格雷母线技术说明

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需要。

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

The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

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（G0线—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…G8、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

2、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。

图3 地上检测方式工作原理

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），•故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：

图4车上检测方式工作原理

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：

Φ=S*B 其中:Φ为磁通量，S为线圈面积，B为电磁强度。

e=N*dΦ/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μ=W/2 （其中W为格雷母线最小步长）

格雷母线长度L=2n* μ（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：

μ=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=210*100(毫米)=米。

地址线G0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

••••••••• •V0＝－Ｎ*ｄΦ0/ｄｔ (1)

••••••••• •V1＝－Ｎ*ｄΦ1/ｄｔ (2)

••••••••• •••Φ=S*B ..... ... . (3)