专利名称：磁浮列车间隙传感器标定系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁浮列车领域，具体涉及一种磁浮列车多探头间隙传感器的标定系 统。
背景技术：
在低速磁浮列车的运行过程中，车辆与轨道没有直 接接触，而是依靠电磁力实现 无接触悬浮，因此其中有大量的间隙传感器被应用。但是在实际生产过程中，每个传感器的 特性都做不到完全一致，一般来说，传感器输出的原始信号存在线性度和输出范围上的差 另IJ，而且由于磁浮列车轨道由分段钢轨拼接而成，轨道之间存在着接缝，一般的间隙传感器 在经过间隙时，测得的间隙值会大于实际值。所以，每一只间隙传感器在生产和维护过程中 都需要进行标定，标定的过程实际上是将传感器的输出与实际测量间隙进行匹配的过程。新型的磁浮列车间隙传感器一般为多检测探头结构，它能够通过切换探头信号来 输出排除接缝干扰的准确的间隙电压，并能够利用两个探头的距离以及两个探头感应轨道 的接缝获得磁浮列车的实际运行速度。由于传感器输出地原始信号非线性大、输出范围差 异大，不能直接使用，而要在使用前进行标定，在标定过程中不仅要标定间隙位移信号，还 要标定相对速度信号。由于磁浮列车的间隙传感器用量大，标定和维护的工作量大，因此对 间隙传感器标定系统的有效性、可靠性要求非常高，而传统的间隙传感器标定系统仅通过 线缆控制标定传感器只能对间隙传感器的测量间隙进行标定，无法对间隙传感器的测量速 度进行标定，这种系统无法满足间隙传感器标定水平移动速度要求，并且存在线缆磨损和 扯断的隐患。
发明内容
本发明针对上述现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、成本低廉、快速高效、标定 精度高、可靠性高、适用范围广、维护方便的磁浮列车间隙传感器标定系统。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种磁浮列车间隙传感器标 定系统，它包括底座、用于安装待标定间隙传感器的传感器夹具、竖直驱动单元、控制机构 和设于底座上的轨道，所述传感器夹具固定于竖直驱动单元上，所述轨道设于所述传感器 夹具的正下方，所述底座上设有水平驱动单元，所述竖直驱动单元固定于水平驱动单元上 并可由所述水平驱动单元驱动沿水平方面运动，所述轨道上设有一个以上的接缝，所述控 制机构分别与竖直驱动单元、水平驱动单元以及待标定的间隙传感器相连。作为本发明的进一步改进所述竖直驱动单元包括竖直直角坐标机器人，所述竖直直角坐标机器人包括竖直 直角坐标机器人底座、竖直滑块以及驱动所述竖直滑块在竖直直角坐标机器人底座中沿着 竖直方向运动的竖直驱动电机，所述竖直滑块与所述传感器夹具固接；所述水平驱动单元包括水平直角坐标机器人，所述水平直角坐标机器人包括水平 直角坐标机器人底座、水平滑块以及驱动所述水平滑块在水平直角坐标机器人底座中沿着水平方向运动的水平驱动电机，所述竖直直角坐标机器人底座与水平滑块固接，所述水平 直角坐标机器人底座与所述底座固接；所述控制机构包括控制单元、通信单元和主控单元，所述控制单元通过通信单元 与主控单元相连，所述控制单元通过控制竖直驱动单元和水平驱动单元的运动、接收待标 定的间隙传感器输出的原始信息来获取待标定间隙传感器的间隙标定数据和速度标定数 据，所述主控单元接收来自控制单元的间隙标定数据和速度标定数据并将其写入到待标定 的间隙传感器；所述通信单元为无线通信单元；所述通信单元为蓝牙通信单元。本发明具有下述优点本发明通过水平和竖直方向的驱动单元来获取待标定间隙 传感器在不同间隙时输出的间隙标定数据和速度标定数据，可以解决对间隙传感器的间隙 和速度的标定，其具有结构紧凑、成本低廉、快速高效等优点，适用于各种间隙传感器的标 定；本发明中竖直驱动单元和水平驱动单元分别通过竖直直角坐标机器人和水平直角坐标 机器人实现，成本低、标定精度高、维护方便；本发明中通信单元为无线通信单元，因此主控 单元和底座之间属于没有线缆的物理连接，一方面可以提高计算机的通用性，同时也简化 了标定台的结构，降低了成本，克服了以往线缆磨损和扯断的隐患，提高了系统的可靠性； 而且本发明的结构及控制模式对传统的间隙传感器标定系统均可适用，具有适用范围广的 优点。
