專利名稱：車輪速度檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車輛速度檢測系統(tǒng)，用于檢測各種類型車輛上車輪的旋轉速度。
背景技術：
常規(guī)情況下，用于各種類型車輛上的車輪速度檢測系統(tǒng)，例如，其中使用磁性編碼器的車輪速度檢測系統(tǒng)已公知，并且已成為對制動控制和其他操作所必須使用的車輛速度，尤其是汽車的車速，進行檢測的主要方法。
同時，主要端位于地面系統(tǒng)上的磁懸浮列車(本文使用直線型車輛進行指代)行駛的車輪速度低于預定速度(例如，以較低百千米/小時)，其中車輛通過控制作用于地面上推進線圈的電能而被推進。此外，直線型車輛的行駛控制基本上在地面端執(zhí)行，并可以使用所有的速度級。不過，在地面端控制中，或者在安裝于車輛上的超導磁體中存在一個問題，例如，地面端的速度控制或許是不可能的。由于這種可能性較低，所以將對車輪旋轉進行制動的盤式制動裝置安裝于直線型車輛上，作為緊急制動裝置。
對于控制該盤式制動裝置來說，有必要檢測車輪的旋轉速度，以及上述汽車車輪的旋轉速度。不過，眾所周知，直線型車輛上的車輪位于主要由超導磁體形成的強磁場中，在這種強磁場中，使用例如磁性編碼器或者磁致伸縮傳感器的磁性傳感器來精確檢測轉速是極端困難的。而且，對于磁性編碼器的原理來說，其旋轉器必須是磁性的。雖然如此，由于直線型車輛被限制用于強磁場中，所以基本上具有磁性的材料不能在其中使用，安裝磁性編碼器本身也是困難的。因此，在直線型車輛中，車輪的旋轉速度在常規(guī)情況下是使用光學編碼器進行檢測的。
在圖8中，示出安裝于直線型車輛上的常規(guī)光學編碼器類型的車輪速度檢測系統(tǒng)的示意性結構。圖8中所示的車輪速度檢測系統(tǒng)主要由光學編碼器62構成，該編碼器包括與支撐輪3共同旋轉的開縫圓盤62a，支撐輪3設置有輪胎1和鋁制車輪2(簡單使用車輪進行指代)，以及通過光纜67連接于光編碼器62的信號處理裝置68。
光編碼器62設置于構成支撐腿裝置的臂4(后文將進行詳細說明，參見圖1)一端上的車輪軸60中。通過將光編碼器62一側的聯(lián)結器65與車輪2一側的聯(lián)結器66相連，使開縫圓盤62a隨著支撐輪3(簡單使用車輪進行指代)的旋轉而旋轉。
然后，由信號處理裝置68內部的投射器發(fā)出的光通過光纜67射向開縫圓盤62a。當光被反射時，反射光通過光纜67傳輸，并被信號處理裝置68接收。根據反射光的存在/不存在以及反射光的接收時間，得以檢測車輪的旋轉速度。
雖然使用光編碼器62的車輪速度檢測系統(tǒng)能夠對例如處于強磁場中的直線型車輛進行精確的檢測，但是還存在一些問題，例如光編碼器62本身的價格偏高，或者因為由衰變退化導致的光量衰減而無法進行精確檢測。
而且，由于聯(lián)結器65和66是分別連接以使開縫圓盤62a旋轉的，所以就存在另一個問題，即維修時諸如更換輪胎的工作負載會增加。也就是說，為了將車輪3從車輪軸60上移開，就必須首先分別移開聯(lián)結器65和66。這一工作在維修整個直線型車輛的過程中將消耗大量的時間。
在另一方面，作為不同于上述磁力式或者光學式的另一種車輪速度檢測系統(tǒng)，提出一種利用渦流位移傳感器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)構造成將凹進和凸出部分以一定間隔設置于例如旋轉器的圓周上，并且渦流位移傳感器固定于某一位置，該位置與凸出和凹進表面有一定距離。所述傳感器檢測到凸出和凹進部分對應于旋轉器的旋轉(車輪旋轉)而交替面對傳感器，車輪旋轉速度通過檢測信號(交流檢測電壓)(例如，參照文件1)而得到檢測。
因此，可以考慮采用在直線型車輛中采用帶有渦流位移傳感器的車輪速度檢測系統(tǒng)。更具體地說，如圖9所示，凹進和凸出部分7設置于車輪2內部的圓周上(在車身側)，而渦流位移傳感器(簡單使用渦流傳感器進行指代)10固定于臂4上，從而與凹進和凸出部分7相對。因此，直接與渦流傳感器10相對的凹進和凸出部分7交替變化，例如凹進部分→凸出部分→凹進部分...，對應于車輪3的旋轉。根據這一變化所得的檢測電壓通過纜線15傳輸到信號處理裝置70。在信號處理裝置70中，該檢測電壓根據預定的臨閾級轉換至脈沖信號，旋轉速度通過經過轉換的脈沖信號進行計算。
如果系統(tǒng)由上述結構構成從而通過使用渦流傳感器10檢測車輪旋轉速度，那么就沒有必要在車輪軸5中安裝傳感器，同時傳感器也必須是光編碼器類型的。在支撐腿裝置中，只需要將渦流傳感器10固定于臂4上。因此，當對車輪3進行維修時，就沒有必要處理構成車輪速度檢測系統(tǒng)的部件，例如連接和拆開光編碼器類型車輪速度檢測系統(tǒng)中的聯(lián)結器，因此減輕了維護的工作負載。而且，由于沒有使用光纜，所以就可以解決光學編碼器的特性問題，例如光纜中光的衰減。
