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非接觸式列車光電速度傳感裝置的制作方法

文檔序號:11861166閱讀:385來源:國知局
非接觸式列車光電速度傳感裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種有軌交通車輛的傳感檢測裝置,尤其是一種非接觸式列車光電速度傳感裝置。



背景技術:

在列車速度測量中,磁電速度傳感器、永磁式速度傳感器由于其可靠性、準確性等原因已較少采用,目前常用的有四種可以互換的光電速度傳感器,最新型的有兩種,即TQG9型和TQG15型光電速度傳感器。

光電轉速傳感器普遍存在光源污染嚴重和輸出波形失真度大的問題。光電傳感器是用一個光源經隨輪軸轉動的光柵盤變?yōu)閿嗬m(xù)光,由于是萬向聯(lián)軸節(jié),這種傳動機構直接與車輪軸箱內腔聯(lián)通,在結構上無法實現(xiàn)全密封狀態(tài),光柵盤的污染會使光信號失真,相互污染產生干擾脈沖。光電轉換電路系統(tǒng),是由光斷路器中的光敏二極管通斷運行,經電路的放大整形后,輸出與轉速成比例的方波脈沖序列。由于列車運行產生抖動以及光柵盤、轉軸的加工精度造成方波脈沖失真,在放大整形后,脈沖的邊沿產生抖動干擾脈沖。



技術實現(xiàn)要素:

為了解決現(xiàn)有列車光電速度傳感器存在的問題,本發(fā)明提供了一種非接觸式列車光電速度傳感裝置,包括光電脈沖產生電路、正向充放電電路、反向充放電電路、數(shù)據(jù)選擇器。

所述光電脈沖產生電路輸出光電脈沖。

所述正向充放電電路和反向充放電電路的輸入信號為光電脈沖。

所述數(shù)據(jù)選擇器為二選一數(shù)據(jù)選擇器;所述數(shù)據(jù)選擇器的二個數(shù)據(jù)輸入端分別連接至正向充放電電路、反向充放電電路的輸出端。

所述數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸出端為輸出脈沖端;所述數(shù)據(jù)選擇器由輸出脈沖進行數(shù)據(jù)選擇控制。

所述正向充放電電路包括正向電流驅動器、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路;所述正向電流驅動器的輸入端為正向充放電電路輸入端,輸出連接至正向抗干擾施密特電路輸入端;所述正向抗干擾電容的一端連接至正向抗干擾施密特電路輸入端,另外一端連接至非接觸式列車光電速度傳感裝置的公共地或者是正向抗干擾施密特電路的供電電源。

所述反向充放電電路包括反向電流驅動器、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路;所述反向電流驅動器的輸入端為反向充放電電路的輸入端,輸出連接至反向抗干擾施密特電路輸入端;所述反向抗干擾電容的一端連接至反向抗干擾施密特電路輸入端,另外一端連接至非接觸式列車光電速度傳感裝置的公共地或者是反向抗干擾施密特電路的供電電源。

所述正向抗干擾施密特電路輸出端為正向充放電電路輸出端,反向抗干擾施密特電路輸出端為反向充放電電路輸出端。

所述正向電流驅動器輸入為高電平時,輸出端為電流驅動且流出驅動電流;所述正向電流驅動器輸入為低電平時,輸出端為電壓驅動且輸出低電平;所述反向電流驅動器輸入為低電平時,輸出端為電流驅動且流出驅動電流;所述反向電流驅動器輸入為高電平時,輸出端為電壓驅動且輸出低電平。

所述正向電流驅動器輸入為高電平時,輸出端為電流驅動且流出恒流驅動電流;所述反向電流驅動器輸入為低電平時,輸出端為電流驅動且流出恒流驅動電流。

所述數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與正向抗干擾施密特電路輸入信號之間為同相關系時,數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與反向抗干擾施密特電路輸入信號之間為反相關系;所述數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與正向抗干擾施密特電路輸入信號之間為反相關系時,數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與反向抗干擾施密特電路輸入信號之間為同相關系。

