一种磁浮悬浮导向力测试装置、测试方法及数据处理系统与流程

本发明涉及磁浮悬浮导向力获取，更具体地说，涉及一种磁浮悬浮导向力测试装置、测试方法及数据处理系统。

背景技术：

1、常导高速磁浮车辆依靠悬浮电磁铁与轨道侧长定子之间的电磁吸力实现悬浮，依靠导向电磁铁与轨道侧导向板之间的电磁吸力实现导向，二者所产生的悬浮力与导向力统称为电磁力。试验测试是验证系统性能的重要方式，在常导高速磁浮系统的验证过程中，无论是磁浮控制系统的调试、磁浮车轨作用关系的确认，还是车辆动力学性能的评估，都需要以准确的电磁力测试结果作为依据，电磁力也是衡量磁浮车辆能否满足高速运行要求的重要指标，因此，获得准确的电磁力是一项关键的测试技术。

2、由于磁浮车辆运行时，悬浮电磁铁与长定子之间以及导向电磁铁与导向板之间始终处于无接触的高速相对运动状态，二者之间仅存在毫米量级的气隙，难以在气隙中直接安装测力装置；因此，相关技术中，通常在电磁铁、托臂等车载部件上布置测力元件以获取电磁力，或者依据电磁铁的励磁电流与悬浮导向间隙进行理论推算而间接得到电磁力。

3、然而，将测力元件布置于电磁铁、托臂等车载部件上时，测量结果中不可避免地混入了这些部件自身的重力，并且电磁铁在实际应用过程中存在六个自由度的运动，各方向加速度的变化会引起随工况不断改变的惯性力，上述干扰量难以从测量结果中剥离，测力偏差较大；而依据励磁电流与气隙进行理论推算，则推算过程复杂，且结果的准确性完全依赖于电磁模型的精度，数据的可靠性同样难以保证。也即，相关技术中缺少简单、有效且数据可靠的电磁力测量手段。

4、综上所述，如何简单、可靠地获得磁浮车辆悬浮导向电磁力，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种磁浮悬浮导向力测试装置，其能够简单、可靠地获得磁浮车辆悬浮导向电磁力。

2、本发明的另一目的是提供一种磁浮悬浮导向力测试方法，应用于上述磁浮悬浮导向力测试装置，能够简单、可靠地获得磁浮车辆悬浮导向电磁力。

3、本发明的另一目的是提供一种磁浮悬浮导向力数据处理系统，以对上述磁浮悬浮导向力测试装置所获得的测力值进行采集和处理。

4、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

5、一种磁浮悬浮导向力测试装置，包括：

6、轨道梁；

7、轨道部件，所述轨道部件包括长定子和导向板中的至少一者，所述长定子用于与磁浮车辆的悬浮电磁铁间隔相对，所述导向板用于与磁浮车辆的导向电磁铁间隔相对，以在所述轨道部件与相对的电磁铁之间产生电磁力；

8、力传感器，连接在所述轨道部件与所述轨道梁之间，以使所述电磁力经由所述力传感器传递至所述轨道梁。

9、可选地，所述力传感器沿所述轨道梁的纵向间隔设置有多个，多个所述力传感器的测力值用于合成得到相应区段所对应的电磁力。

10、可选地，所述长定子包括沿所述纵向依次设置的多个定子单元，每个所述定子单元通过至少两个所述力传感器与所述轨道梁连接。

11、可选地，所述悬浮电磁铁沿所述纵向的长度为所述定子单元沿所述纵向的长度的整数倍，与同一个所述悬浮电磁铁相对的定子区域内的所述力传感器沿所述纵向均匀分布。

12、可选地，所述悬浮电磁铁沿所述纵向的长度为所述定子单元沿所述纵向的长度的三倍，每个所述定子单元与所述轨道梁之间连接有三个所述力传感器，与同一个所述悬浮电磁铁相对的定子区域内连接有九个所述力传感器。

13、可选地，所述导向板通过多个沿所述纵向间隔分布的所述力传感器与所述轨道梁连接。

14、可选地，每个所述导向板与所述轨道梁之间连接有五个沿所述纵向均匀分布的所述力传感器。

15、可选地，所述长定子与所述轨道梁之间的所述力传感器设置于所述长定子与所述轨道梁的机械连接处；

16、所述导向板与所述轨道梁之间的所述力传感器设置于所述导向板与所述轨道梁的机械连接处。

17、可选地，所述力传感器包括传感器本体和测力元件；

18、所述传感器本体具有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述轨道梁固接，所述第二连接部与所述轨道部件固接；

19、所述测力元件设置于所述第一连接部与所述第二连接部之间的传力路径上。

20、可选地，所述传感器本体在所述第一连接部与所述第二连接部之间还具有过渡部，所述测力元件设置于所述过渡部。

21、可选地，所述过渡部为弧形过渡部，所述测力元件的受力方向与所述弧形过渡部的变形方向相交。

22、可选地，所述第一连接部位于所述传感器本体的中部，所述第二连接部为两个且分别位于所述第一连接部沿垂直于所述纵向的横向的两侧，所述第一连接部相对于两个所述第二连接部朝向所述轨道梁凸起；

