一种用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器的制作方法

本实用新型涉及中低速磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器。

背景技术：

悬浮控制系统作为整个磁浮交通系统的核心，主要包括悬浮传感器、悬浮控制器、悬浮斩波器以及电源等辅助设备，在列车运行过程中，通过悬浮传感器实时监测列车与F轨的悬浮间隙，由悬浮控制系统根据悬浮传感器的反馈对电磁铁进行实时控制，以保证悬浮间隙可靠。当列车的位置、垂向加速度信号通过传感器检测后，反馈给悬浮控制器，悬浮控制器输出给电磁铁的电流驱动单元，电流驱动单元控制电磁铁内部电流大小，调节电磁铁的电磁吸力，使电磁吸力和列车的重力平衡，从而使列车处于悬浮状态，最终实现闭环悬浮控制。

整个中低速磁悬浮列车中需要设置多个悬浮传感器以实现上述闭环悬浮控制，因而悬浮传感器的可靠性将直接影响列车运行的稳定性。如一种典型的中低速磁悬浮列车中具体包含3节编组，每节车有5个悬浮架，每个悬浮架有2台悬浮电磁铁，则每节车共有10台悬浮电磁铁；每台悬浮电磁铁分为两组独立控制，且每组由1套悬浮控制单元进行控制，每套悬浮控制单元通常设置有1个悬浮传感器和1台悬浮控制器，则每节车共有20套悬浮控制单元，整列列车中共有60套悬浮控制单元。

目前中低速磁悬浮列车中每个悬浮传感器均采用单一电路结构执行一路信号检测，即每个传感器的电路板中设置一个间隙探头（或加速度计）以及一路信号处理电路，由间隙探头（或加速度计）检测一路信号，经过信号处理电路后输出。但是上述悬浮传感器中，当间隙探头、加速度计或信号处理电路中任意一点发生故障时，都会使得无法获取到准确的间隙信号、加速度信号，进而导致电磁铁一侧失去悬浮力而落下而使列车掉点，只能靠该点的滑撬落在F轨上而降速拖行，且也只有在完成本次运行后才能返回维修基地进行修复，严重影响了全线运营效率及乘客体验度。作为悬浮控制系统的状态感知来源，如果在磁浮列车的运行过程中传感器出现故障，采集的数据不准确或错误，对应的悬浮点控制性能下降甚至失稳，传统的悬浮控制方法将不能维持系统原有的性能，造成的损失将是难以估量的。

有从业者提出在悬浮传感器中设置3个间隙探头、3个加速度计，如图1所示，由3个间隙探头采集3路间隙、以及3个加速度计采集3路加速度信号，得到共6路检测信号，6路检测信号再分别输入到一个信号处理电路板中进行处理。该类方式为间隙探头、加速度计进行了冗余设置，当其中一个间隙探头或加速度计发生故障时，仍然可以检测到正确的信号，但是该类方式仍是基于单一的电路板结构，由单一的电路板结构对各检测信号进行信号处理，若电路板结构部分发生单点故障时，将会使得上述6路信号全部失效，最终无法获取到准确的检测信号，从而导致悬浮控制失效而掉点，可靠性及稳定性仍然不高。因此，亟需提供一种结构更为合理的悬浮传感器，以提高悬浮传感器的可靠性及稳定性。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、所需成本低、可靠性高及稳定性好的用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器，包括：三路以上相互隔离设置的检测通路，每路所述检测通路包括相互连接的检测模块以及信号处理模块，所述检测模块检测一路列车与F轨之间的悬浮间隙信号，以及一路列车的加速度信号，经过所述信号处理模块进行处理后输出。

作为本实用新型的进一步改进：所述信号处理模块包括依次连接的用于进行信号调理的激励调理单元、用于执行运算处理的运算处理单元以及用于输出处理后信号的输出单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述激励调理单元、所述运算处理单元以及所述输出单元中任意一个或多个单元对应设置有控制开关，通过所述控制开关控制接入或断开对应单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述检测通路还设置有用于监测信号处理模块故障状态的故障监测模块，所述故障监测模块与所述控制开关连接，通过所述故障监测模块控制所述控制开关的通断。

作为本实用新型的进一步改进：还包括用于提供电源的电源模块，所述电源模块包括两个以上的电源单元。

一种用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器，包括：两路以上相互隔离设置的检测通路，每路所述检测通路包括相互连接的检测模块以及信号处理模块，所述检测模块检测三路以上列车与F轨之间的悬浮间隙信号，以及三路以上列车的加速度信号，经过所述信号处理模块进行处理后输出。