图1为本发明实施例间隙传感器标定系统的结构示意图；图2为本发明实施例间隙传感器标定系统的框架原理示意图；图3为本发明实施例中竖直驱动单元的结构示意图；图4为本发明实施例中水平驱动单元的结构示意图。
具体实施例方式如图1和图2所示，本实施例中的磁浮列车间隙传感器标定系统包括底座1、用于 安装待标定间隙传感器9的传感器夹具2、竖直驱动单元3、控制机构和设于底座1上的轨 道8，传感器夹具2固定于竖直驱动单元3上，轨道8设于传感器夹具2的正下方，底座1上 设有水平驱动单元4，竖直驱动单元3固定于水平驱动单元4上并可由水平驱动单元4驱动 沿水平方面运动，轨道8上设有一个以上的接缝83，控制机构分别与竖直驱动单元3、水平 驱动单元4以及待标定的间隙传感器9相连。本实施例中控制机构包括控制单元5、通信单元6和主控单元7，控制单元5通过通信单元6与主控单元7相连，控制单元5通过控制竖直驱动单元3和水平驱动单元4的 运动、接收待标定的间隙传感器9输出的原始信息来获取待标定间隙传感器9的间隙标定 数据和速度标定数据，主控单元7接收来自控制单元5的间隙标定数据和速度标定数据并 将其写入到待标定的间隙传感器9中。通信单元6可为任何形式的无线通信单元，本实施 例中通信单元6采用蓝牙收发单元。主控单元7在本实施例中采用带有FLASH写入工具的 笔记本电脑实现。轨道8采用低速磁浮列车的F型轨道实物，分别由第一轨道81和第二轨道82组成，第一轨道81和第二轨道81的长度均为500mm，第一轨道81和第二轨道81之间 的接缝83的宽度为10mm。本实施例中的间隙传感器9包含探头91、传感器信号处理模块92和FLASH存储 器93，间隙传感器9共有三路探头91，每路探头91包括层叠的两个传感器线圈，共计6个 传感器线圈，每个传感器线圈针对相应间隙可以输出一个原始输出电压；传感器信号处理 模块92分别与各传感器线圈相连，并可根据相邻两路探头91经过接缝83的时间计算出间 隙传感器9的原始运动速度，FLASH存储器93用于存储间隙传感器9的间隙标定数据和速 度标定数据。在本实施例中，待标定的间隙传感器9输出的原始信息包括每个传感器线圈 输出的原始输出电压和传感器信号处理模块92输出的原始运动速度，间隙标定数据和速 度标定数据以一个传感器线圈作为基本单位保存，控制单元5根据不同间隙下的原始运动 速度和水平驱动单元4驱动间隙传感器9的实际运动速度的速度比例系数作为该间隙下的 速度标定数据，将不同间隙下各传感器线圈的原始输出电压与当前间隙对应形成 的电压和 间隙对应数值作为该间隙下的间隙标定数据。如图1和图3所示，竖直驱动单元3包括相互连接的竖直伺服电机控制器31和竖 直直角坐标机器人32，控制单元5通过竖直伺服电机控制器31与竖直直角坐标机器人32 的输入端相连，控制单元5与竖直直角坐标机器人32的输出端相连，控制单元5通过竖直 伺服电机控制器31控制竖直直角坐标机器人32运动、进而调整间隙传感器9与轨道8之 间的间隙，并从竖直直角坐标机器人32的输出端获取间隙传感器9与轨道8之间的当前间 隙大小。竖直直角坐标机器人32包括竖直直角坐标机器人底座321、竖直滑块322和驱动 竖直滑块322在竖直直角坐标机器人底座321中沿着竖直方向运动的竖直驱动电机，竖直 滑块322与传感器夹具2固接。