CN110806236A - 一种弓网压力及硬点动态检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弓网压力及硬点动态检测装置，包括：壳体和处理器以及设置在所述壳体内的光纤压力传感器和光纤加速度传感器，所述壳体内设有弹簧，所述光纤压力传感器安装在所述弹簧的上端，所述壳体的上端用于与滑板连接，所述壳体的下端用于与受电弓的弓头连接。采用光纤压力传感器和光纤加速度传感器来进行弓网压力及硬点检测，可不受高压强磁的干扰，能够获取准确的数据，另外光纤传感器的线缆为光纤材质，不受高压强磁的干扰，数据传输稳定可靠，其次，将光线压力传感器和光纤加速度传感器集成封装在一个壳体内，便于安装维护。

Description

一种弓网压力及硬点动态检测装置

技术领域

本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种弓网压力及硬点动态检测装置。

背景技术

随着轨道交通的发展，对轨道列车运行的安全性、供电设备的稳定性、轨道设备的可靠性要求日益提高。

接触网和受电弓是列车的重要组成部分，其中接触网是整体沿轨道线路架设的架空设备，受电弓是电客车从接触网取流的重要设备，通过滑板与接触网滑动摩擦取流。接触网与受电弓之间的可靠接触和相互作用是保证良好受流的重要条件，即受电弓与接触线之间需要有一定的接触压力，首先需要接触网与受电弓之间正常接触才能正常获取电能，然而也不应该使得接触网与受电弓间作用力过大，导致磨耗的剧烈增加，而缩短其使用寿命；同时更不能使得接触网与受电弓之间的作用力不够，从而导致偶尔的电路离线状况，使供电时断时续，甚至引起火花或电弧，导致接触线的烧坏，由此可见弓网间的作用关系至关重要。

目前测量弓网压力及硬点的主要技术手段为接触式检测，采用传统的压电式或者应变片式电子类传感器进行弓网压力及硬点的检测，这种电子类传感器本身不绝缘，很容易受电火花、强电磁场干扰影响，难以实现智能化状态分析和预警，同时由于受电弓上安装位置的限制，不能直接测量弓网接触压力，导致测量误差很大。

因此，如何提供一种测量准确的弓网压力及硬点动态检测装置，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种弓网压力及硬点动态检测装置，可以有效解决测量精度低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种弓网压力及硬点动态检测装置，包括：壳体和处理器以及设置在所述壳体内的光纤压力传感器和光纤加速度传感器，所述壳体内设有弹簧，所述光纤压力传感器安装在所述弹簧的上端，所述壳体的上端用于与滑板连接，所述壳体的下端用于与受电弓的弓头连接，所述光纤压力传感器用于检测受电弓的抬升力，所述光纤加速度传感器用于检测受电弓的垂向加速度，所述处理器用于根据受电弓的抬升力与垂向加速度和受电弓的质量获取弓网接触压力。

优选地，所述壳体为铝锂合金壳体。

优选地，所述壳体包括底壳和上盖，所述上盖与所述底壳可拆卸连接。

优选地，所述光纤压力传感器和所述光纤加速度传感器并排安装在所述壳体内。

优选地，所述受电弓的弓头上设有受电弓天平杆，所述天平杆的两端各设置一个所述壳体，所述天平杆的中部与所述弓头连接。

优选地，所述壳体底部设有用于容纳所述弹簧且向下延伸的弹簧腔。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本发明所提供的一种弓网压力及硬点动态检测装置，包括：壳体和处理器以及设置在壳体内的光纤压力传感器和光纤加速度传感器，壳体内设有弹簧，光纤压力传感器安装在弹簧的上端，壳体的上端用于与滑板连接，壳体的下端用于与受电弓的弓头连接，光纤压力传感器用于检测受电弓的抬升力，光纤加速度传感器用于检测受电弓的垂向加速度，处理器用于根据受电弓的抬升力与垂向加速度和受电弓的质量获取弓网接触压力。采用光纤压力传感器和光纤加速度传感器来进行弓网压力及硬点检测，可不受高压强磁的干扰，能够获取准确的数据，另外光纤传感器的线缆为光纤材质，不受高压强磁的干扰，数据传输稳定可靠，其次，将光线压力传感器和光纤加速度传感器集成封装在一个壳体内，便于安装。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的***结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的安装在受电弓和滑板上的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的结构示意图。

