前開光藕。同時(shí)為了精確在過0點(diǎn)兩路交替，采用模擬門控制。其過程是在發(fā)送Gn快結(jié)束時(shí)，開啟Gn-l的光藕(此時(shí)是同時(shí)開啟了Gn 和Gn-l);當(dāng)發(fā)送Gn結(jié)束時(shí)，關(guān)閉Gn的光藕，控制模擬門選擇Gn-l。5. 車上位置檢測器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)位置檢測器電路框圖如圖11，圖中接收 線圈0、 1 (AN0、 AN1)接收的信號分別經(jīng)整流進(jìn)行求和、再經(jīng)過2f帶通濾波器 得到2f載波，2f載波經(jīng)過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD送到CPU。 由于接收線圈0、 l相距r，所以不管接收線圈處于哪個(gè)位置，只要中控室地面 局位置信號發(fā)生器對任一位置檢測類傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)，就有DCD=1。2f載波經(jīng)過整形、鎖相分頻后，在DCD到來時(shí)，儲(chǔ)存當(dāng)前的lf載波，由 于位置信號發(fā)生器最先對R0傳輸對線發(fā)送載波信號，所以儲(chǔ)存下來的是基準(zhǔn)相 位信號。儲(chǔ)存的基準(zhǔn)相位信號與lf載波進(jìn)行相位比較，這相當(dāng)于二進(jìn)制絕對相 移鍵控(2PSK)解調(diào)，就得到了一般位置(APD位置)。lf載波經(jīng)過整流、濾波后得到接收線圈O檢測信號的幅度。將位置信號發(fā) 生器對G0傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈0檢測信號的幅度A (GO)和位置 信號發(fā)生器對GO'傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈0檢測信號的幅度A (GO') 進(jìn)行運(yùn)算，就得到精密位置(服PD位置)。中央處理單元對所檢測的各種信號進(jìn)行運(yùn)算，就得到了綜合位置。所得到 的綜合位置根據(jù)實(shí)際需要，可通過并行接口或串行接口輸出，并顯示所檢測的 位置數(shù)據(jù)。6. 感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)相適應(yīng)的感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置硬件電路分為地面局電路和機(jī)上局電路，其基本原 理都相同，主要是調(diào)制和解調(diào)，但地面局電路相對復(fù)雜一些，現(xiàn)給出地面局?jǐn)?shù) 據(jù)通信硬件電路原理框圖。感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信地面局電路中，中央控制室主控計(jì)算機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)基帶信號送到485接口，經(jīng)FSK調(diào)制后， 一路移相90°，分別送到兩路功率放 大，通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數(shù)據(jù)通信傳輸對線LO、 Ll進(jìn)行發(fā)送。這個(gè)信號由數(shù)據(jù)通信接收線圈感應(yīng)耦合后，送到機(jī)上局。機(jī)上局發(fā)送的信 息由數(shù)據(jù)通信發(fā)送線圈發(fā)出，編碼電纜中通信傳輸對線LO、 Ll感應(yīng)耦合后通過 輸入輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進(jìn)行放大后， 一路移相90。后，與另一路 求和，保證了接收信號任何時(shí)刻不為O，然后，經(jīng)過帶通濾波器濾去雜波信號送 FSK解調(diào)得到數(shù)據(jù)基帶信號經(jīng)485接口送到主控計(jì)算機(jī)。為了防止位置檢測與數(shù)據(jù)通信相互干擾，數(shù)據(jù)通信載波頻率與位置檢測載 波頻率錯(cuò)開，并在各自接收后對另一個(gè)頻率陷波。 7.感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)位置檢測原理(1) 地面位置信號發(fā)生器載波發(fā)送在位置信號發(fā)生器中，由CPU控制按一定的順序分時(shí)向編碼電纜中各檢測 位置傳輸對線中發(fā)送載波信號。其發(fā)送順序是在tO、 tl、…時(shí)間段，分別向RO、 Rl、 Sj-l、…、SO、 Gn-l、…、GO、 GO，發(fā)送載波信號后，然后停止ts時(shí)間。 其中，發(fā)RO、 GO、 GO，的時(shí)間和停止時(shí)間ts稍長為Tl，這是因?yàn)榘l(fā)RO時(shí)要 建立DCD和儲(chǔ)存的基準(zhǔn)相位信號；發(fā)GO、GO，時(shí)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。向Rl、Sj-l、…、 S0、 Gn-1、…、Gl發(fā)送載波信號的時(shí)間為T2， T24000ms/波特率。無論是地面 檢測還是車上檢測方式，感應(yīng)無線位置檢測都由一般位置檢測(APD)和高分辨 率位置檢測(HRPD)組成。APD檢測，是檢測信號的相位得到，HRPD檢測，是 檢測信號的幅度得到。在圖13中，為了說明原理，考慮只有一段，即不考慮段 位置信號傳輸線(S傳輸線)。 '(2) 車上APD位置檢測原理車上位置檢測系統(tǒng)的一般位置檢測(APD)，是從接收線圈0感應(yīng)信號的相 位中得到APD位置。在t0時(shí)間段，接收線圈0感應(yīng)的是傳輸對線R發(fā)送的信號
