專利名稱：一種用于監(jiān)視鐵路供電狀況的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在鐵路輸電線(亦稱為接觸線或架空線)與車輛受電弓頭部相接觸以給所述車輛提供動(dòng)力時(shí)監(jiān)視所述輸電線的狀況的裝置。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)、特別是JP 2001-235310中已知一種用于監(jiān)視鐵路輸電線狀況的裝置。該裝置包括一臺(tái)用于監(jiān)視指示所述輸電線操作能力的參數(shù)的攝像機(jī)。在JP2001-235310中，車輛包括帶有測量元件的受電弓，該受電弓包括支架和用于沿輸電線滑動(dòng)的滑動(dòng)觸頭?；瑒?dòng)觸頭通過彈簧與支架相連接?；瑒?dòng)觸頭和支架分別支持紅外光源，使得攝像機(jī)用于記錄光源關(guān)于垂直方向的相對位置。因?yàn)闇y量元件被設(shè)置在受電弓和輸電線之間，因此，由于安全問題，特別是由于電擊的風(fēng)險(xiǎn)，在商業(yè)服務(wù)期間不能使用該受電弓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過提供一種用于監(jiān)視鐵路輸電線狀況的裝置來克服該缺點(diǎn)，該裝置易于實(shí)施，其使得能夠在商業(yè)服務(wù)期間在監(jiān)視輸電線狀況的同時(shí)使用受電弓。為此，本發(fā)明涉及一種用于當(dāng)輸電線與車輛的受電弓頭部相接觸以便為所述車輛提供動(dòng)力時(shí)監(jiān)視鐵路輸電線狀況的裝置，所述裝置包括用于監(jiān)視指示所述輸電線的操作能力的參數(shù)的攝像機(jī)，其中，該裝置包括反射元件，該反射元件設(shè)置在受電弓頭部上并且包括圖案，該攝像機(jī)設(shè)置在車輛上以便記錄關(guān)于垂直方向的圖案位置。該反射元件可以被設(shè)置在受電弓頭部上而對該受電弓沒有任何變化，使得所述受電弓仍然可以用于為該車輛提供動(dòng)力。因此，本發(fā)明使得能夠在鐵路車輛的商業(yè)服務(wù)期間監(jiān)視鐵路供電狀況。此外，任何鐵路車輛都可以裝備該監(jiān)視裝置。因此，通過裝備多個(gè)運(yùn)行在鐵路上的服務(wù)列車，能夠連續(xù)監(jiān)視鐵路輸電線的狀況。本發(fā)明的監(jiān)視裝置的其它特征如下所述-該裝置包括計(jì)算裝置，用于處理所述被監(jiān)視的參數(shù)以確定所述參數(shù)是否相對于參考值變化并確定該變化是否表明在所述輸電線中故障的風(fēng)險(xiǎn)增加；-該裝置包括全球定位系統(tǒng)，用于當(dāng)計(jì)算裝置確定有故障風(fēng)險(xiǎn)時(shí)確定輸電線上的缺陷的位置；-計(jì)算裝置用于通過比較連續(xù)的捕捉結(jié)果來計(jì)算受電弓頭部的垂直移動(dòng)的加速度，和基于此加速度計(jì)算受電弓施加在輸電線上的力；-攝像機(jī)是線性攝像機(jī)，其被配置為每秒傳送至少1000個(gè)測量值；-反射元件的圖案包括至少兩個(gè)由反光材料制成的水平條；-攝像機(jī)包括通過傾轉(zhuǎn)或移位可移動(dòng)的鏡頭；-該裝置包括指向反射元件的紅外光源，并且攝像機(jī)包括調(diào)諧為與紅外光源具有相同波長的濾波器。本發(fā)明還涉及具有用于與鐵路輸電線接觸的頭部的受電弓，該受電弓包括具有圖案的反射元件。本發(fā)明還涉及具有受電弓的車輛，該受電弓包括用于與鐵路輸電線接觸以便為所述車輛提供動(dòng)力的受電弓頭部，該車輛包括如上所述的裝置。


