專利名稱：鐳射線及其信號(hào)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備，特別是一種以鐳射碼方式排列的檢測 母線，也稱鐳射線，及其信號(hào)的檢測方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的用于檢測位置或位移的設(shè)備存在很多的弊端和不足，例如 通過接觸性檢測獲取位移的設(shè)備，對(duì)接觸部件有機(jī)械性磨損，或?qū)τ?一些利用電磁信號(hào)進(jìn)行檢測的設(shè)備，檢測的結(jié)果容易受到電磁干擾、 環(huán)境噪音、接收信號(hào)電平波動(dòng)等情況的影響，抑或容易受到雨水、灰 塵、酸堿等自然環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致檢測精度低、誤差大、可靠性 低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高的鐳射 線及其信號(hào)檢測方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 一種鐳射線，包括 電纜芯線、模芯和電纜護(hù)套，所述電纜護(hù)套將所述電纜芯線和模芯包 裹在其中，所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的 基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長交叉一次的地址線，每對(duì)地 址線的步長各不相同，分別為最小步長的2i倍，其中1=0， 1， 2......。
還可包括與至少一對(duì)地址線步長相等，且錯(cuò)開半個(gè)步長的地址線。
所述鐳射線的最小步長可為20~400毫米，較佳值為200 米。所述鐳射線的總長度可為2n—'*W，其中，n為地址線的對(duì)數(shù)，W為 最小步長。
一種采用如權(quán)利要求1所述的鐳射線的檢測方法，所述鐳射線通 過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測到天線在 鐳射線長度方向上的位置。
可包括以下兩種檢測方式
(1) 固定檢測方式，地址編碼發(fā)射器和天線安裝在移動(dòng)站，通 過天線發(fā)射地址信號(hào)，地址編碼接收器與所述鐳射線相連，并安裝在 固定站上，在固定站完成地址檢測。
(2) 移動(dòng)檢測方式，地址編碼發(fā)射器與所述鐳射線相連，并安 裝在固定站，通過鐳射線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線、地址編碼接收器 安裝在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接檢測到地址。
本發(fā)明包括電纜護(hù)套和由所述電纜護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯， 所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其 余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長 各不相同，分別為最小步長的2i倍，其中i-0， 1， 2......。所述鐳射
線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測到天
線在鐳射線長度方向上的位置。本發(fā)明能夠達(dá)到如下有益效果
(1) 非接觸位置檢測鐳射線位移傳感器是通過安裝在移動(dòng)站
的天線和敷設(shè)在移動(dòng)機(jī)車軌道旁的鐳射線進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息
的，無機(jī)械性接觸磨損；
(2) 絕對(duì)位置檢測由于鐳射線芯線以鐳射碼方式交叉扭絞排 列，保證鐳射線芯線全程無重疊的交叉點(diǎn)，能夠在移動(dòng)機(jī)車行走范圍 內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測絕對(duì)地址，檢測精度達(dá)5毫米，完全可以滿 足移動(dòng)機(jī)車精確定位的需求；
4(3) 抗干擾能力強(qiáng)由于鐳射線使用了特有的交叉扭絞結(jié)構(gòu)及 相位檢測技術(shù)，能夠消除電源開、停過程中產(chǎn)生的電磁干擾，也不受 環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán) 境條件中長期可靠的工作；
(4) 適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境安裝在室外的鐳射線、天線、始 端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，不怕 雨水、灰塵，耐酸、堿腐蝕。


圖1為本發(fā)明中電纜芯線的展開圖 圖2為本發(fā)明中固定檢測方式工作原理圖 圖3為本發(fā)明中移動(dòng)檢測方式工作原理圖 圖4為本發(fā)明中精密地址檢測工作原理圖
具體實(shí)施例方式
以下根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明是一種以鐳 射碼方式排列的檢測母線，也稱鐳射線，包括電纜護(hù)套和由所述電纜 護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯，所述電纜芯線如圖1中所示，所述電纜 芯線有兩種，即基準(zhǔn)線R線和地址線G0線"G9線，基準(zhǔn)線R線在整 個(gè)鐳射線段中不交叉，用于獲取標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，地址線用于檢測地址。各 對(duì)地址線按不同步長規(guī)律編排，每隔一個(gè)步長交叉一次，設(shè)鐳射線的 最小步長為W，則GO、 Gl、 G2…G8、 G9步長分別為20W、 2'W、 22W 28W、