未審查的日本專利公開No.2000-121655不過，如果將使用渦流傳感器的車輪速度檢測系統(tǒng)應用于直線型車輛時，從下面的原因(1)和(2)可知，存在一個問題，即整個凹進和凸出部分7與渦流傳感器10之間正常情況下應該保留一定距離，但是該距離(更具體地說，凸出部分的表面和渦流傳感器10之間的距離d；將在下文參照圖10A和10B進行詳細描述)可能會改變。
(1)在旋轉器中，例如支撐大型負載的直線型車輛的車輪3，渦流傳感器10與整個凹進和凸出部分7之間的距離由于車輪旋轉或者負載改變過程中的波動而變化。尤其在直線型車輛的情況下，車輪中心(車輪軸5)和承受垂直負載的支撐腿6的驅動器的軸(未在圖9中示出，后文將參照圖1進行說明)產生偏移。因此，臂4由于受支撐腿6的負載而扭曲。當負載變化時，即扭曲的狀態(tài)由于車輛負載的變化而變化時，會引起上述距離的變化。
(2)對于直線型車輛來說，例如維修車輪3或者更換輪胎的工作進行得相對頻繁。因此，由于在維修過程中出現組裝錯誤，所以渦流傳感器10與整個凹進和凸出部分7之間的距離在車輪3的每次維修或者更換輪胎時都會變化。此外，當其中設置有凹進和凸出部分7的車輪2本身被更換時，由于車輪2的制造誤差，所以上述距離可能會如預期的那樣發(fā)生變化。
如果整個凸出和凹進部分7與渦流傳感器10之間的距離如上所述發(fā)生變化，那么就難于根據渦流傳感器10的檢測電壓而精確檢測車輪旋轉速度。這一機理將參照圖10A和10B進行說明。圖10A和10B示出了當渦流傳感器用作直線型車輛的車輪速度檢測系統(tǒng)時，傳感器檢測電壓和脈沖輸出的實例的圖表。
首先，圖10A示出了當渦流傳感器10和凸出部分7a之間的距離為正常值時(d＝d0)的情況。通過車輪3的旋轉，當凹進和凸出部分7以箭頭A的方向被移動(旋轉)時，渦流傳感器10交替面對凸出部分7a→凹進部分7b→凸出部分7a...。需要注意的是，在箭頭A方向上相對渦流傳感器10移動凹進和凸出部分7，以及在箭頭A’方向上相對渦流傳感器10移動渦流傳感器10基本上是相同的。因此，在下文中，圖10A和10B以及圖4A和4B、圖7A和7B的說明中，描述了渦流傳感器10通過車輪3的旋轉在箭頭A’方向上進行的相同移動。
由于渦流傳感器10的移動，得到如附圖所示的帶有正弦波形的檢測電壓。為了將檢測電壓轉換為脈沖信號，預先設定了具有滯后的閾值電壓VTH和VTL。由此，檢測電壓被轉換成脈沖信號，如附圖所示。
不過，由于車輪負載變化或者組裝中出現錯誤的原因，當渦流傳感器10和凸出部分7a之間的距離d變得接近時，如圖10B所示(d＝dn＜d0)，由于渦流傳感器10的傳感原理，檢測電壓變小，檢測電壓的幅度范圍可能變得小于閾值電壓VTH.
因此，不能在臨閾級VTH上轉換為脈沖信號，如圖所示，在低級別上的脈沖信號被連續(xù)不斷地輸出。相反地，雖然在附圖中沒有示出，當渦流傳感器10遠離凸出部分7a(d＞d0)時，傳感器檢測電壓達到高于圖10A中狀態(tài)的級別，并且，閾值VTL的級別可能變得小于檢測電壓的幅度。因此，在高級別上的脈沖信號被連續(xù)不斷地輸出。
本發(fā)明是根據上述問題做出的，其目的在于，即使當渦流傳感器和凸出部分之間的距離由于諸如車輪負載變化或者組裝中錯誤的各種因素發(fā)生變化時，也能夠精確地檢測車輪旋轉速度。

發(fā)明內容
為了達到上述目的，本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)包括旋轉器，該旋轉器在車輪的軸中心上與車輪共同旋轉，多個沿旋轉方向(圓周方向)以預定間隔形成于車輪圓周上的凹進和凸出部分；設置成面對凸出部分表面并間隔開一定距離的傳感器頭部，該傳感器頭部由線圈構成從而在交流電的供給下在周圍產生交流磁場；檢測器，該檢測器通過供給交流電而激勵電圈以在凹進和凸出部分上產生渦流，并且對應于由旋轉器旋轉產生的渦流量的變化而輸出交流檢測信號；脈沖轉換器，該轉換器將輸出的交流檢測信號根據預先設定的臨閾級轉換為脈沖信號；以及速度計算器，該計算器根據被轉換的脈沖信號計算車輪旋轉速度。
也就是說，本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)等同于帶有常規(guī)渦流位移傳感器的車輪速度檢測系統(tǒng)，基于根據旋轉器旋轉所產生的渦流量上的變化來檢測車輪旋轉速度。此外，凸出部分的表面和傳感器頭部設置成以一定距離相互面對。換句話說，凹進部分表面和傳感器頭部之間的距離也是恒定的。
不過，如現有技術所述，當例如車輪負載(軸上的負載)變化時，或者當車輪和旋轉器在車輪維修操作過程中再次被拆開和安裝上時，由于支撐并固定旋轉器和傳感器頭部的部件出現機械扭曲，或者組裝這些部件時出現錯誤，都可能使凸出部分表面和傳感器頭部之間的面對距離與上述特定距離出現變化。
因此，在本發(fā)明中，閾值移位器根據凸出部分表面和傳感器頭部之間的實際相對距離使臨閾級進行移位。當臨閾級被閾值移位器移位時，脈沖轉換器根據移位后的臨閾級進行脈沖信號的轉換。因此，即使當凸出部分和傳感器頭部之間的距離發(fā)生變化時(初始情況下假定為保持特定距離)，根據所發(fā)生的變化，臨閾級能夠被調整至適當的級別。
