感应无线位置检测系统设计与实现

摘要：在有轨机车自动控制中，需要对移动机车位置进行精确测量，为此设计了一套感应无线位置检测系统。该系统是基于电磁感应原理，通过检测天线箱线圈与编码电缆的感应电动势相位和幅度，得到移动机车的位置。介绍了感应无线位置检测系统的基本框架，阐述了系统基本工作原理，推导了位置检测公式，设计了位置检测电路模型，并进行了无线感应位置检测实验。结果表明：感应无线位置检测系统检测精度高，抗干扰能力强，可满足移动机车精确定位的要求。
关键词：感应无线；位置检测；编码电缆；检测精度

0 引言
工业作业机车的自动定位是机车自动化操作的基础，它要求检测装置能精确、快速、可靠地检测机车行走位置。感应无线技术是二十世纪七十年代末在日本发展起来的一项新的工业应用技术，主要是针对工业生产中大型移动机车的自动化而研制的。感应无线位置检测是通过安装在移动机车上的天线箱中的感应线圈与敷设在地面轨道旁的编码电缆中传输对线之间的电磁感应，检测感应信号的相位与幅度，从而得到移动机车的位置。感应无线位置检测的特点是重复性好、检测精度高、安全性好、适用性强、抗干扰性强、可靠性高。

1 感应无线位置检测系统总体结构
自动控制系统中，必须解决两个基本问题：a．控制和受控双方可靠的数据通信；b．移动机车所在位置的位置检测。感应无线位置检测系统，将感应无线数据通信和位置检测融合在一个系统中，它由位置信号发生器、编码电缆、感应天线、位置检测器组成。其中感应天线箱安装在移动机车上随机车移动，且始终与编码电缆保持距离z；编码电缆部分由编码电缆、连接电缆、匹配阻抗构成。感应无线位置检测系统框图如图1所示。

2 感应无线位置检测方法研究
2．1 APD检测
一般位置检测(APD)原理：中控室地面局按一定顺序，分时向编码电缆中各检测位置传输对线发送载波信号，天线箱中的感应线圈作接收线圈，移动机车上的位置检测器检测接收线圈收到的载波信号，进而得到接收线圈的位置。APD检测结构平铺图如图2所示。

在t0、t1、t2、t3、t4时间段，分别向传输对线R、R’、G2、G1、G0发送载波信号，在t5时间段不发送。车上天线箱中有两个接收线圈：接收线圈0和接收线圈1。APD检测是从接收线圈0感应信号的相位中得到APD位置。在t0时间段，线圈0感应的是R线发送的信号，称为R信号；在t1时间段，线圈0感应的是R’信号，R’信号与R信号反相，记为=1，作为起始位；在t2时间段，线圈0感应的是G2线发送的信号，G2=0或1，取决于接收线圈0的位置。若接收线圈0的中线分别在①、②、③、④的位置，则接收线圈0的接收信号的相位如图3所示。