中心議題：

• 感應無線位置檢測係統總體結構
• 感應無線位置檢測方法研究
• 感應無線位置檢測電路

解決方案：

• APD檢測和HRPD檢測
• 感應無線位置檢測實例分析
• 感應無線位置檢測實驗

工業作業機車的自動定位是機車自動化操作的基礎，它要求檢測裝置能精確

、快速、可(ke)靠(kao)地(di)檢(jian)測(ce)機(ji)車(che)行(xing)走(zou)位(wei)置(zhi)。感(gan)應(ying)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)是(shi)二(er)十(shi)世(shi)紀(ji)七(qi)十(shi)年(nian)代(dai)末(mo)在(zai)日(ri)本(ben)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)一(yi)項(xiang)新(xin)的(de)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)技(ji)術(shu)，主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)工(gong)業(ye)生(sheng)產(chan)中(zhong)大(da)型(xing)移(yi)動(dong)機(ji)車(che)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)而(er)研(yan)製(zhi)的(de)。感(gan)應(ying)無(wu)線(xian)位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce)是(shi)通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)在(zai)移(yi)動(dong)機(ji)車(che)上(shang)的(de)天(tian)線(xian)箱(xiang)中(zhong)的(de)感(gan)應(ying)線圈與(yu)敷(fu)設(she)在(zai)地(di)麵(mian)軌(gui)道(dao)旁(pang)的(de)編(bian)碼(ma)電(dian)纜(lan)中(zhong)傳(chuan)輸(shu)對(dui)線(xian)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)，檢(jian)測(ce)感(gan)應(ying)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)與(yu)幅(fu)度(du)
，從(cong)而(er)得(de)到(dao)移(yi)動(dong)機(ji)車(che)的(de)位(wei)置(zhi)。感(gan)應(ying)無(wu)線(xian)位(wei)置(zhi)檢(jian)測(ce)的(de)特(te)點(dian)是(shi)重(zhong)複(fu)性(xing)好(hao)、檢測精度高、安全性好、適用性強
、抗幹擾性強、可靠性高。

1 感應無線位置檢測係統總體結構

自動控製係統中，必須解決兩個基本問題：a.控製和受控雙方可靠的數據通信
；b.移動機車所在位置的位置檢測。感應無線位置檢測係統
，將感應無線數據通信和位置檢測融合在一個係統中，它由位置信號發生器

、編碼電纜、感應天線、位置檢測器組成。其中感應天線箱安裝在移動機車上隨機車移動，且始終與編碼電纜保持距離z；編碼電纜部分由編碼電纜、連接電纜、匹配阻抗構成。感應無線位置檢測係統框圖如圖1所示。

圖1 感應無線位置檢測係統框圖

2 感應無線位置檢測方法研究

2.1 APD檢測
一般位置檢測（APD）原理：zhongkongshidimianjuanyidingshunxu，fenshixiangbianmadianlanzhonggejianceweizhichuanshuduixianfasongzaiboxinhao，tianxianxiangzhongdeganyingxianquanzuojieshouxianquan
，yidongjicheshangdeweizhijianceqijiancejieshouxianquanshoudaodezaiboxinhao，jinerdedaojieshouxianquandeweizhi。APD檢測結構平鋪圖如圖2所示。

圖2 APD檢測結構平鋪圖

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在t0
、t1、t2、t3、t4時間段，分別向傳輸對線R、R’、G2、G1、G0發送載波信號，在t5時間段不發送。車上天線箱中有兩個接收線圈：接收線圈0和接收線圈1。APD檢測是從接收線圈0感應信號的相位中得到APD位置。在t0時間段，線圈0感應的是R線發送的信號，稱為R信號；在t1時間段，線圈0感應的是R’信號，R’信號與R信號反相，記為=1

，作為起始位；在t2時間段
，線圈0感應的是G2線發送的信號

，G2=0或1
，取決於接收線圈0的位置。若接收線圈0的中線分別在①、②、③、④的位置
，則接收線圈0的接收信號的相位如圖3所示。

圖3 接收信號相位示意圖

由於各路G對線按照格雷碼規則交叉，所以相位比較的結果數據G2 G1 G0是一組格雷碼，設格雷碼G2 G1 G0對應的十進製數為g
，即g為APD位置數據。對圖3中的二進製絕對相移鍵控（2PSK）調製信號進行解調，並以=1作為起始位，則有：在圖2的位置①， G2 G1 G0=000，g=0
；在位置②，G2 G1 G0=010，g=3
；在位置③，G2 G1 G0=110
，g=4；在位置④
， G2 G1 G0=111或101，g=5或6。可得到APD位置公式為： APD=g X r

2.2 HRPD檢測
高分辨率位置檢測（HRPD）原理：位置信號發生器分別對傳輸對線G0
、發送載波，檢測接收天線線圈1感應信號幅度，通過運算得到HR-PD位置。以線圈1中心線為移動機車的位置，傳輸對線兩交叉間的區域稱為K區域K=I,II,III…）；線圈1中心線偏離G0、傳輸對線所在區域中心線距離分別為d0、d1，顯然d0+d1=r。HRPD位置檢測如圖4所示。