29W,艮卩1W、 2W、 4W…256W、 512W。
通過上述布置的地址線，可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)地址的檢測。所述絕對(duì)地址 的檢測可通過如下兩種方式
(一)固定檢測方式，地址編碼發(fā)射器和天線安裝在移動(dòng)站，通 過天線發(fā)射地址信號(hào)，地址編碼接收器與所述鐳射線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測。如移動(dòng)站要得到本站的位置，可 通過無線通信方式從固定站得到。
如圖2中所示，通過一個(gè)最小的地址檢測系統(tǒng)來描述地上檢測方 式工作原理，該系統(tǒng)中的鐳射線僅由一對(duì)交叉的地址線和一對(duì)平行的 基準(zhǔn)線組成。當(dāng)移動(dòng)站的天線線圈中通入交變電流時(shí)，在天線附近會(huì) 產(chǎn)生交變磁場，由于天線離鐳射線很近(約80毫米)，故所述鐳射 線近似處在一個(gè)交變的、均勻分布的磁場中，因此每對(duì)鐳射線芯線會(huì) 產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。由所述移動(dòng)站的天線發(fā)射的地址信號(hào)通過電磁耦合 方式傳送到鐳射線的地址線和基準(zhǔn)線上，并通過地址線和基準(zhǔn)線把信 號(hào)傳送到固定站的地址編碼接收器。地址編碼接收器對(duì)接收到的信號(hào) 進(jìn)行相位比較。當(dāng)?shù)刂?0"的地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相
位相同，那么定義移動(dòng)站地址為"0";當(dāng)?shù)刂?1"的地址線的信號(hào)
相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相反，那么移動(dòng)站地址為"l"。從而實(shí)現(xiàn)了 在固定站完成地址檢測。
(二)移動(dòng)檢測方式，地址編碼發(fā)射器與所述鐳射線相連，并安 裝在固定站，通過鐳射線芯線發(fā)射地址信號(hào)，天線、地址編碼接收器 安裝在移動(dòng)站上，移動(dòng)站直接檢測到地址。如固定站要得到移動(dòng)站的 位置，可通過無線通信方式解決。
如圖3所示，以4個(gè)地址的檢測系統(tǒng)為例來描述移動(dòng)檢測方式
所述固定站的地址編碼發(fā)射器以同頻率分時(shí)方式分別將信號(hào)送給鐳
射線標(biāo)準(zhǔn)線、地址線1、地址線2，并通過電磁耦合方式把信號(hào)傳送
到移動(dòng)站的天線。
移動(dòng)站的地址編碼接收器按順序接收信號(hào)后，將兩對(duì)地址線的信 號(hào)分別與基準(zhǔn)線信號(hào)進(jìn)行相位比較，如果地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，那么定義地址為"o";如果相位相反，定義地址為"1"。圖3中地址1的兩對(duì)地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相位 相同，因此地址1為"00"。地址2中的第一對(duì)地址線的信號(hào)相位與 基準(zhǔn)線的信號(hào)相位相同，第二對(duì)地址線的信號(hào)相位與基準(zhǔn)線的信號(hào)相 位相反，因此地址2為"01"。從上面的分析可以看到，鐳射線用一對(duì)地址線可以檢測到2個(gè)地 址，用二對(duì)地址線可以檢測到4個(gè)地址。實(shí)際上，用n對(duì)地址線可以 檢測到2"個(gè)地址。 根據(jù)電磁學(xué)理論0=S*B 其中①為磁通量，S為線圈面積，B為電磁強(qiáng)度。e=N*dO/dt 其中e為感應(yīng)電壓，N為線圈的匝數(shù)。 理論上講，只要將鐳射線最小步長W取得足夠小，鐳射線定位精 度就可以做得很高，但在工程上由于鐳射線芯線、天線尺寸誤差、機(jī) 車擺動(dòng)，磁場分布不均勻性，以及外界干擾等因素，鐳射線最小步長 W取值受到一定限制。W取得太小，電磁感應(yīng)面積變小，地址檢測的 信噪比低，造成地址不穩(wěn)定。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，W二200毫米較好。鐳射線最小步長W根據(jù)定位精度來確定，電纜長度由鐳射線芯線 的數(shù)量和最小步長W確定。 一般來說絕對(duì)定位精度P =W/2 (其中W為鐳射線最小步長) 鐳射線長度1^2、"(其中n為鐳射線芯線的數(shù)量) 通過上面的分析我們知道當(dāng)鐳射線最小步長W=200毫米時(shí)，大地 址的檢測精度為-u =W/2=200/2=100毫米。 如果鐳射線地址線為IO對(duì)(G0-G9)，當(dāng)W二200毫米時(shí)，則鐳射 線長度為1^2'°*100(毫米)=102.4米。 鐳射線長度可依工程需要而定，單根鐳射線長度可達(dá)102. 4米，7多根鐳射線可拼接以滿足工程需要。地址線GO步長200毫米，在100毫米開始交叉；Gl步長400毫 米，在200毫米開始交叉;G2步長800毫米，在400毫米開始交叉，…； G8步長51.2米，在25.6米交叉一次，；G9步長102.4米，在51. 2米交叉一次。選擇那一種地址檢測工作方式要根據(jù)控制系統(tǒng)的需求來考慮決 定。