一種對中傳感裝置及其位移檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種對中傳感裝置及位移檢測方法，對中傳感裝置，包括：依次相連的傳感器、驅動單元、信號處理單元和處理器。傳感器包括分別位于其兩側和中部的共三組電磁感應探頭。在進行對中傳感時，傳感器設置于鋼軌的上方，對位于傳感器兩側的電磁感應探頭的線圈通以交變電流，交變電流產生交變磁場，交變磁場在鋼軌的表面產生渦流，渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應探頭的線圈，并在線圈的兩端產生感應信號，通過對感應信號進行調理，將傳感器的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。本發明對中傳感裝置及位移檢測方法能夠準確地測量傳感器的機械位移，并適用于高速條件下的位移測量，同時結構簡單、安裝方便，易于使用和維護。
【專利說明】一種對中傳感裝置及其位移檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵路工程領域，尤其是涉及一種廣泛應用于鐵路工程車輛，特別是超聲波鋼軌探傷車的對中傳感裝置及其位移檢測方法。
【背景技術】
[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、蛇行運動和垂向振動，使安裝于鋼軌探傷車上的探路相對于檢測的鋼軌發生機械位移，不能實現良好的對中，從而直接影響到鋼軌探傷作業過程的精確度和高速條件下的實時性能。因此，保證超聲波探輪在復雜的路狀條件下保持良好的對中，消除各種車體震動的影響，保證高速行駛條件下的鋼軌探傷作業效果是一個亟待解決的技術問題。
[0003]而對中傳感裝置就是解決這個技術問題的核心，作為一套自動對中系統，對中傳感裝置同時也是一套閉環反饋系統。在現有技術中，與本發明相近似的方案主要有激光傳感器方式，它利用激光測距原理，采用激光測距進行光學對中。圖像傳感器方式，采用圖像處理方式進行對中。差動式傳感器方式，采用差動變壓器感應磁路變化實現對中。
[0004](I)激光測距方式通過利用車體上某一點到鋼軌的固定距離來確定對中位置，所以在鋼軌探傷車的車底需安裝激光測距傳感器。在進行對中操作時，激光打到鋼軌內側的邊緣，利用激光方式實現的前提條件是激光發射后要被良好接收，所以表面光滑或者貼專用反射紙是最好的選擇。但是，該方式的缺點是，由于鋼軌長時間裸露在空氣潮濕環境中，生銹、灰塵、泥土、雜物都將嚴重影響激光的反射與接收，從而直接影響對中檢測的性能，且貼反射紙在動輒數公里長的鐵路線上是不可行的。
[0005](2)圖像傳感方式通過利用相機獲取鋼軌表面的光學圖像，然后經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，由于對中傳感裝紙懸掛于鋼軌探傷車的車體下部，振動對相機來說是一個非常致命的問題。此外，超聲波檢測需要噴水，加之高速運動，會導致相機鏡頭沾水從而使相機模糊。同時，鋼軌探傷車的使用環境惡劣，風沙、雨雪和嚴寒都會嚴重影響相機的性能和壽命。
[0006](3)差動傳感(LVDT, Linear Variable Differential Transformer,線性可變差動變壓器的縮寫)方式通過利用差動變壓器原理測量對中偏差。這種檢測方式將鋼軌看作是差動變壓器的可動鐵芯。當在差動變壓器的原邊線圈上通以交流勵磁電流時，兩個次邊線圈就會產生感應電壓。如果變壓器的兩個次邊線圈位置是對稱的，而且兩個次邊線圈的匝數是相同的，當變壓器對準鋼軌時，兩個次邊線圈的感應電壓相等，如果線圈偏向鋼軌中線，則通過檢測差動變壓器側邊的電壓差則可得到差動變壓器的橫向偏離程度。這種方式的缺陷是，差動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度增大傳感器的線性范圍，但是傳感器過長又會降低傳感器的抗干擾性能，因此限制了差動變壓器式傳感的應用范圍。
【發明內容】
[0007]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種對中傳感裝置及其位移檢測方法，能夠準確地測量傳感器的機械位移，并適用于高速條件下的位移測量，同時結構簡單、安裝方便，易于使用和維護。
