模拟量电感式传感器测速方法与流程

本发明涉及一种运动物体的测速方法，尤其涉及一种用于前进的列车中模拟量电感式传感器测速方法。

背景技术：

列车在运行中，要准确测速并不是一件容易的事情。目前普遍的测速方法是在列车上安装金属块，在导轨外安装数字量电感式传感器；当列车运行时，运动的金属块进入传感器的敏感区域造成传感器的振荡振幅减小，当小于阈值后，输出某个开关电平；当运动金属块离开传感器的敏感区域使得传感器的振荡振幅恢复，当大于另一个阈值后，开关电平反转。具体该传感器输出的波形图如图1所示。通过放置两个开关传感器获取正交两路输出，就可以计算出两个相交点的时间，根据预设的固定距离除去该时间得出列车的速度。

这种方法的局限性在于，当传感器或目标金属发生抖动时，传感器与金属的气隙发生改变，引起输出脉冲的上升沿和下降沿的对应的线性位置将不同，从而导致两路输出的相位不再正交，如图2所示，如此速度测量存在误差。

技术实现要素：

基于此，本发明提供一种测量准确的模拟量电感式传感器测速方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种模拟量电感式传感器测速方法，通过一测速装置对列车进行测速，该测速装置包括安装在列车上连续的金属条、若干间隔的金属块、及安装在导轨上呈矩阵设置的模拟量电感式的第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D；第一传感器A、第二传感器B与所述金属块处于同一高度，第三传感器C、第四传感器D与所述金属条处于同一高度；第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D分别输出各自的电压值；所述模拟量电感式传感器测速方法包括以下步骤：

步骤一，根据第一传感器A、第三传感器C的测量值计算第一波形图，根据第二传感器B、第四传感器D的测量值计算第二波形图；

步骤二，根据第一波形图及第二波形图判断第一传感器A、第二传感器B经过同一触发条件的位置的间隔时间；

步骤三，计算出列车的移动速度；根据第一传感器A、第二传感器B之间的距离结合上述间隔时间计算传感器与金属块的相对速度，从而得出列车的移动速度。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，所述第一波形图的计算方法包括如下步骤：

步骤S1：读取第一传感器A、第三传感器C输出的电压值，换算为对应的数值VA、VC；

步骤S2：判断VA、VC是否在设定范围值中，当VA、VC均在范围值中，则进行以下步骤S3；当VA、VC不在范围值中，则输出高电平1；

步骤S3：当VA、VC均在范围值中，根据VC值通过拟合公式计算出阀值VA_REF；

步骤S4：比较VA与VA_REF，当VA>VA_REF时，输出高电平1；当VA≤VA_REF时，输出低电平0；

所述第二波形图的计算方法与第一波形图的计算方法相同，根据第二传感器B、第四传感器D输出的电压值对应替换第一传感器A、第三传感器C输出的电压值，重复步骤S1至步骤S4，得出第二波形图。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，所述第一波形图的计算方法还包括S5：当步骤S4输出低电平0，判断VA>VA_REF*1.10是否成立，当VA>VA_REF*1.10时，输出高电平1；当VA≤VA_REF*1.10时，输出低电平0。

在其中一个实施例中，所述步骤一中，所述第二波形图的计算方法还包括S5：当步骤S4输出低电平0，判断VB>VB_REF*1.10是否成立，当VB>VB_REF*1.10时，输出高电平1；当VB≤VB_REF*1.10时，输出低电平0。

在其中一个实施例中，所述步骤一的S3中，所述拟合公式包括公式一和公式二，且VC存在一个分割点VF，当VC≥VF时，采用公式一；当VC<VF时，采用公式二；

所述公式一为：

VA_REF＝4.98*pow(10,-7)*pow(VC,3)-0.001234*pow(VC,2)+2.124*VC+444.9；

所述公式二为：

VA_REF＝-0.0001032*pow(VC,2)+1.284*VC+648.1。

在其中一个实施例中，所述第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D安装在一固定架上，该固定架用于固定在导轨外侧。

本发明模拟量电感式传感器测速方法通过测速装置设定对应金属条的第三传感器C和第四传感器D、及对应金属块的第一传感器A、第二传感器B，通过第三传感器C和第四传感器D的测量值运算后分别作为第一传感器A、第二传感器B的阈值，使得输出相位与气隙无关，从而保证输出相位正交，克服了现有技术中存在的误差问题。

附图说明

图1为现有的测速方法中数字量电感式传感器输出的波形图。

图2为图1的现有的测速方法中数字量电感式传感器在发生抖动时输出的波形图。

图3为本发明一较佳实施例的模拟量电感式传感器测速方法所使用的测速装置的结构示意图。

图4为图3的测速装置的传感器的示意图。

图5为图3的测速装置的另一角度示意图。

图6为图5的测速装置触发的两个状态。

图7为本发明的模拟量电感式传感器测速方法的流程图。

图8为图7的模拟量电感式传感器测速方法的步骤一的流程图。

图9为图7的模拟量电感式传感器测速方法的步骤一的另一实施例的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图3至图9，为本发明一较佳实施方式的模拟量电感式传感器测速方法，通过一测速装置100实施。

如图3至图6所示，该测速装置100包括安装在列车上连续的金属条10、安装在金属条10上的若干间隔的金属块20、安装在导轨外侧的固定架30、固定在固定架30上的呈矩阵设置的第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D，该第一传感器A及第三传感器C上下对齐，第二传感器B与第四传感器D上下对齐；第一传感器A与第二传感器B间隔设置并与金属块20的高度对齐；第三传感器C、第四传感器D与金属条10的高度对齐；第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D分别输出电压。本发明中，所述金属条10的上下两侧分别设有条形槽11，所述金属块20上设有对应安装在条形槽11上的固定件21；当需要调节金属块20之间的位置时，通过调节固定件21即可。