稱為R信號，以R信號相位作為基準(zhǔn)相位，若與之同相記為"0"，與之反相記 為"l";在tl時(shí)間段，接收線圈0感應(yīng)的是傳輸對線R1發(fā)送的信號，由圖13R1 的結(jié)構(gòu)，Rl信號一定與R信號反相，記為Rl=l，將這個(gè)"1"作為起始位；在 t2時(shí)間段，接收線圈0感應(yīng)的是傳輸對線G2發(fā)送的信號，02=0或=1，取決與 接收線圈O的位置。若在圖13中，接收線圈0的中線分別在①、②、③、 的 位置，則接收線圈0的接收信號的相位如圖14 (為了突出相位關(guān)系，圖中信號 的幅度畫成一樣大小或?yàn)镺)。圖14的信號，就是二進(jìn)制絕對相移鍵控(2PSK) 調(diào)制信號，對該信號解調(diào)，并以Rl=l作為起始位，則得到:在位置①，G2G1G0=000， g=0;在位置②，G2G1G0=010， g=3;在位置③，G2G1G0二110， g=4;在位置 ， G2G1G0=111或101， g二5或6，由于處于5、 6交界處，故無論為5或?yàn)?都認(rèn) 為正確。于是得到與地面檢測方式相似的APD位置公式 JTO = gxrA A A A A A (1)如果存在j段，各段長度分別為Li (i=0， 1，…，j-l)，若檢測在第i段， 則ADD二LO+Ll+…Li-l+gXr。 (3)車上HRPD位置檢測原理編碼電纜結(jié)構(gòu)如圖13所示。當(dāng)位置信號發(fā)生器向GO發(fā)送載波信號時(shí)，由 A/D轉(zhuǎn)換對信號幅度采樣，得到A(GO);當(dāng)位置信號發(fā)生器向GO'發(fā)送載波信 號時(shí)，由A/D轉(zhuǎn)換對信號幅度采樣，得到A(GO')。由于GO傳輸對線與GO'傳 輸對線交叉錯(cuò)開距離r，這種方式下，對A (GO)和A (GO')進(jìn)行計(jì)算，就得到 車上位置檢測系統(tǒng)的高分辨率位置檢測(HRPD)。設(shè)接收線圈0中心線偏離GO兩交叉間中心的距離為d0，偏離GO'兩交叉 間中心的距離為dl，顯然，d0、 dl就是HRPD位置且FdO+dl。根據(jù)電磁感應(yīng)的 原理，并建立均勻磁場模型，即當(dāng)接收線圈與編碼電纜之間距離較小時(shí)，近 似認(rèn)為編碼電纜中傳輸對線產(chǎn)生的磁力線沿x方向均勻分布且垂直穿過接收線 圈，在這種近似模型下，接收線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e的幅度^與接收線圈有效感應(yīng)面積成正比。這個(gè)模型盡管與實(shí)際有一定的差異，但是用這個(gè)模型可以方 便地得到位置檢測公式，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，得到的高分辨率位置公式與實(shí)際是基 本相符的。采用均勻磁場模型有<formula>formula see original document page 18</formula>令:<formula>formula see original document page 18</formula>從式(4)、 (5)看出，只要檢測到傳輸對線GO、 GO'上感應(yīng)信號幅度A(GO)、 A(GO，)，便可計(jì)算出與y、 z無關(guān)的P0、 Pl，從而得到服PD位置<formula>formula see original document page 18</formula>分兩種情況討論(1) 接收線圈O的中心位于GO兩交叉間右半部(圖13位置②)檢測出來的APD位置數(shù)據(jù)g為偶數(shù)，接收線圈0中心線偏離GO兩交叉間中心的距離為d0。 <formula>formula see original document page 18</formula>(2) 接收線圈的中心位于G0'兩交叉間右半部(圖13位置③)檢測出來的 APD位置數(shù)據(jù)g為奇數(shù)，接收線圈0中心線偏離GO'兩交叉間中心的距離為dl。 <formula>formula see original document page 18</formula>由此，得到高分辨率位置HRPD的公式和綜合位置ADD的公式 ^。=PlXr 當(dāng)g為偶數(shù)<formula>formula see original document page 18</formula>(7)感應(yīng)無線位置檢測一個(gè)很重要的指標(biāo)就是檢測分辨率，目前國際上達(dá)到了 5mm的檢測分辨率。但是對于有些的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域來說，這種分辨率還不夠。對 于移動(dòng)機(jī)車自動(dòng)定位來說，位置檢測的分辨率必須要小于定位精度。本實(shí)用新
