格雷母线技术说明.docx

格雷母线技术说明格雷母线技术说明书一、格雷母线位置检测基本原理格雷母线位置检测包括地址编码发射器，地址编码接收器，格雷母线，天线 箱四个部分格雷母线长度可依工程需要而定，多根格雷母线可拼接以满足工程 ■=!=■石十！ rtn o格雷母线位移传感器以相互靠近的扁平状的格雷母线和天线箱之间的电磁耦 合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在格雷母线长度方向上的位置1、格雷母线的结构格雷母线外形如图1所示图1格雷母线外形图格雷母线由电缆芯线、模芯和电缆护套构成电缆芯线有两种，即基准线（R 线）和地址线（GO线一G9线），基准线用于获取标准信号，地址线用于检测地 址各对地址线按不同步长规律编排，每隔一定长度（步长）交叉一次，设格雷 母线的最小步长为W，则G0、G1、G2...G 8、G9步长分别为1W、2W、4W、 8W...256W、512W，基准线R在整个格雷母线段中不交叉，格雷母线芯线展开 如图 2 所示图2 格雷母线芯线展开图格雷母线位置检测工作原理格雷母线位置检测有两种检测地址，即绝对地址和精密地址绝对地址通过格雷母线G0、G1...等地址线直接解析出的地址叫做绝对地址，也叫“大 地址”。

格雷母线位置检测有两种工作方式：第一种：地上检测方式， 地址编码发射器和天线箱安装在移动站，通过天线 箱发射地址信号，地址编码接收器安装在固定站上，在固定站完成地址检测第二种：车上检测方式，地址编码发射器安装在固定站，通过格雷母线芯线 发射地址信号，天线箱、地址编码接收器安装在移动站上，移动站直接检测到地 址选择那一种地址检测工作方式要根据控制系统的需求来考虑决定如果控制 系统的重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统的重心在固定 站，则采用地上检测方式较合适2.1.1、地上检测方式工作原理如图 3 所示，我们通过一个最小的地址检测系统来描述地上检测方式工作原 理，该系统格雷母线仅由一对交叉线和一对平行线组成当移动站的天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场， 由于天线箱离格雷母线很近（约80毫米），•攵格雷母线近似处在一个交变的、均 匀分布的磁场中,因此每对格雷母线芯线会产生感应电动势由移动站天线箱发射的地址信号通过电磁耦合方式传送到格雷母线的交叉线 和平行线上，并通过交叉线和平行线把信号传送到固定站的地址编码接收器地 址编码接收器对接收到的信号进行相位比较。

如图 3 中地址“0”的交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，那么定义 移动站地址为“0”；如图 3 中地址“1”的交叉线的信号相位与平行线的信号相 位相反，那么移动站地址为“1”2.1.2、车上检测方式工作原理如图 4 所示，我们以4 个地址的检测系统为例来描述车上检测方式：交孚畑10 0图4车上检测方式工作原理也吐1地址2mm-i1-1_!（交叉姓1如图所示，固定站的地址编码发射器以同频率分时方式分别将信号送给格雷母 线标准线、交叉线1、交叉线2，并通过电磁耦合方式把信号传送到移动站的天线 箱移动站的地址编码接收器按顺序接收信号后，将两对交叉线的信号分别与平行 线（标准线）信号进行相位比较，如果交叉线的信号相位与平行线的信号相位相 同，那么定义地址为“0”；如果相位相反，定义地址为“1”上图 4中地址1 的两对交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，因此地址1 为“00”地址2 中的第一对交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，第二对交叉线的信号相 位与平行线的信号相位相反，因此地址2 为“01”从上面的分析可以看到，格雷母线用一对地址线可以检测到2 个地址，用二对 地址线可以检测到4个地址。

实际上，用n对地址线可以检测到2n个地址根据电磁学理论：①二S*B 其中:①为磁通量，S为线圈面积，B为电磁强度 e二N*de/dt其中：e为感应电压，N为线圈的匝数理论上讲，只要将格雷母线最小步长W取得足够小，格雷母线定位精度就可 以做得很高，但在工程上由于格雷母线芯线、天线箱尺寸误差、机车摆动，磁场 分布不均匀性，以及外界干扰等因素，格雷母线最小步长W取值受到一定限制 W 取得太小，电磁感应面积变小，地址检测的信噪比低，造成地址不稳定根据 工程经验，W=200毫米较好格雷母线最小步长W根据定位精度来确定，电缆长度由格雷母线芯线的数量 和最小步长W确定一般来说：绝对定位精度M=W/2 （其中W为格雷母线最小步长）格雷母线长度L=2n* M （其中n为格雷母线芯线的数量）通过上面的分析我们知道当格雷母线最小步长W=200毫米时，大地址的检 测精度为：p=W/2 = 200/2 = 100 毫米如果格雷母线地址线为10对（G0-G9 ），当W=200毫米时，则格雷母线长 度为:L=2i0*100（毫米）二米地址线GO步长200毫米，在100毫米开始交叉；G1步长400毫米，在200毫米开始交叉；G2步长800毫米，在400毫米开始交叉，…；G8步长米， 在米交叉一次,；G9步长米，在米交叉一次。