[0008]為了實現上述發明目的，本發明具體提供了一種對中傳感裝置的技術實現方案，一種對中傳感裝置，包括:依次相連的傳感器、驅動單元、信號處理單元和處理器，所述傳感器包括分別位于其兩側和中部的共三組電磁感應探頭。在進行對中傳感時，所述傳感器設置于鋼軌的上方，對位于所述傳感器兩側的電磁感應探頭的線圈通以交變電流，所述交變電流產生交變磁場，所述交變磁場在所述鋼軌的表面產生渦流，所述渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應探頭的線圈，并在所述中部的電磁感應探頭的線圈兩端產生感應信號，通過對所述感應信號進行調理，將所述傳感器的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。
[0009]優選的，所述驅動單元包括第三放大環節、第四放大環節和第五放大環節，所述信號處理單元包括第一放大環節和振蕩器，由所述振蕩器產生的正弦波激勵信號經所述第一放大環節驅動后輸出至所述驅動單元，所述正弦信號分別經所述第三放大環節和所述第五放大環節驅動后，再分別輸出至位于所述傳感器兩側的電磁感應探頭。所述渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應探頭產生的感應信號經所述第四放大環節驅動后輸出至所述信號處理單元。
[0010]優選的，所述信號處理單元還包括第六放大環節、第七放大環節和除法器，所述第四放大環節輸出的信號經所述第六放大環節驅動后，與來自于所述第一放大環節并經所述第七放大環節驅動后的正弦波激勵信號在所述除法器中進行除法運算，得到所述感應信號與所述正弦波激勵信號的比率，所述處理器通過計算所述比率得到所述傳感器的機械位移。
[0011]優選的，所述對中傳感裝置還包括信號調理單元，所述信號處理單元還包括濾波器和第二放大環節，所述除法器輸出的比率信號經所述濾波器進行濾波處理后，再輸出至所述第二放大環節進行功率放大，并將功率放大后的信號輸出至所述信號調理單元。
[0012]優選的，所述驅動單元還包括相位補償環節，所述相位補償環節連接在所述第一放大環節與所述第七放大環節之間，所述相位補償環節為來自于所述第一放大環節的正弦波激勵信號增加一個相位超前量或滯后量，比此來補償輸入至所述傳感器兩側的電磁感應探頭的正弦波激勵信號對所述傳感器中部的電磁感應探頭輸出的感應信號的相位偏移。
[0013]優選的，所述對中傳感裝置還包括輸出接口和通訊接口，由所述信號處理單元的第二放大環節輸出的比率信號經過所述信號調理單元進行模擬信號調理后，經所述輸出接口對外輸出模擬信號。所述處理器對所述比率信號進行計算后，通過所述通訊接口，經所述輸出接口對外輸出數字信號。
[0014]優選的，所述對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，將所述處理器經過計算處理后的所述傳感器的機械位移信號進行數碼顯示。
[0015]本發明還另外具體提供了一種對中傳感裝置的位移檢測方法，對中傳感裝置的傳感器設置于鋼軌的上方，該方法包括以下步驟:
[0016]SlOO:對位于所述傳感器兩側的電磁感應探頭線圈通以交變電流，所述交變電流產生交變磁場，所述交變磁場在所述鋼軌的表面產生渦流；[0017]SlOl:所述渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應探頭線圈，并在所述中部的電磁感應探頭的線圈兩端產生感應信號；
[0018]S102:通過對所述感應信號進行調理，將所述傳感器的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。
[0019]優選的，所述步驟SlOO進一步包括:
[0020]由同一振蕩器產生的正弦波激勵信號經驅動后分兩路分別輸出至位于所述傳感器兩側的電磁感應探頭的線圈，在所述電磁感應探頭的兩端產生交變磁場，所述交變磁場作用于所述鋼軌，在所述鋼軌的表面產生渦流。
[0021]優選的,所述步驟S102進一步包括:
