专利名称：脉宽编码感应式绝对定位器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道式列车的绝对定位器。
目前国内的磁悬浮列车的测速定位系统中，一般采用相对定位法来测定列车的位置，而相对定位的误差会随着时间积累，所以必须每隔一定距离就要对列车的位置进行修正。此发明正是一种用于测定磁悬浮列车绝对位置的装置。并且此发明不仅适应磁悬浮列车，同样也可应用于普通轮轨铁路的绝对定位。
根据本发明绝对定位器，主要包括安装在车体上的感应阅读器，安装在轨道两侧的地址标志板两部分。
图2是车载阅读器示意图。
图3是地址识别原理示意图。
图4是发射电路示意图。
图5是接收电路示意图。
如图2所示，车载阅读器是一个U型槽，在两边的槽壁上对应的分布有1组线圈(图中的另一组线圈为系统冗余设计)，线圈长10cm，宽3cm，由10匝铜绕线或是印刷电路板制成。其中一边的线圈为发射线圈，另一边为接收线圈。位置标志板上的地址码是通过在金属板上刻槽来编制的。发射线圈通以一定幅值、一定频率的正弦交变电流I＝Imsin(ωt)。根据电磁感应原理，另一个接收线圈上会产生感应电压E。从能量角度分析，当有导电金属放入变化的磁场中时，在金属中将产生一定的电流(电磁涡流)，会消耗一部分能量。同时，标志板对电磁波也有一定的反射作用。所以，标志板开槽位置所对的线圈产生的感应电压E1，比不开槽位置所对的线圈产生的感应电压E2要大，存在E1＞E2的关系。取定一个参考电压Vref，满足E1＞Vref＞E2的关系。通过比较感应电压就可以确定线圈所对应的标志板区域是否开槽。
地址码是通过标志板上开槽的槽距不同来编制的。如图3所示，第一组槽距L0作为标准参考槽距，二进制数据位的槽距L＞L0表示二进制1(记为L2)，槽距L＜L0表示二进制0(记为L1)。
地址识别原理如图3所示，当列车经过标志板时，首先标志板的边缘会遮挡线圈，产生一个低电平，作为起始信号，准备读数。经过第一组槽的间距时间是标准参考时间T0，以后依次记录通过后4组槽的间距时间T1、T2、T3、T4。如果Ti＞T0，则第i位地址位为1；如果Ti＜T0，则第i位地址位为0(i＝1、2、3、4)，从而可以识别出标志板上的地址信息。
一般标志板比较短(50cm以下)，而列车的加速度比较低(小于1.5m/s2)，只要保证L2＞L0，L1＜L0有一定裕量，就可以忽略加速度及高速运行的影响，认为列车匀速通过标志板。因而槽距长短的不同就反映为时间的差距，进一步通过判断转化为二进制地址信息。以附
图1中的数据为例计算，考虑两种极限情况1.列车以初速500km/h，加速度1.5m/s2通过标志板。标志板的地址信息为1110，考虑最后一位所对的时间T4是否小于T0。
已知V0＝500km/h＝139m/s a＝1.5m/s2L0＝0.04m L1＝0.02m L2＝0.06m由公式V0T0+aT02/2＝L0V42-V02＝2a(L0+3L2) V4T4+aT42/2＝L1得出T0＝0.29ms T4＝0.14ms T0＞T42.列车以初速500km/h，加速度-1.5m/s2通过标志板。标志板的地址信息为1111，考虑最后一位所对的时间T4是否大于T0。
已知V0＝500km/h＝139m/s a＝-1.5m/s2L0＝0.04m L1＝0.02m L2＝0.06m由公式V0T0+aT02/2＝L0V42-V02＝2a(L0+3L2) V4T4+aT42/2＝L2得出T0＝0.29ms T4＝0.43ms T0＜T4可见在列车高速、大加速度运行的情况下，绝对定位器完全可以正常工作。
