專利名稱：一種用于檢測移動物體速度與位置的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測移動物體速度與位置的裝置。
背景技術：
目前，利用無接觸檢測方法對移動物體進行速度與位置的檢測得到日益廣泛的應 用，檢測方法一般采用回線、泄露同軸電纜和地面應答器等方式，回線、泄露同軸電纜需要 在地面安裝信號源，增加了軌道維護成本，地面應答器雖然無需外接市電，但仍是帶電工作 的電子設備，可靠性差，維護管理成本高。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于檢測移動物體速度與位置的裝置，該裝置不受外界 環境的影響，能適應外界的惡劣條件，可靠高，維護成本低，測量結果精度高、準確，且可檢 測的距離長。 本發明實現其發明目的，所采用的技術方案是一種用于檢測移動物體速度與位 置的裝置，其組成為 在被檢測移動物體運動方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動物體在編碼板正上 方位置安裝有電磁感應式傳感器；該傳感器與車載檢測裝置相連；所述編碼板由編碼段和 非編碼段交替排列構成，其中 所述的非編碼段由單元金屬條和非金屬間隙交替排列組成，且單元金屬條和非金 屬間隙的寬度均為L; 所述的編碼段由編碼金屬條和非金屬編碼間隙排列組成，編碼金屬條和非金屬編 碼間隙的寬度為L/2 ;編碼金屬條對應的邏輯單元的值為l，非金屬編碼間隙對應的邏輯單 元的值為0 ;編碼段的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙，且其相鄰位置排列的均為 非編碼段的非金屬間隙；中間位置的編碼金屬條和非金屬編碼間隙總長度為，L/2，其排 列對應的N個邏輯單元的值構成一個N位的編碼，N為大于1的整數；
所述的傳感器為兩組，兩組的間距為L的偶數倍，且大于編碼段的長度；每組傳感 器包含前、后兩個相距為L/2奇數倍的傳感器，前傳感器和后傳感器沿物體移動方向上的 寬度為L/2。 本發明的工作過程和原理是 檢測時，傳感器與地面編碼板產生電磁耦合，當傳感器隨著檢測物體移動到編碼 板上的金屬條上方時，傳感器輸出高電平信號，而當傳感器移動到非金屬間隙上方時，傳感 器輸出低電平信號，隨著傳感器在編碼板上方的位置變化，傳感器輸出由高、低電平組成的 脈沖信號，通過車載檢測裝置對該電信號進行分析處理，可得到移動物體的位置和速度，其 具體的確定方法為 非編碼段的金屬條寬度和非金屬間隙交替排列且寬度相等均為L，移動物體運動 時，車載檢測裝置通過傳感器獲得高、低電平交替組成的周期性變化的脈沖信號。該脈沖信
3號的周期T的時間長度為檢測物體通過當前位置的一個金屬條寬度和相鄰的一個非金屬 間隙(總長度為2L)的時間。因此將2L除以任意一個傳感器檢測到的脈沖信號的周期T， 即可獲得移動物體的當前速度。相應地在某一時刻，任一傳感器從開始到該時刻檢測到的 脈沖的總個數乘以2L，就是移動物體的總位移量，從而確定出移動物體的當前位置(距初 始位置的距離)。 由于傳感器組內的前、后傳感器相距為L/2的奇數倍，因此前、后傳感器檢測出的 脈沖信號的相位相差n/4，由該兩個傳感器輸出的脈沖信號進行異或處理后，得到周期為 T/2的基準脈沖信號，該基準脈沖信號的周期減少一半，脈沖個數增加一倍，每個脈沖對應 的編碼板的寬度減少一半，相應計算出的移動物體的位置的精度提高一倍。
編碼段中，將編碼金屬條寬度和非金屬編碼間隙設為L/2，根據需要的編碼位數布 置金屬條和非金屬條，每一個編碼段有唯一的編碼值，該編碼與該處位置一一對應。傳感器 隨著檢測物體移動到此時，將此編碼值讀出，通過車載檢測裝置處理后，給出當前的編碼所 對應的物體的準確位置。 傳感器讀出編碼段的編碼值的具體工作過程和原理是車載檢測裝置以前、后傳 感器輸出信號異或后的基準脈沖信號為時間基準，分析讀出二組傳感器的脈沖信號，并對 二組傳感器的前(后)脈沖信號進行比較。當兩組傳感器均在非編碼段內時，由于兩組傳 感器的前(后)傳感器相距為L的偶數倍，因此該兩組信號相差2 Ji的整倍數，即兩個信號 完全相同，表明傳感器組沒有在編碼段內。 —旦有一組傳感器中的前(后)傳感器進入了編碼段，由于兩組傳感器的距離大 于編碼段的長度，因此，另一組傳感器的前(后)傳感器一定在非編碼段。同時，由于編碼 段的初始位置為寬度為L/2的非金屬編碼間隙，且與相鄰的為非編碼段的非金屬間隙，這 樣在編碼段初始位置處該傳感器的信號為邏輯0，而相距L的偶數倍的在非編碼段內的另 一對應的傳感器讀出必定為邏輯1 ;也即當兩個前(后)傳感器的讀出信號剛開始出現不 一致時，表明讀出信號為0的傳感器進入了編碼段，從該處開始的下一位即為編碼輸出，依 次讀出的N位邏輯值即為該編碼段的編碼值；由于編碼段的未位置也為寬度為L/2的非金 屬編碼間隙，且與非編碼段的非金屬間隙相鄰，因此，編碼段內的傳感器在讀出N位編碼值 后，緊接著即在末位位置處輸出邏輯O，而相距L偶數倍的非編碼段內的傳感器此時必定輸 出為邏輯1。