[0022]在所述傳感器中部的電磁感應探頭線圈的兩端產生的感應信號經驅動后，與所述振蕩器產生的正弦波激勵信號進行除法運算，得到所述感應信號與所述正弦波激勵信號的比率，通過所述比率計算所述傳感器的機械位移。
[0023]通過實施上述本發明提供的對中傳感裝置及其位移檢測方法，具有如下技術效果:
[0024](I)本發明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對于激光、圖像和差動方式在激勵與調理電路方面相對簡單和可靠；
[0025](2)本發明對中傳感裝置相對于激光、圖像和差動方式體積更小、重量更輕，安裝方便；
[0026](3)本發明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對于激光、圖像和差動方式受鋼軌表面臟物、環境影響較小；
[0027](4)本發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現，尤其是圖像式方式需要相機，相機在車體下易受風、沙、水和振動等方面的影響，嚴重限制了應用環境，并降低了使用壽命；
[0028](5)本發明裝置采用數顯方式指示位置，一是無需輔助儀表便可實現位置的直觀顯示，二是方便了傳感裝置的安裝調試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0030]圖1是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】的外形結構示意圖；
[0031]圖2是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】鎖緊部件的結構示意圖；
[0032]圖3是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】的安裝結構示意圖；
[0033]圖4是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】的系統結構框圖；
[0034]圖5是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】中驅動單元的內部結構組成框圖；
[0035]圖6是本發明對中傳感裝置一種【具體實施方式】中位移檢測過程的原理示意圖；
[0036]圖中:1-傳感器，2-驅動單元，3-信號處理單元，4-處理器，5-輸出接口，6-顯示單元，7-信號調理單元，8-通訊接口，9-鋼軌，10-第一放大環節，11-振蕩器，12-電壓參考環節，13-第六放大環節，14-第七放大環節，15-除法器，16-濾波器，17-第二放大環節，18-第三放大環節，19-第四放大環節，20-第五放大環節，21-相位補償環節，100-裝置本體，101-電磁感應探頭，102-盒體，103-安裝部，104-電路板，105-傳感器接口，106-數顯窗口，200-鎖緊機構，201-鎖體，202-鎖舌，203-鎖塊，204-絲桿，300-掛載機構，400-承載機構，500-螺釘。
【具體實施方式】
[0037]為了引用和清楚起見，將下文中使用的技術名詞、簡寫或縮寫記載如下:
[0038]RS485:即EIA-485，是隸屬于OSI模型物理層的電氣特性規定，為2線、半雙工、多點通信的標準；
[0039]MCU:Micro Control Unit,微控制單兀的簡稱；
[0040]MIPS !Microprocessor without Interlocked Piped Stages,無內部互鎖流水級的微處理器的簡稱；
[0041]CIP-51:即 C8051 單片機；
[0042]ADC:Analog Digital Converter,數模轉換器的簡稱；
[0043]A/D:Analog/Digital 的簡稱；
[0044]RAM:Random Access Memory,隨機存取存儲器的簡稱； [0045]UART !Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用異步收發傳輸器的簡稱；
[0046]LED:Light Emitting Diode,發光二極管的簡稱；
[0047]SMBus:System Management Bus,系統管理總線的簡稱。
