中低速磁浮列车间隙传感器三探头分时检测方法研究

摘要

中低速磁浮列车不同于普通的城轨交通工具，它应用电磁力将列车悬浮在轨道上方，具有爬坡能力强、转弯半径小、噪音小、运行平稳、环境污染小等众多优点，是一种较为理想的城市轨道交通工具。悬浮控制系统在中低速磁浮列车中扮演着关键的角色，而间隙传感器是悬浮控制系统的核心，因此对间隙传感器的深入研究有利于磁浮技术发展并具有一定的工程实际价值。 目前中低速磁浮列车的间隙传感器探头采用冗余设计的思想，设计三路探头实现间隙测量，三路探头线圈之间存在互感，在对传感器进行标定操作时，三路探头之间的磁场耦合作用隐含在标定数据中，当其中一路探头出现故障，另两路探头周围的磁场分布较标定时已经发生改变，导致等效电感改变，输出也会随之出现检测误差。采用分时检测的方法使三路探头分时独立工作，可以消除探头线圈间磁场耦合引起的误差。本文首先分析了电涡流间隙传感器的工作原理，对检测线圈和轨道之间的涡流做变压器模型的等效电路分析，推导出一般线圈的等效电感公式，得出了三探头涡流场下检测线圈的等效电感公式。利用Maxwell仿真软件建立了三探头与轨道之间的3D模型，对检测线圈等效电感特性进行了仿真分析，得到了特定故障形式下的检测误差数据，仿真结果显示由磁耦合造成的检测误差大于悬浮系统所允许的误差。 其次，论文对间隙传感器的分时检测方法进行了研究，设计了激励源程序控制、激励源开关控制、电感线圈控制和协同控制四种控制方案，根据三探头输出是否独立、线圈支路的冲击电压处理是否合理，选择协同控制方案作为间隙传感器的分时检测法。激励源采取程序控制方式，同时检测线圈处采用开关控制方式，仿真结果表明，采用协同控制方案的分时检测法采样频率高，冲击电压低，在任意探头出现故障之后，其余探头的输出不受影响。最后，搭建了实验平台，进行了实验验证，实验结果表明协同控制的分时检测方法可有效消除由磁耦合带来的检测误差。

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