專利名稱：格雷母線及其信號檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備，特別是一種以格雷碼方式排列的檢測母線，也稱格雷母線，及其信號的檢測方法。
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，對接觸部件有機(jī)械性磨損，或?qū)τ谝恍├秒姶判盘栠M(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、接收信號電平波動等情況的影響，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、檢測精度高的格雷母線及其信號檢測方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種格雷母線，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芯線，其中一對為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對地址線為每隔一個步長交叉一次的地址線，每對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......。
還可包括與至少一對地址線步長相等，且錯開半個步長的地址線。
所述格雷母線的最小步長可為20～400毫米，較佳值為200毫米。
所述格雷母線的總長度可為2n-1*W，其中，n為地址線的對數(shù)，W為最小步長。
一種采用如權(quán)利要求1所述的格雷母線的檢測方法，所述格雷母線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時檢測到天線在格雷母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站，通過天線發(fā)射地址信號，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測。
(2)移動檢測方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過格雷母線芯線發(fā)射地址信號，天線、地址編碼接收器安裝在移動站上，移動站直接檢測到地址。
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芯線，其中一對為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對地址線為每隔一個步長交叉一次的地址線，每對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......。所述格雷母線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時檢測到天線在格雷母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)非接觸位置檢測格雷母線位移傳感器是通過安裝在移動站的天線和敷設(shè)在移動機(jī)車軌道旁的格雷母線進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息的，無機(jī)械性接觸磨損；(2)絕對位置檢測由于格雷母線芯線以格雷碼方式交叉扭絞排列，保證格雷母線芯線全程無重疊的交叉點(diǎn)，能夠在移動機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，檢測精度達(dá)5毫米，完全可以滿足移動機(jī)車精確定位的需求；
(3)抗干擾能力強(qiáng)由于格雷母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)境噪音和接收信號電平波動的影響，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)境安裝在室外的格雷母線、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2為本發(fā)明中固定檢測方式工作原理3為本發(fā)明中移動檢測方式工作原理4為本發(fā)明中精密地址檢測工作原理圖具體實(shí)施方式
以下根據(jù)具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述，本發(fā)明是一種以格雷碼方式排列的檢測母線，也稱格雷母線，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線在整個格雷母線段中不交叉，用于獲取標(biāo)準(zhǔn)信號，地址線用于檢測地址。各對地址線按不同步長規(guī)律編排，每隔一個步長交叉一次，設(shè)格雷母線的最小步長為W，則G0、G1、G2…G8、G9步長分別為20W、21W、22W……28W、29W，即1W、2W、4W…256W、512W。
通過上述布置的地址線，可實(shí)現(xiàn)絕對地址的檢測。所述絕對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站，通過天線發(fā)射地址信號，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測。如移動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)中的格雷母線僅由一對交叉的地址線和一對平行的基準(zhǔn)線組成。當(dāng)移動站的天線線圈中通入交變電流時，在天線附近會產(chǎn)生交變磁場，由于天線離格雷母線很近(約80毫米)，故所述格雷母線近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中，因此每對格雷母線芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由所述移動站的天線發(fā)射的地址信號通過電磁耦合方式傳送到格雷母線的地址線和基準(zhǔn)線上，并通過地址線和基準(zhǔn)線把信號傳送到固定站的地址編碼接收器。地址編碼接收器對接收到的信號進(jìn)行相位比較。當(dāng)?shù)刂贰?”的地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相同，那么定義移動站地址為“0”；當(dāng)?shù)刂贰?”的地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相反，那么移動站地址為“1”。從而實(shí)現(xiàn)了在固定站完成地址檢測。
(二)移動檢測方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過格雷母線芯線發(fā)射地址信號，天線、地址編碼接收器安裝在移動站上，移動站直接檢測到地址。如固定站要得到移動站的位置，可通過無線通信方式解決。
如圖3所示，以4個地址的檢測系統(tǒng)為例來描述移動檢測方式所述固定站的地址編碼發(fā)射器以同頻率分時方式分別將信號送給格雷母線標(biāo)準(zhǔn)線、地址線1、地址線2，并通過電磁耦合方式把信號傳送到移動站的天線。
移動站的地址編碼接收器按順序接收信號后，將兩對地址線的信號分別與基準(zhǔn)線信號進(jìn)行相位比較，如果地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相同，那么定義地址為“0”；如果相位相反，定義地址為“1”。圖3中地址1的兩對地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相同，因此地址1為“00”。地址2中的第一對地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相同，第二對地址線的信號相位與基準(zhǔn)線的信號相位相反，因此地址2為“01”。
