专利名称：一种铁路接触网振动性能测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路领域，尤其涉及一种铁路接触网振动性能测试装置。
背景技术：
随着我国高速铁路、客运专线建设及运行的需要，提高接触网的运行可靠性、保障 牵引供电系统的安全，已成为搞好铁路运输安全的重要一环。为评价高速接触网的运行性 能，保证接触网具有良好的安全状态及弓网的良好受流性能，铁路管理部门要求对接触网 在高速列车运行时的振动性能进行实时检测，对接触网的动态性能及运行安全性进行评 估，评价高速接触网的运行特性是否满足高速列车的运行要求。由于列车高速运行，受电弓与接触线处于高速滑动摩擦状态，受电弓的上抬力对 接触线的垂向振动起激励作用，引起接触线的垂向振动，随着列车速度的提高，受电弓上抬 力受空气动力的影响越来越大，从而造成接触线的振动越来越剧烈。接触线的剧烈的振动， 造成弓网受流状态恶化，特别是对动车组双弓受流影响严重，同时，如果接触线的振动幅度 过大，容易造成弓网事故，影响铁路运行安全。为准确评价接触网的运行性能，我国新建高速铁路、客运专线在联调联试阶段，均 需对接触线的最大抬升量(最大振幅)、接触线的振动频率、振动衰减系数、接触线波动传 播系数进行测试，以评价高速接触网的性能，为高速铁路的验收、开通和运营提供技术依 据。目前测试铁路接触网振动性能的设备还是个空白。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种铁路接触网振动性能测试装置，以实现铁路接触网运 行性能测量。—方面，本实用新型实施例提供了一种铁路接触网振动性能测试装置，上述装置 包括传感器模块，设置于上述铁路接触网的接触线上，用于测量上述铁路接触网机车通过 时的振动性能参数；数据采集模块，用于与上述传感器模块通讯，获取上述铁路接触网机车 通过时的振动性能参数，并对上述铁路接触网机车通过时的振动性能参数进行模数转换； 无线数传模块，用于与上述数据采集模块通讯，将上述通过模数转换后的铁路接触网机车 通过时的振动性能参数通过无线方式发送出去；电源模块，用于对上述传感器模块、上述数 据采集模块和上述无线数传模块供电。上述技术方案具有如下有益效果因为采用传感器测量、无线传输的铁路接触网 振动性能测试装置，所以实现了铁路接触网运行性能测量，为保证铁路运输安全的技术设备。
为了更清楚地说明本实用新型实施例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，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例一种铁路接触网振动性能测试装置结构示意图；图2为本实用新型应用实例一种铁路接触网振动性能测试装置结构示意图；图3为本实用新型应用实例一种铁路接触网振动性能测试装置软件流程设计图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例一如图1所示，为本实用新型实施例一种铁路接触网振动性能测试装置结构示意 图，上述装置包括传感器模块101，设置于上述铁路接触网的接触线上，用于测量上述铁路接触网机 车通过时的振动性能参数；数据采集模块102，用于与上述传感器模块通讯，获取上述铁路接触网机车通过时 的振动性能参数，并对上述铁路接触网机车通过时的振动性能参数进行模数转换；无线数传模块103，用于与上述数据采集模块通讯，将上述通过模数转换后的铁路 接触网机车通过时的振动性能参数通过无线方式发送出去；电源模块104，用于对上述传感器模块101、上述数据采集模块102和上述无线数 传模块103供电。可选的，上述装置还可以包括数据接收及处理模块105，用于与上述无线数传模 块103通讯，接收上述无线数传模块103通过无线方式发送的上述通过模数转换后的铁路 接触网机车通过时的振动性能参数，并进行处理。可选的，上述数据接收及处理模块105可 以为便携式或者固定式的。可选的，上述无线方式可以包括GPRS公网方式。可选的，上述 传感器模块101，可以设置于上述铁路接触网的接触线的断面上，用于实时同步测量上述铁 路接触网机车通过时的振动性能参数。