[发明专利]一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车悬浮间隙检测方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车悬浮间隙检测方法，两个间隙传感单元分别使用高速工业相机采集悬浮间隙图像，将采集到的图像分别传送至各自的图像处理单元对悬浮间隙图像进行处理；然后各自的间隙计算单元Ⅰ分别计算当前悬浮点的实际悬浮间隙值和相邻悬浮架悬浮点的实际悬浮间隙值，并分别发送至该侧悬浮点和相邻悬浮架悬浮点的间隙计算单元Ⅱ；间隙计算单元Ⅱ计算最后的悬浮间隙值并在两个悬浮间隙值差异过大时发出故障报警信号。本发明抗干扰能力强、设备成本低、安装工艺简单，且具有线性度高、无温度漂移的优点；同时具有更高的检测精度和容错性。

技术领域

本发明涉及磁悬浮列车技术领域，具体为一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车悬浮间隙检测方法。

背景技术

磁浮列车是一种新型的非接触式的地面轨道交通运输工具，它以8~12mm的悬浮间隙悬浮运行而取消了传统车辆中的车轮，实现了非粘着牵引的非接触运行。因其具有噪声小，速度范围宽、加减速度快、维护费用低等优点而有着广阔的应用前景。

悬浮间隙传感器作为测量磁悬浮列车底部与轨道之间间隙的装置，是磁悬浮列车中不可或缺的关键元件。它将所测得的列车悬浮间隙传送至悬浮控制器，实现磁悬浮列车在给定间隙处的稳定悬浮。悬浮传感器必须能够为悬浮控制系统提供可靠、准确的间隙信号才能保证列车的稳定悬浮以及平稳运行。

目前中低速磁悬浮列车间隙传感器采用较多的是电涡流式间隙传感器，根据电涡流效应，该种传感器在线圈中通以交变电流，会在线圈周围产生交变磁场，使金属导体内部感应出环状电流，感应产生的环状电流会产生方向相反的交变磁场，从而使传感器线圈的特征阻抗、电感和品质因数随着间隙的变化而变化。通过测量电路中电压电流的值来获得悬浮间隙的值。

电涡流传感器虽然应用广泛，但存在有一定的缺点与不足，如测量精度受温度和被测物体表面粗糙度影响大、成本高、安装工艺复杂且需对测量值进行非线性校正等。此外，现有的传感器只能测得其所处悬浮点的悬浮间隙值，若某个传感器发生故障，则悬浮控制器不能收到正常的间隙值，这将对列车的正常运行产生严重影响。

图像传感技术是一门以图像处理为基础涉及到人工智能、计算机科学、图像处理学、模式识别等诸多领域的新兴交叉学科，在交通、运输、农业、工业在线检测等领域得到广泛的应用。利用图像传感进行图像测量，是建立在机器视觉理论基础上的非接触式新型测量技术，是一种通过工业高速相机获取图像，然后进行相关图像处理与分析来获取测量结果的一种测量方法，其主要特点是灵敏度和测量精度高、速度快、噪声低、抗电磁干扰能力强及应用方便灵活，能够在恶劣环境下长时间工作，便于进行数字化处理和计算机连接。

发明内容

针对现有的悬浮间隙测量技术所存在的不足，本发明旨在解决现有的磁悬浮列车间隙传感器抗干扰能力弱、安装工艺复杂、成本过高、需进行非线性校正等问题，同时实现单个检测装置同时检测两个悬浮点间隙值的功能。

因此，本发明提供了一种基于图像处理的中低速磁悬浮列车悬浮间隙检测方法，包括以下步骤：

步骤1：间隙传感单元E_L和E_R（下标L代表左侧，R代表右侧，下同）通过高速工业相机同时拍摄当前悬浮点和相邻悬浮架上近端悬浮点的悬浮间隙图像，将各自采集到的图像分别传送给图像处理单元F_L和F_R，图像处理单元F_L和F_R分别对各自包含有本侧及邻侧两个悬浮点关键悬浮区域的悬浮间隙图像进行处理得到悬浮间隙的边缘图像，图像处理包括灰度化、滤波、二值化、边缘提取、闭运算和开运算等过程；