23、所述第一连接部和所述第二连接部分别具有安装平面，所述第一连接部通过紧固件与所述轨道梁固接，两个所述第二连接部分别通过紧固件与所述轨道部件固接。

24、可选地，还包括振动台架，所述轨道梁支撑于所述振动台架，所述振动台架沿所述纵向设置有多个；

25、对应于每个所述振动台架，连接在所述长定子与所述轨道梁之间的所述力传感器为十八个，连接在所述导向板与所述轨道梁之间的所述力传感器为十个。

26、可选地，还包括数据采集单元，所述数据采集单元与所述力传感器连接，以采集所述力传感器的测力值。

27、一种磁浮悬浮导向力测试方法，应用于上述任意一种磁浮悬浮导向力测试装置，所述磁浮悬浮导向力测试方法包括：

28、获取所述磁浮悬浮导向力测试装置的多个所述力传感器的测力值；

29、将位于目标区段内的所述力传感器的测力值求和，得到所述目标区段所对应的电磁力。

30、可选地，所述磁浮车辆还包括沿纵向设置的多个托臂，每个所述托臂均连接沿所述纵向设置的两个电磁铁，所述托臂与其连接的两个所述电磁铁的相邻半部构成悬浮导向单元；

31、所述目标区段为所述悬浮导向单元沿所述纵向所覆盖的区域。

32、可选地，所述目标区段包括沿所述纵向依次设置的第一子区段和第二子区段，所述将位于目标区段内的所述力传感器的测力值求和，得到所述目标区段所对应的电磁力，包括：

33、将位于所述第一子区段内的所述力传感器的测力值求和，得到前一个所述电磁铁后端的第一电磁力；

34、将位于所述第二子区段内的所述力传感器的测力值求和，得到后一个所述电磁铁前端的第二电磁力；

35、将所述第一电磁力与所述第二电磁力叠加，得到所述目标区段所对应的等效电磁力；

36、其中，位于前一个所述电磁铁的中部的所述力传感器的测力值，以二分之一计入所述第一电磁力；位于后一个所述电磁铁的中部的所述力传感器的测力值，以二分之一计入所述第二电磁力；位于所述第一子区段与所述第二子区段的分界处的所述力传感器的测力值，以二分之一计入所述第一电磁力，并以二分之一计入所述第二电磁力。

37、可选地，所述力传感器包括悬浮力传感器和导向力传感器，将位于目标区段内的所述力传感器的测力值求和，得到所述目标区段所对应的电磁力，包括：

38、将位于所述目标区段内的所述悬浮力传感器，沿所述纵向依次记为第1个至第个，各所述悬浮力传感器的测力值依次记为至，其中第个所述悬浮力传感器位于所述第一子区段与所述第二子区段的分界处，则第一悬浮力、第二悬浮力和等效悬浮力分别为：

39、

40、

41、；

42、或者，将位于所述目标区段内的所述悬浮力传感器，沿所述纵向依次记为第1个至第个，为偶数，各所述悬浮力传感器的测力值依次记为至，其中第1个所述悬浮力传感器位于前一个悬浮电磁铁的中部，第个所述悬浮力传感器位于后一个悬浮电磁铁的中部，则第一悬浮力、第二悬浮力和等效悬浮力分别为：

43、

44、

45、；

46、或者，将位于所述目标区段内的所述导向力传感器，沿所述纵向依次记为第1个至第个，各所述导向力传感器的测力值依次记为至，其中第个所述导向力传感器位于所述第一子区段与所述第二子区段的分界处，则第一导向力、第二导向力和等效导向力分别为：

47、

48、

49、；

50、或者，将位于所述目标区段内的所述导向力传感器，沿所述纵向依次记为第1个至第个，为偶数，各所述导向力传感器的测力值依次记为至，其中第1个所述导向力传感器位于前一个导向电磁铁的中部，第个所述导向力传感器位于后一个导向电磁铁的中部，则第一导向力、第二导向力和等效导向力分别为：

51、

52、

53、。

54、一种磁浮悬浮导向力数据处理系统，包括：

55、数据采集模块，用于获取上述任意一种磁浮悬浮导向力测试装置的多个所述力传感器的测力值；

56、数据处理模块，用于将位于目标区段内的所述力传感器的测力值求和，得到所述目标区段所对应的电磁力。

57、可选地，还包括校核模块和监测模块中的至少一者；

58、所述校核模块用于将所述目标区段所对应的电磁力与仿真模型输出的电磁力进行比对，以修正所述仿真模型；

59、所述监测模块用于根据不同时刻得到的所述目标区段所对应的电磁力，确定所述电磁力随时间的变化情况，并根据所述变化情况对磁浮系统的运行状态进行评估。

60、本发明提供的磁浮悬浮导向力测试装置，至少具有如下有益效果：

61、将力传感器连接在轨道部件与轨道梁之间，也即，将测力点由无法安装测力装置的悬浮导向气隙以及受重力和惯性力干扰的车载部件转移至静止的轨道侧，磁浮车辆运行时，长定子与悬浮电磁铁之间以及导向板与导向电磁铁之间所产生的电磁力，需要全部经由力传感器传递至轨道梁后才能被最终承受，相当于将轨道部件作为电磁力的受力体，并将力传感器串接于该电磁力唯一的传力路径上，从而使力传感器所测得的力即为作用于该轨道部件上的电磁力，避免了车载部件自身重力、车辆六自由度运动所引起的惯性力以及依据气隙和励磁电流进行理论换算所带来的误差对测量结果的干扰，最终使磁浮车辆悬浮导向电磁力的测量得以直接、简单且可靠地实现。

62、本发明提供的磁浮悬浮导向力测试方法，应用于上述磁浮悬浮导向力测试装置，至少具有上述磁浮悬浮导向力测试装置的有益效果。

63、本发明提供的磁浮悬浮导向力数据处理系统，应用于上述磁浮悬浮导向力测试装置，至少具有上述磁浮悬浮导向力测试装置的有益效果。