当列车带着第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D经过金属条10及金属块20时，第一传感器A及第二传感器B与各金属块20的距离跟第三传感器C及第四传感器D与金属条10的距离相同。在本发明中，所述第一传感器A、第二传感器B、第三传感器C、第四传感器D均为模拟量传感器，输出电压范围是11-0V，探头在空气中输出高电平11V，离金属越近，输出电压值越低。其中，本发明中设定以各传感器的探头的50％接触金属块为触发位置，如图6所示，即当传感器在该位置时传感器发生跳变，然后第二次出现该状态时，再一次跳变。

如图7至图9所示，本发明的模拟量电感式传感器测速方法，包括以下步骤：

步骤一，根据第一传感器A、第三传感器C的测量值计算第一波形图，根据第二传感器B、第四传感器D的测量值计算第二波形图；具体地，第一波形图的详细计算方法包括如下步骤：

步骤S1：读取第一传感器A、第三传感器C输出的电压值，换算为对应的数值VA、VC；在本发明中，计算的载体为单片机，由于第一传感器A及第三传感器C的电压值输出为模拟量，进入单片机需要经过模拟/数字转换，因此此处指的VA、VC为转换后的一个0-4096之间的数值；在本发明中，单片机读取到的VA后，实际电压为VA/3.3*4096；举例，当VA＝500，则例如，当第一传感器A的输出模拟电压为3.3V，则实际电压＝500*3.3/4096＝0.4028V；

步骤S2：判断VA、VC是否在设定范围值中，当VA、VC均在范围值中，则进行以下步骤S3；当VA、VC任一个不在范围值中，则输出高电平1；

其中，本发明中各传感器的工作范围1mm-11mm，会对转换后的VA、VC存在一个设定范围值；不同性能参数的传感器的范围值不同，具体地，在本发明中该范围值设定为150～3770；

步骤S3：当VA、VC均在范围值中，根据VC值通过拟合公式计算出阀值VA_REF；在本发明中，由于该拟合公式存在一个明显的分割点，该分割点为VF，为使得公式更严谨，将拟合公式分成公式一和公式二，当VC≥VF时，采用公式一；当VC<VF时，采用公式二；具体地，该VF＝500，公式一为：

VA_REF＝4.98*pow(10,-7)*pow(VC,3)-0.001234*pow(VC,2)+2.124*VC+444.9；

公式二为：

VA_REF＝-0.0001032*pow(VC,2)+1.284*VC+648.1；

其中，公式一、公式二中，pow代表几次幂，pow(VC,2)表示VC^2；

步骤S4：比较VA与VA_REF，当VA>VA_REF时，输出高电平1；当VA≤VA_REF时，输出低电平0；从而根据VA、VC得出第一波形图；

同理，所述第二波形图的计算方法与第一波形图的计算方法相同，根据第二传感器B、第四传感器D输出的电压值对应替换第一传感器A、第三传感器C输出的电压值，重复步骤S1至步骤S4，得出第二波形图；

具体地，第二波形图的计算方法如下：

步骤S1：读取第二传感器B、第四传感器D输出的电压值，换算为对应的数值VB、VD；

步骤S2：判断VB、VD是否在设定范围值中，当VB、VD均在范围值中，则进行以下步骤S3；当VB、VD不在范围值中，则输出高电平1；其中，本发明中各传感器的工作范围1mm-11mm，会对应存在一个电压的工作范围值；

步骤S3：当VB、VD均在范围值中，根据VD值通过拟合公式计算出阀值VB_REF；当VD≥VF时，采用公式一；当VD<VF时，采用公式二；具体地，该VF＝500，公式一为：

VB_REF＝4.98*pow(10,-7)*pow(VD,3)-0.001234*pow(VD,2)+2.124*VD+444.9；

公式二为：

VB_REF＝-0.0001032*pow(VD,2)+1.284*VD+648.1；

步骤S4：比较VB与VB_REF，当VB>VB_REF时，输出高电平1；当VB≤VB_REF时，输出低电平0；从而根据VB、VD得出第二波形图；

步骤二，根据第一波形图及第二波形图判断第一传感器A、第二传感器B经过同一触发条件的位置的间隔时间；

步骤三，计算出列车的移动速度；根据第一传感器A、第二传感器B之间的距离结合上述间隔时间计算传感器与金属块的相对速度，从而得出列车的移动速度。

其中，上述步骤一中，考虑到传感器存在磁滞现象，即输出状态会在某一位置出现不断跳变的情况，本发明增加了步骤S5以调整不同的阈值电平，实现消除磁滞功能；具体地，计算第一波形图的步骤S5为：当步骤S4输出低电平0，判断VA>VA_REF*1.10是否成立，当VA>VA_REF*1.10时，输出高电平1；当VA≤VA_REF*1.10时，输出低电平0；计算第二波形图的步骤S5为：当步骤S4输出低电平0，判断VB>VB_REF*1.10是否成立，当VB>VB_REF*1.10时，输出高电平1；当VB≤VB_REF*1.10时，输出低电平0。

本发明模拟量电感式传感器测速方法通过测速装置100设定对应金属条10的第三传感器C和第四传感器D、及对应金属块20的第一传感器A、第二传感器B，通过第三传感器C和第四传感器D的测量值运算后分别作为第一传感器A、第二传感器B的阈值，使得输出相位与气隙无关，从而保证输出相位正交，克服了现有技术中存在的误差问题。更进一步地，通过步骤一中的步骤S5，对计算出的阀值调高从而实现消除磁滞功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。