如图1和图4所示，水平驱动单元4包括相互连接的水平伺服电机控制器41和水 平直角坐标机器人42，控制单元5通过水平伺服电机控制器41与水平直角坐标机器人42 的输入端相连，控制单元5与水平直角坐标机器人42的输出端相连，控制单元5通过水平 伺服电机控制器41控制水平直角坐标机器人42运动、进而控制间隙传感器9在水平方向 的位置和运动速度，并从水平直角坐标机器人42的输出端获取间隙传感器9在水平方向运 动的当前位置信息。水平直角坐标机器人42包括水平直角坐标机器人底座421、水平滑块 422和驱动水平滑块422在水平直角坐标机器人底座421中沿着水平方向运动的水平驱动 电机，竖直直角坐标机器人底座321与水平滑块422固接，水平直角坐标机器人422底座与 底座1固接。本实施例中，竖直伺服电机控制器31和水平伺服电机控制器41采用多轴运动控 制器iM- Σ -2-66-ΡΒ实现，竖直直角坐标机器人32采用直角坐标机器人DRM160，竖直直 角坐标机器人32的行程为100mm，水平直角坐标机器人42采用直角坐标机器人DRM200，水 平直角坐标机器人42的行程为1050mm，竖直直角坐标机器人32和水平直角坐标机器人42 均采用滚珠丝杆定位，其定位精度可达士0. 02mm。本实施例中磁浮列车间隙传感器标定系统的工作过程如下1)主控单元7通过通信单元6给控制单元5发送启动指令，控制单元5给竖直伺服 电机控制器31和水平伺服电机控制器41发送控制命令，使间隙传感器9在竖直方向初始 位置为距离轨道8的高度为5mm处，在水平方向初始位置为距离第一轨道81的外端IOOmm处。2)控制单元5通过水平伺服电机控制器41驱动间隙传感器9以2m/s的恒速V沿 着水平方向运动，控制单元5通过传感器信号处理模块92获取原始运动速度和各传感器线 圈的原始输出电压，然后将该间隙下的速度比例系数和各传感器线圈的电压和间隙对应数 值通过通信单元6发送给主控单元7。当传感器夹具2在水平方向上行进810mm后，竖直驱 动单元3将间隙传感器9沿着竖直方向上移1mm、水平方向复位至水平方向初始位置，重复 上述获取电压和间隙对应数值、速度比例系数的步骤，依次类推，直至将间隙传感器9在竖 直方向移动到距离轨道25mm的位置。最终主控单元7获得各个探头91对应不同间隙的电 压和间隙对应数值、间隙传感器9在不同间隙下的速度比例系数。3)主控单元7将获得的多组电压和间隙对应数值和速度比例系数写入间隙传感 器9的FLASH存储器93中。在间隙传感器9的实际工作过程中，传感器信号处理模块92 先获取6个传感器线圈的原始输出电压，然后查询FLASH存储器93中对应各传感器线圈的 电压和间隙对应数值，将各传感器线圈的输出的电压信号转换为间隙信号，例如对某传感 器线圈而言，1. 5V对应8mm，1. 6V对应9mm，且该传感器线圈的原始电压信号为1. 5V，则输出 间隙值是8mm，如果一路探头91的两个传感器线圈间隙差值超过1. 6mm，则判定该探头91 出现故障需要更换。如果三路探头91检测的间隙都准确，而且至少有两路探头91的最终 间隙值均为8mm，从而确定最终间隙值为8mm。然后，间隙传感器9查询FLASH存储器93中 8mm间隙下的速度比例系数，传感器信号处理模块92将原始速度乘以8mm间隙下的速度比 例系数得到最终输出速度，例如8mm间隙的情况下，间隙传感器9的速度比例系数为1. 5、间 隙传感器9的原始速度为4m/s，则间隙传感器9输出的最终速度值为6m/s。