因此，根據本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)，即使當凸出部分和傳感器頭部之間的距離由于軸負載變化和類似情況而發(fā)生變化時，脈沖轉換器根據對應于所述變化的適當臨閾級進行脈沖信號轉換。因此，車輪旋轉速度能夠被精確地檢測出來。
需要注意的是，渦流量會隨著線圈中阻抗的變化而發(fā)生變化，與例如一般渦流位移傳感器中的方式相同。因此，例如，當包括線圈的共振電路的共振電壓發(fā)生變化時，能夠得到對應于所述變化的交流檢測信號。
此外，凹進和凸出部分的形成方式可以使對應于車輪旋轉速度的渦流量的變化能夠被檢測到。例如，如圖9所示，凹進和凸出部分形成于與旋轉器的旋轉軸垂直的表面的圓周上。再例如，凹進和凸出部分能夠形成于上述文件1所引用的旋轉器的側表面上(也就是說，齒輪被用作旋轉器)。
而且，通過閾值移位器能夠不斷對臨閾級進行移位。不過，在一些情況下，例如，當實際相對距離與上述特定距離沒有什么差值的時候，就可以根據預定臨閾級，不進行移位而從交流檢測電壓中得到脈沖。因此，僅當例如通過檢查實際交流檢測電壓而確定有必要使臨閾級進行移位時，才進行移位過程。確定臨閾級是否需要被移位可以根據相對距離的變化程度而適宜地進行。
使用這一構造，即能夠通過閾值移位器使臨閾級進行移位，更具體地說，這樣可以使臨閾級落入從檢測器輸出的交流檢測信號的振幅范圍中。如果臨閾級至少處于交流檢測信號的振幅范圍中，那么交流檢測信號可根據臨閾級轉換為脈沖信號，因此，車輪旋轉速度能夠被精確地檢測到。
需要注意的是，在這種情況下，判定臨閾級是否應該進行移位可以適意地進行。例如，僅當臨閾級超出實際交流檢測信號(例如圖10B中的情況)時，臨閾級才能被移位。此外，臨閾級也可以在臨閾級處于振幅范圍中但是接近交流檢測信號的最大值或者最小值時進行移位。
此外，可以通過各種方法確定閾值移位器使臨閾級進行移位的大小程度。例如，當相對距離為上述特定距離時，可以對應于實際交流檢測信號和交流檢測信號之間的差值而進行確定。
換句話說，在使用該結構的車輪速度檢測系統(tǒng)中，閾值移位器得到默認平均值和從檢測器輸出的實際交流檢測信號平均值之間的差值，其中默認平均值為當凸出部分表面和傳感器頭部之間的相對距離等于上述特定距離時交流檢測信號的平均值。閾值移位器對應于這一差值使臨閾級進行移位。
在這種情況下，例如，移位量可以與差值相同。又例如，當差值較小時(也就是說，當相對距離的變化量較小時)，閾值移位器不使臨閾級進行移位，僅當差值較大時才使臨閾級進行移位。
如上所述，如果移位量是根據實際交流檢測信號的平均值和默認平均值之間的差值而確定的，那么臨閾級就可被更恰當地移位，車輪速度檢測系統(tǒng)的可靠性可得到改善。
對于臨閾級來說，例如只設定一個級別以判定交流檢測信號是否高于或者低于所設定的級別并從交流檢測信號中得到脈沖，這種方法也是可行的。雖然如此，考慮到噪聲容許量和其他因素，更加優(yōu)選的方式是設定兩個具有滯后的臨閾級。因此，在這種情況下，閾值移位器優(yōu)選情況下在保持滯后量的同時使這兩個臨閾級進行移位。
接下來，本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)包括旋轉器、傳感器頭部、檢測器、脈沖轉換器和速度計算器。檢測信號移位器將檢測器輸出的交流檢測信號根據凸出部分表面和傳感器頭部之間的實際相對距離而移位至某一級別。在這種方式下，當交流檢測信號由檢測信號移位器進行移位時，脈沖轉換器就在移位后將交流檢測信號轉換為脈沖信號。
換句話說，在上述系統(tǒng)中，臨閾級已被移位。相反，在這種情況下，臨閾級沒有被移位，但是實際交流檢測信號本身被移位。因此能夠得到與上述系統(tǒng)中使臨閾級進行移位基本相同的效果。
因此，根據這種情況的車輪速度檢測系統(tǒng)，當相對距離為上述特定距離時，即使因為凸出部分和傳感器頭部的距離由于軸上負載的變化或者類似情況而發(fā)生變化，當交流檢測信號和實際交流檢測信號之間出現差值時，交流檢測信號能夠在補償這一差值的方向上進行移位。因此，車輪旋轉速度能夠被精確地檢測到。
需要注意的是，同樣在這種情況下，可通過檢測信號移位器持續(xù)使交流檢測信號進行移位。不過，僅當例如在檢查實際交流檢測電壓之后確定有必要時，才進行移位。移位是否應該進行可根據相對距離的變化程度而適當地判定。
具體地說，在這種構造下，例如，可通過檢測信號移位器進行交流檢測信號的移位，從而使臨閾級落入交流檢測信號的振幅范圍中。如果交流檢測信號移位以落入交流檢測信號的振幅范圍中，那么移位后的交流檢測信號可以根據臨閾級轉換為脈沖信號。因此，車輪旋轉速度能夠被精確地檢測到。
需要注意的是，同樣在這種情況下，可因此判定是否應該進行交流檢測信號的移位。例如，可設定持續(xù)使交流檢測信號進行移位，或者又例如，也可僅在臨閾級超出交流檢測信號的振幅范圍時(例如圖10B中的情況)，設定使交流檢測信號進行移位。
此外，可通過各種方法確定利用檢測信號移位器而使交流檢測信號進行移位的程度。交流檢檢測信號可對應于默認平均值與從檢測器輸出的實際交流檢測信號平均值之間的差值而被移位至，例如，某一級別，其中默認平均值為當凸出部分表面和傳感器頭部之間的相對距離為特定距離時交流檢測信號的平均值。
