一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置及檢測方法，該裝置包括若干個檢測模塊和信號處理裝置，檢測模塊包括激光器、中間設(shè)有發(fā)散裝置的固定板、四象限光電池板和無線傳輸模塊，激光器固定在接觸網(wǎng)一端的支架上，固定板固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上，四象限光電池板安裝在接觸網(wǎng)另一端的支架上，通過無線傳輸模塊與信號處理裝置相連。在接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移時，激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上。該方法是根據(jù)采集的各個電池產(chǎn)生的電壓信號大小，以及激光器、發(fā)散裝置、四象限光電池板的位置關(guān)系，計算出導(dǎo)線是否偏移，以及偏移的方向和大小。本發(fā)明具有簡單可靠、實時性好、成本低、安裝方便、易于維護(hù)的優(yōu)點。
【專利說明】一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路牽引供電領(lǐng)域，特別涉及一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]接觸網(wǎng)導(dǎo)線也稱為電車線，是接觸網(wǎng)中一個重要的組成部分。電力機(jī)車運(yùn)行中受電弓滑板直接與接觸網(wǎng)導(dǎo)線接觸摩擦，并從導(dǎo)線上獲得電能，其性能、接觸線截面積的選擇應(yīng)滿足牽引供電計算的要求。為了使受電弓安全地獲得電能，要求接觸網(wǎng)導(dǎo)線盡量保持為一條直線，不要發(fā)生彎曲。但是由于接觸網(wǎng)完全暴露在戶外，易受環(huán)境因素影響，其導(dǎo)線在一段時間后就會發(fā)生彎曲，此時需要及時找到彎曲發(fā)生位置，并進(jìn)行調(diào)整。
[0003]中國目前電氣化鐵路快速發(fā)展，但是牽引供電設(shè)備的維修仍采用定期停電檢修試驗方式，這樣的試驗方式所得出的測試結(jié)果不能全面反映設(shè)備在實際運(yùn)行狀態(tài)下的真實情況，并且停電對鐵路正常運(yùn)行會造成一定影響。
[0004]伴隨著我國鐵路第六次大面積提速以及客運(yùn)專線的大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營，高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)動態(tài)檢測的重要性越來越引起接觸網(wǎng)設(shè)計、施工、運(yùn)營維護(hù)、行業(yè)管理以及科學(xué)研究等相關(guān)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。鐵路運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)的動脈，而接觸網(wǎng)則是電氣化鐵路的動脈。通過對接觸網(wǎng)的參數(shù)進(jìn)行綜合實時監(jiān)測，以保證軌道交通牽引供電的質(zhì)量，對電氣化鐵路正常運(yùn)營來說具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，該裝置具有簡單可靠、實時性好、成本低、安裝方便、易于維護(hù)的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置的檢測方法，該方法可以準(zhǔn)確計算接觸網(wǎng)導(dǎo)線偏移方向、大小和故障位置，檢測準(zhǔn)確，使用方便。
[0007]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，包括檢測模塊和信號處理裝置，所述檢測模塊包括激光器、中間設(shè)有發(fā)散裝置的固定板、四象限光電池板，所述激光器固定在接觸網(wǎng)一端的支架上，固定板固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上，四象限光電池板安裝在接觸網(wǎng)另一端的支架上，與信號處理裝置相連；在接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移時，激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上。本發(fā)明通過采用四象限光電池板，可以在導(dǎo)線發(fā)生偏移時使照射在其上的光線發(fā)生偏移，從而可以產(chǎn)生測量所需的偏移信號以用于檢測。
[0008]優(yōu)選的，所述狀態(tài)檢測裝置中包括若干個檢測模塊和一個信號處理裝置，每個檢測模塊分別設(shè)置在不同的接觸網(wǎng)導(dǎo)線上。
[0009]優(yōu)選的，所述四象限光電池板和信號處理裝置之間設(shè)置有用于傳遞四象限光電池板的電壓信號的無線傳輸模塊。
[0010]作為另一種優(yōu)選方案，所述固定板上設(shè)有菲涅爾波帶片。從而可以利用激光的相干性來判定接觸網(wǎng)導(dǎo)線的狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選的，所述固定板一角設(shè)置卡槽，在接觸網(wǎng)導(dǎo)線相應(yīng)位置安裝一底座，固定板通過卡槽固定在該底座上。既牢固，亦不會妨礙電力傳輸。
[0012]優(yōu)選的，所述發(fā)散裝置可以包括方孔或十字孔型。
[0013]一種基于上述接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置的檢測方法，包括步驟:
[0014](I)調(diào)整激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上；