[0048]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0049]如附圖1至附圖6所示，給出了本發明對中傳感裝置及其位移檢測方法的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0050]如附圖4所示，一種對中傳感裝置的具體實施例，包括:依次相連的傳感器1、驅動單元2、信號處理單元3和處理器4。傳感器I包括分別位于其兩側和中部的共三組電磁感應探頭101。在進行對中傳感時，傳感器I設置于鋼軌9的上方，對位于傳感器I兩側的電磁感應探頭101的線圈通以交變電流，交變電流產生交變磁場，交變磁場在所述鋼軌9的表面產生渦流，渦流的磁場作用于傳感器I中部的電磁感應探頭101的線圈，并在中部的電磁感應探頭101的線圈兩端產生感應信號。該感應信號為一個與傳感器I的機械位移成正比的直流電壓信號。通過對該感應信號進行調理，能夠高精確地將傳感器I的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。本發明具體實施例描述的對中傳感裝置采用電磁感應方式，在鋼軌上方采用三組電磁線圈，利用鋼軌9的金屬體對電磁場影響原理進行測量。電磁感應探頭101采用三組外部纏繞有線圈的硅鋼片。作為本發明一種較佳的具體實施例，三組電磁感應探頭101在裝置本體100的下部呈一條直列等間距設置，兩側的電磁感應探頭101以中部的電磁感應探頭101為中心對稱地設置。
[0051]如附圖5所示，驅動單元2進一步包括第三放大環節18、第四放大環節19和第五放大環節20，信號處理單元3包括第一放大環節10和振蕩器11，由振蕩器11產生的正弦波激勵信號經第一放大環節10驅動后輸出至驅動單元2，正弦信號分別經第三放大環節18和第五放大環節20驅動后，再分別輸出至位于傳感器I兩側的電磁感應探頭101。渦流的磁場作用于傳感器I中部的電磁感應探頭101產生的感應信號經第四放大環節19驅動后輸出至信號處理單元3。作為本發明一種典型的具體實施例，振蕩器11進一步包括一個多諧振蕩器和一個正弦波發生器，該多諧振蕩器產生一個三角波，并驅動正弦波發生器產生一個低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值可以由電阻器和電容器進行調整。振蕩器11的輸出頻率在20Hz?20kHz可調，輸出有效幅值在2V?24V可調，總諧波失真的典型值為50dB。
[0052]如附圖5所示，信號處理單元3還進一步包括第六放大環節13、第七放大環節14和除法器15。第四放大環節19輸出的信號經第六放大環節13驅動后，與來自于第一放大環節10并經第七放大環節14驅動后的正弦波激勵信號在除法器15中進行除法運算，得到感應信號與正弦波激勵信號的比率，處理器4通過計算比率得到傳感器I的機械位移。作為本發明一種典型的具體實施例，除法器15的輸出為一個矩波信號。A通道為第六放大環節13的輸出信號，B通道為第七放大環節14的輸出信號，當A/B等于I時，矩形波的占空比為100%。作為本發明一種較佳的具體實施例，第一放大環節10、第三放大環節18、第四放大環節19和第五放大環節20可以采集雙極型輸出的運算放大器芯片，以進一步增大輸出信號的驅動能力。
[0053]作為本發明一種較佳的具體實施例，驅動單元2還進一步包括相位補償環節21，相位補償環節21連接在第一放大環節10與第七放大環節14之間，相位補償環節21為來自于第一放大環節10的正弦波激勵信號增加一個相位超前量或滯后量，比此來補償輸入至傳感器I兩側的電磁感應探頭101的正弦波激勵信號對傳感器I中部的電磁感應探頭101輸出的感應信號的相位偏移。
[0054]作為本發明一種典型的具體實施例，處理器4采用完全集成的混合信號片上系統型MCU芯片，具備25MIPS流水線結構的CIP-51內核，采用單周期指令、帶模擬多路開關、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內部振蕩器、16KB可在系統編程的FLASH存儲器、1280byte片內RAM、四個通用的16位定時器，芯片本身自帶溫度傳感器，端口交叉開關編程為引腳多功能復用提供實用條件。同時，芯片內建的增強型UART和SPI串行接口、硬件實現的SMBus、片內上電復位、VDD監視器和溫度傳感器，這些資源可以實現傳感器I的電磁感應信號的A/D轉換，以及實現數碼顯示、通訊、故障診斷，溫度保護等功能。