在這種情況下，移位量可以是，例如等于差值。或者，又例如，當差值較小時(也就是說，當相對距離的變化較小時)，可設定不進行移位，而僅當差值較大時才進行移位。
因此，如果移位量是根據默認平均值與實際交流檢測信號平均值之間的差值判定的，那么臨閾級就可更適當地進行移位，車輪速度檢測系統(tǒng)的可靠性得以改善。
還是在這種情況下的系統(tǒng)中，也可只設定，例如，一個級別作為臨閾級，并且通過判定交流檢測信號是否高于或者低于所設定的級別而從交流檢測信號中得到脈沖。不過，考慮到噪聲容許量和其他因素，更加優(yōu)選的方式是設定兩個具有滯后的臨閾級。
同時，本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)可應用于各種車輛中。如上所述，在直線型車輛中，對支撐相對較大負載的車輪進行維修是比較頻繁的，因此，由于在維修過程中的組裝錯誤或者軸上負載的變化，上述相對距離可能會發(fā)生變化。
因此，本發(fā)明的系統(tǒng)可更有效地測量設置于車輛上的車輪的旋轉速度，如果，例如，將該系統(tǒng)安裝于主要端在地面系統(tǒng)上的鐵路車輛上，其中車輛通過將電能分配給推進線圈而由在沿地面軌道設置的推進線圈和安裝于車輛上的磁場系統(tǒng)之間產生的磁性相互作用而推進。本發(fā)明的系統(tǒng)使構造具有高可靠度的車輪速度檢測系統(tǒng)成為可能，該系統(tǒng)應用于主要端位于地面系統(tǒng)上的鐵路車輛中。


圖1是由組成磁懸浮列車的支撐腿裝置的示意性結構的透視圖；圖2A和2B是第一實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)的示意性結構的方框圖；圖3是第一實施例的閾值電壓移位過程的流程圖；圖4A和4B是在第一實施例中的車輪速度檢測系統(tǒng)的傳感器檢測電壓和脈沖輸出的實例的圖表，并且分別示出了傳感器和凸出部分鄰近(4A)時以及傳感器和凸出部分遠離(4B)時的情況；圖5是第二實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)的示意性結構的方框圖；圖6是第二實施例的檢測數據移位過程的流程圖；圖7A和7B是在第二實施例中的車輪速度檢測系統(tǒng)的檢測電壓和脈沖輸出的實例的圖表，并且分別示出傳感器和凸出部分鄰近(7A)時以及傳感器和凸出部分遠離(7B)時的情況；圖8是安裝于磁懸浮歷程上的具有光學編碼器的車輪速度檢測系統(tǒng)的示意性結構的示例性視圖；圖9是渦流位移傳感器用作磁懸浮列車的車輪速度檢測系統(tǒng)的示意性結構的示例性視圖；以及圖10A和圖10B是渦流位移傳感器用作磁懸浮列車的車輪速度檢測系統(tǒng)的情況下的檢測電壓和脈沖輸出的實例的圖表。
具體實施例方式
現在將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是組成磁懸浮列車(直線型車輛)的支撐腿裝置的示意性結構的透視圖。直線型車輛(圖中未示出)被稱為主要端位于地面系統(tǒng)上的鐵路車輛，其中，超導磁體安裝于底盤中作為磁場系統(tǒng)，直線型車輛通過控制作用于沿地面軌道設置的推進線圈的電源以及通過推進線圈和車輛中的超導磁體之間的磁性相互作用而得以推進。直線型車輛以預定速度或超過預定速度(例如，在低百千米/小時)懸浮和行駛，但是行駛時的車輪速度低于預定速度。對于行駛于車輪上的直線型車輛來說，設置有圖1所示的支撐腿裝置。
如圖1所示，在直線型車輛的支撐腿裝置中，車輪(支撐車輪)3由輪胎1和車輪(鋁制車輪)2構成，作為旋轉器，車輪3連接于設置于臂4一端的軸(軸中心)5上。而且，一端連接于臂4的支撐腿6是可伸出的/可收縮的，內部具有驅動器。支撐腿6和臂4二者的另一端分別連接于支架上，圖中未示出。因此，通過驅動支撐腿6中的驅動器并且伸出/收縮支撐腿6，車輪3就可上下移動。
在車輪3上，雖然圖中未示出，但是安裝有圓盤制動裝置。當直線型車輛行駛于車輪3上并且車輛不能由地面控制而制動時，圓盤制動裝置用于制動直線型車輛。
在本實施例中，車輪速度檢測系統(tǒng)包括凹進和凸出部分7、渦流傳感器10、纜線15和信號處理裝置20，該系統(tǒng)安裝于支撐腿裝置中，用于檢測車輪3的旋轉速度，這對于控制上述圓盤制動裝置的運行來說是必要的。
凹進和凸出部分7包括，如附圖所示，凸出部分7a和凹入部分7b，它們沿車輪2的旋轉方向在車輪2的圓周上以預定間隔交替形成。本實施例中的凹入和凸出部分7的材料為鋁。渦流傳感器10設置并固定于以一定距離d0面對凹進和凸出部分7的臂4上(下文使用“默認相對距離”進行指代)。來自渦流傳感器10的傳感器檢測電壓通過纜線15傳輸到信號處理裝置20中。
圖2A是本發(fā)明的車輛速度檢測系統(tǒng)的示意性結構的方框圖。如圖2A所示，渦流傳感器10具有嵌入其傳感器頭部10a的檢測線圈11。傳感器頭部10a與凸出部分7a之間的距離保持為默認相對距離。而且，下文將進行說明，對應于檢測線圈11阻抗變化的傳感器檢測電壓(相當于本發(fā)明的交流檢測信號)通過纜線15傳輸至信號處理裝置20。