如輸出與此相符，則表明該編碼段的信號讀取無誤，可將該編碼段的編碼值對 應的位置作為檢測結果輸出。由于每一組內有前、后傳感器，兩組中的前傳感器可以用這樣 的方式構成一對傳感器得出一個絕對位置編碼數據，后傳感器同樣也可以構成另一對傳感 器得出另一個絕對位置編碼數據，當其中的一對傳感器受到干擾無法輸出編碼正確數據， 則車載檢測裝置可以使用另一對傳感器的編碼數據。
與現有技術相比，本發明的有益效果是 —、本發明通過較長距離的非編碼段快速有效地檢測移動物體的當前位置和速 度，并利用兩個相距為L/2奇數倍的傳感器將檢測精度提高一倍，測量結果精度高、準確。
二、作為地面標記物的編碼板由編碼段和非編碼段組成，將編碼段作為移動路線 特定位置的標記，通過相距為L偶數倍的兩組傳感器讀數的對比讀出編碼段的編碼值，從 而得出該處的絕對位置，確定移動物體在移動路線上的這些特定位置。從而可以校正用非 編碼段測距由于傳感器檢測不準確可能帶來的測量誤差，每到一個編碼段進行一次位置校正，從而可以從有效地避免測距誤差的累積擴大，因此本發明的檢測方式測距范圍長，測量 誤差小。 兩組中的前傳感器對、后傳感器對均可以獨立得出一個絕對位置編碼數據，當其 中的一對傳感器受到干擾無法輸出編碼正確數據，車載檢測裝置可以使用另一個編碼數 據，這樣進一步確保了本發明裝置的可靠性和檢測結果的準確性。 三、本發明的裝置用于無接觸式移動物體的速度與位置檢測。由于該裝置帶電設 備均安裝在移動物體上，安裝在軌道上的金屬編碼板是無源器件，故能適應外界的惡劣條 件，且維護成本很低，其精確度、經濟性和可靠性都很好。
下面結合附圖和具體實施方式
對發明進一步的詳細說明。
圖1是本發明實施例一的裝置在非編碼段的編碼板的結構示意圖及其傳感器移 動于該非編碼段的輸出信號波形。 圖2是本發明實施例一的裝置在一編碼段和相鄰非編碼段的結構示意圖及其傳 感器移動于該編碼板上的輸出信號波形及在編碼段的編碼序列。
具體實施方式
實施例一 圖1、2示出本發明的一種具體實施方式
為，一種用于檢測移動物體速度與位置的 裝置，其組成為 在被檢測移動物體運動方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動物體在編碼板正上 方位置安裝有電磁感應式傳感器；該傳感器與車載檢測裝置相連；所述編碼板由編碼段CA 和非編碼段CB交替排列構成，其中 所述的非編碼段CB由單元金屬條1和非金屬間隙0交替排列組成，且單元金屬條 1和非金屬間隙0的寬度均為L ; 所述的編碼段CA由編碼金屬條1A和非金屬編碼間隙0A排列組成，編碼金屬條1A 和非金屬編碼間隙0A的寬度為L/2 ;編碼金屬條1A對應的邏輯單元的值為l，非金屬編碼 間隙OA對應的邏輯單元的值為0 ;編碼段CA的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙0A， 且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙O ;中間位置的編碼金屬條1A和非金屬編 碼間隙OA總長度為，L/2，其排列對應的N個邏輯單元的值構成一個N位的編碼，N為大于 1的整數； 所述的傳感器為兩組S1F、S1B和S2F、S2B，兩組的間距為L的偶數倍，且大于編碼 段CA的長度；每組傳感器S1F、S1B或S2F、S2B包含前、后兩個相距為L/2奇數倍的傳感器， 前傳感器S1F、 S2F和后傳感器S1B、 S2B沿物體移動方向上的寬度為L/2。
由圖1可見，本例中組內傳感器中心間距為L/2的5倍。前、后傳感器的中心間距 為L的偶數倍，在本例中為IOL。 圖1還示出，當所有傳感器S1F、S1B、S2F、S2B全在非編碼段CB移動時，所有傳感 器S1F、 S1B、 S2F、 S2B送出的信號均為周期性變化的信號，兩組的前傳感器S1F、 S2F輸出 信號相同，即圖1中的波形W1，兩組中的后傳感器S1B、S2B輸出信號相同，即圖1中的波形W2。波形Wl或波形W2的周期為T，波形W3為波形Wl和波形W2異或得到周期為T/2的基 準信號波形，L/(T/2)便是移動物體以T/2為單位計算得到的瞬時速度。將波形W3的脈沖 個數總數乘以L/2，獲得移動物體的當前移動距離。 