上述断面可以包括上述铁路接触网的接触线如下断 面的一种或多种跨中、定位点、锚段关节或线岔。上述数据采集模块102、上述无线数传模 块103、上述电源模块104，可以设置于上述铁路接触网的腕臂上。上述电源模块104可以 包括设置于上述铁路接触网的腕臂上的太阳能板和电池。上述传感器模块101可以包括如 下一种或多种加速度传感器、位移传感器、应变传感器。上述数据采集模块102可以包括 ADy C812单片机。上述实用新型实施例技术方案因为采用传感器测量、无线传输的铁路接触网振动 性能测试装置，所以实现了铁路接触网运行性能测量，为保证铁路运输安全的技术设备。实施例二 本实用新型需要解决的技术问题是提供高速接触网振动性能的测试设备，使其 在350km/h上下高速铁路接触网试验中具有测试性能强、多测量点分布、测试数据能够进行实时无线传输、且成本低廉的特点。本实用新型的技术解决方案是高速接触网振动性能多点实时测量设备，其特点 是它包括由位移、应变、加速度组成的传感器模块；数据采集模块；无线数传模块和电源 模块、数据接收和处理模块组成。所述的传感器模块置于接触线上，所述的数据采集模块、无线数传模块和电源模块置于接触网腕臂上，上述几个部分均处于25kV的高电压平台上，所述的数据接收和处理 模块为便携模式，可以现场便携使用，也可以置于办公室和试验室使用。本实用新型与现有技术相比具有如下优点1、该测试设备能够连续测量高速列车 各种运行工况下的接触网振动参数如振动位移、加速度、应变等。2、接触网振动性能测试装 置各单元性能独立，便于维护和升级，具有良好的电磁兼容性能和稳定性。3、测试装置可以 在接触网上进行多点布置(例如16个断面)，同时测量，对不同断面进行同时测量分析。4、 测试数据通过无线网络或GPRS公网传至地面接收系统，避免了传统测量中的高低压隔离 装置的使用。5、采用太阳能电池，装置能长期连续测量。6、能在全天候(昼、夜、风、雨、雪、 雾)的条件下正常工作。本实用新型高速接触网振动性能测试装置，能够对高速铁路接触网试验、鉴定和 评价、保证铁路运输安全。如图2所示，为本实用新型应用实例一种铁路接触网振动性能测试装置结构示意 图，该高速铁路接触网振动性能测量装置主要由位移、加速度、应变等传感器、数据采集模 块、无线数传模块、电源模块组成，另外还可以选择包括数据接收和处理模块。其主要测量接触线的振动参数接触线的振动加速度、接触线的弯曲应变和接触线的抬升量。下面详细 介绍各个组成部分和功能(1)测量传感器的设计和选用加速度传感器电容式加速度传感器，这种传感器的优点是1)过载能力强，最大过载容量为3000g ；2)输出信号等级高；3)抗干扰能力强；4)易于安装。位移传感器对接触线抬升量的测量采用拉线式位移传感器，此种传感器自带回 缩装置，响应频率高。应变传感器采用在接触线顶面贴应变片的方法，电阻应变片组成应变传感器。此 传感器的特点是，只测弯曲应变；消除了拉伸和压缩应变；具有温度补偿功能。可以实时同步测试高速接触网多达16个断面的接触线振动参数。(2)数据采集模块数据采集模块是由信号调理电路和数据采集处理部分(包括ADyC812单片 机和数据缓冲区)组成，其中的数据采集处理部分的核心是由ADy C812单片机来完成 的。其组成为一个8通道5μ s转换时间且精度自校准的12位逐次逼近A/D转换器、 两个12位的D/A转换器、8KB的闪速/电擦除程序存储器、640字节闪速/电擦除数据 存储器、80C52单片机的内核。其它的一些重要功能模块包括一个看门狗定时器和电 源监控器、A/D转换器与数据存储器之间的DMA (Direct Memory Access，直接存储器访 问)电路、存储保护电路、SPI (Serial Peripheral interface，串行外围设备接口)和 I2C(Inter-IntegratedCircuit，两线式串行总线)总线接口。AD μ C812优点之一是集成了 一个完全可编程的、自校准、高精度的模拟数据采集系统。ADy C812另一个优点是它采用了闪速/电擦除存储器，辅之以内含的加载器和调试软件，使装置的设计、编程、调试简便。