圖2B示出了渦流電傳感器10的示意性結構的方框圖。渦流傳感器10主要包括檢測線圈11、振蕩驅動裝置12和波動檢測電路13。檢測線圈11構成共振電路以及振蕩驅動裝置12中的電容器(未示出)。通過振蕩驅動裝置12向共振電路提供交流電并且以振蕩預定頻率使共振電路振蕩，高頻電流在檢測線圈11中流動并且在其周圍產生交流磁場。當車輪3在交流磁場中旋轉時，渦流產生于鋁制車輪2中。
在本發(fā)明中，由于凹進和凸出部分7形成于鋁制車輪2以面對傳感器頭部10a，所以凹進部分7b和凸出部分7a根據車輪3的旋轉而交替面對傳感器頭部10a，例如凹進部分7b→凸出部分7a→凹進部分7b...。因此，在凹進和凸出部分7的整個部分中產生的渦流量對應于車輪3的旋轉而發(fā)生變化，由此，檢測線圈11的阻抗也被改變。
因此，振蕩電路的振蕩幅度，即從振蕩驅動裝置12輸出的振蕩電壓幅度根據車輪3的旋轉而發(fā)生變化。該振蕩輸出在包線檢波中被接收并且在波動檢測電路13中被適當地放大，隨后即作為傳感器檢測電壓傳輸到信號處理裝置20中。具體地說，結合上圖10A和10B所示的波形，當凸出部分7a面對傳感器頭部10a時，渦流量變大，檢測線圈11中的阻抗變化變大，因此，傳感器檢測電壓變小。從另一方面來講，當凹進部分7b面對傳感器頭部10a時，渦流量變小，并且檢測線圈11中的阻抗變化也變小，因此，傳感器檢測電壓變大。需要注意的是，渦流傳感器10的運行能量是由信號處理裝置20供給的。
如上所述從渦流傳感器10輸出的傳感器檢測電壓在信號處理裝置20中被轉換為脈沖信號。車輪旋轉速度在脈沖信號的基礎上進行計算。也就是說，傳感器檢測電壓首先以預定的取樣頻率由A/D轉換器21進行取樣，并且轉換為數字值。在下文中，該傳感器檢測電壓在A/D轉換之后即指代為檢測數據(A/D值)。
該檢測數據被輸入至信號級別確定元件22和脈沖轉換元件23。首先，將對信號級別確定元件22進行說明。信號級別確定元件22在檢測數據的基礎上計算閾值電壓VTH和VTL(即，有滯后的閾值)并向脈沖轉換元件23輸出電壓。更具體地說，信號級別確定元件22進行閾值電壓移位過程，其中根據檢測數據移位(移動)預設默認閾值電壓VTH0和VTL0。
圖3是在信號級別確定元件22中執(zhí)行的閾值電壓移位過程的流程圖。當直線型車輛在車輪3上行駛時，該閾值電壓移位過程持續(xù)進行。
當該過程啟動時，首先在步驟(在下文中使用“S”的縮寫)110中，得到傳感器檢測電壓(實際上為檢測數據)的最大值Vmax。在隨后的S120中，得到傳感器檢測電壓(實際上為檢測數據)的最小值Vmin。換句話說，傳感器檢測電壓的最大振幅值和傳感器檢測電壓的最小振幅值在S110和S120中分別得到。
隨后，在步驟S130中，對實際平均電壓Vav進行計算，該值即為最大值Vmax和最小值Vmin的平均值。同時，在信號級別確定元件22中，默認平均電壓Vav0(本發(fā)明的默認平均值)被存儲，該值即為當傳感器頭部10a和凸出部分7a之間的距離為默認相對距離時的傳感器檢測電壓平均值。在隨后的S140中，對移位量Z進行計算，該值即為在S130中得到的實際平均電壓Vav和上述默認平均電壓Vav0之間的差值。
然后，在S150中，通過將默認閾值電壓VTH0和VTL0分別移位為移位量Z，得到實際閾值電壓VTH和VTL，該值為實際閾值電壓。也就是說，當傳感器頭部10a和凸出部分7a之間的距離為默認相對距離時，傳感器檢測電壓與實際傳感器檢測電壓的偏差被轉換為平均電壓的差值(默認平均電壓和實際平均電壓)。隨后，該差值作為默認閾值電壓VTH0和VTL0的移位量Z進行處理。如上所述得到的實際閾值電壓VTH和VTL被輸出到脈沖轉換元件23。
在脈沖轉換元件23中，來自A/D轉換器21的檢測數據對應于實際閾值電壓VTH和VTL被轉換為脈沖信號，并被輸出至速度計算元件24。在速度計算元件24中，根據每單位時間脈沖信號或者脈沖間隔(循環(huán))的數量對車輪旋轉速度進行計算。然后，如上所述得到的車輪旋轉速度被傳輸至制動控制元件(未示出)，并用于控制圓盤制動裝置。
圖4A和4B示出本實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)中的傳感器檢測電壓(檢測數據)和脈沖輸出的實例。圖4A示出了傳感器頭部10a和凸出部分7a鄰近并且其間的相對距離d小于默認相對距離d0時的情況。當相對距離d如上所述小于默認相對距離d0時，傳感器檢測電壓小于當相對距離等于默認相對距離的傳感器檢測電壓。在附圖所示的狀態(tài)中，默認閾值電壓VTH0大于傳感器檢測電壓的最大值Vmax。