圖2示出，當一組傳感器的后傳感器S1B從非編碼段CB移入編碼段CA再從編碼段 CA移出時，該后傳感器S1B的輸出波形為W4 ;相同時間段內，另一組的后傳感器S2B的輸出 波形為W5，由車載檢測裝置以該時段的基準波形W3為時間基準對該兩組波形進行處理，分 別得出圖2中的編碼序列XI和編碼序列X2，并將編碼序列X1、X2進行比較，兩序列一致的 時段，表明后傳感器S1B和S2B都位于非編碼段CB。在兩序列出現不一致的時刻，此時S1B 的輸出值為0， S2B的輸出值為I，表明后傳感器SIB開始進入編碼段CA。從兩序列出現不 一致處開始得到編碼段CA的編碼輸出值序列X3，去掉序列X3的第一位0 (起始位)和最后 一位0(結束位)，序列X3的中間段序列值即為該編碼段的編碼值，并由該編碼值得出移動 物體的絕對位置。 二組傳感器中的前傳感器的輸出波形也與圖2中所波形的變化完全相同。
顯然，本發明的測距精度由非編碼段CB的單元金屬條1的寬度和非金屬間隙0的 寬度確定，當單元金屬條1的寬度為50mm時，移動物體的定位精度為50mm，通過一組內的兩 個傳感器設置，可將該精度提高到25mm。而測距的總長度則等于非編碼段CB的長度與編碼 段CA的長度之和再乘以使用的編碼個數。若每隔200m設置一段編碼段，編碼段的編碼位 數是16位，編碼個數為216，能檢測的距離長度可達13107. 2km。 顯然，本發明的兩組傳感器中的傳感器數目還可以是2個以上的M個。這M個傳 感器的寬度是L/M，相鄰兩個傳感器之間的距離為(K+1)L/M，其中K為非負整數。編碼段CA 的編碼金屬條1A和非金屬編碼間隙0A的寬度也設置為L/M，M個傳感器得出的波形進行數 字處理后，可得出周期為T/M的基準信號。這樣檢測精度可提高為L/M。
本發明在編碼段CA中，若有兩個或兩個以上的編碼金屬條1A緊鄰(中間無非金 屬編碼間隙OA)，則這些緊鄰的編碼金屬條1A也可采用一體化的一個長金屬條替代；同樣 緊鄰的非金屬編碼間隙0A，也可采用一體化的非金屬材料構成。
權利要求
一種用于檢測移動物體速度與位置的裝置，其組成為在被檢測移動物體運動方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動物體在編碼板正上方位置安裝有電磁感應式傳感器；該傳感器與車載檢測裝置相連；所述編碼板由編碼段(CA)和非編碼段(CB)交替排列構成，其中所述的非編碼段(CB)由單元金屬條(1)和非金屬間隙(0)交替排列組成，且單元金屬條(1)和非金屬間隙(0)的寬度均為L；所述的編碼段(CA)由編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)排列組成，編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)的寬度為L/2；編碼金屬條(1A)對應的邏輯單元的值為1，非金屬編碼間隙(0A)對應的邏輯單元的值為0；編碼段(CA)的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙(0A)，且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙(0)；中間位置的編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)總長度為N*L/2，其排列對應的N個邏輯單元的值構成一個N位的編碼，N為大于1的整數；所述的傳感器為兩組(S1F、S1B和S2F、S2B)，兩組的間距為L的偶數倍，且大于編碼段(CA)的長度；每組傳感器(S1F、S1B或S2F、S2B)包含前、后兩個相距為L/2奇數倍的傳感器，前傳感器(S1F、S2F)和后傳感器(S1B、S2B)沿物體移動方向上的寬度為L/2。
全文摘要
一種用于檢測移動物體速度與位置的裝置，其組成為移動物體上安裝電磁感應式傳感器；地面上安裝由編碼段和非編碼段交替排列的編碼板，非編碼段由寬度均為L的單元金屬條和非金屬間隙交替排列組成；編碼段由寬度為L/2的編碼金屬條和非金屬編碼間隙排列組成，編碼段的初始和未位置均為非金屬編碼間隙，且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙；中間的排列則構成N位的編碼，傳感器為兩組，兩組間距為L偶數倍且大于編碼段長度；每組包含前、后兩個相距L/2奇數倍的傳感器，前、后傳感器沿移動方向的寬度為L/2。該裝置不受外界環境的影響，能適應外界的惡劣條件，可靠性高，維護成本低，測量結果精度高、準確，可檢測的距離長。
文檔編號G01P3/42GK101718516SQ20091026092
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者劉國清, 劉放, 張昆侖, 張湘, 王瀅, 王莉, 董金文, 靖永志 申請人:西南交通大學