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，例如改变间隙标定 数据和速度标定数据的数据格式，又或者将竖直驱动单元3或者水平驱动单元4采用其他 类型的直线驱动机构，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种磁浮列车间隙传感器标定系统，它包括底座(1)、用于安装待标定间隙传感器(9)的传感器夹具(2)、竖直驱动单元(3)、控制机构和设于底座(1)上的轨道(8)，所述传感器夹具(2)固定于竖直驱动单元(3)上，所述轨道(8)设于所述传感器夹具(2)的正下方，其特征在于所述底座(1)上设有水平驱动单元(4)，所述竖直驱动单元(3)固定于水平驱动单元(4)上并可由所述水平驱动单元(4)驱动沿水平方面运动，所述轨道(8)上设有一个以上的接缝(83)，所述控制机构分别与竖直驱动单元(3)、水平驱动单元(4)以及待标定的间隙传感器(9)相连。
2.根据权利要求1所述的磁浮列车间隙传感器标定系统，其特征在于所述竖直驱动 单元(3)包括竖直直角坐标机器人(32)，所述竖直直角坐标机器人(32)包括竖直直角坐标 机器人底座(321)、竖直滑块(322)以及驱动所述竖直滑块(322)在竖直直角坐标机器人 底座(321)中沿着竖直方向运动的竖直驱动电机，所述竖直滑块(322)与所述传感器夹具 (2)固接。
3.根据权利要求2所述的磁浮列车间隙传感器标定系统，其特征在于所述水平驱动 单元(4)包括水平直角坐标机器人(42)，所述水平直角坐标机器人(42)包括水平直角坐标 机器人底座(421)、水平滑块(422)以及驱动所述水平滑块(422)在水平直角坐标机器人底 座(421)中沿着水平方向运动的水平驱动电机，所述竖直直角坐标机器人底座(321)与水 平滑块(422)固接，所述水平直角坐标机器人底座(421)与所述底座(1)固接。
4.根据权利要求1或2或3所述的磁浮列车间隙传感器标定系统，其特征在于所述 控制机构包括控制单元(5)、通信单元(6)和主控单元(7)，所述控制单元(5)通过通信单 元(6)与主控单元(7)相连，所述控制单元(5)通过控制竖直驱动单元(3)和水平驱动单 元(4)的运动、接收待标定的间隙传感器(9)输出的原始信息来获取待标定间隙传感器(9) 的间隙标定数据和速度标定数据，所述主控单元(7)接收来自控制单元(5)的间隙标定数 据和速度标定数据并将其写入到待标定的间隙传感器(9)中。
5.根据权利要求4所述的磁浮列车间隙传感器标定系统，其特征在于所述通信单元 (6)为无线通信单元。
6.根据权利要求5所述的磁浮列车间隙传感器标定系统，其特征在于所述通信单元 (6)为蓝牙通信单元。
全文摘要
本发明公开了一种磁浮列车间隙传感器标定系统，它包括底座(1)、用于安装待标定间隙传感器的传感器夹具(2)、竖直驱动单元(3)、控制机构和设于底座(1)上的轨道(8)，所述传感器夹具(2)固定于竖直驱动单元(3)上，所述轨道(8)设于所述传感器夹具(2)的正下方，所述底座(1)上设有水平驱动单元(4)，所述竖直驱动单元(3)固定于水平驱动单元(4)上并可由所述水平驱动单元(4)驱动沿水平方面运动，所述轨道(8)上设有一个以上的接缝(83)，所述控制机构分别与竖直驱动单元(3)、水平驱动单元(4)以及待标定的间隙传感器相连。本发明具有结构简单、成本低廉、快速有效、可靠性高、维护方便的优点。
文档编号G01B7/14GK101825428SQ20101016008
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者吴峻, 周文武, 曾晓荣, 陆珊珊 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学