附图标记如下：

1为壳体，2为滑板，3为受电弓，4为上盖，5为底壳，6为光纤压力传感器，7为光纤加速度传感器，8为弹簧，9为天平杆，10为螺栓。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1～图3，图1为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的***结构示意图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的安装在受电弓和滑板上的结构示意图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的了一种弓网压力及硬点动态检测装置的结构示意图。

本发明的一种具体实施方式提供了一种弓网压力及硬点动态检测装置，包括：壳体1和处理器以及设置在壳体1内的光纤压力传感器6和光纤加速度传感器7，壳体1内设有弹簧8，弹簧8的两端分别与光纤压力传感器6和受电弓3连接，具体地，光纤压力传感器6安装在弹簧8的上端，实现光纤压力传感器6与弹簧8的直接接触，壳体1底部设有用于容纳弹簧8且向下延伸的弹簧8腔，壳体1的上端用于与滑板2连接，光纤压力传感器6可通过竖直设置的螺栓10安装在壳体1内，采用光纤压力传感器6和光纤加速度传感器7来进行弓网压力及硬点检测，可不受高压强磁的干扰，能够获取准确的数据，另外光纤传感器的线缆为光纤材质，不受高压强磁的干扰，数据传输稳定可靠，其次，将光线压力传感器和光纤加速度传感器7集成封装在一个壳体1内，便于安装。

此外还包括数据采集模块：基于波长可调谐扫描激光器技术原理，由多片FPGA级联构造成高速并行总线式实时处理器阵列，数据处理能力达到10Gbit/s，可以同步进行各自高达500Hz的动态波长信号解调，实时采集光纤压力传感器6和光纤加速度传感器7信号，并以网络协议传输给数据集成与处理计算机，进行实时统计分析、超限判断、超限编辑、报表输出及统计图表等处理。

具体地，在受电弓3两端各设置一个天平杆9，天平杆9的两端各设置一个壳体1，天平杆9的中部与受电弓3的弓头连接，其中每个壳体1内均设有一个光线压力传感器和光纤加速度传感器7。

当电客车受电弓3运动时，传感器的光纤光栅随着质量块的力的作用发生形变，不同力的大小对应光纤光栅不同的形变，从而引起反射光信号波长的快速变化，反射后的光信号输入至数据采集模块，最后输出给检测主机，实时输出弓网压力及硬点值。

具体地，车内设有用于容纳光电转化模块和检测主机的前置机箱，车顶上设有用于容纳隔离变压器和数据采集模块的高压箱，数据采集模块实时采集光纤压力传感器6和光纤加速度传感器7信号，通过光纤传输给光电转化模块，最后再发送给检测主机进行检测，其中通过110VDC转220VAC逆变器将车内110VDC电源转化为交流电后输送给车内的超隔离变压器，再输送至车顶上的隔离变压器，最后给数据采集模块供电。

光纤压力传感器6：采用光纤MEMS技术，是一种压力敏感腔，由两个反射率的平行平面组成，光束在其间多次反射构成多光束干涉，在压力作用下，腔长发生相应变化，使入射光被调制。通过解调含有压力信息的光输出信号，就可以获取压力值，真正实现了对压力信号的全光检测，具有探头和传输线路不供电、抗电磁干扰、体积小巧、远距离光信号传输等诸多优点，其安装在壳体1内部弹簧8上端，与弹簧8直接接触，可直接测量弓网接触压力，其测量范围为0～200N，精度±1N，波长范围：1525nm～1565nm。

光纤加速度传感器7：采用光纤MEMS技术，是一种单分向的宽频带加速度传感器，它将加速度检测质量块、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导直接集成在一个微小的芯片上，真正实现了对加速度信号的全光检测，具有探头和传输线路不供电、抗电磁干扰、动态范围大、体积小巧、远距离光信号传输等诸多优点。加速度传感器安装在弹簧8盒内部，其测量范围为0～150g，精度±1g，波长范围：1525nm～1565nm。