所述數(shù)據(jù)選擇器由輸出脈沖進行數(shù)據(jù)選擇控制的具體方法是,當數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與正向抗干擾施密特電路輸入信號之間為同相關系、數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與反向抗干擾施密特電路輸入信號之間為反相關系時,輸出脈沖的低電平控制數(shù)據(jù)選擇器選擇正向抗干擾施密特電路的輸出信號送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端,高電平控制數(shù)據(jù)選擇器選擇反向抗干擾施密特電路的輸出信號送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端;當數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與正向抗干擾施密特電路輸入信號之間為反相關系、數(shù)據(jù)選擇器輸出信號與反向抗干擾施密特電路輸入信號之間為同相關系時,輸出脈沖的低電平控制數(shù)據(jù)選擇器選擇反向抗干擾施密特電路的輸出信號送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端,高電平控制數(shù)據(jù)選擇器選擇正向抗干擾施密特電路的輸出信號送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端。

所述非接觸式列車光電速度傳感裝置能夠過濾的正窄脈沖寬度通過改變正向充電時間來進行控制;所述非接觸式列車光電速度傳感裝置能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變反向充電時間來進行控制。

所述正向充電時間通過改變正向電流驅動器的流出驅動電流大小或者正向抗干擾電容的大小來進行控制;所述反向充電時間通過改變反向電流驅動器的流出驅動電流大小或者反向抗干擾電容的大小來進行控制。

所述正向抗干擾施密特電路和反向抗干擾施密特電路均具有高輸入阻抗特性。

本發(fā)明的有益效果是:所述非接觸式列車光電速度傳感裝置允許寬度大于規(guī)定值的正脈沖和負脈沖信號通過;能夠自動過濾負寬脈沖期間的正窄脈沖,特別是能夠快速恢復過濾能力過濾連續(xù)的正窄脈沖干擾信號,消除光電脈沖的上升沿抖動;所述非接觸式列車光電速度傳感裝置能夠自動過濾正寬脈沖期間的負窄脈沖,特別是能夠快速恢復過濾能力過濾連續(xù)的負窄脈沖干擾信號,消除光電脈沖的下降沿抖動;需要過濾的正窄脈沖最大寬度能夠通過改變正向電流驅動器的流出驅動電流大小或者正向抗干擾電容的大小進行調整;需要過濾的負窄脈沖最大寬度能夠通過改變反向電流驅動器的流出驅動電流大小或者反向抗干擾電容的大小進行調整。

附圖說明

圖1為非接觸式列車光電速度傳感裝置實施例結構框圖;

圖2為脈沖過濾電路實施例;

圖3為脈沖過濾電路實施例的波形;

圖4為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例1電路;

圖5為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例2電路;

圖6為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例3電路。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示為非接觸式列車光電速度傳感裝置實施例結構框圖,包括光電脈沖產生電路和脈沖過濾電路。光電脈沖產生電路光電速度傳感器產生的光電脈沖P1,光電脈沖P1被送至脈沖過濾電路進行脈沖消抖,得到輸出脈沖P2。

脈沖過濾電路包括正向充放電電路、反向充放電電路、數(shù)據(jù)選擇器。

如圖2所示為脈沖過濾電路實施例。實施例中,正向電流驅動器、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路分別為電流驅動器U11、電容C11、施密特電路F11,組成了正向充放電電路;反向電流驅動器、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路分別為電流驅動器U21、電容C21、施密特電路F21,組成了反向充放電電路。電容C11的一端接施密特電路F11的輸入端,另外一端連接至公共地;電容C21的一端接施密特電路F21的輸入端,另外一端連接至公共地。P1為光電脈沖端,P2為輸出脈沖端。

實施例中,數(shù)據(jù)選擇器T11為二選一數(shù)據(jù)選擇器,二個數(shù)據(jù)輸入信號與輸出信號之間都是同相關系,施密特電路F11、施密特電路F21則分別為同相施密特電路和反相施密特電路,因此,數(shù)據(jù)選擇器T11輸出與施密特電路F11輸入信號之間為同相關系,數(shù)據(jù)選擇器T11輸出與施密特電路F21輸入信號之間為反相關系。數(shù)據(jù)選擇器T11的功能為:當選擇控制端A=0時,輸出Y=D1;當選擇控制端A=1時,輸出Y=D2。數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出端Y(即脈沖輸出端P2)直接連接至數(shù)據(jù)選擇器T11的選擇控制端A,輸出脈沖P2為低電平時,控制數(shù)據(jù)選擇器T11選擇施密特電路F11的輸出信號A3送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端Y;輸出脈沖P2為高電平時,控制數(shù)據(jù)選擇器T11選擇施密特電路F21的輸出信號A4送到數(shù)據(jù)選擇器的輸出端Y。

