一种沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置的制作方法

本实用新型涉及检测设备技术领域，具体涉及一种沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置。

背景技术：

将试验件设置在滑轨的滑车上，通过化学能或电磁能做动力，实现对滑车的推进。模拟载体实际飞行大过载力学环境下的工作特性，并通过电遥测、光测系统精确测试时间、速度、位置等，进而测量、记录、分析、分离制导控制系统运行轨迹精度误差的试验评估技术。广泛用于航空、航天、兵器以及高科技领域的科学试验技术。

其中在惯性导航系统高次误差项分离、卫星导航系统动态位置鉴定系统等对位置数据精度有较高要求。

发明专利：一种列车的位置检测系统(ZL201810087881.3)，利用车上无线机和沿线无线机，车上装置将由绝对位置取得单元取得的列车的绝对位置信息经由车上无线机和沿线无线机发送给地上装置，地上装置基于车上无线机与沿线无线机间的无线电波的传播时间检测列车位置。该装置使用复杂，地面维护工作；量大大，不能适应火箭滑车2000m/s的高超声速测位置需求。

中北大学郝丽娜等人在2005.3《火炮发射与控制学报》中提出火箭滑车激光测速系统，但不耐油污、水雾、烟尘和阳光直射，在火箭滑车水刹车段工作不正常，且高速运行状态下，激光对射通道易受激波折射而工作不正常。

华中科技大学康晓林2005.04《高速火箭橇速度测量系统的研究》，提出一种基于电阻网络的切割导线测试位置的方法，试验准备工作量大，地面测试系统维护困难，存在高速试验导线受刹车水流冲击易提前断开的确定。

因此现有技术均不能满足精确测定运动车体从0～2000m/s速度范围内的全程位置信息。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置，能够精确测定运动车体从0～2000m/s速度范围内的全程位置信号。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置，包括壳体、无源感应线圈、霍尔传感器、调理电路和多个磁体，壳体设置于车体上，无源感应线圈、霍尔传感器和调理电路均设置于壳体内，无源感应线圈和霍尔传感器分别与调理电路连接，多个磁体依次分布于车体运动轨道上。

按照上述技术方案，壳体的材料为0Cr18Ni9Ti。

按照上述技术方案，霍尔传感器包括开关型霍尔元件，调理电路包括开关型霍尔元件信号调理电路和无源线圈信号调理电路，开关型霍尔元件信号调理电路与霍尔传感器连接，无源线圈信号调理电路与无源感应线圈连接。

按照上述技术方案，开关霍尔元件的磁感应强度低至100μGuss，带宽5MHz，体积不大于3*3mm。

按照上述技术方案，开关型霍尔元件信号调理电路包括运放AMP、比较器、三极管NPN和单稳态触发器，开关型霍尔元件的输出端与运放AMP的输入端连接，运放AMP的输出端与比较器的输入端连接，比较器的输出端与三极管NPN的基极连接，三极管NPN的发射极和集电极分别与单稳态触发器连接。

按照上述技术方案，无源线圈信号调理电路包括TVS瞬态抑制管、全波整形管和单稳态触发器，无源感应线圈的输出两端分别与TVS瞬态抑制管的两端连接，TVS瞬态抑制管的两端与全波整形管的输入端连接，全波整形管的输出端与单稳态触发器的输入端连接。

按照上述技术方案，全波整形管为四个二极管依次串联的桥式整流器。

按照上述技术方案，单稳态触发器的型号为74HC123。

按照上述技术方案，壳体上设有上端盖，壳体内设有电路板，无源感应线圈、开关霍尔元件和调理电路均安装在电路板上，电路板通过环氧树脂和硅胶灌封在壳体腔体内，通过上端盖密封，起到减振，防灰和防水作用。

按照上述技术方案，无源感应线圈的线圈匝数为18-20匝，每匝线圈的线圈线径为0.4～0.6mm，且线圈为空心线圈，每匝线圈为矩形线圈，矩形线圈的尺寸为30mm*40mm，无源感应线圈的电感为470μH，工作频率不低于5MHz。

本实用新型具有以下有益效果：

当通过沿轨道布设永磁体上表面时，本装置将检测到的磁场变化转换成电压变化，永磁体事先精确测定其大地坐标，利用永磁体位置定位超声速运动车体的精确位置，解决了现有遮光板位置检测系统不耐油污、水雾、烟尘和太阳光直射的缺点，能够精确测定运动车体从0～2000m/s速度范围内的全程位置信号。

附图说明

图1是本实用新型实施例中沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中开关型霍尔元件信号调理电路的示意图；

图3是本实用新型实施例中开关型霍尔元件的电压波形示意图；

图4是本实用新型实施例中无源线圈信号调理电路的示意图；

图5是本实用新型实施例中无源感应线圈的电压波形示意图；

图中，1-壳体，2-无源感应线圈，3-开关霍尔元件，4-调理电路，5-上端盖，6-单稳态触发器，7-运放AMP，8-比较器，9-三极管NPN，10-TVS瞬态抑制管，11-全波整形管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1～图5所示，本实用新型提供的一种实施例中沿轨道超声速运动车体精确位置检测装置，包括壳体1、无源感应线圈2、霍尔传感器和调理电路4，无源感应线圈2、霍尔传感器和调理电路4均设置于壳体1内，无源感应线圈2和霍尔传感器分别与调理电路4连接。