精密地址在绝对地址的基础上，对大地址进行细分获得高精密地址精密地址检测方法是在格雷母线中增加一对地址线L0,L0交叉间隔跟G0 一样，只是错开半个步长，如图5所示：图5 精密地址检测方法与绝对地址一样，精密地址也分为车上检测方式和地上检测方式两种工作方式原理相同，这里以地上检测方式为例• •如图5所示，G0,L0两对线的交叉间距一致，均为200毫米，且错开100毫 米，其中R线为标准信号线，不交叉当移动站的天线箱线圈中通入交变电流时，地址线G0、L0产生的感应电动势 如下：泙• ••••••••二-BV®e0/dt ⑴• ••••••••二-BVbei/dt (2)• ••••••□•二S*••口 (3)• ••••••VEV&电缆芯线GO、L0上感应电动势信号幅度；• ••□ffifflajj d01—通过电缆芯线GO、L0的磁通变化量；• ••••EH格雷母线芯线圈数，在这里N二1;□ □□□□□□磁场®强度；S—磁场作用在电缆芯线GO、L0上的有效面积；□ □m 0是磁场作用在芯线GO上的有效面积，S1是磁场作用在芯线L0上的有效 面积，H为电缆的宽度，W为格雷母线芯线的最小步长。

当移动站上的天线箱按 图5中方式移动时(移动距离为X , X<100毫米)□ □□□□•••V0二-d®0/dt二-BdS0/dt二-Bd(HW-2HX)/dt ....⑷V1二-dei/dt二-BdS1/dt二-Bd(2HX)/dt ....⑸□ □在同一时间间隔内，由^ 4)/(5)得:□ □□□□□□□□ 0V^^ W/2X -1 ….(6)□ □格雷母线安装好后，当天线箱信号源不变时，由式(6)可知，当X<100毫米范围内, V0/V1与X成线性关系由于G0、L0的交叉间距相同且错开100毫米，故在100 毫米间距的每个位置总有一个V0 / V1比值对应，且这个比值不受环境噪音和接收 信号电平波动的影响理论上如果将V0/V1比值无限细分，可以获得非常高的检测精度，但是由 于工艺条件的限制，地址细分数不可能很大，根据工程经验，细分数取20较好 例如，如果格雷母线得到的大地址精度为100毫米,细分数为20 ，则精密地址精 度=100/20=5毫米.二、格雷母线通信定位装置特点(1) 非接触工作方式：非接触工作方式，无滑脱和磨损等故障；（2）绝对位置检测：能够连续地、高精度地检测绝对地址，位置检测精度达5 毫米，可以实现移动机车自动行走和全自动操作；3）通信适用范通过电磁耦合来进行通信,不受环境条件限制，接收灵敏度高。

例如在隧道内空间电磁波便很难传送 ，格雷母线能实现通信；4）不受无管会管制数据通信的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，不需要向无管会申请即可使用；（5）兼容性好：位置检测和数据通信可以合用一根格雷母线电缆，施工方便、安装维护简单，占空间小，不影响现场外观，不改变现场设备；（6）抗干扰能力强：使用交叉扭绞结构及相位检测技术，天线箱与格雷母线两者间隙从30毫米到300 毫米均可正常工作，不受环境噪音和接收信号电平波动 的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；（7 ）适用于恶劣的工业环境：耐酸、碱腐蚀，防护等级IP67，使用寿命长三、格雷母线位移传感器图• 格雷母线电缆：格雷母线电缆由芯线、模芯和护套构成护套使用氯丁橡胶材料，格雷母线电缆长度由米、米、米、米多种规格，多根格雷母线电缆 可通过段间箱连接拼接以满足工程需要• 地址编码发射器： 产生地址载波信号内含发振器、功率放大器、阻 抗匹配器等，以同频率分时方式分别将地址信号送给格雷母线基准线和地址线• 地址编码接收器：完成机车位置检测和数据通信内含地址检测单 元、通信控制单元等，通过可编程逻辑电路全硬件方式实现地址解析，速度快， 可靠性高。

• 天线箱： 与格雷母线单匝线圈形成互感，完成地址检测和感应通信 格雷母线位移传感器有两类天线箱，天线箱 1 用于地址检测，天线箱 2 用于感应 通信• 感应通信单元： 内含发信机、收信器等，实现地面站和移动站之间的双向 数据传递信息使用频率键控(FSK)方式调制，使用相干解调，标准通信速率 4800bps 或 9600bps，通信误码率：10-7• 安装辅件： 用于现场固定格雷母线电缆2、格雷母线技术的应用、地上检测方式格雷母线地上检测方式典型设备配置如图6所示图6 地上检测设备配置图格雷母线地上检测方式设备清单如下：序号设备名称设备型号安装位置说明1地址编码接收器AFC- DAS01固定站解析地址信号、通信控制2格雷母线AWC- EC100固定站接收地址编码的电磁感应信号，长 度可变，单根长度可变，多根可用 段间箱拼接3始端箱AWC- BS01固定站格雷母线起始端接线箱4终端箱AWC- BZ01固定站格雷母线结束端接线箱5段间箱AFC-BD01固定站拼接多根格雷母线，单根时不用6格雷母线支架AFC-ZJ01固定站固定格雷母线，每2米个7地址编码发射器AFC-DAF01移动站合成并放大地址编码信号8天线箱AFC- DTR01移动站生成并发射地址编码的电磁感应信 号地上检测方式的特点：① 移动站天线箱1 为地址信号“发射天线”，固定站格雷母线芯线为地址信号“接收天线”；② 地址编码接收器在地面站，由地面站检测移动站的地址、车上检测方式格雷母线车上检测方式典型设备配置如图7 所示图7 车上检测设备配置图。

格雷母线位移传感器车上检测方式设备清单如下：序号设备名称设备型号女装位置说明1地址编码发射器AFC- CAF01固定站合成并放大地址编码信号2格雷母线AWC- EC100固定站生成并发射地址编码的电磁感应 信号,单根长度可变，多根可用段 间箱拼接3^端箱AWC-BS01固定站格雷母线起始端接线箱4终端箱AWC-BZ01固定站格雷母线结束端接线箱5段间箱AFC-BD01固定站。