[0055]對中傳感裝置還進一步包括信號調理單元7，信號處理單元3還包括濾波器16和第二放大環節17，除法器15輸出的比率信號經濾波器16進行濾波處理后，再輸出至第二放大環節17進行功率放大，并將功率放大后的信號輸出至信號調理單元7。通過濾波器16和第二放大環節17，可以按比例地調整除法器15的輸出結果。信號調理單元7采用標準電壓電流調整模塊，實現O?5V電壓4?20mA電流的標準信號轉換輸出。信號調理單元7采用電流輸出，能夠提高電路的抗干擾能力。[0056]對中傳感裝置還包括輸出接口 5和通訊接口 8，由信號處理單元3的第二放大環節17輸出的比率信號經過信號調理單元7進行模擬信號調理后，經輸出接口 5對外輸出模擬信號。處理器4對比率信號進行計算后，通過通訊接口 8，經輸出接口 5對外輸出數字信號。對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經過計算處理后的傳感器I的機械位移信號進行數碼顯示。具體實施例中的對中傳感裝置采用4個數碼管進行顯示的方式，但是也可以采用8段LED或者液晶屏的方式來實現對中傳感裝置的位移信號的數字化顯示。作為本發明一種典型的具體實施例，通訊接口 8進一步采用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內置的A/D轉換器將經過調理的電磁傳感電壓信號轉換成數字量，然后進行數碼顯示，同時也通過RS485通訊接口對外輸出。輸出接口 5負責提供傳感器I的電源輸入，模擬信號、通訊信號的輸出。
[0057]一種對中傳感裝置位移檢測方法的具體實施例，對中傳感裝置的傳感器I設置于鋼軌9的上方，該方法包括以下步驟:
[0058]SlOO:對位于傳感器I兩側的電磁感應探頭101線圈通以交變電流，交變電流產生交變磁場，交變磁場在鋼軌9的表面產生渦流；
[0059]SlOl:渦流的磁場作用于傳感器I中部的電磁感應探頭101線圈，并在中部的電磁感應探頭101的線圈兩端產生感應信號；
[0060]S102:通過對感應信號進行調理，將傳感器I的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。
[0061]作為本發明一種典型的具體實施例，步驟SlOO進一步包括:
[0062]由同一振蕩器11產生的正弦波激勵信號經驅動后分兩路分別輸出至位于傳感器I兩側的電磁感應探頭101的線圈，在電磁感應探頭101的兩端產生交變磁場，交變磁場作用于鋼軌9，在鋼軌9的表面產生渦流。
[0063]作為本發明一種典型的具體實施例，步驟S102進一步包括:
[0064]在傳感器I中部的電磁感應探頭101線圈的兩端產生的感應信號經驅動后，與振蕩器11產生的正弦波激勵信號進行除法運算，得到感應信號與正弦波激勵信號的比率，通過比率計算傳感器I的機械位移。
[0065]如附圖1所示，為本發明對中傳感裝置一種具體實施例的外形結構示意圖，對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設置在盒體102的內部，傳感器接口 105設置在盒體102上，裝置本體100通過安裝部103設置在承載機構400上。裝置本體100的下部設置有傳感器1，傳感器I進一步包括三組電磁感應探頭101。
[0066]如附圖2所示，鎖緊機構200進一步包括鎖體201、鎖舌202、鎖塊203和絲桿204。鎖舌202和鎖塊203均設置在鎖體201內，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構，通過旋轉絲桿204帶動鎖塊203推動鎖舌202，實現鎖舌202對裝置本體100的安裝部103的鎖緊。