因此，在本發(fā)明中，通過執(zhí)行圖3所述的閾值電壓移位過程，實際平均電壓Vav由實際檢測電壓的最大值Vmax和最小值Vmin得以計算，并且實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值變?yōu)橐莆涣縕。因此，默認閾值電壓VTH0按照移位量Z而被移位至實際閾值電壓VTH，默認閾值電壓VTL0按照移位量Z而被移位至實際閾值電壓VTL。也就是說，默認閾值電壓VTH0和VTL0分別被減小|Z|。然后，通過消除實際閾值電壓VTH和VTL的實際傳感器檢測電壓以產生脈沖，得出在附圖中所示的脈沖輸出。
從另一方面來講，圖4B示出了當傳感器頭部10a和凸出部分7a相距較遠并且其間的相對距離大于默認相對距離d0時的情況。當相對距離d如上所述大于默認相對距離d0時，傳感器檢測電壓大于當相對距離等于默認相對距離時的傳感器檢測電壓。在附圖所示的狀態(tài)中，默認閾值電壓VTL0小于傳感器檢測電壓的最小值Vmin。
因此，通過以與圖4A所述的相同方式執(zhí)行圖3所述的閾值電壓移位過程，實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值就變?yōu)橐莆涣縕。默認閾值電壓VTH0按照移位量Z而被移位至實際閾值電壓VTH，默認閾值電壓VTL0按照移位量Z而被移位至實際閾值電壓VTL。也就是說，默認閾值電壓VTH0和VTL0分別增加|Z|。然后，通過消除實際閾值電壓VTH和VTL的實際傳感器檢測電壓以產生脈沖，得出附圖中所示的脈沖輸出。
如上所述，在本實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)中，通過按照移位量Z使預設默認閾值電壓VTH0和VTL0進行移位，得到實際的閾值電壓VTH和VTL，其中移位量Z是由渦流傳感器10實際檢測出的傳感器檢測電壓的平均值和默認平均電壓之間的差值。然后，根據這些實際的閾值電壓VTH和VTL，實際的傳感器檢測電壓(檢測數據)被轉換為脈沖信號。
因此，根據本實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)，即使當凸出部分7a和傳感器頭部10a之間的相對距離由于軸負載或者其他原因出現變化時，也可根據對應于相對距離變化的適當實際臨閾級VTH和VTL而進行脈沖信號的轉換。因此，與相對距離的變化無關，車輪旋轉速度可被精確地檢測到。
而且，在本實施例中，移位不僅可以用一種方式進行，從而使默認閾值電壓VTH0和VTL0落入實際傳感器檢測電壓的振幅中，也可以用另一種方式進行，從而根據默認平均電壓Vav0和實際平均電壓Vav之間的差值得到更合適的移位量Z。因此，根據實際傳感器檢測電壓，默認閾值電壓VTH和VTL被更適當地進行移位，從而提供可靠的車輪速度檢測系統(tǒng)。
需要注意的是，在本實施例中，渦流傳感器10相當于本發(fā)明的檢測器，脈沖轉換元件23相當于本發(fā)明的脈沖轉換器，速度計算元件24相當于本發(fā)明的速度計算器，信號級別確定元件22相當于本發(fā)明的閾值移位器。此外，圖3中的閾值電壓移位過程相當于本發(fā)明所使用的閾值移位器所執(zhí)行的過程。
在上述第一實施例中，描述了當默認閾值電壓VTH0和VTL0對應于傳感器頭部10a和凸出部分7a之間相對距離的變化而進行移位的情況。在本實施例中，閾值電壓沒有被移位，但是由渦流傳感器10(檢測數據)本身檢測到的傳感器檢測電壓被移位，并得到對應于相對距離變化的適當脈沖信號。
圖5是本實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)的信號處理裝置30的示意性結構的方框圖。信號處理裝置30用于替換第一實施例中的車輪速度檢測系統(tǒng)的信號處理裝置20。來自渦流傳感器10的傳感器檢測電壓首先以預定采樣頻率由A/D轉換器21進行采樣，然后轉換為數字值的檢測數據(A/D值)。
該檢測數據被輸入至檢測數據移位元件31并按照預定量進行移位。也就是說，在檢測數據移位元件31中，進行檢測數據移位過程從而對應于檢測數據平均值和預設默認平均電壓Vav0差值使實際檢測數據進行移位。
圖6是在檢測數據移位元件31中執(zhí)行的檢測數據移位過程的流程圖。該檢測數據移位過程在直線型車輛行駛于車輪3上時持續(xù)執(zhí)行。需要注意的是，在該過程中，S210至S240分別與圖3所述的閾值電壓移位過程的S110至S140相同。因此，在這里不對S210至S240的過程進行詳細的描述。
也就是說，分別在S210和S220中得到檢測數據的最大值Vmax和最小值Vmin，在步驟S230中計算實際平均電壓Vav，即兩個值的平均值，在隨后的S240中，實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0經計算得到移位量Z。然后，在S250中，實際檢測數據按照所得的移位量Z而進行移位。
如上所述被移位的檢測數據被輸入脈沖轉換元件32中，并被轉換為脈沖信號。在該脈沖轉換元件32中，相應于第一實施例默認閾值電壓VTH0和VTL0的閾值電壓被預先設定，并且上述被移位的檢測數據根據這些閾值電壓被轉換為脈沖信號。然后，這些脈沖信號輸入速度計算元件24中，與第一實施例的方式相同，車輪旋轉速度根據每單位時間的脈沖數值或脈沖間隔(循環(huán))進行計算。