作为本实用新型的进一步改进：所述信号处理模块包括依次连接的用于进行信号调理的激励调理单元、用于执行运算处理的运算处理单元以及用于输出处理后信号的输出单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述激励调理单元、所述运算处理单元以及所述输出单元中任意一个或多个单元对应设置有控制开关，通过所述控制开关控制接入或断开对应单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述检测通路还设置有用于监测信号处理模块故障状态的故障监测模块，所述故障监测模块与所述控制开关连接，通过所述故障监测模块控制所述控制开关的通断。

作为本实用新型的进一步改进：还包括用于提供电源的电源模块，所述电源模块包括两个以上的电源单元。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1）本实用新型用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器，通过设置三路以上独立、相互隔离的检测通路，每路检测通路均包括检测模块以及信号处理模块，由每路检测通路实现完整的传感器功能，各个检测通路之间相互形成冗余设置，当其中任意一路检测通路中检测模块、信号处理模块发生故障时，由其他路检测通路的检测结果仍然可以输出正确的检测信号，而不会影响悬浮控制，大大提高了传感器的可靠性及稳定性；

2）本实用新型用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器，通过设置两个以上电源单元进行供电，可以实现电源冗余设置，当其中一个电源单元发生故障时，可以切换至另外一个电源单元，保证传感器的电源稳定供电，进一步提高传感器的稳定性；

3）本实用新型用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器，通过设置两路以上独立、相互隔离的检测通路，每路检测通路可实现三路以上间隙信号、加速度信号的检测，各检测信号经过一路信号处理模块后输出，由一个检测通路即可实现信号采集的冗余设置，当检测通路中一路检测信号发生故障时，仍然可以满足悬浮控制的需求，同时结合设置两路以上的检测通路可以形成检测通路冗余设置，当其中一个检测通路中信号处理模块发生故障时，由另一个检测通路的输出结果即可获取准确的检测数据，不影响进行悬浮控制，提高传感器的可靠性及稳定性，且结构简单、所需成本低。

附图说明

图1是现有的具有冗余设置的悬浮传感器的结构原理示意图。

图2是本实用新型实施例1用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器的结构原理示意图。

图3是本实用新型实施例2用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器的结构示意图。

图例说明：1、检测通路；11、检测模块；12、信号处理模块；121、激励调理单元；122、运算处理单元；123、输出单元；124、控制开关；2、电源模块；21、电源单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图2所示，本实施例用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器包括三路以上相互隔离设置的检测通路1，每路检测通路1包括相互连接的检测模块11以及信号处理模块12，检测模块11检测一路列车与F轨之间的悬浮间隙信号，以及一路列车的加速度信号，经过信号处理模块12进行处理后输出，悬浮控制器根据其中两路间隙信号和一路加速度信号即可实现悬浮控制，加速度信号具体为垂向的加速度信号。

本实施例通过设置三路以上独立、相互隔离的检测通路1，每路检测通路1均包括检测模块11以及信号处理模块12，即每路检测通路1实现完整的传感器功能，各个检测通路1之间相互形成冗余设置，当其中任意一路检测通路1中检测模块11、信号处理模块12发生故障时，由其他路检测通路1的检测结果仍然可以输出正确的检测信号，而不会影响悬浮控制，大大提高了传感器的可靠性及稳定性。

如图2所示，本实施例信号处理模块12包括依次连接的用于进行信号调理的激励调理单元121、用于执行运算处理的运算处理单元122以及用于输出处理后信号的输出单元123，激励调理单元121接收检测模块11检测的悬浮间隙信号、加速度信号，进行信号调理后输出给运算处理单元122；运算处理单元122接收悬浮间隙信号、加速度信号，进行运算处理后，通过输出单元123输出。信号处理模块12具体可采用与现有技术的悬浮传感器中相同结构的信号处理电路。

本实施例中，激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中任意一个或多个单元对应设置有控制开关，通过控制开关控制接入或断开对应单元。通过设置控制开关，当发生故障时可以及时切换该单元信号的输出，从而避免故障信号的输出。

控制开关的设置具体可以分别在激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中均设置一个控制开关，由各控制开关对应控制接入激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123的接入、断开，也可以根据实际需求在激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中一个或两个单元中设置控制开关，以控制所需的一个或两个单元的通断。