进一步地，还包括多个磁体，多个磁体依次分布于车体运动轨道上。

进一步地，壳体1的材料为0Cr18Ni9Ti。

进一步地，壳体1承载外部气动力和内部器件的冲击，材质需满足磁屏蔽效应和耐强振动机械强度要求，采用0Cr18Ni9Ti材质一体加工而成，壳体1前段需加工成不大于45°劈尖，减少气动阻力。加工后的工件会有微弱的磁性，经加热到1050℃固溶退火处理后，可消除其残余磁性。

进一步地，霍尔传感器包括开关型霍尔元件，调理电路4包括开关型霍尔元件信号调理电路和无源线圈信号调理电路，开关型霍尔元件信号调理电路与霍尔传感器连接，无源线圈信号调理电路与无源感应线圈2连接。

进一步地，开关霍尔元件3的磁感应强度低至100μGuss，带宽5MHz，体积不大于3*3mm。霍尔开关感受到磁场变化后，电阻发生变化，通过电桥将变化的电阻转换成电压，通过放大器和稳态电路，输出TTL数字信号，用来感受中低速(0m/s～500m/s)高速变化的磁场。

进一步地，开关型霍尔元件信号调理电路包括运放AMP7、比较器8、三极管NPN9和单稳态触发器6，开关型霍尔元件的输出端与运放AMP7的输入端连接，运放AMP7的输出端与比较器8的输入端连接，比较器8的输出端与三极管NPN9的基极连接，三极管NPN9的发射极和集电极分别与单稳态触发器6连接。

进一步地，开关型霍尔元件信号调理电路，如图2所示，磁感应强度超过门限值Blim，开关型霍尔产生一个上跳，低于门限值，输出电压恢复至零位，如图2和图3中A部分所示，A部分输出的脉冲脉宽与滑车速度成反比，A部分输出脉冲经过B部分可重复触发单稳电路处理，得到脉宽恒定的脉冲，如图3中B部分所示。

进一步地，无源线圈信号调理电路包括TVS瞬态抑制管10、全波整形管11和单稳态触发器6，无源感应线圈2的输出两端分别与TVS瞬态抑制管10的两端连接，TVS瞬态抑制管10的两端与全波整形管11的输入端连接，全波整形管11的输出端与单稳态触发器6的输入端连接，单稳态触发器6的输出端用于输出整形后的信号。

进一步地，全波整形管11为四个二极管依次串联的桥式整流器。

进一步地，无源线圈信号调理电路，如图4和图5所示，无源感应线圈2产生一个正比与滑车速度的脉冲电压，过高的电压会击穿电气绝缘层，故需要在线圈输出端并联双向TVS瞬态抑制管10，钳制电压6V，瞬态功率3600W，图4和图5中B部分将正负脉冲变化成两次正向脉冲，C部分将正向脉冲经过可重复触发单稳电路变换成四次脉宽固定的TTL数字信号。第一个脉冲和第四个脉冲平均时刻即为滑车经过地面磁铁中心点时刻。

进一步地，地面磁体特征点位置可通过标定装置配合激光跟踪仪来实现地面磁体位置的精确标定。

进一步地，单稳态触发器6的型号为74HC123。

进一步地，壳体1上设有上端盖5，壳体1内设有电路板，无源感应线圈2、开关霍尔元件3和调理电路4均安装在电路板上，电路板通过环氧树脂和硅胶灌封在壳体1腔体内，通过上端盖5密封，起到减振，防灰和防水作用。

进一步地，无源感应线圈2的线圈匝数为19匝，每匝线圈的线圈线径为0.5mm，且线圈为空心线圈，每匝线圈为矩形线圈，矩形线圈的尺寸为30mm*40mm，无源感应线圈2的电感为470μH，工作频率不低于5MHz；无源感应线圈2用来感受高速(300m/s～2000m/s)中高速变化的磁场线圈划过地面磁铁时，磁通量变化ΔΦ正比于车体速度V，ΔΦ∝V；法拉第电磁感应定律E＝n△Φ/△t，E∝V。可以看出电动势本质随滑车速度提高而增大。

本实用新型的工作原理：

将运动车体精确位置检测装置灌封完毕后，通过机械接口与滑车连接，确保位置检测装置下表面距离磁体上表面垂向距离100mm±10mm，位置检测装置中心线沿轨道内外侧方向与磁铁中心线偏差控制在5mm内。地面等间隔安装永磁体，确保该永磁体上表面无磁性材料遮挡。

滑车带动运动车体精确位置检测装置划过永磁体上方，产生一系列脉冲信号，记录下脉冲时刻和精确测定的永磁体位置，便可测定超音速运动状态下的滑车位置信息。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。