在圖7A和7B中，示出本實施例的車輪速度檢測系統(tǒng)中的傳感器檢測電壓(檢測數據)和脈沖輸出的實例。圖7A示出當傳感器頭部10a和凸出部分7a互相鄰近并且其間的相對距離d小于默認相對距離d0時的情況。當相對距離d如上所述小于默認相對距離d0時，實際傳感器檢測電壓小于當相對距離d等于默認相對距離時的傳感器檢測電壓。在附圖所示的狀態(tài)下，默認閾值電壓VTH0變得大于傳感器檢測電壓的最大值Vmax。
因此，在本實施例中，通過執(zhí)行圖6所述的檢測數據移位過程，實際平均電壓Vav由時間檢測電壓的最大和最小值Vmax和Vmin計算而得，并且實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值變?yōu)橐莆涣縕。實際傳感器檢測電壓(檢測電壓)按照移位量Z進行移位。也就是說，默認閾值電壓VTH0和VTL0并不是如第一實施例所述分別減小|Z|，而是檢測數據本身增加|Z|。隨后，通過從被移位的傳感器檢測電壓中得到脈沖，得到如附圖所示的脈沖輸出。
換句話說，圖7B示出了當傳感器頭部10a和凸出部分7a距離較遠并且其間的相對距離d大于默認相對距離d0時的情況。當相對距離d如上所述大于默認相對距離d0時，傳感器檢測電壓大于當相對距離d等于默認相對距離時的傳感器檢測電壓。在附圖所示的狀態(tài)中，默認閾值電壓VTL0小于傳感器檢測電壓的最小值Vmin。
因此，通過執(zhí)行圖6所述的檢測數據移位過程，按照與圖7A所述相同的方式，實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值變?yōu)橐莆涣縕，并且實際檢測數據按照移位量Z進行移位。也就是說，默認閾值電壓VTH0和VTL0并不是如第一實施例所述分別增加|Z|，而是檢測數據本身減小|Z|。隨后，通過從被移位的傳感器檢測電壓得到脈沖，得到如附圖所示的脈沖輸出。
因此，根據本實施例，即使當相對距離等于默認相對距離時，因為凸出部分7a表面和傳感器頭部10a之間相對距離由于軸負載的變化或者其他因素而出現變化，所以傳感器檢測電壓與實際傳感器檢測電壓也會出現差值，傳感器檢測電壓(檢測數據)在補償該差值的方向上進行移位，由此得到如第一實施例所述的相同效果。
需要注意的是，在本實施例中，檢測數據移位元件31相當于本發(fā)明中的檢測信號移位器，圖6所示的檢測數據移位過程相當于由本發(fā)明的檢測信號移位器執(zhí)行的過程。
本發(fā)明實施例并不局限于上述實施例，在本發(fā)明的技術范圍中可進行變換和修改。
例如，在上述各個實施例中，實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值被設定為移位量Z。相反，當相對距離等于默認相對距離時，傳感器檢測電壓最大(或最小)值與傳感器檢測電壓最大值Vmax(或者最小值Vmin)之間的差值也可以作為移位量Z。只要可以得到對應于相對距離變化的適當移位量Z，那么可使用各種方法得到該移位量Z。
此外，在上述第一實施例中，默認閾值電壓VTH0和VTL0被預先設定，這些默認閾值電壓VTH0和VTL0按照移位量Z進行移位。除了預先設定默認閾值電壓VTH0和VTL0，閾值電壓也可通過根據實際得到的檢測數據的振幅(最大和最小值)一一計算閾值電壓而得到。具體地說，例如，預定級別低于實際檢測數據最大值的值，預定級別高于實際檢測數據最小值的值都可以是臨閾級。
而且，在上述各個實施例中，即使當實際平均電壓Vav和默認平均電壓Vav0之間的差值較小時，只要存在差值就進行移位。不過，當差值非常小并且可忽略不計時，轉換為脈沖信號的過程不進行移位過程而正常進行。因此，移位過程并不是不考慮差值大小每次都進行的，但是只有當差值較大并且正常脈沖轉換不能預期進行時才進行移位。也就是說，從邏輯上來講，應至少當臨閾級超過實際傳感器檢測電壓的振幅范圍時，才能夠進行移位從而使臨閾級與振蕩范圍相匹配。
而且，在上述各個實施例中，檢測數據通過具有滯后的閾值電壓而被轉為脈沖信號。或者，可以使用一個不帶有滯后的臨閾級。不過，考慮到噪聲阻力，優(yōu)選的是使用如上各實施所述的具有滯后的閾值電壓。
此外，除了如上述實施例所述，在車輪2的旋轉表面的圓周上設置凹進和凸出部分7之外，凹進和凸出部分7也可設置于，例如，車輪2的側表面上(即，例如齒輪外形)，例如上述文件1中所公開的技術。只要本發(fā)明的工作效果能夠達到，那么形成的位置不用專門限定。
凸出部分7a的形狀并不局限于上述實施例所述的形狀，只要凹進和凸出部分的變化能夠作為渦流量的差值而被檢測到(因此，形狀可作為檢測線圈11阻抗的變化而檢測出來)，那么就可使用各種形狀。
而且，在上述各個實施例的各個信號處理裝置20和30中，來自渦流傳感器10的傳感器檢測電壓直接通過A/D轉換。或者，高頻波動消除過濾器，可設置于例如A/D轉換器21前以切斷高頻波動成份。采用這種方式，能夠改善該系統(tǒng)的可靠性。