本实施例中，检测通路1还设置有用于监测信号处理模块12故障状态的故障监测模块，故障监测模块与控制开关连接，通过故障监测模块控制控制开关的通断。故障监测模块实时监测检测通路1的故障状态，当监测到发生故障时，控制断开控制开关以隔离输出。

本实施例中，还包括用于提供电源的电源模块2，电源模块2具体包括两个以上的电源单元21，如可采用包括两个电源单元21的双电源供电，或三个以上电源单元21的多电源供电，以实现电源冗余设置。各电源单元21分别与激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123连接，当其中一个电源单元21发生故障时，可以切换至另外一个电源单元21，保持传感器的正常供电。相比于传统的悬浮传感器中使用单供电电源，当电源发生故障时会使得整个传感器无法工作，导致悬浮控制失效而掉点，本实施例通过电源冗余设置，可以保证传感器的电源稳定供电，进一步提高传感器的稳定性。

本实施例中，检测模块11包括用于检测列车与F轨之间的悬浮间隙信号的间隙检测部件、用于检测列车的加速度信号的加速度检测部件，间隙检测部件具体可采用间隙检测探头，加速度检测部件具体可采用加速度计。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于具体设置三路检测通路。如图3所示，本实施例三路检测通路相互隔离设置，三路检测通路的结构相同，每路检测通路包括相互连接的检测模块11以及信号处理模块12，检测模块11包括一个间隙检测探头（1；2；3）以及一个加速度计（1；2；3），各信号处理模块12分别包括依次连接的一个激励调理电路（1；2；3）、一个运算处理电路（1；2；3）以及一个输入输出电路（1；2；3）。各间隙检测探头（1；2；3）检测列车与F轨之间的悬浮间隙信号、加速度计（1；2；3）检测列车垂向的加速度信号，分别经过信号处理模块12进行处理后输出三路间隙信号、三路加速度信号共6路信号。

通过设置三路检测通路1可以实现冗余设置，当三路检测通路1的任意一路检测通路1中检测模块11、信号处理模块12发生故障时，由其他两路检测通路1的检测结果仍然可以输出正确的检测信号，两路间隙信号和一路加速度信号即可以实现准确的悬浮控制，可以满足悬浮控制的需求，传感器的可靠性及稳定性高，同时结构简单，能够减少所需成本。

本实施例与实施例1相同的，激励调理电路用于进行信号调理，运算处理电路用于执行运算处理，输入输出电路用于输出处理后信号，激励调理电路接收间隙检测探头、加速度计检测的悬浮间隙信号、加速度信号，进行信号调理后输出给运算处理电路；运算处理电路接收悬浮间隙信号、加速度信号，进行运算处理后，通过输入输出电路输出，具体如图3所示。

如图3所示，本实施例具体在激励调理电路、运算处理电路以及输入输出电路中均设置一个控制开关124，由各控制开关124对应控制接入激励调理电路、运算处理电路以及输入输出电路的接入、断开；每路检测通路设置一个故障监测模块，分别监测激励调理电路、运算处理电路以及输入输出电路的故障状态，故障监测模块与控制开关124连接，当监测到激励调理电路、运算处理电路以及输入输出电路发生故障时，控制断开对应单元中的控制开关124，以隔离该单元输出的信号。

本实施例各路检测通路的工作过程具体如下：

①启动第一级电路：激励调理电路

激励调理电路接收间隙探头和加速度计的初始检测信号，进行信号调理后输出，同时电路故障检测模块监测激励调理电路的故障状态，若监测到激励调理电路发生故障，断开控制开关124以隔离已处理信号，同时输出生命信号为假给下一级电路；若监测到激励调理单元121未发生故障，闭合电路中触点以输出已处理信号，同时输出生命信号为真给下一级电路。

②启动第二级电路：运算处理电路

若激励调理电路发送的生命信号为真，接收激励调理电路输出的信号进行处理，同时电路故障检测模块监测运算处理电路的故障状态，若监测到运算处理电路发生故障，断开控制开关124以隔离已处理信号，同时输出生命信号为假给下一级电路；若监测到运算处理电路未发生故障，闭合电路中触点以输出已处理信号，同时输出生命信号为真给下一级电路。

③启动第三级电路：输入输出电路

若运算处理电路发送的生命信号为真，接收运算处理电路输出的信号进行处理，同时电路故障检测模块监测运算处理电路的故障状态，若监测到输入输出电流发生故障，断开控制开关124以隔离已处理信号，同时输出生命信号为假；若监测到输出单元123未发生故障，闭合电路中触点以输出已处理信号，同时输出生命信号为真。