[0067]如附圖3所示，裝置本體100通過鎖緊機構200設置在承載機構400上，承載機構400通過螺釘500設置在掛載機構300上。承載機構400與裝置本體100的安裝部103配合的部分采用燕尾槽結構，安裝部103采用燕尾安裝體結構，通過鎖緊機構200將安裝部103鎖緊在承載機構400的燕尾槽中。[0068]本發明對中傳感裝置采用獨特的燕尾安裝體結構與鎖緊機構配合鎖緊的方式，傳感器I的安裝調節非常方便，與目前國內外同類型的傳感器相比，在安裝、調整和調試方面可節約80%左右的時間。尤其是對于對中傳感裝置的更換，以及在線檢測過程中需要調整傳感器I的位置時具有更大的優越性。
[0069]如附圖6所示，在進行對中傳感操作時，將本發明具體實施例中的傳感器I置于鋼軌9的上方時，能通過三組電磁感應探頭101感知傳感器I的具體位置，并通過模擬信號和數字信號雙重方式輸出告知上位機系統。同時傳感器I能通過數顯窗口 106告知傳感器I的具體位置信息，操作人員可根據此信息進行安裝、調試操作。在對本發明具體實施例描述的對中傳感裝置進行調試時，通過不斷改變傳感器I的放置高度和位置，采集相應的輸出信號，選擇傳感器I最合適的放置位置和高度，此時應保證檢測電壓信號與傳感器I機械位移量之間的良好線性和檢測信號的最佳靈敏度。
[0070]通過實施本發明具體實施例描述的對中傳感裝置及其位移檢測方法，能夠達到以下技術效果:
[0071](I)本發明裝置及其方法采用電磁感應方式，使得裝置對傳感器機械位移的測量能夠達到微秒級的響應速度，從而適應于更加快速的對中操作；
[0072](2)本發明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對于激光、圖像和差動方式在激勵與調理電路方面相對簡單和可靠；
[0073](3)本發明對中傳感裝置相對于激光、圖像和差動方式體積更小、重量更輕，安裝方便；
[0074](4)本發明裝置及方法通過采用電磁傳感器方式，相對于激光、圖像和差動方式受鋼軌表面臟物、環境影響較小；
[0075](5)本發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現，尤其是圖像式方式需要相機，相機在車體下易受風、沙、水和振動等方面的影響，嚴重限制了應用環境，并降低了使用壽命；
[0076](6)本發明裝置采用數顯方式指示位置，一是無需輔助儀表便可實現位置的直觀顯示，二是方便了傳感裝置的安裝調試。
[0077]本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0078]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神實質和技術方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種對中傳感裝置，其特征在于，包括:依次相連的傳感器(I)、驅動單元(2)、信號處理單元(3)和處理器(4)，所述傳感器(I)包括分別位于其兩側和中部的共三組電磁感應探頭(101);在進行對中傳感時，所述傳感器(I)設置于鋼軌(9)的上方，對位于所述傳感器(I)兩側的電磁感應探頭(101)的線圈通以交變電流，所述交變電流產生交變磁場，所述交變磁場在所述鋼軌(9)的表面產生渦流，所述渦流的磁場作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應探頭(101)的線圈，并在所述中部的電磁感應探頭(101)的線圈兩端產生感應信號，通過對所述感應信號進行調理，將所述傳感器(I)的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。
2.根據權利要求1所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述驅動單元(2)包括第三放大環節(18)、第四放大環節(19)和第五放大環節(20)，所述信號處理單元(3)包括第一放大環節(10)和振蕩器(11)，由所述振蕩器(11)產生的正弦波激勵信號經所述第一放大環節(10)驅動后輸出至所述驅動單元(2)，所述正弦信號分別經所述第三放大環節(18)和所述第五放大環節(20)驅動后，再分別輸出至位于所述傳感器(I)兩側的電磁感應探頭(101);所述渦流的磁場作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應探頭(101)產生的感應信號經所述第四放大環節(19)驅動后輸出至所述信號處理單元(3)。
