CN101531200A - 一种基于霍耳传感器的感应式导向轨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于霍耳传感器的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的转向走行部，它包括浅埋于地面的感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的传感器盒、用于对传感器盒的输出电压进行处理的调理电路、与调理电路输出相连的A/D转换器、接受来自A/D转换器的输出信号的数字伺服驱动系统，该数字伺服驱动系统用于控制转向走行部以使其沿着铺设的感应导线方向运动。本发明不会影响其它混跑车辆的运行，对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤，实现了无接触的车辆导向。
Description
技术领域
本发明涉及一种导向轨，尤其涉及一种基于霍耳传感器的感应式导向轨。
技术背景
现有技术中，运载车辆的运动方向控制，有可操纵的转向轮、地面轨道线路、导向轨等多种形式。在有多种车辆混跑的公路上，则以可操纵的导向轮为多，少量为与路面共面的轨道线路，如城市内的有轨电车，高技术的无人驾驶车辆，近年来也出现了采用视频处理技术的导向方式，运动控制主要依赖公路上的车道线。
城市轨道列车，现代多采用钢轮钢轨的导向方式，近代也出现了用水泥梁和导向槽的胶轮列车。可与汽车混跑的超轻轨列车，最近又出现采用一根单独钢轨的导向胶轮车，它用两只与轨道成45°夹角的导向轮来测量车辆运动方向及对供电电流形成回流通道，再通过自动控制系统，去控制伺服系统，拨动转向胶轮，实现转向控制。这种车辆虽然取消了传统的钢轨线路，减少了城市噪声和增大了胶轮与地面的粘着能力，但仍然在路面形成一定的较宽缝隙，对混跑的其它车辆的运行带来一定的平稳性影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提供一种基于霍耳传感器的感应式导向轨，它实现了无接触的车辆导向。
实现上述目的的技术方案是：一种基于霍耳传感器的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的转向走行部，其中，它包括浅埋于地面的感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的传感器盒、用于对传感器盒的输出电压进行处理的调理电路、与调理电路输出相连的A/D转换器、接受来自A/D转换器的输出信号的数字伺服驱动系统，该数字伺服驱动系统用于控制转向走行部以使其沿着铺设的感应导线方向运动，其中：
所述的感应导线铺设于原有的线路上，该线路上开有可供所述感应导线埋入的槽，所述感应导线铺设成一线圈以构成一独立回路，并且通过直流电源供电；
所述的传感器盒中固定有两个不同的感应磁场强度和极性的霍耳传感元件，该两个霍耳传感元件通过磁极夹住，该传感器盒与感应导线保持一定距离，并且可沿与所述的感应导线的铺设方向垂直的侧向水平位移以产生偏差信号；
所述的调理电路对传感器盒的输出电压进行处理后，输出反映侧向位移的信号给所述的A/D转换器；
所述的A/D转换器将调理电路输出的信号转换成数字信号后传送到数字伺服驱动系统；
所述的数字交流伺服系统用于自动控制车辆行走机构的转向走行部。
上述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其中，所述的调理电路包括分别与所述的两霍耳传感元件相连的放大器、分别与两放大器相连的低通滤波器以及与该所述的两低通滤波器输出相连的比较器。
上述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其中，所述的夹持霍耳传感元件的磁极由玻莫合金叠压而成。
上述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其中，所述的传感器盒位于感应导线上方15～20厘米处。
上述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其中，所述的感应导线所构成的线圈的宽度为100～400mm。
上述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其中，所述的铺设于线路上的感应导线所构成的线圈的长度为500米。
本发明的有益效果是：本发明通过车辆行走机构上安装的霍尔传感元件的电信号，产生车辆在感应导线上的偏差信号，再通过自动控制的数字伺服驱动系统去控制转向走行部，使其沿着所铺设的感应导线方向运动，产生类似轨道线路的运动效果。由于设置感应式导向轨的道路的地面平整，不会影响其它混跑车辆的运行；感应导线采用直流磁场来实现激磁，对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤，实现了无接触的车辆导向，采用这种无接触的导向方式，也可以用于站场、车间的点到点或有预定行走方向的运输车辆的导向控制。
附图说明
图1是本发明的基于霍耳传感器的感应式导向轨的原理示意图；
图2是本发明的信号调理和伺服控制原理框图；
图3a是本发明当传感器盒位于感应导线中间位置时的磁通量分布示意图；
图3b是本发明当传感器盒向感应导线一侧偏移运动时的磁通量分布示意图；
图4是本发明的感应导线的铺设原理图；
图5a是双线垂直磁通分量的强度分布图；
图5b是单线垂直磁通分量的强度分布图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图5b，图中示出了本发明的一种基于霍耳传感器的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构(图中未示出)的转向走行部6，它包括浅埋于地面的感应导线1、安装在车辆行走机构上且位于感应导线1上方的传感器盒2、用于对传感器盒2的输出电压进行处理的调理电路3、与调理电路3输出相连的A/D转换器4、接受来自A/D转换器4的输出信号的数字伺服驱动系统5，该数字伺服驱动系统5用于控制转向走行部6以使其沿着铺设的感应导线方向运动，其中：