本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將在閱讀下面借助實(shí)例給出和參考附圖的描述時(shí)變得明顯，其中-圖1是裝備有本發(fā)明的裝置的車輛的示意圖，-圖2是裝備圖1的車輛的裝置的示意圖，以及-圖3是圖2的裝置的反射元件的前視圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，描述了用于在鐵路12上運(yùn)行的車輛10。車輛10是電氣列車，它包括至少一個(gè)用于從鐵路12的輸電線16 (也稱為懸鏈線 16)收集電流以為電氣列車10提供動(dòng)力的受電弓14。為此目的，受電弓14包括一個(gè)受電弓頭部14A，用于與輸電線16接觸并沿著此輸電線16滑動(dòng)。受電弓14還包括一個(gè)關(guān)節(jié)桿 14B，用于支持受電弓頭部14A。關(guān)節(jié)桿14B起彈簧的作用，用于將受電弓頭部14A壓靠在輸電線16上。出于維護(hù)的原因，尤其是為了檢測輸電線16的缺陷，監(jiān)視指示所述輸電線16的操作能力的參數(shù)很重要。當(dāng)前監(jiān)視的參數(shù)是受電弓14施加在輸電線16上的力，該參數(shù)可以從受電弓頭部14A關(guān)于垂直方向的移動(dòng)推導(dǎo)出來。為此目的，車輛10裝備有當(dāng)所述輸電線16與受電弓頭部14A接觸時(shí)用于監(jiān)視鐵路輸電線16狀況的裝置18。監(jiān)視裝置18包括設(shè)置在受電弓頭部14A上的反射元件20，如圖2所示。該反射元件20優(yōu)選地粘在受電弓頭部14A上。例如，反射元件20是一個(gè)反射粘結(jié)板。應(yīng)該注意的是，反射元件20在受電弓頭部14A上是易于安裝或更換的，且它不需要電弓頭部14A的結(jié)構(gòu)變化。此外，由于沒有應(yīng)力施加在反射元件20上，所述反射元件20 很少需要維護(hù)。反射元件20包括無源圖案22，且不包括發(fā)射元件。例如，圖案22包括至少兩個(gè)由反光材料制成的水平條M，即，該反光材料是能夠反射入射光線使得每條被反射的光線近似地沿著對應(yīng)的入射光線的相反方向反射的材料。水平條M關(guān)于垂直方向的移動(dòng)與受電弓頭部14A關(guān)于該垂直方向的移動(dòng)相同。因此，可以通過監(jiān)視圖案22的移動(dòng)來監(jiān)視受電弓頭部14A的移動(dòng)。為此，監(jiān)視裝置18也包括一臺(tái)設(shè)置在車輛10上的攝像機(jī)26。攝像機(jī)沈聚焦于受電弓頭部14A以記錄圖案22關(guān)于垂直方向的位置。有利地，攝像機(jī)沈是線性攝像機(jī)，S卩，傳感器沿垂直方向排列的攝像機(jī)，使得捕捉結(jié)果僅是線性的。
攝像機(jī)沈是高分辨率攝像機(jī)，使得它能夠檢測圖案22小于Imm的增量的移動(dòng)。因此，對受電弓頭部14A的移動(dòng)的監(jiān)視是十分精確的。攝像機(jī)被配置為每秒傳送至少1000個(gè)捕捉結(jié)果。因?yàn)槊總€(gè)捕捉結(jié)果對應(yīng)于輸電線16的一部分，每秒大量的捕捉結(jié)果使得即使在高速車輛10上也能夠監(jiān)視到輸電線16上彼此非常接近的各部分。所以，由于高采樣頻率，監(jiān)視裝置18可以用在高速車輛10上。此外，攝像機(jī)沈包括一個(gè)可移動(dòng)的傾轉(zhuǎn)移位式鏡頭。傾轉(zhuǎn)是移動(dòng)鏡頭使得鏡頭的平面相對于攝像機(jī)的傳感器的平面傾轉(zhuǎn)。移位是鏡頭與傳感器的平面平行的移動(dòng)。傾轉(zhuǎn)和移位運(yùn)動(dòng)保證擁有足夠的景深以便獲得圖案22的清晰圖像。有利地，監(jiān)視裝置18包括一個(gè)設(shè)置在攝像機(jī)沈附近且指向反射元件20的紅外光源27。在該情況下，攝像機(jī)沈包括一個(gè)調(diào)諧為與紅外光源27具有相同波長的濾波器，以消除可見光。優(yōu)選地，紅外光源27的波長大約為960nm。因此，攝像機(jī)沈只檢測在反射元件20上反射的來自紅外光源27的光。