3.根據權利要求2所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述信號處理單元(3)還包括第六放大環節(13)、第七放大環節(14)和除法器(15)，所述第四放大環節(19)輸出的信號經所述第六放大環節(13)驅動后，與來自于所述第一放大環節(10)并經所述第七放大環節(14)驅動后的正弦波激勵信號在所述除法器(15)中進行除法運算，得到所述感應信號與所述正弦波激勵信號的比率，所述處理器(4)通過計算所述比率得到所述傳感器(I)的機械位移。
4.根據權利要求3所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述對中傳感裝置還包括信號調理單元(7)，所述信號處理單元(3)還包括濾波器(16)和第二放大環節(17)，所述除法器(15)輸出的比率信號經所述濾波器(16)進行濾波處理后，再輸出至所述第二放大環節(17)進行功率放大，并將功率放大后的信號輸出至所述信號調理單元(7)。
5.根據權利要求4所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述驅動單元(2)還包括相位補償環節(21),所述相位補償環節(21)連接在所述第一放大環節(10)與所述第七放大環節(14)之間，所述相位補償環節(21)為來自于所述第一放大環節(10)的正弦波激勵信號增加一個相位超前量或滯后量，比此來補償輸入至所述傳感器(I)兩側的電磁感應探頭(101)的正弦波激勵信號對所述傳感器(I)中部的電磁感應探頭(101)輸出的感應信號的相位偏移。
6.根據權利要求4或5所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述對中傳感裝置還包括輸出接口(5)和通訊接口(8)，由所述信號處理單元(3)的第二放大環節(17)輸出的比率信號經過所述信號調理單元(7)進行模擬信號調理后，經所述輸出接口(5)對外輸出模擬信號；所述處理器(4)對所述比率信號進行計算后，通過所述通訊接口(8)，經所述輸出接口(5)對外輸出數字信號。
7.根據權利要求6所述的一種對中傳感裝置，其特征在于:所述對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)經過計算處理后的所述傳感器(I)的機械位移信號進行數碼顯示。
8.一種對中傳感裝置位移檢測方法，對中傳感裝置的傳感器(I)設置于鋼軌(9)的上方，其特征在于，包括以下步驟: 5100:對位于所述傳感器(I)兩側的電磁感應探頭(101)線圈通以交變電流，所述交變電流產生交變磁場，所述交變磁場在所述鋼軌(9)的表面產生渦流； 5101:所述渦流的磁場作用于所述傳感器(I)中部的電磁感應探頭(101)線圈，并在所述中部的電磁感應探頭(101)的線圈兩端產生感應信號； 5102:通過對所述感應信號進行調理，將所述傳感器(I)的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓信號。
9.根據權利要求8所述的一種對中傳感裝置位移檢測方法，其特征在于，所述步驟SlOO進一步包括: 由同一振蕩器(11)產生的正弦波激勵信號經驅動后分兩路分別輸出至位于所述傳感器(I)兩側的電磁感應探頭(101)的線圈，在所述電磁感應探頭(101)的兩端產生交變磁場，所述交變磁場作用于所述鋼軌(9)，在所述鋼軌(9)的表面產生渦流。
10.根據權利要求9所述的一種對中傳感裝置位移檢測方法，其特征在于，所述步驟S102進一步包括: 在所述傳感器(I)中部的電磁感應探頭(101)線圈的兩端產生的感應信號經驅動后，與所述振蕩器(11)產生的正弦波激勵信號進行除法運算，得到所述感應信號與所述正弦波激勵信號的比率，通 過所述比率計算所述傳感器(I)的機械位移。
【文檔編號】G01N29/04GK104006731SQ201410259529
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】譚群林, 李紅梁, 曹經緯, 譚勇, 王君, 羅江平, 魏芳坤, 楊四清 申請人:株洲時代電子技術有限公司, 株洲南車時代電氣股份有限公司