圖3為脈沖過濾電路實施例的波形,包括光電脈沖P1和施密特電路F11輸出A3、施密特電路F21輸出A4、輸出脈沖P2的波形。圖2中,當光電脈沖P1長時間維持為低電平時,A1點為低電平,施密特電路F11的輸出A3為低電平;當光電脈沖P1長時間維持為高電平時,A1點為高電平,A3為高電平。當光電脈沖P1從高電平變成低電平時,電流驅動器U11的輸出A1立即變成低電平電位,A3立即從高電平變成低電平。當光電脈沖P1從低電平變成高電平時,A1電位因電流驅動器U11輸出的驅動電流向電容C11充電而上升,當充電時間達到T1,A1電位上升達到并超過施密特電路F11的上限門檻電壓時,A3從低電平變成高電平;當P1的正脈沖寬度小于T1,充電時間小于T1,A1電位未達到施密特電路F11的上限門檻電壓時P1即變成低電平,A1電位立即變成低電平電位,A3維持低電平狀態(tài)。圖3中,P1和A3的初始狀態(tài)為低電平。正窄脈沖11、正窄脈沖12、正窄脈沖13的寬度均小于T1,A1電位無法經充電達到或超過施密特電路F11的上限門檻電壓,對A3狀態(tài)沒有影響;P1的正脈沖14的寬度大于T1,因此,在P1的正脈沖14的上升沿過時間T1后,A3從低電平變?yōu)楦唠娖?。P1的正脈沖14的下降沿使A3從高電平變?yōu)榈碗娖剑琍1的正脈沖15的寬度大于T1,在正脈沖15上升沿過時間T1后,A3從低電平變?yōu)楦唠娖?。P1正脈沖15的下降沿使A3從高電平變?yōu)榈碗娖剑琍1的正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18的寬度均小于T1,因此,正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18對A3沒有影響,A3維持低電平狀態(tài)。P1的正脈沖19的寬度大于T1,在正脈沖19上升沿過時間T1后,A3從低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖2中,當光電脈沖P1長時間維持為低電平時,A2點為高電平,施密特電路F21的輸出A4為低電平;當光電脈沖P1長時間維持為高電平時,A2點為低電平,A4為高電平。當光電脈沖P1從低電平變成高電平時,電流驅動器U21的輸出A2立即變成低電平電位,A4立即從低電平變成高電平。當光電脈沖P1從高電平變成低電平時,A2電位因電流驅動器U21輸出的驅動電流向電容C21充電而上升,當充電時間達到T2,A2電位上升達到施密特電路F21的上限門檻電壓時,A4從高電平變成低電平;當P1的負脈沖寬度小于T2,充電時間小于T2,A2電位未上升達到施密特電路F21的上限門檻電壓時,P1即變成高電平,A2立即變成低電平電位,A4維持高電平狀態(tài)。圖3中,P1和A4的初始狀態(tài)為低電平。P1的正脈沖11的上升沿使A4從低電平變?yōu)楦唠娖?,P1的負脈沖20的寬度大于T2,在負脈沖20下降沿過時間T2后,A4從高電平變?yōu)榈碗娖?。P1的正脈沖12的上升沿使A4從低電平變?yōu)楦唠娖?,P1的負脈沖20、負脈沖21的寬度均小于T2,因此,負脈沖20、負脈沖21對A4沒有影響,A4維持低電平狀態(tài)。負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26的寬度均小于T2,A2電位無法經充電達到或高于施密特電路F21的上限門檻電壓,對A4狀態(tài)沒有影響;P1的負脈沖27的寬度大于T2,因此,在P1的負脈沖27的下降沿過時間T2后,A4從高電平變?yōu)榈碗娖?。在P1的負脈沖27的上升沿,A4從低電平變?yōu)楦唠娖健?/p>