如果控制系統(tǒng)的重心在移動(dòng)站上，則采用移動(dòng)檢測方式較好；如 果控制系統(tǒng)的重心在固定站，則采用固定檢測方式較合適。此外，可以在所述鐳射線中增加一對(duì)地址線LO，如圖4中所示， 所述地址線L0的步長即交叉間隔跟G0 —樣，只是錯(cuò)開半個(gè)步長。與絕對(duì)地址檢測方法一樣，精密地址也分為車上檢測方式和地上 檢測方式。兩種工作方式原理相同，這里以地上檢測方式為例。如圖4所示，G0， L0兩對(duì)線的交叉間距一致，均為200毫米，且 錯(cuò)開100毫米，其中R線為基準(zhǔn)線，不交叉。當(dāng)移動(dòng)站的天線線圈中通入交變電流時(shí)，地址線G0、 L0產(chǎn)生的感 應(yīng)電動(dòng)勢如下V0 = —N*d O0/d t ....................(1)Vi = —N*d Ol/d t ....................(2)O)二S氺B ..................(3)其中，V0、 VI—電纜芯線G0、 LO上感應(yīng)電動(dòng)勢信號(hào)幅度； dO0、 don——通過電纜芯線G0、 LO的磁通變化量； N—鐳射線芯線圈數(shù)，在這里N二l; B——磁場強(qiáng)度；S—磁場作用在電纜芯線G0、 L0上的有效面積； 設(shè)S 0是磁場作用在芯線G0上的有效面積，S l是磁場作用在芯線 L0上的有效面積，H為電纜的寬度，W為鐳射線芯線的最小步長。 當(dāng)移動(dòng)站上的天線按圖5中方式移動(dòng)時(shí) 移動(dòng)距離為X， X〈100毫米)。則V0=-d①0/dt=-BdS0/dt=-Bd(HW-2HX)/dt .... (4)Vl=-d(Dl/dt=-BdSl/dt=-Bd(2HX)/dt .... (5) 在同一時(shí)間間隔內(nèi)，由(4)/(5)得V0 / V1=W/2X -1 .... (6)鐳射線安裝好后，當(dāng)天線信號(hào)源不變時(shí)，由式(6)可知，當(dāng) X〈100毫米范圍內(nèi)，V0/V1與X成線性關(guān)系。由于GO、 LO的交叉間距 相同且錯(cuò)開100毫米，故在100毫米間距的每個(gè)位置總有一個(gè)V0 / VI 比值對(duì)應(yīng)，且這個(gè)比值不受環(huán)境噪音和接收信號(hào)電平波動(dòng)的影響。理論上如果將V0/V1比值無限細(xì)分，可以獲得非常高的檢測精 度，但是由于工藝條件的限制，地址細(xì)分?jǐn)?shù)不可能很大，根據(jù)工程經(jīng) 驗(yàn)，細(xì)分?jǐn)?shù)取20較好。例如，如果鐳射線得到的大地址精度為100 毫米，細(xì)分?jǐn)?shù)為20，則精密地址精度=100/20=5毫米。以上對(duì)本發(fā)明所提供的鐳射線及其信號(hào)檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)介 紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述， 以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同 時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方 式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解 為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種鐳射線，其特征在于所述鐳射線的最小步長為20～400毫米，較佳值為200毫米。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐳射線，其特征在于所述鐳射線的總長度為2"—、W,其中，n為地址線的對(duì)數(shù)，W為最小步長。
3. —種采用如權(quán)利要求1所述的鐳射線的檢測方法，其特征在于所述鐳射線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測到天線在鐳射線長度方向上的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備，特別是一種以鐳射碼方式排列的檢測母線，也稱鐳射線，及其信號(hào)的檢測方法。本發(fā)明包括電纜護(hù)套和由所述電纜護(hù)套包裹的電纜芯線和模芯，所述電纜芯線包括至少兩對(duì)芯線，其中一對(duì)為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對(duì)地址線為每隔一個(gè)步長交叉一次的地址線，每對(duì)地址線的步長各不相同，分別為最小步長的2ⁱ倍，其中i＝0，1，2……。所述鐳射線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時(shí)檢測到天線在鐳射線長度方向上的位置。本發(fā)明通過天線與鐳射線進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息的，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸位置檢測、絕對(duì)位置檢測，并且抗干擾能力強(qiáng)，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。
文檔編號(hào)G01B7/00GK101666609SQ20081019686
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者李秀云 申請(qǐng)人:武漢茂鳴壓縮機(jī)軸承制造有限公司