專利名稱：一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的裝置。
背景技術(shù)：
目前，利用無接觸檢測(cè)方法對(duì)移動(dòng)物體進(jìn)行速度與位置的檢測(cè)得到日益廣泛的應(yīng) 用，檢測(cè)方法一般采用回線、泄露同軸電纜和地面應(yīng)答器等方式，回線、泄露同軸電纜需要 在地面安裝信號(hào)源，增加了軌道維護(hù)成本，地面應(yīng)答器雖然無需外接市電，但仍是帶電工作 的電子設(shè)備，可靠性差，維護(hù)管理成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的裝置，該裝置不受外界 環(huán)境的影響，能適應(yīng)外界的惡劣條件，可靠高，維護(hù)成本低，測(cè)量結(jié)果精度高、準(zhǔn)確，且可檢 測(cè)的距離長(zhǎng)。 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的，所采用的技術(shù)方案是一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位 置的裝置，其組成為 在被檢測(cè)移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動(dòng)物體在編碼板正上 方位置安裝有電磁感應(yīng)式傳感器；該傳感器與車載檢測(cè)裝置相連；所述編碼板由編碼段和 非編碼段交替排列構(gòu)成，其中 所述的非編碼段由單元金屬條和非金屬間隙交替排列組成，且單元金屬條和非金 屬間隙的寬度均為L(zhǎng); 所述的編碼段由編碼金屬條和非金屬編碼間隙排列組成，編碼金屬條和非金屬編 碼間隙的寬度為L(zhǎng)/2 ;編碼金屬條對(duì)應(yīng)的邏輯單元的值為l，非金屬編碼間隙對(duì)應(yīng)的邏輯單 元的值為0 ;編碼段的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙，且其相鄰位置排列的均為 非編碼段的非金屬間隙；中間位置的編碼金屬條和非金屬編碼間隙總長(zhǎng)度為，L/2，其排 列對(duì)應(yīng)的N個(gè)邏輯單元的值構(gòu)成一個(gè)N位的編碼，N為大于1的整數(shù)；
所述的傳感器為兩組，兩組的間距為L(zhǎng)的偶數(shù)倍，且大于編碼段的長(zhǎng)度；每組傳感 器包含前、后兩個(gè)相距為L(zhǎng)/2奇數(shù)倍的傳感器，前傳感器和后傳感器沿物體移動(dòng)方向上的 寬度為L(zhǎng)/2。 本發(fā)明的工作過程和原理是 檢測(cè)時(shí)，傳感器與地面編碼板產(chǎn)生電磁耦合，當(dāng)傳感器隨著檢測(cè)物體移動(dòng)到編碼 板上的金屬條上方時(shí)，傳感器輸出高電平信號(hào)，而當(dāng)傳感器移動(dòng)到非金屬間隙上方時(shí)，傳感 器輸出低電平信號(hào)，隨著傳感器在編碼板上方的位置變化，傳感器輸出由高、低電平組成的 脈沖信號(hào)，通過車載檢測(cè)裝置對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行分析處理，可得到移動(dòng)物體的位置和速度，其 具體的確定方法為 非編碼段的金屬條寬度和非金屬間隙交替排列且寬度相等均為L(zhǎng)，移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng) 時(shí)，車載檢測(cè)裝置通過傳感器獲得高、低電平交替組成的周期性變化的脈沖信號(hào)。該脈沖信