施密特電路F11的輸出A3在光電脈沖P1為低電平時保持低電平,在光電脈沖P1由低電平變?yōu)楦唠娖胶筮^時間T1才變?yōu)楦唠娖健J┟芴仉娐稦21的輸出A4在光電脈沖P1為高電平時保持高電平,在光電脈沖P1由高電平變?yōu)榈碗娖胶筮^時間T2才變?yōu)榈碗娖健;蛘哒f,在A3為高電平時,A4必定為高電平;在A4為低電平時,A3必定為低電平。

圖3中,A3、A4的初始狀態(tài)均為低電平,數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出Y為低電平,數(shù)據(jù)選擇器T11選擇A3作為輸出Y且在A3為低電平的期間維持。當A3在邊沿30從低電平變?yōu)楦唠娖綍r,輸出Y變?yōu)楦唠娖?,?shù)據(jù)選擇器T11選擇A4作為輸出Y,此時A4必定為高電平,維持輸出Y的高電平狀態(tài)。當A4在邊沿31從高電平變?yōu)榈碗娖綍r,輸出Y變?yōu)榈碗娖剑瑪?shù)據(jù)選擇器T11選擇A3作為輸出Y,此時A3必定為低電平,維持輸出Y的低電平狀態(tài)。當A3在邊沿32從低電平變?yōu)楦唠娖綍r,輸出Y變?yōu)楦唠娖?,?shù)據(jù)選擇器T11選擇A4作為輸出Y,此時A4必定為高電平,維持輸出Y的高電平狀態(tài)。

脈沖過濾電路將P1信號中的窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13、窄脈沖23、窄脈沖24、窄脈沖25、窄脈沖26都過濾掉,而正寬脈沖14(包括正脈沖14、正脈沖15、正脈沖16、正脈沖17和正脈沖18,負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為干擾脈沖)、負寬脈沖27能夠通過,使P2信號中出現(xiàn)相應的正寬脈沖28和負寬脈沖29。輸出脈沖P2與光電脈沖P1同相,而輸出的寬脈沖28上升沿比輸入的正寬脈沖14上升沿滯后時間T1,下降沿滯后時間T2。

正脈沖11、正脈沖12、正脈沖13為正窄脈沖,其中正脈沖11為干擾脈沖,正脈沖12、正脈沖13為連續(xù)的上升沿抖動脈沖。時間T1為脈沖過濾電路能夠過濾的最大正窄脈沖寬度。T1即為正向充電時間。T1受到電流驅動器U11的流出驅動電流大小、電流驅動器U11的低電平電位、電容C11大小、施密特電路F11的上限門檻電壓共同影響。通常情況下,調整T1的值可以通過改變電流驅動器U11的流出驅動電流大小和電容C11大小來進行。

負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26,其中負脈沖23為干擾脈沖,負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為連續(xù)的下降沿抖動脈沖。時間T2為脈沖過濾電路能夠過濾的最大負窄脈沖寬度。T2即為反向充電時間。T2受到電流驅動器U21的流出驅動電流大小、電流驅動器U21的低電平電位、電容C21大小、施密特電路F21的上限門檻電壓共同影響。通常情況下,調整T2的值可以通過改變電流驅動器U21的流出驅動電流大小和電容C21大小來進行。

圖2中,電容C11接公共地的一端還可以改接在施密特電路F11、施密特電路F21的供電電源端;同樣地,電容C21接公共地的一端也可以單獨或者與電容C11一起改接在施密特電路F11、施密特電路F21的供電電源端。

圖2中,施密特電路F11、施密特電路F21還可以同時或者單獨選擇反相施密特電路,數(shù)據(jù)選擇器T11的輸入D1、D2與輸出Y之間還可以同時或者單獨為反相關系。當施密特電路F11、施密特電路F21同時或者單獨選擇反相施密特電路,數(shù)據(jù)選擇器T11的輸入D1、D2與輸出Y之間同時或者單獨為反相關系時,需要滿足下面的條件,即:當數(shù)據(jù)選擇器T11輸出Y與施密特電路F11正向充放電電路輸入信號之間為同相關系時,數(shù)據(jù)選擇器T11輸出Y與施密特電路F21輸入信號之間為反相關系;此時Y的低電平控制選擇施密特電路F11的輸出送到數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出端,Y的高電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出端。當數(shù)據(jù)選擇器T11輸出Y與施密特電路F11輸入信號之間為反相關系時,數(shù)據(jù)選擇器T11輸出Y與施密特電路F21輸入信號之間為同相關系;此時Y的低電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出端,Y的高電平控制選擇施密特電路F11的輸出送到數(shù)據(jù)選擇器T11的輸出端。

