專利名稱：基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電路檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記
錄分析裝置及方法。
背景技術(shù)：
鐵路機(jī)車的電器線路包括同步牽引發(fā)電機(jī)、整流柜、牽引電動機(jī)以及連接線路等。由于牽引電動機(jī)吊掛在轉(zhuǎn)向架的橫梁上，不斷受到振動和沖擊，并且在露天工作，受到雨、雪、風(fēng)、沙的侵襲，使得該牽引電動機(jī)的絕緣能力變差，使得機(jī)車電器線路存在活接地(瞬間接地)的風(fēng)險。另外，隨著鐵路機(jī)車運(yùn)行速度不斷提高，牽引負(fù)荷不斷加大，使得機(jī)車電器線路發(fā)生活接地的現(xiàn)象越來越頻繁。 一旦機(jī)車電器線路發(fā)生活接地，將造成電路短路，從而使?fàn)恳l(fā)電機(jī)因電流過大而燒損，嚴(yán)重影響機(jī)車的安全運(yùn)行，造成運(yùn)輸秩序的混亂甚至引發(fā)安全事故。 過去由于檢測手段落后，機(jī)車電器線路活接地故障很難查找，一般通過排除法拆除牽引電動機(jī)、拆除整流柜，勞動強(qiáng)度大。并且機(jī)車檢測過程中需要反復(fù)上線試驗，牽涉部門廣，故障查找周期長。如果不是牽引電動機(jī)或主整流柜造成的活接地，而是由于設(shè)備或線路某點(diǎn)絕緣破損、主接觸器等元器件造成的主回路活接地，找到并排除更是難上加難。
目前，機(jī)車電器線路活接地的檢測主要有以下幾種方法
1、平衡電阻法 該方法通過在正負(fù)母線之間接入兩只大小相同的電阻，中間接地，通過測量其中一只電阻上的電壓來判斷設(shè)備或線路活接地故障。雖然該方法可以準(zhǔn)確地判斷出正母線活接地故障及負(fù)母線活接地故障，但卻無法診斷出活接地故障點(diǎn)的具體位置，即無法指出哪一回路出現(xiàn)了活接地故障。
2、工作電流差值法 該方法通過檢測各支路工作電流的差值的變化來判斷某一支路出現(xiàn)活接地故障。該方法雖然可以檢測出活接地故障的具體位置，但由于設(shè)備的工作電流較大，而活接地電流往往很小，電流傳感器的很小的誤差都會大于活接地電流，因此該方法誤報率和漏報率較高。
3、振蕩信號檢測法 該方法的原理是當(dāng)出現(xiàn)活接地故障時，振蕩器產(chǎn)生振蕩信號加于被測支路上，同時探頭檢測振蕩信號來判斷活接地故障。該方法可以檢測出活接地故障的具體位置，但缺點(diǎn)是誤報率和漏報率較高。 一方面從檢測到活接地故障，振蕩器起振，到探頭檢測到振蕩信號，需要一定的時間，因此很多時間較短的活接地故障檢測不到。另一方面，由于設(shè)備的工作電流較大，各種頻率的干擾信號非常強(qiáng)，而活接地電流往往很小，有用的測量信號夾雜在很強(qiáng)的干擾信號之中，難以分辨。并且由于器件的零點(diǎn)漂移，振蕩頻率會有偏差，造成有用的測量信號難以分辨。這些因素都造成該方法誤報率和漏報率較高。 以上幾種機(jī)車電器線路活接地檢測方法由于受技術(shù)條件的限制活接地故障檢測誤報率和漏報率較高，難以投入使用，鐵路機(jī)務(wù)部門依然采用反復(fù)拆除設(shè)備、反復(fù)上線試驗的方法來查找和排除活接地故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述機(jī)車電器線路活接地檢測中檢測不夠精
確的問題，提供一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置及方法。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種基于信號高速采集的機(jī)車活接
地故障記錄分析裝置，包括 激勵信號發(fā)生單元，用于輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路； 接地信號檢測器，用于檢測所述待檢測線路上的特征活接地信號； 信號分析單元，用于對所述接地信號檢測器輸出的活接地檢測信號進(jìn)行高速采集
和記錄，并用數(shù)字信號分析方法分析以診斷是否存在機(jī)車電器線路活接地故障。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，所述接地
信號檢測器包括分別固定安裝在待檢測線路的進(jìn)口端和出口端的第一檢測單元和第二檢