感应导线1铺设于原有的线路(图中未示出)上，该线路上开有可供所述感应导线1埋入的槽(图中未示出)，感应导线1铺设成一线圈以构成一独立回路，该线圈的宽度R依据车辆的宽窄和动态调节精度来设置，本实施例中为100～400mm，其长度D为500米，并且通过大功率的直流电源11供电以产生一个地面的恒定磁场，该直流电源11可以在道路边建立一个坚固的密封电源盒(图中未示出)，设备选用免维护的可靠电源，直流磁场对外界不会产生电磁干扰和对人类健康的损伤，为了保证平行感应导线1中的磁场分布基本均匀，可以通过调节感应导线1中的电流来实现；
传感器盒2中固定有两个不同的感应磁场强度和极性的霍耳传感元件21，该两个霍耳传感元件21通过由1J79玻莫合金叠压而成的磁极22夹住以测量出通过磁极22中的磁场大小，该传感器盒21与感应导线1保持一定距离，它位于感应导线1上方15～20厘米处，并且可沿与感应导线1的铺设方向垂直的侧向水平位移以产生偏差信号；
调理电路3对传感器盒2的输出电压进行处理后，输出反映侧向位移的信号给A/D转换器4，该调理电路3包括分别与两霍耳传感元件21相连的放大器31、分别与两放大器31相连的低通滤波器32以及与该两低通滤波器32输出相连的比较器33；
A/D转换器4将调理电3路输出的信号转换成数字信号后传送到数字伺服驱动系统5；
数字交流伺服系统5用于自动控制车辆行走机构的转向走行部6。
本发明的工作原理：两根平行感应导线1中通有稳定的直流电流，其周围将产生直流磁场，假定方向如图1所示，当传感器盒2位于感应导线1中间位置时，见图1左侧所示，两个传感器铁心中的磁通大小相等，极性相反，见图3a。同样，霍耳元件21中的输出电压也是大小相等，极性相反；若传感器盒2向感应导线1的一侧产生偏移运动时，见图1右侧，两个传感器铁心中穿过的磁通量不相等，霍耳元件21将产生不同大小的输出电势，见图3b。传感器盒2的位移越大，两个霍耳元件21的输出电压的幅值之差也越大，传感器盒2反向位移，则霍耳元件21的输出电压将产生相反的差值。
请参见图2，传感器盒2的霍耳元件21的输出电压，经过电压放大器31和低通滤波器32滤波后，在比较器33中求和并处理成4-20mA的电流信号，就可以经过A/D转换器4送到数字伺服驱动系统5，用来驱动走行机构中的转向走行部6。霍耳元件21的求和后的信号极性，反映的就是车辆相对感应导线1的偏移。
调理电路3，可以安装在传感器盒2上，尽量靠近霍耳元件21，以减少信号传输的干扰。输出为电流信号，可以使输出到A/D转换器4的传输线长一点，同样可以减少电压信号的干扰。
因为感应导线1的两根线之间的磁场的不均匀性，加之传感器铁心的非线性，霍耳传感器的输出电压与位移的关系，有一定的非线性，可以在A/D转换后，在数字伺服驱动系统5中加入一个反特性函数，使其线性化，数字伺服驱动系统5中写入合适的校正网络函数，可以使车轮获得快速性和稳定性都较优的控制特性。
请参见图5a和图5b，图5a中可见双线电缆可以用调节电流的方向来保证两线中的叠加磁场的均匀性，从图5a和图5b中可见，感应导线1间距小，激磁电流可以减小很多，间距宽则激磁电流要大许多。可以通过试验来确定间距。
本发明通过车辆走行机构上安装的霍尔传感器的电信号，产生车辆在感应导线1上的偏差信号，再通过自动控制的数字伺服驱动系统5去拨动转向行走部6，使其沿着所铺设的感应导线1方向运动，产生类似轨道线路的运动效果。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于霍耳传感器的感应式导向轨，用于控制车辆行走机构的转向走行部，其特征在于，它包括浅埋于地面的感应导线、安装在车辆行走机构上且位于感应导线上方的传感器盒、用于对传感器盒的输出电压进行处理的调理电路、与调理电路输出相连的A/D转换器、接受来自A/D转换器的输出信号的数字伺服驱动系统，该数字伺服驱动系统用于控制转向走行部以使其沿着铺设的感应导线方向运动，其中：
所述的感应导线铺设于原有的线路上，该线路上开有可供所述感应导线埋入的槽，所述感应导线铺设成一线圈以构成一独立回路，并且通过直流电源供电；
所述的传感器盒中固定有两个不同的感应磁场强度和极性的霍耳传感元件，该两个霍耳传感元件通过磁极夹住，该传感器盒与感应导线保持一定距离，并且可沿与所述的感应导线的铺设方向垂直的侧向水平位移以产生偏差信号；
所述的调理电路对传感器盒的输出电压进行处理后，输出反映侧向位移的信号给所述的A/D转换器；
所述的A/D转换器将调理电路输出的信号转换成数字信号后传送到数字伺服驱动系统；
所述的数字交流伺服系统用于自动控制车辆行走机构的转向走行部。
2.根据权利要求1所述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其特征在于，所述的调理电路包括分别与所述的两霍耳传感元件相连的放大器、分别与两放大器相连的低通滤波器以及与该所述的两低通滤波器输出相连的比较器。
3.根据权利要求1所述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其特征在于，所述的夹持霍耳传感元件的磁极由玻莫合金叠压而成。
4.根据权利要求1所述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其特征在于，所述的传感器盒位于感应导线上方15～20厘米处。
5.根据权利要求1所述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其特征在于，
所述的感应导线所构成的线圈的宽度为100～400mm。
6.根据权利要求1所述的基于霍耳传感器的感应式导向轨，其特征在于，所述的铺设于线路上的感应导线所构成的线圈的长度为500米。
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