圖4 HRPD檢測平鋪圖

在t6時間段
，位置信號發生器對G0傳輸對線發送載波時，G0的III區域對線圈1的感應麵積為：S=（W-d0）xB，G0的II區域對線圈1的感應麵積為S=d0×B，由於II
、III區域對線圈1產生的感應信號相位相反，所以線圈1有效感應麵積S=（W-d0）×B-d0×B=2（r-d0）×B。設線圈1最大感應麵積Smax=W×B=2r×B，對應感應信號最大幅度為Amax（y,z）
，則有：

在t7時間段，位置信號發生器對傳輸對線發送載波時，對線圈1感應信號作相同的分析，得：

令

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且有：
（1）線圈1的中心位於G0兩交叉間左半部（圖4位置①），此處檢測出來的APD位置數據g為奇數，則HRPD=d1=P0×r。
（2）發送線圈的中心位於兩交叉間左半部（圖4位置②），此處檢測出來的APD位置數據g為偶數，則HRPD=d0=P1×r。

綜上（1）（2），可得高分辨率位置HRPD和綜合位置ADD分別為：

2.3 感應無線位置檢測實例分析
假定r=10cm。對天線箱線圈1分別處於圖4中的位置①、②、③
，為分析方便隻寫三對G傳輸線，則有：

（1）線圈1處於位置①

若G2 G1 G0=010，即g=3，則APD=2×r=30cm。
若測得傳輸對線G0
、的幅度為：A（G0）=0.38Amax，A（G''0）=0.62Amax
，
則由式（7）～（10）得：P0=0.38，P1=0.62
，HRPD=P0×r=3.8cm
；ADD=APD+HRPD=33.8cm。

（2）線圈1處於位置②

若G2 G1 G0=011，即g=4，則APD=g×r=40cm。
若測得傳輸對線G0、的幅度為：A（G0）=A（G''0）=0.5Amax，
同理可得：P0=P1=0.5，HRPD=P1×r=0.5×10cm=5cm

；ADD=APD+HRPD=45cm。

（3）線圈1處於位置③

A（G0）=Amax，A（G''0）=0，可得P0=1，P1=0。由於A（G0）=0，G1感應信號與基準信號比較，相位相同（即為0）或相反（即為1）。所以，G2 G1 G0=111或G2 G1G0=101
，即g=5或6。則有：
1）取g=5，則APD=g×r=5×10cm=50cm，HRPD=P0×r=1×10cm=10cm，ADD=APD+HRPD=50cm+10cm=60cm。
2）取g=6，則APD=g×r=6×10cm=60cm，HRPD=P1×r=0×10cm=0cm

，ADD=APD+HRPD=60cm+0cm=60cm。

綜上1）

、2），均得：ADD=60cm。

3 感應無線位置檢測電路

感應無線位置檢測係統電路框圖如圖5所示。當中控室地麵局開始發送載波信號時，DCD=1；CPU檢測到DCD後，對2PSK解調輸出檢測，將第1個1作為起始位進行串行數據接收，得到APD位置數據g；在檢測G0的時間段，啟動A／D1和A／D2
，從A／D1和A／D2讀出接收線圈0接收的信號幅度A（AN0）和接收線圈1接收的信號幅度A（AN1），將各數據代入公式（5）～（8），可得移動機車位置ADD。

圖5 感應無線位置檢測電路框圖

4 感應無線位置檢測實驗

實驗方法：在編碼電纜任找一處反複移動天線箱，直至檢測到A（G''0）為最小，此時顯示地址為29.000m，以此處作為實際的29.000m。然後將天線箱在此附近每隔2mm移動一次，記錄每次所檢測的A（G0）和A（G''0）
，並根據檢測的數據計算出位置數據：HRPD
、ADD。同理
，在30.000m處作同樣測試。部分檢測數據和計算結果如表1所示.

表1 位置檢測部分實測數據和計算結果

實驗結果說明：a.實測位置與理論上對應位置偏差較小；b.位置檢測精度高
，分辨率為2mm。為了減小誤差，實際應用中將多次實驗的數據製成表格，計算出HRPD，並進行修正。

5 結論

本ben文wen設she計ji的de感gan應ying無wu線xian位wei置zhi檢jian測ce係xi統tong
，是shi利li用yong編bian碼ma電dian纜lan中zhong傳chuan輸shu對dui線xian和he天tian線xian箱xiang線xian圈quan的de電dian磁ci感gan應ying來lai實shi現xian移yi動dong機ji車che位wei置zhi檢jian測ce的de，采cai用yong的de是shi非fei接jie觸chu式shi的de絕jue對dui位wei置zhi檢jian測ce方fang式shi
，克ke服fu了le傳chuan統tong有you線xian和he無wu線xian位wei置zhi檢jian測ce的de缺que陷xian，可ke滿man足zu移yi動dong機ji車che精jing確que定ding位wei的de要yao求qiu。目mu前qian，感gan應ying無wu線xian位wei置zhi檢jian測ce技ji術shu已yi被bei應ying用yong到dao焦jiao爐lu工gong業ye移yi動dong機ji車che位wei置zhi檢jian測ce中zhong，用yong於yu對dui推tui焦jiao車che、熄焦車、裝煤車和除塵車的自動控製，實際應用效果良好，基本實現了自動化。