測單元，所述第一檢測單元和第二檢測單元反向安裝并串聯(lián)連接。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，所述第一檢測單元和第二檢測單元中的每一個包括一個鐵芯、纏繞在所述鐵芯上的線圈以及將線纜固定在所述鐵芯中心位置的固定結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，還包括第一處理單元，用于根據(jù)信號分析單元的反饋選擇輸出到機(jī)車線路的頻率中干擾信號最小的頻率作為所述激勵信號發(fā)生單元輸出的特征激勵信號的頻率，所述特征激勵信號為選定頻
率方波信號。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，所述裝置
包括分別裝設(shè)在機(jī)車的不同待檢測線路處的多個接地信號檢測器，每一接地信號檢測器包
括分別固定安裝在待檢測線路的進(jìn)口端和出口端的第一檢測單元和第二檢測單元。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，所述信號
分析單元包括第二處理單元、運(yùn)算放大器、可編程帶通濾波器、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器、整流
器、濾波器、衰減電路、標(biāo)準(zhǔn)參比信號發(fā)生器，其中整流器、濾波器、衰減電路依次連接且所
述整流器的輸入端連接到激勵信號發(fā)生單元的輸出端，所述比較器的兩個輸入端分別連接
到衰減電路的輸出端與標(biāo)準(zhǔn)參比信號發(fā)生器并向高速同步A/D轉(zhuǎn)換器輸出觸發(fā)信號，所述
接地信號檢測器經(jīng)由運(yùn)算放大器及可編程帶通濾波器向高速同步A/D轉(zhuǎn)換器輸出活接地
檢測信號，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第二處理單元。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，所述第二處理單元高速采集記錄活接地觸發(fā)信號和多路活接地檢測信號，并對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置中，還包括存儲單元，所述第二處理單元在診斷出發(fā)生活接地故障時將觸發(fā)時刻前后各1秒鐘的多個活接地檢測信號及活接地觸發(fā)信號的波形存儲到所述存儲單元。
本發(fā)明還提供一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法，包括以下步驟 (a)輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路；
(b)檢測所述待檢測線路上的特征活接地信號； (c)對所述接地信號檢測器檢測到的信號進(jìn)行高速采集和記錄，并用數(shù)字信號分析方法分析以診斷是否存在機(jī)車電器線路活接地故障。 在本發(fā)明所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法中，所述步驟(C)包括: (cl)使用比較器將經(jīng)整流、濾波后的特征激勵信號與標(biāo)準(zhǔn)參比信號比較，并將比
較結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為活接地觸發(fā)信號； (c2)高速采樣多路活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號； (c3)對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處
理，提取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障； (c4)完整地記錄下活接地故障出現(xiàn)前后各一秒鐘活接地檢測信號和活接地觸發(fā)
信號的波形。 本發(fā)明的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置及方法，明通過記錄分析待檢測線路中的特征活接地信號實現(xiàn)了特定線路中活接地故障的記錄分析，從而快速準(zhǔn)確地診斷出機(jī)車電器線路活接地故障并診斷出活接地故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，提高了活接地故障診斷的準(zhǔn)確性及效率。本發(fā)明還可提供活接地故障出現(xiàn)瞬間的活接地信號波形，供專家進(jìn)行分析診斷，為活接地故障的維修工作提供指導(dǎo)。