系统的硬件电路主要包括两部分发射电路(如图4)和接收判别电路(如图5)。发射电路比较简单，主要是产生一定频率的正弦振荡信号，通过增益调节、功率放大后发射出去。接收电路主要是对感应接收到的小信号进行放大、滤波处理后通过包络检波电路滤除高频信号，提取低频变化的信号进行电压比较，得出数字信号。在判别电路中，需要取一个参考电压，由于发射电压波动等原因，会引起感应电压的波动，如果取为固定的参考电压，可能造成系统误判。为了增强系统的可靠性可以提取发射端电压作参考电压，因为感应电压与发射端电压近似成正比变化，所以当发射端电压变化时，参考电压也会随之变化，使数据的判别可靠件增强。
在具体应用过程中，绝对定位器作为相对定位系统的冗余，一起组成列车的定位系统。每个标志板包含4位地址信息，可以4片组合使用，提供16位的二进制地址码。如每隔100米放置一组标志板，可译线路长度为L＝100×216＝6500km。通过增加或减少标志板的数量，使系统的应用不受限制。为了进一步保证定位数据的可靠性，可以在阅读器上安装两组线圈(如图1)，两组线圈互为冗余，依次读取数据。两次数据相比，若相同则认为数据正确并保留，若相异则认为数据错误并抛弃。当存在双重误差时，正确数据可以通过上一次的位置信息与行使的里程数加权得到。
考虑列车双向行驶的需要，可以改造标志板，以标志板的右边缘为轴，镜像复制标志板即可。也可以在轨道两旁安装互为反向的标志板，列车以不同方向行驶时，读取不同侧边的标志板。
这种绝对定位器中标志板制作简单，安装方便，基本不需要维护，对于大量投入使用成本很低。而且车载阅读器的抗干扰能力强，读数准确，是磁悬浮列车绝对定位的一种理想方式，并且对该传感器的安装位置略做修改，也可用到轮轨铁路的绝对定位中去。
权利要求
1.一种应用于轨道车辆的绝对定位器，其特征包括安装于车体(1)底部两侧的车载阅读器(3)，以及安装在轨道(2)上的无源地址标志板(4)。
2.根据权利要求1所述的绝对定位器，其特征在于车载阅读器(3)外观为一U型槽，两边槽壁上对应的分布有感应线圈。
3.根据权利要求2所述的车载阅读器(3)是通过测定经过标志板(4)时电磁场的变化来读取标志板(4)上的位置信息。
4.根据权利要求1所述的绝对定位器，其特征在于地址标志板(4)为导电金属板或覆有导电金属的板材。
5.根据权利要求4所述的地址标志板(4)，其特征在于定位地址码是通过在金属板上或是金属层面上开槽来编制的。
6.根据权利要求4所述的地址标志板(4)，其特征在于定位地址码是通过开槽位置的间距不同来识别的。
7.根据权利要求4所述的地址标志板(4)，其特征在于在板缘有两个标准槽作为基准槽距。
8.根据权利要求4所述的地址标志板(4)，当考虑列车双向行驶时，可以镜像复制标志板(4)；或者在轨道两旁安装反向的标志板(4)，列车以不同方向行驶时，读取不同侧边的标志板(4)。
全文摘要
本发明是一种利用脉宽编码以及电磁感应原理实现绝对定位的装置，主要应用于磁悬浮列车的测速定位系统中。绝对定位器的工作原理是通过车载有源传感器对轨道沿线的无源位置标志板进行扫描，获得位置信息。标志板上的地址码是通过对标志板上的导电金属进行特殊处理实现的。标志板安装在轨道两旁的固定位置上。车载阅读器通过测定经过标志板时电磁场的变化来读取标志板上的位置信息。较大功率的电磁波发射可以保证系统不受外界雨、雪以及电磁的干扰。而且系统完全独立工作，与列车运行状态无关。具有成本低、安装方便、定位准确等优点。稍加改造同样适用于其它轨道车辆的绝对定位。
文档编号B61L1/00GK1478687SQ02114360
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月27日 优先权日2002年8月27日
发明者刘曙生, 龙志强, 李晓龙, 吴军 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学