圖4為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例1電路。開漏輸出同相驅動器F12、電阻R11組成正向電流驅動器。P1為低電平時,同相驅動器F12輸出A1為低電平;P1為高電平時,同相驅動器F12為開漏輸出,電源+VCC經電阻R11流出驅動電流。

開漏輸出反相驅動器F22、電阻R21組成反向電流驅動器。P1為高電平時,反相驅動器F22輸出A2為低電平;P1為低電平時,反相驅動器F22為開漏輸出,電源+VCC經電阻R21流出驅動電流。

同相驅動器F12、反相驅動器F22可以選擇各種集電極開路、漏極開路的集成電路。

圖5為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例2電路。三極管V21、電阻R22、電阻R23組成反向電流驅動器,P1為高電平時,三極管V21飽和導通,反向電流驅動器輸出A2為低電平;P1為低電平時,三極管V21截止,電源+VCC經電阻R22流出驅動電流。

三極管V11、三極管V12、電阻R12、電阻R13、電阻R14組成正向電流驅動器,P1為低電平時,三極管V12截止,三極管V11飽和導通,正向電流驅動器輸出A1為低電平;P1為高電平時,三極管V12飽和導通,三極管V11截止,電源+VCC經電阻R12流出驅動電流。圖5中的三極管V12、電阻R14組成的反相電路也可以用其他反相器來替代。

圖5中,正向電流驅動器和反向電流驅動器提供的流出驅動電流均不是恒定大小的驅動電流。

圖6為正向電流驅動器和反向電流驅動器實施例3電路。三極管V25、三極管V26、穩(wěn)壓管D25、電阻R25、電阻R26組成反向電流驅動器,其中,三極管V26、穩(wěn)壓管D25、電阻R25組成反向恒流電路。P1為高電平時,三極管V25飽和導通,反向電流驅動器輸出A2為低電平;P1為低電平時,三極管V25截止,電源+VCC經三極管V26流出恒流驅動電流。

三極管V15、三極管V16、三極管V17、穩(wěn)壓管D15、電阻R15、電阻R16、電阻R17組成正向電流驅動器,其中,三極管V16、穩(wěn)壓管D15、電阻R15組成正向恒流電路。P1為低電平時,三極管V17截止,三極管V15飽和導通,正向電流驅動器輸出A1為低電平;P1為高電平時,三極管V17飽和導通,三極管V15截止,電源+VCC經三極管V16流出恒流驅動電流。圖6中的三極管V17、電阻R17組成的反相電路也可以用其他反相器來替代。

所述正向抗干擾施密特電路、反向抗干擾施密特電路均為施密特電路,輸入信號為電容上的電壓,因此,要求施密特電路具有高輸入阻抗特性。施密特電路可以選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、74HC14,或者是選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特與非門CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特與非門的上限門檻電壓為與器件相關的固定值。用施密特反相器或者施密特與非門構成同相施密特電路,需要在施密特反相器或者施密特與非門后面增加一級反相器。

施密特電路還可以選擇采用運算放大器來構成,采用運算放大器來構成施密特電路可以靈活地改變上限門檻電壓、下限門檻電壓。同樣地,采用運算放大器來構成施密特電路時,需要采用具有高輸入阻抗特性的結構與電路。

數(shù)據(jù)選擇器可以選擇74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件構成二選一數(shù)據(jù)選擇器,也可以用門電路構成二選一數(shù)據(jù)選擇器。

脈沖過濾電路要求光電脈沖產生電路輸出的光電脈沖高電平和低電平負載能力一致或者接近,且灌電流帶負載能力與拉電流帶負載能力一致或者接近。如果光電脈沖的帶負載能力不能滿足要求,可以將光電脈沖通過一個驅動門驅動后再送至脈沖過濾電路,驅動門可以選擇CMOS門電路或者是高速CMOS門電路,或者是選擇用運放電路來構成。

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