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本發(fā)明基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置的示意圖； 圖2是圖1中裝置的一個具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖1中的接地信號檢測器的安裝位置示意圖； 圖4是圖1中接地信號檢測器的一個具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是圖1中激勵信號發(fā)生單元的一個具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是圖1中信號分析單元的一個具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是圖1中激勵信號發(fā)生單元生成的特征激勵信號的波形圖； 圖8是記錄的活接地觸發(fā)信號及活接地檢測信號波形圖； 圖9是本發(fā)明基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過采集待檢測線路中的特征信號，并使用采集的特征信號分析診斷活接地發(fā)生準(zhǔn)確位置。 如圖1所示，是本發(fā)明基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置實施例的示意圖。該裝置包括激勵信號發(fā)生單元11、接地信號檢測器12以及信號分析單元13，其中接地信號檢測器12安裝在待檢測線路10上，而激勵信號發(fā)生單元11則連接到待檢測線
6路10。 激勵信號發(fā)生單元11用于輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路IO，其中特征 激勵信號為電壓值恒定(例如為220V)、頻率為設(shè)定頻率的電信號，例如圖7所示。
接地信號檢測器12用于檢測待檢測線路10上的特征活接地信號并將該信號作為 活接地檢測信號輸出到信號分析單元，其中特征活接地信號由待檢測線路10中特征激勵 信號的非正常變化而產(chǎn)生。為了實現(xiàn)對整個機(jī)車電器線路進(jìn)行檢測，可在電器線路的不同 位置(區(qū)段)分別設(shè)置接地信號檢測器12。 信號分析單元13用于對接地信號檢測器11輸出的活接地檢測信號進(jìn)行分析以診 斷是否存在電器線路活接地故障。具體地，該信號分析單元13首先使用比較器將經(jīng)整流、 濾波后的特征激勵信號與標(biāo)準(zhǔn)參比信號比較，并將比較器的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為 活接地觸發(fā)信號，在活接地發(fā)生瞬間，活接地觸發(fā)信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。信號分析單?13不斷高速采樣活接地觸發(fā)信號和多路活接地檢測信號，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號。在觸 發(fā)信號為低電平時，初步判斷有活接地故障出現(xiàn)，同時對所述活接地檢測信號和活接地觸 發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障(例 如活接地檢測信號超過設(shè)定的閥值時診斷出現(xiàn)活接地故障)并確定出現(xiàn)活接地故障的具 體位置。 如圖3所示，可將機(jī)車電器線路劃分為多個待檢測線路區(qū)段，每一區(qū)段中設(shè)置1組 接地信號檢測器12，每一組接地信號檢測器12包括分別套設(shè)并固定安裝在待檢測線路的 進(jìn)口端和出口端的第一檢測單元和第二檢測單元，且第一檢測單元和第二檢測單元反向安 裝。第一檢測單元和第二檢測單元的輸出信號串聯(lián)后作為此段待檢測線路的活接地檢測信 號。 在機(jī)車電器線路沒有活接地故障時，待檢測線路中的特征激勵信號無跳變，第一 檢測單元和第二檢測單元都無特征信號輸出，從而取差分后的活接地檢測信號中也不會有 特征信號成分。如果機(jī)車電器線路出現(xiàn)活接地故障而故障點(diǎn)不在此段待檢測線路上，而特 征電流(即電流跳變)不流過此段待檢測線路，第一檢測單元和第二檢測單元都無特征信 號，取差分后的活接地檢測信號中也不會有特征信號成分。如果機(jī)車電器線路出現(xiàn)活接地 故障而故障點(diǎn)不在此段待檢測線路上，而特征電流流過此段線路，第一檢測單元和第二檢 測單元都出現(xiàn)相同的特征信號，取差分后兩信號相減后相互抵消，因此活接地檢測信號中 也不會有特征信號成分。