所以，攝像機(jī)的捕捉結(jié)果不受環(huán)境光的影響，尤其是只有少量該波長的太陽光的影響。此外，監(jiān)視裝置18包括計(jì)算裝置觀，例如，帶有一些專用硬件、連接至攝像機(jī)沈的計(jì)算機(jī)。計(jì)算裝置觀用于處理所述監(jiān)視參數(shù)，也就是，受電弓頭部14A的移動(dòng)，以確定所述參數(shù)是否相對于參考值變化，并確定變化是否表明在所述輸電線中故障的風(fēng)險(xiǎn)增加。在任何計(jì)算以前，通過使用界定測量值的工作范圍和所述工作范圍的邊界的基準(zhǔn)圖案校準(zhǔn)計(jì)算裝置觀。工作范圍通常等同于輸電線16的運(yùn)動(dòng)范圍，也就是，大約1500mm， 并且工作范圍的邊界對應(yīng)于輸電線16的較低和較高位置。一旦限定工作范圍和邊界，關(guān)于基準(zhǔn)圖案測量受電弓頭部14A的垂直位置。當(dāng)該列車10運(yùn)動(dòng)時(shí)，該位置隨時(shí)間變化。把測得的位置對時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，得到受電弓頭部14A在垂直方向的速度。遵循相同的過程，對速度求導(dǎo)數(shù)、得到所述受電弓頭部14A在垂直方向的加速度。 借助該參數(shù)，遵循牛頓第二定律，通過將所述加速度乘以與所述輸電線相互作用的受電弓頭部的等效質(zhì)量可以獲得由受電弓頭部14A施加在輸電線16上的力(F = m* a)。這個(gè)等效質(zhì)量傳統(tǒng)上由受電弓靜止的上舉力獲得。當(dāng)輸電線16和受電弓頭部14A之間的相互作用已知且已建立模型時(shí)可以使用另外一種計(jì)算方法。事實(shí)上，可以獲得受電弓頭部14A的動(dòng)態(tài)特性的微分方程，并將該方程作為參考。所述方程上的三個(gè)導(dǎo)數(shù)等同于垂直位置、速度和加速度。借助來自在線測量的三個(gè)樣本，可以實(shí)時(shí)地計(jì)算出微分方程的三個(gè)參數(shù)。比較這些參數(shù)，如果這些參數(shù)在容許邊界之內(nèi)，則可獲得高精度的監(jiān)視。有利地，通過監(jiān)視這些參數(shù)由輸電線和受電弓磨損引起的漸進(jìn)偏差，可以建立一個(gè)故障預(yù)測模型。這意味著有許多方法建立該模型。有利地，攝像機(jī)沈還被配置成檢測當(dāng)受電弓14和輸電線16間的接觸被斷開時(shí)所述受電弓14與所述輸電線16之間產(chǎn)生的電火花。有利地，監(jiān)視裝置18包括連接至計(jì)算裝置觀的全球定位系統(tǒng)(GPQ 30。因此，當(dāng)計(jì)算裝置觀確定有故障風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，該全球定位系統(tǒng)30確定車輛10在鐵路12上的位置，從而告知維修部門輸電線16上的缺陷位置。因此，維修部門可以在輸電線16上被檢測到有缺陷的部分上進(jìn)行預(yù)防性的維修動(dòng)作，以避免輸電線16的這些有缺陷的部分發(fā)生故障。需要注意的是，因?yàn)楸O(jiān)視裝置18可以被安裝在任何車輛10上，所以將該監(jiān)視裝置 18安裝在多個(gè)服務(wù)車輛上以在商業(yè)服務(wù)期間連續(xù)地監(jiān)視輸電線16的狀態(tài)是十分有利的。本發(fā)明允許在沒有接觸的情況下監(jiān)視輸電線16的狀況，因此避免了電氣問題。本發(fā)明不限制于上述的實(shí)施例。特別地，反射元件20可以包括不同于兩個(gè)水平條的圖案。
權(quán)利要求