列车静止时，受电弓3升起，弓网接触，此时为静态接触压力，其大小主要与受电弓3气囊产生的压力、接触网张力等因素有关。

列车运行时，受电弓3会振动，产生垂向加速度，弓网接触压力也会随时发生变化；同时垂向加速度，弓网接触压力也会随时发生变化；同时，由于机车的振动、风力等因素影响，受电弓3会在垂直方向高速振动，产生惯性力。惯性力对弓网接触压力有较大影响，它由归算质量及垂向加速度决定，归算质量随受电弓3高度的变化而变化。电客车运行中的弓网接触压力F计算方法如下：

F＝F_t+F_a

式中，F_t为受电弓3抬升力；F_a为受电弓3惯性力。F_a＝ma，m为受电弓3质量；a为受电弓3加速度，其中受电弓3抬升力F_t可由光纤压力传感器6获取，受电弓3加速度a可由光纤加速度传感器7获取，上述弓网接触压力F计算由处理器计算获取。

在壳体1内安装光纤压力传感器6，同时在光纤压力传感器6的底边安装光纤加速度传感器7，两个滑板2左边和右边各有1个接触点，总共有2个接触点，可测量4个信号，分别是左边的1个压力信号N_L和1个加速度信号α_L，右边的1个压力信号N_R和1个加速度信号a_R，滑板2左、右两端，X向(水平方向)作用力(摩擦力)分别为F_Lx和F_RX，Z向(垂直方向)作用力(接触压力)分别为F_Lz和F_Rz

以滑板2左端为例，两个光纤压力传感器6测得量通过交扰补偿矩阵得到X向和Z向分离，公式如下：

同理，可得到滑板2右端Z向分力。因为支持机构安装在天平杆9下方，接触压力应减去滑板2重力mg。在静止状态下，弓网间接触压力F_N为

F_N＝F_Lz+F_Rz-mg

为了提高动态下的测量精度，还需要修正滑板2振动产生的惯性力。滑板2左、右两端加速度分别为a_L和a_R，归算质量分别为m_L和m_R，则滑板2左、右两端Z向作用力F_L和F_R分别为

F_L＝F_Lz+m_La_L

F_R＝F_Rz+m_Ra_R

此时，弓网间接触压力F_N为

F_N＝F_Lz+F_Rz+m_La_L+m_Ra_R-mg

具体地，壳体1优选为铝锂合金壳体1，壳体1包括底壳5和上盖4，上盖4与底壳5可拆卸连接，该铝锂合金壳体1可在高精度数控CNC机床上加工，材料本身具有强度高、重量轻、抗腐蚀等特性，满足受电弓3在不同气候、温度条件下的正常使用不会被腐蚀或扭曲变形，而且通过该封装壳体1，可直接替换传统受电弓3天平弹簧8盒，安装稳定可靠，具有良好的动态响应特性，而且具备质量小、精度高、线性度好、分辨率小，输出信号大、过载能力强、抗电磁干扰及共振频率高、满足动态和静态检测要求等特点，即保证了传感器组件的质量不会改变受电弓3弓头的归算质量，又保证了足够的机械强度，能够直接准确测量弓网压力及硬点。

还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，包括：壳体和处理器以及设置在所述壳体内的光纤压力传感器和光纤加速度传感器，所述壳体内设有弹簧，所述光纤压力传感器安装在所述弹簧的上端，所述壳体的上端用于与滑板连接，所述弹簧的下端用于与受电弓连接，所述光纤压力传感器用于检测受电弓的抬升力，所述光纤加速度传感器用于检测受电弓的垂向加速度，所述处理器用于根据受电弓的抬升力与垂向加速度和受电弓的质量获取弓网接触压力。

2.根据权利要求1所述的弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，所述壳体为铝锂合金壳体。

3.根据权利要求2所述的弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，所述壳体包括底壳和上盖，所述上盖与所述底壳可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，所述光纤压力传感器和所述光纤加速度传感器并排安装在所述壳体内。

5.根据权利要求1至4任一项所述的弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，所述受电弓的弓头上设有受电弓天平杆，所述天平杆的两端各设置一个所述壳体，所述天平杆的中部与所述弓头连接。

6.根据权利要求5所述的弓网压力及硬点动态检测装置，其特征在于，所述壳体底部设有用于容纳所述弹簧且向下延伸的弹簧腔。

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