如果機(jī)車電器線路出現(xiàn)活接地故障而故障點(diǎn)在此段待檢測線路 上，則第一檢測單元有特征信號，第二檢測單元無特征信號，或第一檢測單元與第二檢測單 元的特征信號大小、方向不同，取差分后兩信號相減后不能相互抵消，因此活接地檢測信號 中會出現(xiàn)特征信號成分。 由于機(jī)車電器線路中的待檢測線路上除了特征激勵信號外還有很大的工作電流 (數(shù)值上可以達(dá)到數(shù)百安培至數(shù)千安培，信號上有直流、交流甚至更為復(fù)雜的波形)，而出 現(xiàn)活接地故障時由于特征激勵信號產(chǎn)生的特征活接地信號很小，因此信號的檢測和分析極 為重要。在本實施例中，接地信號檢測器12(即第一檢測單元/第二檢測單元)采用抗飽 和高增益特征活接地信號檢測器。如圖3所示，接地信號檢測器12包括一個特殊設(shè)計的鐵 芯(U形鐵芯)、纏繞在鐵芯上的線圈以及將待檢測線路10的線纜固定在鐵芯中心位置的固 定結(jié)構(gòu)(例如圖4中所示的彈簧)。為了提高特征活接地信號(測量信號)的增益同時防止很大的工作電流造成的飽和，采用了 U形鐵芯；上述接地信號檢測器12通過固定結(jié)構(gòu)將
被檢測線路始終牢固地固定于接地信號檢測器12的中心位置，防止在運(yùn)動中由于被檢測
線路幾何位置的變化造成測量誤差。 如圖2所示，是圖1中裝置的一個具體實例的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置由主機(jī)、接地特 征信號檢測器及激勵信號輸出線組成，其中接地特征信號檢測器通過信號測試線連接到主 機(jī)。 上述主機(jī)用于實現(xiàn)對機(jī)車電器線路活接地故障信號的高速采集、記錄和分析，準(zhǔn)
確診斷活接地故障點(diǎn)的具體位置，其具體包括主CPU(第一處理單元)、激勵信號發(fā)生單元、
信號分析單元、供電單元、通信單元、輸入輸出單元、報警單元、復(fù)位單元、存貯單元。 如圖5所示，激勵信號發(fā)生單元由SG3525芯片、運(yùn)算放大器、M0S管、升壓變壓器
等組成。由主CPU向M0S管3發(fā)出命令以產(chǎn)生特征激勵信號，所述特征激勵信號為選定頻
率方波信號。 如圖6所示，信號分析單元由從CPU(DSP，第二處理單元)、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器、 運(yùn)算放大器、可編程帶通濾波器、濾波器、整流器、衰減器、標(biāo)準(zhǔn)參比信號、光電隔離器等組 成，并從接地信號檢測器獲取活接地檢測信號。 以下結(jié)合圖3所示的實例說明信號分析單元的活接地故障的檢測原理 激勵信號發(fā)生單元11向待檢測線路10發(fā)送特征激勵信號，多組接地信號檢測器
12穿在主回路不同區(qū)段上檢測特征激勵信號。正常情況下，由于電機(jī)主回路的設(shè)備線路和
地之間是絕緣的，對地絕緣電阻為無窮大至幾兆歐姆，特征激勵信號的電壓穩(wěn)定在工作電
壓，活接地觸發(fā)信號保持高電平，并且接地信號檢測器檢測不到特征激勵信號跳變而產(chǎn)生
的特征活接地信號。 如果被測設(shè)備的線路有活接地故障出現(xiàn)，對地絕緣電阻瞬間由幾兆歐姆跌落至幾 千歐姆甚至更低，特征激勵信號瞬間會有一個電壓跌落，特征激勵信號和標(biāo)準(zhǔn)參比信號送 入比較器，比較器輸出信號波形的記錄和實時數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以作為活接地故障的觸發(fā)信 號(第一個判據(jù))，初步確定機(jī)車電器線路出現(xiàn)活接地故障。同時，由于機(jī)車電器線路對地 絕緣電阻瞬間由幾兆歐姆跌落至幾千歐姆甚至更低，在被測設(shè)備的線路和地之間將有符合 特征頻率的、電流大小不同的特征活接地電流流過，抗飽和高增益接地信號檢測器可以檢 測到特征活接地電流信號，此信號為暫態(tài)信號。信號分析單元高速采集記錄活接地觸發(fā)信 號和多路活接地檢測信號，并對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方 法進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障及 出現(xiàn)活接地故障的具體位置?；罱拥貦z測信號的數(shù)字信號分析結(jié)果可以作為機(jī)車電器線路 活接地故障的第二個判據(jù)，進(jìn)一步確定活接地故障。 