1.一種用于在鐵路輸電線(16)與車輛(10)的受電弓(14)的頭部(14A)接觸以便為所述車輛(10)提供動(dòng)力時(shí)監(jiān)視所述輸電線(16)狀況的裝置(18)，所述裝置(18)包括用于監(jiān)視指示所述輸電線(16)的操作能力的參數(shù)的攝像機(jī)( )，其特征在于，所述裝置(18) 包括被設(shè)置在受電弓頭部(14A)上的反射元件(20)，所述反射元件00)包括圖案(22)，攝像機(jī)06)被設(shè)置在車輛(10)上以便記錄關(guān)于垂直方向的圖案位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(18)，包括計(jì)算裝置(觀)，用于處理所述被監(jiān)視的參數(shù)以確定所述參數(shù)是否相對于參考值變化和確定這些變化是否表明在所述輸電線(16)中故障的風(fēng)險(xiǎn)增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(18)，包括全球定位系統(tǒng)(30)，用于當(dāng)計(jì)算裝置08)確定有故障風(fēng)險(xiǎn)時(shí)確定在輸電線(16)上的缺陷的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置(18)，其中，計(jì)算裝置08)通過比較連續(xù)的捕捉結(jié)果來計(jì)算受電弓頭部(14A)的垂直運(yùn)動(dòng)的加速度，并且基于此加速度計(jì)算受電弓(14)施加在輸電線(16)上的力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的裝置(18)，其中，攝像機(jī)06)是線性攝像機(jī)，配置為每秒傳送至少1000個(gè)測量值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的裝置(18)，其中，反射元件OO)的圖案0 包括至少兩個(gè)由反光材料制成的水平條04)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的裝置(18)，其中，攝像機(jī)06)包括通過傾轉(zhuǎn)或移位可移動(dòng)的鏡頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的裝置(18)，包括指向反射元件OO)的紅外光源(27)， 并且，攝像機(jī)06)包括調(diào)諧為與紅外光源(XT)具有相同波長的濾波器。
9.一種車輛(10)的受電弓(14)，具有用于與鐵路輸電線(16)相接觸的頭部(14A)，其特征在于，所述受電弓包括具有圖案02)的反射元件00)。
10.一種具有受電弓(14)的車輛(10)，所述受電弓包括用于接觸鐵路輸電線(16)以便為所述車輛(10)提供動(dòng)力的受電弓頭部(14A)，其特征在于，所述車輛(10)包括根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)視鐵路供電狀況的裝置。該裝置(18)用于在輸電線與車輛(10)的受電弓(14)的頭部(14A)相接觸以便為所述車輛(10)提供動(dòng)力時(shí)監(jiān)視鐵路輸電線的狀況。該裝置(18)包括用于監(jiān)視指示所述輸電線的操作能力的參數(shù)的攝像機(jī)(26)，該裝置(18)還包括被設(shè)置在受電弓頭部(14A)上的具有圖案(22)的反射元件(20)。攝像機(jī)(26)被設(shè)置在車輛(10)上，以便記錄關(guān)于垂直方向的圖案位置。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102419332SQ201110235010
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者E·薩拉愛斯特瓦, F·J·桑切茲普加達(dá)斯, F·塔納羅瑪奎茲, J·R·吉梅內(nèi)茲敏古爾, J·安坦斯, P·格拉塔科斯瑪?shù)?申請人:阿爾斯通運(yùn)輸股份有限公司