自动过分相地面感应装置检测系统的制作方法

本发明属于电力机车自动过分相功能检测技术领域，特别涉及一种自动过分相地面感应装置检测系统。

背景技术：

电气化铁道电网采用单相供电，而电力系统则是三相供电系统。为了使电气化铁道从电力系统三相电网取流基本对称，电气化铁道采用了分相分段取流的方法，即每隔20～25km设置一个分相区，相邻分相区由不同相位的两相供电，相邻分相区约有30m左右的供电死区，这样就存在电力机车如何通过分相区的问题。为防止相间短路，目前普遍采用的“车上自动控制断电方式”由自动过分相地面感应装置(后续简称为地感器)、车载感应接收装置、车载控置系统组成，其中地感器用于提供分相区域中的位置信息，告知车载系统合、断接触网供电。分相点位置地感感应装置示意图如图1所示。以中性区段两端垂直投射到钢轨上，向左右两侧分别测量一室距离a，定下第一组地感器的安装位置，该位置又称为强迫点；再以这个点向左右分别测量一定距离b，定下第二地感器的安装位置，该位置称为预告点。反相运行时的预告点和强迫点也作为正向运行时的恢复点使用，在分相点的四个地感器在正、反向接车时都会用到。

自动过分相系统由自动过分相地面感应装置(后续简称为地感器)、车载感应接收装置、车载控制系统三大部分组成。

自动过分相系统的地感器实质为一永久磁体，通过该永久磁体的磁场触发车载感应接收装置输出信号给后级列车控制系统，磁体的好坏以及磁体磁场强度直接关系到能否有效触发车载感应接收装置。现有针对自动过分相系统自动检测设备都是针对车载部分即感应接收装置、控制系统的检测，针对地面感应装置的检测，目前采用人工定期前往各分相点用磁场测量设备手动检测，存在作业强度大、检测周期长、检测数据准确性受人为操作影响、不便于测试数据集中、不便于跟踪分析等诸多问题，作业现场反馈急需解一种自动化测量装置来解决该问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过对地感器外观以及性能的双重检测，能够及时发现不达标的地感器，有效预防因地感器问题导致带电过分相事故，提高自动过分相系统的可靠性的自动过分相地面感应装置检测系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：自动过分相地面感应装置检测系统，安装在列车外部左右两侧的磁场检测探头和相机，安装在列车内部的控制盒和工控机；磁场检测探头通过RS485总线连接控制盒，控制盒通过电源线连接相机，控制盒通过RS232总线与工控机相连，工控机通过网线连接相机；

磁场检测探头用于检测对应方向的地感器的磁场强度，并将采集到的磁场强度信号通过RS485总线传输至控制盒；

相机用于对对应方向上的地感器进行图像采集，并将采集到的地感器图像通过网线传输至工控机；

控制盒用于对采集到的磁场强度信号进行处理，并将处理后的磁场强度信号通过RS232总线传输至工控机；控制盒还用于为相机提供电源；

工控机用于对相机采集到的地感器图像进行处理，并根据图像处理结果和接收到的磁场强度信号判断地感器是否正常。

进一步地，所述磁场检测探头由多个霍尔传感器组成。

进一步地，所述控制盒包括多通道高速同步ADC模块、MCU模块、RS485接口模块和RS232接口模块；霍尔传感器的输出端分别通过RS485驱动模块连接多通道高速同步ADC模块，多通道高速同步ADC模块用于对多个磁传感器的输出信号进行同步采集，并将模拟信号转换成数字信号；多通道高速同步ADC模块的输出端连接MCU模块，MCU模块的输出端通过RS232接口模块与工控机相连。

进一步地，所述相机离地面的高度为700～800mm；相机的采集范围为以地感器为中心，半径为600～800mm的圆形区域。

本发明的有益效果是：

1、通过在列车左右两侧安装磁场检测探头，在列车运行过程中对地感器磁场进行动态测量；通过在列车左右两侧安装相机，在列车运行过程中不断采集地感器图像，能够通过图像处理即使发现破损的地感器；通过对地感器外观以及性能的双重检测，能够及时发现不达标的地感器，有效预防因地感器问题导致带电过分相事故，提高自动过分相系统的可靠性，同时也简化现场工作人员作业强度及作业难度，本发明的检测探头可直接安装在接触网检测车、轨道作业车等可进行作业状态检测的列车上，安装方便，操作简单，易于推广；