在檢測時，信號分析單元13對輸出到待檢測線路的特征激勵信號進(jìn)行檢測，此特 征激勵信號經(jīng)整流、濾波、衰減后，和標(biāo)準(zhǔn)參比信號一同送入比較器進(jìn)行比較，比較器輸出 信號經(jīng)高速同步A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號后送入從CPU(DSP)作為活接地故障觸發(fā)信號。正 常情況下，待檢測線路對地絕緣電阻較大，電壓為工作電壓的方波特征激勵信號經(jīng)整流、濾 波、衰減后，和標(biāo)準(zhǔn)參比信號比較后比較器輸出高電平。在活接地故障出現(xiàn)的瞬間，由于對 地絕緣電阻較小，特征激勵信號電壓將變小，經(jīng)整流、濾波、衰減后，和標(biāo)準(zhǔn)參比信號比較后 比較器輸出低電平。從CPU(DSP)控制高速同步A/D轉(zhuǎn)換器高速采集記錄活接地觸發(fā)信號和多路活接地檢測信號，并對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法 進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障，并立 刻通過主機(jī)的輸出單元和報警單元進(jìn)行顯示和報警；同時對觸發(fā)時刻前后各1秒鐘多個活 接地檢測信號及活接地觸發(fā)信號進(jìn)行記錄存貯，以供專業(yè)人員對活接地故障進(jìn)行分析。
由于被檢測設(shè)備的線路上同時有很大的工作電流存在，數(shù)值上可以達(dá)到數(shù)百安 培至數(shù)千安培，信號上有直流、交流甚至更為復(fù)雜的波形，而特征激勵信號很小，因此接地 信號檢測器12檢測到的信號中除含有特征活接地信號外還含有大量的各種頻率的干擾信 號。為避免同頻干擾，需在活接地檢測前先檢測線路中干擾信號，對干擾信號進(jìn)行數(shù)字信號 分析，在激勵信號發(fā)生單元工作頻率范圍內(nèi)找出干擾信號相對較小的頻點(diǎn)并以此作為工作 頻點(diǎn)。具體地，主CPU向6個可編程帶通濾波器發(fā)出頻率1選通命令，檢測頻率1的干擾信 號，信號經(jīng)放大、濾波后經(jīng)高速同步A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號后送入從CPU(DSP)進(jìn)行數(shù)字 信號分析，計算出頻率l的干擾信號的大小。主CPU重復(fù)上述過程，依次計算出整個工作頻 率范圍內(nèi)干擾信號的大小，并找出整個工作頻率區(qū)間內(nèi)干擾信號最小的頻率，以此頻率作 為特征激勵信號的工作頻率。 如圖9所示，是本發(fā)明基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析記錄分析方 法實施例的流程圖，該方法具體包括以下步驟 步驟S91 :輸出特征激勵信號到機(jī)車電器線路的待檢測線路。特征激勵信號的頻 率選擇為工作頻率區(qū)間內(nèi)干擾信號最小的頻率。 步驟S92 :檢測待檢測線路上的特征活接地信號。本實施例中使用分別安裝于被 測線路的多個區(qū)段上的多組接地信號檢測器進(jìn)行檢測，其中每組接地信號檢測器包括兩個 檢測單元。該兩個信號檢測單元分別安裝與被測區(qū)段的入口和出口并反向安裝，其輸出信 號串聯(lián)后作為此段線路的活接地檢測信號。 步驟S93 :對接地信號檢測器檢測到的信號進(jìn)行分析以診斷機(jī)車電器線路是否存 在活接地故障。在進(jìn)行診斷時，首先使用比較器將經(jīng)整流、濾波后的特征激勵信號與標(biāo)準(zhǔn)參 比信號比較，并將比較器的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為活接地觸發(fā)信號，在活接地發(fā)生 瞬間，觸發(fā)信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。信號分析單?3不斷高速采樣活接地觸發(fā)信號和多 路活接地檢測信號(該活接地檢測信號經(jīng)放大、濾波后經(jīng)高速同步A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信 號)。在觸發(fā)信號為低電平時，初步判斷有活接地故障出現(xiàn)，同時對所述活接地檢測信號和 活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特征信號，以診斷出 待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障并確定出現(xiàn)活接地故障的具體位置。