[0015](2)激光器實時發(fā)射激光線；
[0016](3)采集四象限光電池板上的4個電池分別產(chǎn)生的電壓值；
[0017](4)將步驟(3)采集的電壓值發(fā)送到信號處理裝置，信號處理裝置根據(jù)各個電池產(chǎn)生的電壓信號大小，以及激光器、發(fā)散裝置、四象限光電池板的位置關(guān)系，計算出導(dǎo)線是否偏移，或者偏移的方向和大小。
[0018]具體的，所述步驟(4)中，若步驟(3)采集的4個電壓值相等，則接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移；若不相等，則說明接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)生偏移。
[0019]更進(jìn)一步的， 所述步驟(4)中，若接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)生偏移，則偏移的方向和大小的計算過程如下:
[0020]設(shè)四象限光電池板中右上角產(chǎn)生的電壓信號為U1,右下角產(chǎn)生的電壓信號為U2,左下角產(chǎn)生的電壓信號為U3，左上角產(chǎn)生的電壓信號為U4，則接觸網(wǎng)導(dǎo)線的偏移為:
[0021 ] Δ X = (Uj+Ug) _ (U3+U4)；
[0022]Δ y = (U^U4) - (U2+U3)；
[0023]其中，Λ χ、Λ y的正負(fù)代表方向；
[0024]若Δ X為正值，則導(dǎo)線向左偏移，若Λ X為負(fù)值，則導(dǎo)線向右偏移；同理，若Λ y為正值，則導(dǎo)線向下偏移，若Λ y為負(fù)值，則導(dǎo)線向上偏移；
[0025]導(dǎo)線偏移角度Θ為:
[0026]Θ = arctan ( Δ x/ Ay)。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟(3)中采集的電壓值通過無線傳輸方式發(fā)送到信號處理裝置。無線傳輸方式可采用任意一種現(xiàn)有的傳輸技術(shù)，例如基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)等，因此不需要另外增加信號線路。
[0028]更進(jìn)一步的，所述接觸網(wǎng)導(dǎo)線上設(shè)置若干個檢測模塊，每個檢測模塊均分別對應(yīng)一個無線傳輸模塊，對每個無線傳輸模塊進(jìn)行編號，在上傳采集的該檢測模塊的電壓值時同時上傳該編號。從而可以直接根據(jù)該編號確定故障發(fā)生位置。
[0029]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0030]1、本發(fā)明可以實時檢測接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)，不需停電檢修，不僅不會妨礙列車運(yùn)行，而且可以反映列車實際運(yùn)行狀態(tài)下的真實情況。
[0031]2、本發(fā)明通過無線傳輸模塊編號可以確定故障發(fā)生位置，避免盲目的逐一排查，不僅爭取了更多的維修時間，避免不必要的事故，還減輕了人力物力。
[0032]3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、實時性高，且成本較低，便于推廣使用。
【專利附圖】

【附圖說明】[0033]圖1是本發(fā)明裝置中檢測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖2是本發(fā)明裝置中四象限光電池板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3是本實施例1檢測方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0037]實施例1
[0038]本實施例接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，包括檢測模塊和信號處理裝置，所述檢測模塊如圖1所示，包括:激光器、中間設(shè)有發(fā)散裝置的固定板1、四象限光電池板2，以及未在圖中示出的無線傳輸模塊。在實際使用時，可以在重點地段設(shè)置一個本發(fā)明提出的狀態(tài)檢測裝置，從而每個檢測模塊對應(yīng)一個信號處理裝置。也可以在每段接觸網(wǎng)導(dǎo)線上均分別設(shè)置一個本發(fā)明提出的狀態(tài)檢測裝置，所有檢測模塊對應(yīng)一個信號處理裝置，此時在每個檢測模塊上的無線傳輸模塊設(shè)置一編號，從而可以方便后面根據(jù)編號來確定故障發(fā)生的位置。上述激光器固定在接觸網(wǎng)一端的支架上，固定板通過卡槽固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上，四象限光電池板和無線傳輸模塊安裝在接觸網(wǎng)另一端的支架上。
[0039]實際應(yīng)用中，發(fā)散裝置可以為方孔或十字孔型。
[0040]以多個檢測模塊對應(yīng)一個信號處理裝置為例，說明本實施例的檢測方法，具體如下:
[0041](I)在每一段要檢測的接觸網(wǎng)導(dǎo)線上均安裝上述檢測模塊，安裝時保證接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移，使激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上。對每個無線傳輸模塊進(jìn)行編號。
[0042](2)開啟激光器，激光器實時發(fā)射檢測激光線。為了盡可能避免光電池上光斑的衍射，本實施例采用激光光源。激光線通過固定板上的發(fā)散裝置后照射在四象限光電池板上。
[0043](3)按照預(yù)先設(shè)定的采集周期采集四象限光電池板上的4個電池分別產(chǎn)生的電壓值。
[0044](4)無線傳輸模塊將對應(yīng)檢測模塊檢測的電壓值和其自身的編號發(fā)送到信號處理裝直。