2、磁场检测装置内设置多个磁传感器，多个磁传感器互为备用，能够确保对待测地感器的全覆盖，同时以适应列车运行过程中的蛇形运动，确保不漏测；

3、采用高速同步AD采集技术，能够适应列车高速运行下有效信号持续时间短的状态，且探头输出信号为数字信号，抗干扰性强；磁场检测装置与车载检测系统之间采用标准总线输出，便于扩展应用。

附图说明

图1为本发明的分相点位置地面感应装置示意图；

图2为本发明的自动过分相地面感应装置检测系统结构示意图；

图3为本发明的相机位置示意图；

附图标记说明：1-列车，2-磁场检测探头，3-相机，4-控制盒，5-工控机，6-地感器。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图2所示，自动过分相地面感应装置检测系统，安装在列车1外部左右两侧的磁场检测探头2和相机3，安装在列车1内部的控制盒4和工控机5；磁场检测探头2通过RS485总线连接控制盒4，控制盒4通过电源线连接相机3，控制盒4通过RS232总线与工控机5相连，工控机5通过网线连接相机3；

磁场检测探头2用于检测对应方向的地感器6的磁场强度，并将采集到的磁场强度信号通过RS485总线传输至控制盒4；

相机3用于对对应方向上的地感器6进行图像采集，并将采集到的地感器图像通过网线传输至工控机5；

控制盒4用于对采集到的磁场强度信号进行处理，并将处理后的磁场强度信号通过RS232总线传输至工控机5；控制盒4还用于为相机3提供电源；

工控机5用于对相机采集到的地感器图像进行处理，并根据图像处理结果和接收到的磁场强度信号判断地感器是否正常。

进一步地，所述磁场检测探头2由多个霍尔传感器组成，一般每个磁场检测探头2内设置两个霍尔传感器，互为备用，确保对待测地感器的全覆盖，同时以适应列车运行过程中的蛇形运动，确保不漏测。

进一步地，所述控制盒包括多通道高速同步ADC模块、MCU模块、RS485接口模块和RS232接口模块；霍尔传感器的输出端分别通过RS485驱动模块连接多通道高速同步ADC模块，多通道高速同步ADC模块用于对多个磁传感器的输出信号进行同步采集，并将模拟信号转换成数字信号，能够缩短采样时间，以适应列车高速移动情况下有效信号持续时间短的状态，能够对动态磁场进行检测；多通道高速同步ADC模块的输出端连接MCU模块，MCU对接收到的数据进行处理和存储，计算地感器的有效磁场数据；MCU模块的输出端通过RS232接口模块与工控机相连。

如图3所示，所述地感器直径为17mm。所述相机3离地面的高度为700～800mm；相机3的采集范围为以地感器为中心，半径为600～800mm的圆形区域。优选地，本发明中相机离地高度为750mm，相机夹角约为49度，相机采集范围为以地感器为中心，半径为700mm的圆形区域。

进一步地，本发明的磁场检测探头外壳采用导电但不导磁的有色金属材料制作，将霍尔传感器设置在外壳内部，能够对霍尔传感器进行保护。同时也能排除现场复杂电磁环境对探头数据采集的影响，外壳的非导磁特性使磁场检测装置不影响地感器磁场的分布，确保地感器的磁力线无损传到磁场检测装置内的磁传感器上；外壳的导电特性使磁场检测装置上的电流通过与其连接的列车接地，使磁场检测装置内形成完整的屏蔽腔体。外壳采用金属材料增强了探头外壳的强度，更适用于铁路现场复杂、恶劣的应用环境。

本发明通过在列车1左右两侧安装磁场检测探头2，在列车1运行过程中通过两侧的磁场检测探头2分别对该方向上的地感器6磁场进行动态测量，将测量的地感器磁场数据传输至控制盒4，控制盒4对磁场数据进行简单处理然后传输给工控机5。工控机5根据检测到的数据，与系统内预设的数据进行对比，判断该地感器6的性能指标是否达到标准数据，能够检测到地感器6的衰退迹象，对于不达标的地感器6及时进行检修和更换，防范未然。

同时，相机3将采集到地感器图像通过网线传输至工控机5，工控机5对地感器图像进行处理，与系统预设的地感器图片进行对比，判断该地感器6是否损坏。

本发明的检测系统不仅局限于自动过分相系统的地感器，还包含铁路现场其它磁性传感器的检测，如：5T系统、自动计轴系统、道口系统大量使用的无源车轮传感器，也可通过本技术对其磁状态进行检测，及时发现磁性设备性能指标衰退迹象。本发明的磁场检测装置输出信号为数字信号输出，抗干扰性强，且磁场检测探头、相机与控制盒、工控机之间采用标准总线输出，便于扩展应用。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。