同時對觸發(fā)時刻前后 各1秒鐘多個機(jī)車電器線路活接地檢測信號及活接地觸發(fā)信號進(jìn)行記錄存貯，以供專業(yè)人 員對活接地故障進(jìn)行分析。 在上述方法中，可采用兩個高速同步A/D轉(zhuǎn)換器高速采樣來自多組接地信號檢測 器的多路活接地檢測信號和一路活接地觸發(fā)信號，并對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā) 信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路 是否出現(xiàn)活接地故障。在診斷出發(fā)生活接地故障時立刻進(jìn)行顯示和報警；同時對觸發(fā)時刻 前后各1秒鐘多個活接地檢測信號及活接地觸發(fā)信號進(jìn)行記錄存貯。 上述基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置及方法可以準(zhǔn)確而方便 地診斷出不斷運(yùn)動中的機(jī)車電氣線路的活接地故障，可以準(zhǔn)確地診斷到出現(xiàn)活接地故障的具體位置，指導(dǎo)機(jī)車乘務(wù)人員及時采取措施，防止發(fā)生行車安全事故。此外，上述裝置及方 法還可記錄下機(jī)車電器線路出現(xiàn)活接地故障瞬間活接地信號和觸發(fā)信號波形，供專家分析 診斷，指導(dǎo)設(shè)備的維修工作。
和傳統(tǒng)的方法相比，本發(fā)明具有明顯的優(yōu)點(diǎn) (1)形象直觀。采用高速同步采樣技術(shù)直接記錄各支路活接地故障檢測信號波形 和觸發(fā)信號波形，并在基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置上將活接地信號 波形和觸發(fā)信號波形顯示出來，相當(dāng)于為機(jī)車主回路的各支路絕緣做"心電圖"，并為利用 各種先進(jìn)的數(shù)字信號分析方法對信號進(jìn)行分析打下了基礎(chǔ)。 (2)信號檢測靈敏。采用抗飽和高增益接地信號檢測器，可以在很大的工作電流中 檢測到微弱的特征活接地信號。 (3)抗干擾性強(qiáng)。(a)采用了干擾信號頻率掃描技術(shù)，動態(tài)地檢測干擾信號的頻 譜，以此為基礎(chǔ)確定特征激勵信號的頻率，有效地避免了同頻干擾。(b)硬件上采用了可編 程帶通濾波器，最大限度地減小了干擾信號的影響。(c)軟件上采用了數(shù)字信號分析技術(shù)， 準(zhǔn)確地提取出了特征活接地信號。 (4)特征激勵信號頻率準(zhǔn)確。由CPU直接控制MOS管開關(guān)產(chǎn)生方波信號，特征激勵 信號頻率偏差極小。
(5)診斷準(zhǔn)確，活接地故障誤報率和漏報率低。由于采用上述一系列軟硬件技術(shù)及
數(shù)字信號分析處理技術(shù)，確保了機(jī)車電器線路活接地故障檢測的準(zhǔn)確性。 本發(fā)明可應(yīng)用于鐵路的內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車電器線路的活接地故障分析診斷和維
修，也可用于汽車、船舶以及軍事領(lǐng)域的坦克、艦艇等大型重要的運(yùn)動設(shè)備活接地故障分析
診斷和維修。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征在于，包括激勵信號發(fā)生單元，用于輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路；接地信號檢測器，用于檢測所述待檢測線路上的特征活接地信號；信號分析單元，用于對所述接地信號檢測器輸出的活接地檢測信號進(jìn)行高速采集和記錄，并用數(shù)字信號分析方法分析以診斷是否存在機(jī)車電器線路活接地故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，所述接地信號檢測器包括分別固定安裝在待檢測線路的進(jìn)口端和出口端的第一檢測 單元和第二檢測單元，所述第一檢測單元和第二檢測單元反向安裝并串聯(lián)連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，所述第一檢測單元和第二檢測單元中的每一個包括一個鐵芯、纏繞在所述鐵芯上的 線圈以及將線纜固定在所述鐵芯中心位置的固定結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，還包括第一處理單元，用于根據(jù)信號分析單元的反饋選擇輸出到機(jī)車線路的頻率中 干擾信號最小的頻率作為所述激勵信號發(fā)生單元輸出的特征激勵信號的頻率，所述特征激 