3號(hào)的周期T的時(shí)間長(zhǎng)度為檢測(cè)物體通過當(dāng)前位置的一個(gè)金屬條寬度和相鄰的一個(gè)非金屬 間隙(總長(zhǎng)度為2L)的時(shí)間。因此將2L除以任意一個(gè)傳感器檢測(cè)到的脈沖信號(hào)的周期T， 即可獲得移動(dòng)物體的當(dāng)前速度。相應(yīng)地在某一時(shí)刻，任一傳感器從開始到該時(shí)刻檢測(cè)到的 脈沖的總個(gè)數(shù)乘以2L，就是移動(dòng)物體的總位移量，從而確定出移動(dòng)物體的當(dāng)前位置(距初 始位置的距離)。 由于傳感器組內(nèi)的前、后傳感器相距為L(zhǎng)/2的奇數(shù)倍，因此前、后傳感器檢測(cè)出的 脈沖信號(hào)的相位相差n/4，由該兩個(gè)傳感器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行異或處理后，得到周期為 T/2的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)，該基準(zhǔn)脈沖信號(hào)的周期減少一半，脈沖個(gè)數(shù)增加一倍，每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng) 的編碼板的寬度減少一半，相應(yīng)計(jì)算出的移動(dòng)物體的位置的精度提高一倍。
編碼段中，將編碼金屬條寬度和非金屬編碼間隙設(shè)為L(zhǎng)/2，根據(jù)需要的編碼位數(shù)布 置金屬條和非金屬條，每一個(gè)編碼段有唯一的編碼值，該編碼與該處位置一一對(duì)應(yīng)。傳感器 隨著檢測(cè)物體移動(dòng)到此時(shí)，將此編碼值讀出，通過車載檢測(cè)裝置處理后，給出當(dāng)前的編碼所 對(duì)應(yīng)的物體的準(zhǔn)確位置。 傳感器讀出編碼段的編碼值的具體工作過程和原理是車載檢測(cè)裝置以前、后傳 感器輸出信號(hào)異或后的基準(zhǔn)脈沖信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)，分析讀出二組傳感器的脈沖信號(hào)，并對(duì) 二組傳感器的前(后)脈沖信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)兩組傳感器均在非編碼段內(nèi)時(shí)，由于兩組傳 感器的前(后)傳感器相距為L(zhǎng)的偶數(shù)倍，因此該兩組信號(hào)相差2 Ji的整倍數(shù)，即兩個(gè)信號(hào) 完全相同，表明傳感器組沒有在編碼段內(nèi)。 —旦有一組傳感器中的前(后)傳感器進(jìn)入了編碼段，由于兩組傳感器的距離大 于編碼段的長(zhǎng)度，因此，另一組傳感器的前(后)傳感器一定在非編碼段。同時(shí)，由于編碼 段的初始位置為寬度為L(zhǎng)/2的非金屬編碼間隙，且與相鄰的為非編碼段的非金屬間隙，這 樣在編碼段初始位置處該傳感器的信號(hào)為邏輯0，而相距L的偶數(shù)倍的在非編碼段內(nèi)的另 一對(duì)應(yīng)的傳感器讀出必定為邏輯1 ;也即當(dāng)兩個(gè)前(后)傳感器的讀出信號(hào)剛開始出現(xiàn)不 一致時(shí)，表明讀出信號(hào)為0的傳感器進(jìn)入了編碼段，從該處開始的下一位即為編碼輸出，依 次讀出的N位邏輯值即為該編碼段的編碼值；由于編碼段的未位置也為寬度為L(zhǎng)/2的非金 屬編碼間隙，且與非編碼段的非金屬間隙相鄰，因此，編碼段內(nèi)的傳感器在讀出N位編碼值 后，緊接著即在末位位置處輸出邏輯O，而相距L偶數(shù)倍的非編碼段內(nèi)的傳感器此時(shí)必定輸 出為邏輯1。如輸出與此相符，則表明該編碼段的信號(hào)讀取無誤，可將該編碼段的編碼值對(duì) 應(yīng)的位置作為檢測(cè)結(jié)果輸出。由于每一組內(nèi)有前、后傳感器，兩組中的前傳感器可以用這樣 的方式構(gòu)成一對(duì)傳感器得出一個(gè)絕對(duì)位置編碼數(shù)據(jù)，后傳感器同樣也可以構(gòu)成另一對(duì)傳感 器得出另一個(gè)絕對(duì)位置編碼數(shù)據(jù)，當(dāng)其中的一對(duì)傳感器受到干擾無法輸出編碼正確數(shù)據(jù)， 則車載檢測(cè)裝置可以使用另一對(duì)傳感器的編碼數(shù)據(jù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是 —、本發(fā)明通過較長(zhǎng)距離的非編碼段快速有效地檢測(cè)移動(dòng)物體的當(dāng)前位置和速 度，并利用兩個(gè)相距為L(zhǎng)/2奇數(shù)倍的傳感器將檢測(cè)精度提高一倍，測(cè)量結(jié)果精度高、準(zhǔn)確。