從上面的分析可以看到，格雷母線用一對地址線可以檢測到2個地址，用二對地址線可以檢測到4個地址。實(shí)際上，用n對地址線可以檢測到2n個地址。
根據(jù)電磁學(xué)理論Φ＝S*B 其中Φ為磁通量，S為線圈面積，B為電磁強(qiáng)度。
e＝N*dΦ/dt 其中e為感應(yīng)電壓，N為線圈的匝數(shù)。
理論上講，只要將格雷母線最小步長W取得足夠小，格雷母線定位精度就可以做得很高，但在工程上由于格雷母線芯線、天線尺寸誤差、機(jī)車擺動，磁場分布不均勻性，以及外界干擾等因素，格雷母線最小步長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＝200毫米較好。
格雷母線最小步長W根據(jù)定位精度來確定，電纜長度由格雷母線芯線的數(shù)量和最小步長W確定。一般來說絕對定位精度μ＝W/2 (其中W為格雷母線最小步長)格雷母線長度L＝2n*μ (其中n為格雷母線芯線的數(shù)量)通過上面的分析我們知道當(dāng)格雷母線最小步長W＝200毫米時，大地址的檢測精度為μ＝W/2＝200/2＝100毫米。
如果格雷母線地址線為10對(G0-G9)，當(dāng)W＝200毫米時，則格雷母線長度為L＝210*100(毫米)＝102.4米。
格雷母線長度可依工程需要而定，單根格雷母線長度可達(dá)102.4米，多根格雷母線可拼接以滿足工程需要。
地址線G0步長200毫米，在100毫米開始交叉；G1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)的重心在移動站上，則采用移動檢測方式較好；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，可以在所述格雷母線中增加一對地址線L0，如圖4中所示，所述地址線L0的步長即交叉間隔跟G0一樣，只是錯開半個步長。
與絕對地址檢測方法一樣，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，L0兩對線的交叉間距一致，均為200毫米，且錯開100毫米，其中R線為基準(zhǔn)線，不交叉。
當(dāng)移動站的天線線圈中通入交變電流時，地址線G0、L0產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢如下V0＝-N*dΦ0/dt ....................(1)V1＝-N*dΦ1/dt ....................(2)Φ＝S*B ..... ... ..........(3)其中，V0、V1——電纜芯線G0、L0上感應(yīng)電動勢信號幅度；dΦ0、dΦ1——通過電纜芯線G0、L0的磁通變化量；N——格雷母線芯線圈數(shù)，在這里N＝1；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)S0是磁場作用在芯線G0上的有效面積，S1是磁場作用在芯線L0上的有效面積，H為電纜的寬度，W為格雷母線芯線的最小步長。當(dāng)移動站上的天線按圖5中方式移動時(移動距離為X，X＜100毫米)。
則V0＝-dΦ0/dt＝-BdS0/dt＝-Bd(HW-2HX)/dt ....(4)V1＝-dΦ1/dt＝-BdS1/dt＝-Bd(2HX)/dt ....(5)在同一時間間隔內(nèi)，由(4)/(5)得V0/V1＝W/2X-1 ....(6)格雷母線安裝好后，當(dāng)天線信號源不變時，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G0、L0的交叉間距相同且錯開100毫米，故在100毫米間距的每個位置總有一個V0/V1比值對應(yīng)，且這個比值不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的影響。
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，如果格雷母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。
以上對本發(fā)明所提供的格雷母線及其信號檢測方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(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，對于本領(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)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種格雷母線，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，其特征在于所述電纜芯線包括至少兩對芯線，其中一對為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對地址線為每隔一個步長交叉一次的地址線，每對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......。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的格雷母線，其特征在于還包括與至少一對地址線步長相等，且錯開半個步長的地址線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的格雷母線，其特征在于所述格雷母線的最小步長為20～400毫米，較佳值為200毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的格雷母線，其特征在于所述格雷母線的總長度為2n-1*W，其中，n為地址線的對數(shù)，W為最小步長。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述的格雷母線的檢測方法，其特征在于所述格雷母線通過和天線之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時檢測到天線在格雷母線長度方向上的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測方法，其特征在于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站，通過天線發(fā)射地址信號，地址編碼接收器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測。(2)移動檢測方式，地址編碼發(fā)射器與所述格雷母線相連，并安裝在固定站，通過格雷母線芯線發(fā)射地址信號，天線、地址編碼接收器安裝在移動站上，移動站直接檢測到地址。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測設(shè)備，特別是一種以格雷碼方式排列的檢測母線，也稱格雷母線，及其信號的檢測方法。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芯線，其中一對為相互平行的基準(zhǔn)線，其余各對地址線為每隔一個步長交叉一次的地址線，每對地址線的步長各不相同，分別為最小步長的文檔編號H03M7/16GK1844848SQ200610076308
公開日2006年10月11日 申請日期2006年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月18日
發(fā)明者張明華, 梁能志, 黎寧 申請人:武漢利德高新技術(shù)股份有限公司