型位置檢測已經(jīng)達(dá)到了 2ram的檢測分辨率。本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描 述，并非對本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的 前題下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改 進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng) 全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1、一種感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)包括編碼電纜、感應(yīng)天線、位置信號發(fā)生器、位置檢測器、感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置，其中1)所述的編碼電纜安裝在移動(dòng)機(jī)車軌道旁，電纜內(nèi)設(shè)有位置檢測傳輸線、數(shù)據(jù)通信傳輸線，位置檢測傳輸線設(shè)有R傳輸對線、S傳輸對線、G傳輸對線，數(shù)據(jù)通信傳輸線設(shè)有L傳輸對線；2)所述的感應(yīng)天線為一組感應(yīng)線圈，安裝在移動(dòng)機(jī)車上的天線箱內(nèi)，分為位置檢測感應(yīng)天線和數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線，其中數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線包括接收線圈和發(fā)送線圈；3)所述的位置信號發(fā)生器安裝在中央控制室地面局內(nèi)，在位置信號發(fā)生器中由振蕩源產(chǎn)生載波信號，由CPU中央處理單元通過模擬開關(guān)和光電耦合控制功率放大器，按照一定的順序分時(shí)向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發(fā)送載波信號；4)所述的位置檢測器安裝在移動(dòng)機(jī)車上的機(jī)上局內(nèi)，由接收線圈AN0、AN1接收的信號分別經(jīng)整流進(jìn)行求和，再連接2f帶通濾波器得到2f載波信號，2f載波經(jīng)過整流、濾波、比較得到載波檢測信號DCD接至CPU，2f載波經(jīng)過整形、鎖相分頻后，在DCD到來時(shí)，儲(chǔ)存當(dāng)前的1f載波，由于位置信號發(fā)生器最先對R0傳輸對線發(fā)送載波信號，所以儲(chǔ)存下來的是基準(zhǔn)相位信號；儲(chǔ)存的基準(zhǔn)相位信號與1f載波進(jìn)行相位比較，就得到了一般位置；1f載波經(jīng)整流、濾波后送A/D轉(zhuǎn)換，CPU得到G0傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈0接收信號的幅度A，G0和G0’傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)接收線圈0接收信號的幅度A，G0’進(jìn)行運(yùn)算，就得到精密位置，經(jīng)中央處理單元運(yùn)算得到綜合位置，通過并行接口或者串行接口輸出，并顯示所檢測的位置數(shù)據(jù)；5)所述的感應(yīng)天線數(shù)據(jù)通信裝置分為地面局電路和機(jī)上局電路，由調(diào)制和解調(diào)組成，其中地面局電路中，由中央控制室主控計(jì)算機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)基帶信號送到485接口，經(jīng)FSK調(diào)制后，一路移相90°，分別送到兩路功率放大，通過輸入輸出隔離器HYB送到編碼電纜的數(shù)據(jù)通信傳輸對線L0、L1進(jìn)行發(fā)送；這個(gè)信號由數(shù)據(jù)通信接收線圈感應(yīng)耦合后，接至機(jī)上局；機(jī)上局發(fā)送的信息由數(shù)據(jù)通信發(fā)送線圈發(fā)出，編碼電纜中通信傳輸對線L0、L1感應(yīng)耦合后通過輸入輸出隔離器HYB送到輸入，分兩路進(jìn)行放大后，一路移相90°后，與另一路求和，保證了接收信號任何時(shí)刻不為0，然后，經(jīng)過帶通濾波器濾去雜波信號送FSK解調(diào)得到數(shù)據(jù)基帶信號經(jīng)485接口接至主控計(jì)算機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 R傳輸對線為位置基準(zhǔn)信號傳輸線，設(shè)計(jì)有2對R傳輸對線，RO、 Rl， RO傳輸 對線在編碼電纜中不交叉，Rl傳輸對線在編碼電纜中亦不交叉，但在端口交叉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 S傳輸對線為段位置信號傳輸線，設(shè)有j對s傳輸對線，分為SO、 Sl、…Sj-l， j等于實(shí)際應(yīng)用中編碼電纜的段數(shù)，任何S傳輸對線在編碼電纜中不交叉，但在 段之間連接時(shí)，按照格雷碼的規(guī)則交叉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 G傳輸對線為位置信號傳輸線，設(shè)計(jì)有n+l根G傳輸對線，分為GO、 Gl、 G2…… Gn-l和GO， ， GO、 Gl、 G2……Gn-1傳輸對線按照格雷碼規(guī)律交叉，其中Gi相 距2(i+l)r交叉一次；GO'相距2r交叉，但交叉處與GO錯(cuò)開r。