二、作為地面標(biāo)記物的編碼板由編碼段和非編碼段組成，將編碼段作為移動(dòng)路線 特定位置的標(biāo)記，通過相距為L(zhǎng)偶數(shù)倍的兩組傳感器讀數(shù)的對(duì)比讀出編碼段的編碼值，從 而得出該處的絕對(duì)位置，確定移動(dòng)物體在移動(dòng)路線上的這些特定位置。從而可以校正用非 編碼段測(cè)距由于傳感器檢測(cè)不準(zhǔn)確可能帶來的測(cè)量誤差，每到一個(gè)編碼段進(jìn)行一次位置校正，從而可以從有效地避免測(cè)距誤差的累積擴(kuò)大，因此本發(fā)明的檢測(cè)方式測(cè)距范圍長(zhǎng)，測(cè)量 誤差小。 兩組中的前傳感器對(duì)、后傳感器對(duì)均可以獨(dú)立得出一個(gè)絕對(duì)位置編碼數(shù)據(jù)，當(dāng)其 中的一對(duì)傳感器受到干擾無法輸出編碼正確數(shù)據(jù)，車載檢測(cè)裝置可以使用另一個(gè)編碼數(shù) 據(jù)，這樣進(jìn)一步確保了本發(fā)明裝置的可靠性和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 三、本發(fā)明的裝置用于無接觸式移動(dòng)物體的速度與位置檢測(cè)。由于該裝置帶電設(shè) 備均安裝在移動(dòng)物體上，安裝在軌道上的金屬編碼板是無源器件，故能適應(yīng)外界的惡劣條 件，且維護(hù)成本很低，其精確度、經(jīng)濟(jì)性和可靠性都很好。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)發(fā)明進(jìn)一步的詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的裝置在非編碼段的編碼板的結(jié)構(gòu)示意圖及其傳感器移 動(dòng)于該非編碼段的輸出信號(hào)波形。 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的裝置在一編碼段和相鄰非編碼段的結(jié)構(gòu)示意圖及其傳 感器移動(dòng)于該編碼板上的輸出信號(hào)波形及在編碼段的編碼序列。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 圖1、2示出本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
為，一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的 裝置，其組成為 在被檢測(cè)移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動(dòng)物體在編碼板正上 方位置安裝有電磁感應(yīng)式傳感器；該傳感器與車載檢測(cè)裝置相連；所述編碼板由編碼段CA 和非編碼段CB交替排列構(gòu)成，其中 所述的非編碼段CB由單元金屬條1和非金屬間隙0交替排列組成，且單元金屬條 1和非金屬間隙0的寬度均為L(zhǎng) ; 所述的編碼段CA由編碼金屬條1A和非金屬編碼間隙0A排列組成，編碼金屬條1A 和非金屬編碼間隙0A的寬度為L(zhǎng)/2 ;編碼金屬條1A對(duì)應(yīng)的邏輯單元的值為l，非金屬編碼 間隙OA對(duì)應(yīng)的邏輯單元的值為0 ;編碼段CA的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙0A， 且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙O ;中間位置的編碼金屬條1A和非金屬編 碼間隙OA總長(zhǎng)度為，L/2，其排列對(duì)應(yīng)的N個(gè)邏輯單元的值構(gòu)成一個(gè)N位的編碼，N為大于 1的整數(shù)； 所述的傳感器為兩組S1F、S1B和S2F、S2B，兩組的間距為L(zhǎng)的偶數(shù)倍，且大于編碼 段CA的長(zhǎng)度；每組傳感器S1F、S1B或S2F、S2B包含前、后兩個(gè)相距為L(zhǎng)/2奇數(shù)倍的傳感器， 前傳感器S1F、 S2F和后傳感器S1B、 S2B沿物體移動(dòng)方向上的寬度為L(zhǎng)/2。
由圖1可見，本例中組內(nèi)傳感器中心間距為L(zhǎng)/2的5倍。前、后傳感器的中心間距 為L(zhǎng)的偶數(shù)倍，在本例中為IOL。 圖1還示出，當(dāng)所有傳感器S1F、S1B、S2F、S2B全在非編碼段CB移動(dòng)時(shí)，所有傳感 器S1F、 S1B、 S2F、 S2B送出的信號(hào)均為周期性變化的信號(hào)，兩組的前傳感器S1F、 S2F輸出 信號(hào)相同，即圖1中的波形W1，兩組中的后傳感器S1B、S2B輸出信號(hào)相同，即圖1中的波形W2。波形Wl或波形W2的周期為T，波形W3為波形Wl和波形W2異或得到周期為T/2的基 準(zhǔn)信號(hào)波形，L/(T/2)便是移動(dòng)物體以T/2為單位計(jì)算得到的瞬時(shí)速度。將波形W3的脈沖 個(gè)數(shù)總數(shù)乘以L/2，獲得移動(dòng)物體的當(dāng)前移動(dòng)距離。 圖2示出，當(dāng)一組傳感器的后傳感器S1B從非編碼段CB移入編碼段CA再從編碼段 CA移出時(shí)，該后傳感器S1B的輸出波形為W4 ;相同時(shí)間段內(nèi)，另一組的后傳感器S2B的輸出 波形為W5，由車載檢測(cè)裝置以該時(shí)段的基準(zhǔn)波形W3為時(shí)間基準(zhǔn)對(duì)該兩組波形進(jìn)行處理，分 別得出圖2中的編碼序列XI和編碼序列X2，并將編碼序列X1、X2進(jìn)行比較，兩序列一致的 時(shí)段，表明后傳感器S1B和S2B都位于非編碼段CB。在兩序列出現(xiàn)不一致的時(shí)刻，此時(shí)S1B 的輸出值為0， S2B的輸出值為I，表明后傳感器SIB開始進(jìn)入編碼段CA。從兩序列出現(xiàn)不 一致處開始得到編碼段CA的編碼輸出值序列X3，去掉序列X3的第一位0 (起始位)和最后 一位0(結(jié)束位)，序列X3的中間段序列值即為該編碼段的編碼值，并由該編碼值得出移動(dòng) 物體的絕對(duì)位置。 二組傳感器中的前傳感器的輸出波形也與圖2中所波形的變化完全相同。
顯然，本發(fā)明的測(cè)距精度由非編碼段CB的單元金屬條1的寬度和非金屬間隙0的 寬度確定，當(dāng)單元金屬條1的寬度為50mm時(shí)，移動(dòng)物體的定位精度為50mm，通過一組內(nèi)的兩 個(gè)傳感器設(shè)置，可將該精度提高到25mm。而測(cè)距的總長(zhǎng)度則等于非編碼段CB的長(zhǎng)度與編碼 段CA的長(zhǎng)度之和再乘以使用的編碼個(gè)數(shù)。若每隔200m設(shè)置一段編碼段，編碼段的編碼位 數(shù)是16位，編碼個(gè)數(shù)為216，能檢測(cè)的距離長(zhǎng)度可達(dá)13107. 2km。 顯然，本發(fā)明的兩組傳感器中的傳感器數(shù)目還可以是2個(gè)以上的M個(gè)。這M個(gè)傳 感器的寬度是L/M，相鄰兩個(gè)傳感器之間的距離為(K+1)L/M，其中K為非負(fù)整數(shù)。編碼段CA 的編碼金屬條1A和非金屬編碼間隙0A的寬度也設(shè)置為L(zhǎng)/M，M個(gè)傳感器得出的波形進(jìn)行數(shù) 字處理后，可得出周期為T/M的基準(zhǔn)信號(hào)。這樣檢測(cè)精度可提高為L(zhǎng)/M。