工業(yè)實用性如上所述，根據本發(fā)明的車輪速度檢測系統(tǒng)，即使當渦流傳感器和凸出部分之間的距離由于不同因素，例如車輪負載的變化或者錯誤的組裝而發(fā)生變化時，仍可精確檢測車輪的速度。
權利要求
1.一種車輪速度檢測系統(tǒng)，包括在車輪的軸中心上與所述車輪共同旋轉的旋轉器，以及多個凹進和凸出部分，所述部分沿旋轉方向以預定間隔形成于所述旋轉器的圓周上；傳感器頭部，該部分設置成以一定距離與所述凸出部分的表面相對，并由線圈構成以在交流電的供給下產生圍繞所述傳感器頭部的交流磁場；檢測器，該檢測器通過供給交流電激勵所述線圈以在所述凹進和凸出部分上產生渦流，并且根據由所述旋轉器旋轉所產生渦流量的變化而輸出交流檢測信號；脈沖轉換器，該轉換器根據預先設定的臨閾級將所述交流檢測信號轉換為脈沖信號；以及速度計算器，該計算器在所述脈沖信號的基礎上計算所述車輪的旋轉速度，所述車輪速度檢測系統(tǒng)還包括閾值移位器，該移位器根據所述凸出部分表面和所述傳感器頭部之間的實際相對距離使所述臨閾級進行移位，其中，當所述臨閾級由所述閾值移位器進行移位時，所述脈沖轉換器根據被移位的臨閾級將所述檢測信號轉換為脈沖信號。
2.根據權利要求1所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述閾值移位器使所述臨閾級進行移位，從而使所述臨閾級落入從所述檢測器輸出的交流檢測信號的振幅范圍中。
3.根據權利要求2所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述閾值位移器得到默認平均值與從所述檢測器實際輸出的所述交流檢測信號的平均值之間的差值，并且根據所述差值使所述臨閾級進行移位，所述默認平均值為當所述凸出部分表面和所述傳感器頭部之間的預定相對距離等于特定距離時所述交流檢測信號的平均值。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述臨閾級由兩個有滯后的臨閾級構成，并且其中，所述閾值位移器在保持所述滯后量的同時使所述兩個臨閾級進行移位。
5.一種車輪速度檢測系統(tǒng)，包括在車輪的軸中心上與所述車輪共同旋轉的旋轉器，以及多個凹進和凸出部分，所述部分沿旋轉方向以預定間隔形成于所述旋轉器的圓周上；傳感器頭部，設置成以一定距離與所述凸出部分相對，并由線圈構成以在交流的供給下產生圍繞所述傳感器頭部的交流磁場；檢測器，該檢測器通過供給交流激勵所述線圈以在所述凹進和凸出部分產生渦流，并且根據由所述旋轉器旋轉產生渦流量的變化而輸出交流檢測信號；脈沖轉換器，該轉換器根據預先設定的臨閾級將所述交流檢測信號轉換為脈沖信號；以及速度計算器，該計算器在所述脈沖信號的基礎上計算所述車輪的旋轉速度，所述車輪速度檢測系統(tǒng)還包括閾值移位器，該移位器根據所述凸出部分表面和所述傳感器頭部之間的實際相對距離使由所述檢測器輸出的交流檢測信號產生一定級別的移位，其中，當所述交流檢測信號通過所述檢測信號移位器進行移位時，所述脈沖轉換器在進行移位之后將所述交流檢測信號轉換為脈沖信號。
6.根據權利要求5所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述檢測信號移位器使所述交流檢測信號進行移位，從而使所述臨閾級落入所述交流檢測信號的振幅范圍中。
7.根據權利要求6所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述檢測信號移位器得到默認平均值與從所述檢測器實際輸出的所述交流檢測信號的平均值之間的差值，并且根據所述差值使所述交流檢測信號進行一定級別的移位，所述默認平均值為當所述凸出部分表面和所述傳感器頭部之間的相對距離等于特定距離時所述交流檢測信號的平均值。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述臨閾級由兩個有滯后的臨閾級構成。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的車輪速度檢測系統(tǒng)，其中，所述車輪速度檢測系統(tǒng)安裝于主要端位于地面系統(tǒng)上的鐵路車輛上，從而得到設置于所述車輛上的車輪的旋轉速度，其中所述車輛通過控制作用于所述推進線圈的電能在沿地面上的軌道設置的推進線圈與安裝于車輛上的磁場系統(tǒng)之間產生的磁性相互作用而得以推進。
全文摘要
在使用渦流位移傳感器的車輪速度檢測系統(tǒng)中，即使當渦流位移傳感器和旋轉器凸出部分之間的距離由于車輛負載的變化、維修期間車輪組裝錯誤或者其他原因而變化時，車輪速度也可被精確地檢測到。對應于由車輪旋轉而產生的檢測線圈(11)阻抗變化的傳感器檢測電壓輸入至信號處理裝置(20)。在信號級別確定元件(22)中，閾值電壓(V
文檔編號G01P3/481GK1739032SQ20038010886
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權日2003年1月17日
發(fā)明者河崎仙史, 喜多秀雄 申請人:東海旅客鐵道株式會社