本实施例与实施例1相同的，还包括用于提供电源的电源模块，电源模块具体包括两个电源单元，实现双电源供电，当其中一个电源单元发生故障时，可以切换至另外一个电源单元，保持传感器的正常供电。电源单元具体提供24V电压，分别提供给激励调理电路、运算处理电路以及输入输出电路，如图3示出了两个24V电源输入接口。

实施例3：

如图4所示，本实施例用于中低速磁悬浮列车的高可靠性悬浮传感器包括两路以上相互隔离设置的检测通路1，每路检测通路1包括相互连接的检测模块11以及信号处理模块12，检测模块11检测三路以上列车与F轨之间的悬浮间隙信号，以及三路以上列车的加速度信号，经过信号处理模块12进行处理后输出。

由于通过两路间隙信号和一路加速度信号即可以实现准确的悬浮控制，本实施例通过设置两路以上独立、相互隔离的检测通路1，每路检测通路1可实现三路以上间隙信号、加速度信号的检测，各检测信号经过一路信号处理模块12后输出，则由一个检测通路1即可实现信号采集的冗余设置，当检测通路中一路检测信号发生故障时，仍然可以满足悬浮控制的需求，同时结合设置两路以上的检测通路1可以形成检测通路冗余设置，当其中一个检测通路1中信号处理模块12发生故障时，由另一个检测通路1的输出结果即可获取准确的检测数据，不影响进行悬浮控制，与传统的直接冗余设置间隙信号、加速度信号采集部件，可以提高传感器的可靠性及稳定性。相比于实施例1、2需要为每一个检测信号设置信号处理模块12，本实施例可以减少信号处理模块12的设置。

本实施例中，信号处理模块12包括依次连接的用于进行信号调理的激励调理单元121、用于执行运算处理的运算处理单元122以及用于输出处理后信号的输出单元123，激励调理单元121接收检测模块11检测的悬浮间隙信号、加速度信号，进行信号调理后输出给运算处理单元122；运算处理单元122接收悬浮间隙信号、加速度信号，进行运算处理后，通过输出单元123输出。信号处理模块12具体可采用与现有技术的悬浮传感器中相同结构的信号处理电路。

本实施例中，激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中任意一个或多个单元对应设置有控制开关124，通过控制开关124控制接入或断开对应单元。通过设置控制开关124，当发生故障时可以及时切换该单元信号的输出，从而避免故障信号的输出。本实施例具体为每路检测通路1设置电路故障监测模块，电路故障监测模块与控制开关124连接，电路故障检测模块监测对应检测通路1的故障状态，当监测到检测通路1发生故障时，控制断开控制开关124，使得可以在检测通路1发生故障对检测信号进行隔离。

本实施例中控制开关124的设置具体可以分别在激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中均设置一个控制开关124，由各控制开关124对应控制接入激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123的接入、断开，也可以根据实际需求在激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123中一个或两个单元中设置控制开关124，以控制所需的一个或两个单元的通断。

与实施例1相同的，本实施例中检测通路1还设置有用于监测故障状态的故障监测模块，故障监测模块与控制开关124连接，通过故障监测模块控制控制开关124的通断。故障监测模块实时监测检测通路1的故障状态，当监测到发生故障时，控制断开控制开关124以隔离输出。

本实施例中，还包括用于提供电源的电源模块2，电源模块2具体包括两个以上的电源单元21，如可采用包括两个电源单元21的双电源供电，或三个以上电源单元21的多电源供电，以实现电源冗余设置。各电源单元21分别与激励调理单元121、运算处理单元122以及输出单元123连接，当其中一个电源单元21发生故障时，可以切换至另外一个电源单元21，保持传感器的正常供电。相比于传统的悬浮传感器中使用单供电电源，当电源发生故障时会使得整个传感器无法工作，导致悬浮控制失效而掉点，本实施例通过电源冗余设置，可以保证传感器的电源稳定供电，进一步提高传感器的稳定性。

本实施例中，检测模块11具体包括用于三个以上间隙检测部件以及三个以上加速度检测部件，间隙检测部件用于检测列车与F轨之间的悬浮间隙信号的，加速度检测部件用于检测列车的加速度信号的加速度检测部件。间隙检测部件具体可采用间隙检测探头，加速度检测部件具体可采用加速度计。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。