本發(fā)明在編碼段CA中，若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的編碼金屬條1A緊鄰(中間無非金 屬編碼間隙OA)，則這些緊鄰的編碼金屬條1A也可采用一體化的一個(gè)長(zhǎng)金屬條替代；同樣 緊鄰的非金屬編碼間隙0A，也可采用一體化的非金屬材料構(gòu)成。
權(quán)利要求
一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的裝置，其組成為在被檢測(cè)移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)方向的沿線地面上，安裝編碼板，移動(dòng)物體在編碼板正上方位置安裝有電磁感應(yīng)式傳感器；該傳感器與車載檢測(cè)裝置相連；所述編碼板由編碼段(CA)和非編碼段(CB)交替排列構(gòu)成，其中所述的非編碼段(CB)由單元金屬條(1)和非金屬間隙(0)交替排列組成，且單元金屬條(1)和非金屬間隙(0)的寬度均為L(zhǎng)；所述的編碼段(CA)由編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)排列組成，編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)的寬度為L(zhǎng)/2；編碼金屬條(1A)對(duì)應(yīng)的邏輯單元的值為1，非金屬編碼間隙(0A)對(duì)應(yīng)的邏輯單元的值為0；編碼段(CA)的初始位置和未位置均為非金屬編碼間隙(0A)，且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙(0)；中間位置的編碼金屬條(1A)和非金屬編碼間隙(0A)總長(zhǎng)度為N*L/2，其排列對(duì)應(yīng)的N個(gè)邏輯單元的值構(gòu)成一個(gè)N位的編碼，N為大于1的整數(shù)；所述的傳感器為兩組(S1F、S1B和S2F、S2B)，兩組的間距為L(zhǎng)的偶數(shù)倍，且大于編碼段(CA)的長(zhǎng)度；每組傳感器(S1F、S1B或S2F、S2B)包含前、后兩個(gè)相距為L(zhǎng)/2奇數(shù)倍的傳感器，前傳感器(S1F、S2F)和后傳感器(S1B、S2B)沿物體移動(dòng)方向上的寬度為L(zhǎng)/2。
全文摘要
一種用于檢測(cè)移動(dòng)物體速度與位置的裝置，其組成為移動(dòng)物體上安裝電磁感應(yīng)式傳感器；地面上安裝由編碼段和非編碼段交替排列的編碼板，非編碼段由寬度均為L(zhǎng)的單元金屬條和非金屬間隙交替排列組成；編碼段由寬度為L(zhǎng)/2的編碼金屬條和非金屬編碼間隙排列組成，編碼段的初始和未位置均為非金屬編碼間隙，且其相鄰位置排列的均為非編碼段的非金屬間隙；中間的排列則構(gòu)成N位的編碼，傳感器為兩組，兩組間距為L(zhǎng)偶數(shù)倍且大于編碼段長(zhǎng)度；每組包含前、后兩個(gè)相距L/2奇數(shù)倍的傳感器，前、后傳感器沿移動(dòng)方向的寬度為L(zhǎng)/2。該裝置不受外界環(huán)境的影響，能適應(yīng)外界的惡劣條件，可靠性高，維護(hù)成本低，測(cè)量結(jié)果精度高、準(zhǔn)確，可檢測(cè)的距離長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01P3/42GK101718516SQ20091026092
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者劉國清, 劉放, 張昆侖, 張湘, 王瀅, 王莉, 董金文, 靖永志 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)