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 L傳輸對線為數(shù)據(jù)通信傳輸線，設(shè)計(jì)有2對L傳輸對線L0、 Ll，每隔w交叉一 次，L0與Ll的交叉處錯(cuò)開0. 5w; w〉r， w#kr (k=l， 2，…)，uw=vr (u、 v為 正整數(shù))。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的位置檢測感應(yīng)天線由2個(gè)線圈構(gòu)成，線圈1與線圈2結(jié)構(gòu)完全一致，其寬度與 編碼電纜中GO傳輸線交叉間距相等，線圈l與線圈2相距r，采取交叉繞制，有i、 n、 ni三個(gè)部分，且i、 in的面積和等于ii的面積，達(dá)到抗干擾的目的。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線中的接收線圈由接收線圈I部和接收線圈II部構(gòu)成，募中接收線圈i部和接收線圈n部的長度與編碼電纜中L傳輸線交叉間距相等。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的 數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線中的發(fā)送線圈分為2種結(jié)構(gòu)1) 發(fā)送線圈不交叉繞制形式，由位置檢測感應(yīng)天線箱和數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線 箱組成，其中數(shù)據(jù)通信感應(yīng)天線的發(fā)送線圈和接收線圈做在一個(gè)天線箱內(nèi)；2) 發(fā)送線圈交叉繞制形式，交叉繞制形式的發(fā)送線圈結(jié)構(gòu)與接收線圈結(jié)構(gòu) 完全相同，由接收天線箱和發(fā)送天線箱組成，其中接收天線箱內(nèi)包括位置接收 線圈和數(shù)據(jù)通信接收線圈，發(fā)送天線箱內(nèi)設(shè)一個(gè)交叉繞制的數(shù)據(jù)通信發(fā)送線圈。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述位 置信號發(fā)生器采用模擬門控制，在向編碼電纜中各檢測位置傳輸對線發(fā)送載波 信號時(shí)精確地在過零點(diǎn)交替；用光電耦合控制功率放大器件的啟動(dòng)與停止，減 少功耗。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，其特征在于所述 位置檢測器采用相當(dāng)于二進(jìn)制絕對相移鍵控2PSK解調(diào)的方法得到一般位置；采 用同一接收線圈檢測G0傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)的接收信號的幅度A，G0和G0' 傳輸對線發(fā)送載波信號時(shí)的接收信號的幅度A， GO'進(jìn)行運(yùn)算，得到精密位置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及感應(yīng)無線技術(shù)，特別指感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)。本實(shí)用新型是采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)一種性能穩(wěn)定可靠的有別于感應(yīng)無線位置地面檢測系統(tǒng)的感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)包括安裝在移動(dòng)機(jī)車的軌道旁邊的編碼電纜、安裝在機(jī)車上感應(yīng)天線、安裝在中央控制室地面局內(nèi)的位置信號發(fā)生器、安裝在機(jī)車上機(jī)上局內(nèi)的車上位置檢測器以及與感應(yīng)無線位置車上檢測相適應(yīng)的感應(yīng)無線數(shù)據(jù)通信裝置。本實(shí)用新型感應(yīng)無線位置車上檢測系統(tǒng)，經(jīng)過檢測已經(jīng)達(dá)到2mm的檢測分辨率，系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際中應(yīng)用，為感應(yīng)無線技術(shù)的應(yīng)用解決一個(gè)重大問題。
文檔編號G08C17/02GK201029049SQ200720062579
公開日2008年2月27日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者周曉輝, 新 陳, 進(jìn) 陳, 陳勇波 申請人:陳 進(jìn);陳 新;陳勇波;周曉輝