勵信號為選定頻率方波信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，所述裝置包括分別裝設(shè)在機(jī)車的不同待檢測線路處的多個接地信號檢測器，每一接 地信號檢測器包括分別固定安裝在待檢測線路的進(jìn)口端和出口端的第一檢測單元和第二 檢測單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，所述信號分析單元包括第二處理單元、運(yùn)算放大器、可編程帶通濾波器、高速同步A/D 轉(zhuǎn)換器、整流器、濾波器、衰減電路、標(biāo)準(zhǔn)參比信號發(fā)生器，其中整流器、濾波器、衰減電路依 次連接且所述整流器的輸入端連接到激勵信號發(fā)生單元的輸出端，所述比較器的兩個輸入 端分別連接到衰減電路的輸出端與標(biāo)準(zhǔn)參比信號發(fā)生器并向高速同步A/D轉(zhuǎn)換器輸出觸 發(fā)信號，所述接地信號檢測器經(jīng)由運(yùn)算放大器及可編程帶通濾波器向高速同步A/D轉(zhuǎn)換器 輸出特征活接地信號，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到第二處理單元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，所述第二處理單元高速采集記錄活接地觸發(fā)信號和多路活接地檢測信號，并對所述 活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，提取活接地故障特 征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，其特征 在于，還包括存儲單元，所述第二處理單元在診斷出發(fā)生活接地故障時將觸發(fā)時刻前后各l 秒鐘的多個活接地檢測信號及活接地觸發(fā)信號的波形存儲到所述存儲單元。
9. 一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法，其特征在于，包括以下步驟(a) 輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路；(b) 檢測所述待檢測線路上的特征活接地信號；(c) 對所述接地信號檢測器檢測到的信號進(jìn)行高速采集和記錄，并用數(shù)字信號分析方 法分析以診斷是否存在機(jī)車電器線路活接地故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法，其特征在于，所述步驟(C)包括(cl)使用比較器將經(jīng)整流、濾波后的特征激勵信號與標(biāo)準(zhǔn)參比信號比較，并將比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號作為活接地觸發(fā)信號；(C2)高速采樣多路活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號；(c3)對所述活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號用數(shù)字信號分析方法進(jìn)行分析處理，提 取活接地故障特征信號，以診斷出待檢測線路是否出現(xiàn)活接地故障；(c4)完整地記錄下活接地故障出現(xiàn)前后各一秒鐘活接地檢測信號和活接地觸發(fā)信號 的波形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析裝置，包括激勵信號發(fā)生單元，用于輸出特征激勵信號到機(jī)車的待檢測線路；接地信號檢測器，用于檢測所述待檢測線路上的特征活接地信號；信號分析單元，用于對所述接地信號檢測器輸出的活接地檢測信號進(jìn)行高速采集和記錄，并用數(shù)字信號分析方法分析診斷是否存在機(jī)車電器線路活接地故障。本發(fā)明還提供一種基于信號高速采集的機(jī)車活接地故障記錄分析方法。本發(fā)明通過記錄分析待檢測線路中的特征活接地信號實現(xiàn)了特定線路中活接地故障的分析診斷，從而快速準(zhǔn)確地診斷出機(jī)車電器線路活接地故障并診斷出活接地故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，提高了活接地故障診斷的準(zhǔn)確性及效率。
文檔編號G01R31/02GK101713807SQ20091019008
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者王汝鋼 申請人:深圳市普祿科智能檢測設(shè)備有限公司