[發(fā)明專利]消除磁位移傳感器在鋼軌狀態(tài)監(jiān)測時毛刺現(xiàn)象的系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108917572B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 羅來珩;陳杰;宋玉
• 申請（專利權）人: 南京城鐵信息技術有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松

本發(fā)明提供了一種消除磁位移傳感器在鋼軌狀態(tài)監(jiān)測時毛刺現(xiàn)象的系統(tǒng)，可以將整個系統(tǒng)集成在一個FPGA芯片上，由時鐘脈沖發(fā)生模塊控制每一路磁位移傳感器在不同的監(jiān)測周期內(nèi)進行數(shù)據(jù)采集，并在下一個監(jiān)測周期內(nèi)轉換格式、并完成數(shù)據(jù)輸出。通過上述設計，可以嚴格控制測量工程中的時延和同步，使磁位移測量精度僅依賴于高速、高穩(wěn)定、高精度的時鐘基準和設計算法，避免了傳統(tǒng)模擬磁位移傳感器在處理低電平信號時存在復雜、不穩(wěn)定、溫度漂移和需要校準等問題，極大提高了測量精度。由于整個系統(tǒng)同步于一個時鐘，因此系統(tǒng)內(nèi)邏輯時序同步，從而實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)在不同的測量周期內(nèi)分時串行輸出，可以防止邏輯競爭、消除毛刺的產(chǎn)生。

技術領域

本發(fā)明屬于鐵路運行監(jiān)控技術領域，特別涉及一種消除磁位移傳感器在鋼軌狀態(tài)監(jiān)測時毛刺現(xiàn)象的系統(tǒng)。

背景技術

隨著高速鐵路技術的快速發(fā)展，無縫鋼軌鋪設的里程數(shù)快速加長，監(jiān)測高鐵運行的的基礎設施-鋼軌工作狀態(tài)已經(jīng)引起鐵路工務部門的重視；在鋼軌狀態(tài)的監(jiān)測中需要同時測量左右鋼軌的位移量、鋼軌相對于軌道板的位移量、軌道板相對于橋梁板的位移量、以及鋼軌的上拱下陷等位移量，需要高精度多路同時測試，精度要求優(yōu)于0.3毫米；目前較好的測量方法是采用非接觸的磁位移傳感器測量各種位移。

磁致伸縮位移傳感器(簡稱磁位移傳感器)通過內(nèi)部非接觸式的測控技術，精確地檢測活動磁環(huán)的絕對位置來測量被檢測產(chǎn)品的實際位移值；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應用于成千上萬的實際案例中。

要使測量準確，詢問脈沖電流(起始脈沖寬度)和應變脈沖電流(停止脈沖寬度)需要嚴格控制；早期產(chǎn)品為模擬型磁位移傳感器，輸入信號為起始脈沖，輸出信號為隨位移量變化而線性變化的電流或電壓信號；近代產(chǎn)品改為純數(shù)字輸入輸出型，其工作原理是輸入特定脈寬(1微秒)的起始信號打開計數(shù)閘門，位置磁鐵處產(chǎn)生應變脈沖整形輸出特定脈寬(1微秒)的停止信號關閉計數(shù)閘門，用高速時鐘計數(shù)閘門開啟時間，計數(shù)值N乘以時鐘周期T(秒)再乘以磁位移傳感器的固有波導系數(shù)X(米/秒)，便可得出位移量：

L＝N*T*X

由此得出數(shù)字型磁位移傳感器的測量精度僅依賴于系統(tǒng)時鐘T的精度，因為波導系數(shù)X是出廠時給定的常量，N隨位移量變化，計數(shù)時鐘T的頻率F＝1/T越高，測試位移分辨率越高。

現(xiàn)有磁位移傳感器控制技術多用A/D采集模擬輸出型磁位移傳感器，由于低電平直流信號的處理存在噪聲干擾、直流電平漂移等難以克服問題，要達到正負10微米的誤差是非常困難的。在測量范圍200毫米的條件下，分辨率達到10微米，需要1/20000分辨率的模擬數(shù)字(A/D)轉換器(16bit)最低輸入電壓1毫伏，最高輸入電壓20伏，這不僅增加了電路的復雜性和價格，也很難達到正負10微米的穩(wěn)定度。對于數(shù)字輸出型磁位移傳感器，要達到高的分辨率和精度，只能用可編程器件完成控制，因為高速微處理器芯片無法調整時序，目前市面上又無高于200MHz的計數(shù)器(即使有，外部連線的干擾、時延也很難實現(xiàn)高的穩(wěn)定性)，即使使用可編程陣列器件，如果電路設計不合理，也很難達到高的測量精度。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種消除磁位移傳感器在鋼軌狀態(tài)監(jiān)測時毛刺現(xiàn)象的系統(tǒng)。

本發(fā)明具體技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種消除磁位移傳感器在鋼軌狀態(tài)監(jiān)測時毛刺現(xiàn)象的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)同步于一個時鐘；所述系統(tǒng)包括依次電性連接的如下部分：

時鐘脈沖發(fā)生模塊，用于向所述磁位移傳感器組2發(fā)送采集監(jiān)測數(shù)據(jù)的起始信號和停止信號，并在監(jiān)測周期結束時向所述數(shù)據(jù)輸出模塊發(fā)送復位信號；

磁位移傳感器組2，包括至少兩個磁位移傳感器，用于根據(jù)所述起始信號和所述停止信號，對橋梁板、軌道板以及鋼軌之間的位移變化數(shù)據(jù)進行采集；

數(shù)據(jù)輸出模塊，用于對所述磁位移傳感器組2采集的數(shù)據(jù)進行處理并串行輸出；