[0045](5)信號處理裝置首先檢測這4個電壓值是否相等，如果相等，則說明激光器產(chǎn)生的光線通過發(fā)散裝置射在四象限光電池板的中心，接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移，則返回步驟
(3)。若不相等，則說明激光器產(chǎn)生的光線通過發(fā)散裝置發(fā)生衍射，衍射在光電池板上的圖像不對稱，說明接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)生偏移，進(jìn)入步驟(6)。
[0046](6)結(jié)合圖2，設(shè)四象限光電池板的探測到的4個電壓信號分別為U” U2, U3, U4，則接觸網(wǎng)導(dǎo)線的偏移為:
[0047]Δ X = (Uj+Ug) — (U3+U4)
[0048]Δ y = (U^U4)_ (U2+U3)
[0049]其中，Λ χ、Λ y的正負(fù)代表方向；
[0050]若Λ X為正值，貝1J導(dǎo)線向左偏移，若Λ X為負(fù)值，貝1J導(dǎo)線向右偏移。同理，若Ay為正值，則導(dǎo)線向下偏移，若Ay為負(fù)值，則導(dǎo)線向上偏移。[0051]導(dǎo)線偏移角度Θ為:
[0052]Θ = arctan ( Δ x/ Ay)。
[0053]顯然，可以在無線傳輸模塊設(shè)置一 A/D轉(zhuǎn)換模塊，從而可以在傳輸給信號處理裝置前就對采集到的電壓值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0054]本發(fā)明還可以在以上構(gòu)思的基礎(chǔ)上做一些其它的等效改變，例如，可以利用菲涅爾波帶片替代發(fā)散裝置，根據(jù)激光的相干性來判定接觸網(wǎng)導(dǎo)線的狀態(tài)；也在激光器外殼上設(shè)置螺孔，便于固定激光器?；诖祟惖母鞣N微小改變以及等效變換均應(yīng)包含在權(quán)利要求所述的范圍之內(nèi)。
[0055]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括檢測模塊和信號處理裝置，所述檢測模塊包括激光器、中間設(shè)有發(fā)散裝置的固定板、四象限光電池板，所述激光器固定在接觸網(wǎng)一端的支架上，固定板固定在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上，四象限光電池板安裝在接觸網(wǎng)另一端的支架上，與信號處理裝置相連；在接觸網(wǎng)導(dǎo)線未發(fā)生偏移時，激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述狀態(tài)檢測裝置中包括若干個檢測模塊和一個信號處理裝置，每個檢測模塊分別設(shè)置在不同的接觸網(wǎng)導(dǎo)線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述四象限光電池板和信號處理裝置之間設(shè)置有用于傳遞四象限光電池板的電壓信號的無線傳輸模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述固定板上設(shè)有菲涅爾波帶片用以代替發(fā)散裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述固定板一角設(shè)置卡槽，在接觸網(wǎng)導(dǎo)線相應(yīng)位置安裝一底座，固定板通過卡槽固定在該底座上。
6.一種基于權(quán)利要求1-5任一項所述的接觸網(wǎng)導(dǎo)線狀態(tài)檢測裝置的檢測方法，其特征在于，包括步驟: (1)調(diào)整激光器發(fā)射光線的中心、發(fā)散裝置中心、四象限光電池板中心位于一條直線上； (2)激光器實時發(fā)射激光線； (3)采集四象限光電池板上的4個電池分別產(chǎn)生的電壓值； (4)將步驟(3)采集的電壓值發(fā)送到信號處理裝置，信號處理裝置根據(jù)各個電池產(chǎn)生的電壓信號大小，以及激光器、發(fā)散裝置、四象限光電池板的位置關(guān)系，計算出導(dǎo)線是否偏移，以及偏移的方向和大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟(4)中，若接觸網(wǎng)導(dǎo)線發(fā)生偏移，則偏移的方向和大小的計算過程如下: 設(shè)四象限光電池板中右上角產(chǎn)生的電壓信號為U1,右下角產(chǎn)生的電壓信號為U2,左下角產(chǎn)生的電壓信號為U3，左上角產(chǎn)生的電壓信號為U4，則接觸網(wǎng)導(dǎo)線的偏移為:
Δ X = (UfU2) - (U3+U4)；
Ay= (U^U4) - (U2+U3)； 其中，Λ χ、Λ y的正負(fù)代表方向； 若Λ X為正值，則導(dǎo)線向左偏移，若Λ X為負(fù)值，則導(dǎo)線向右偏移；同理，若Δ y為正值，則導(dǎo)線向下偏移，若Ay為負(fù)值，則導(dǎo)線向上偏移； 導(dǎo)線偏移角度Θ為:
Θ = arctan ( Δ x/ Ay)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)中采集的電壓值通過無線傳輸方式發(fā)送到信號處理裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測方法，其特征在于，所述接觸網(wǎng)導(dǎo)線上設(shè)置若干個檢測模塊，每個檢測模塊均分別對應(yīng)一個無線傳輸模塊，對每個無線傳輸模塊進(jìn)行編號，在上傳采集的該檢測模塊的電壓值時同時上傳該編號。
【文檔編號】G01B11/00GK104019741SQ201410236046
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】黃元亮, 鐘佳琪, 劉袁龍, 楊瀟, 周欣汶 申請人:暨南大學(xué)