另 夕卜，它的静CPU操作以及空闲和掉电方式，对于电池供电的测控设备来说都是至关重要的 性能。(3)无线数传模块1)微发射功率最大(IW)的发射功率。2) ISM(Industrial Scientific Medical，此频段(2. 4 2. 4835GHz)主要是开放 给工业，科学、医学三个领域使用)频段工作频率，无需申请频点。载频频率429-438MHZ。3)高抗干扰能力和低误码率。基于FSK (Frequency-shift keying，频移键控)的 调制方式，采用高效通信协议，误码率BER(Bit Error Rate，误码率)为10_5 10_6。4)传输距离远。在视距情况下，天线高度> 3米，可靠传输离距> 3000m。5)9600bps的通信波特率。6)低功耗及休眠功能。接收电流< 20mA，发射电流< 650mA，休眠时电流仅为 < 20uA(波特率=1200bps)。(4)电源模块采用电池+太阳能浮充电方式，在接触网腕臂上安装太阳能板及电池，太阳能板 给电池充电，保证了测量装置的电力供应，同时避免了传统测量装置由低压侧向25kV侧供 电的问题。(5)装置工作原理位移、加速度和应变传感器安装在接触网定位点和跨中，数据采集模块、无线数传 模块和电源模块安装在接触网腕臂处，数据采集模块以IOK采样速率采集来自传感器信 号，当机车通过时数据采集模块将机车通过时前后各一段时间的采样数据自动(无需人为 干预)转存到数据缓冲区，并通过无线数传模块发送到地面，数据缓冲区可以保存7次机车 通过时的采样数据，通过无线数传模块可以随时获取数据缓冲区内的采样数据。(6)测量装置硬件设计要点整个装置的硬件结构简单简单的硬件结构设计使得整个装置的工作可靠性和抗 干扰能力均大为提高。电磁兼容设计电磁兼容问题在电气化铁道牵引供电系统相当突出，作为在25kV 的接触网上实施测量的装置，它极易受到外界的电磁干扰，装置的电磁兼容问题直接关系 到测量装置的可靠性、稳定性和测量结果的准确性。本装置电磁兼容设计采取的主要措施 为接地方式的选择；低通滤波器和数字滤波的采用；幅射干扰的抑制；装置在信号调理电 路的入口设计了峰值限幅电路；电源干扰的抑制。数据接收和处理模块可以是现场便携，也可以置于办公室或试验室中，通过GPRS 公网来实时接收现场的测试数据。所述测量装置能多断面同步实时测量，测试数据可以实时传输，也可以事后通过 无线系统下载。测试数据既可以通过无线系统现场传输，又可以通过GPRS公网远程传输和 控制，适合铁路多条线路及多个测点的测量和控制。(7)测量装置的软件设计控制器的软件由Keil uViSion3编译器编写而成，软件流程如图3所示，为本实用 新型应用实例一种铁路接触网振动性能测试装置软件流程设计图装置上电后，首先进行初始化，对寄存器和I/O端口进行设置，然后执行自检程序，自检测无误后开放外部中断，由于装置软件采用中断方式，降低了对装置的速度要求，又可以使信号的测量时序精确可 靠。然后判断是采样中断还是通信中断如果是采样中断，则将测量的所述铁路接触网的 振动性能参数数据进缓存，然后判断是否是所述铁路接触网机车通过时的振动性能参数数 据，如果是，则将该数据存储，最后中断返回；如果是通信中断，则由通信中断处理程序出行 处理发送，最后中断返回。ADy C812具有在系统可编程的特点，不需要专用的编程器写入程 序，只要用串行口电平转换芯片ADM202把它与计算机的串行口相连，运行下载程序就可以 把程序写入ADy C812的闪速/电擦除程序存储器，因此可以进行在线程序调试。同时也可 以将其作为后备资源，用来实现多机之间相互通讯或与上位机通讯。(8)装置的特点结构简单，采用高集成度芯片简化了电路，缩小了装置的体积，便于加工安装。操 作方便，装置完全在无人干预的条件下自动完成数据的采集、存储、和发送。运动可靠，抗干 扰的能力强，不会产生误动作，在接触网干扰电压的波动较大时有自保护功能。适用范围 广，不需改变硬件和软件的结构，只要根据实际需要进行设置并在外部接线方式上做简单 改动即可实现数据采集、发送等功能。高速接触网振动性能测量装置可以方便地用于接触 网高压端的数据采集和发送，对获取接触网的运营数据，改善弓网受流质量、减少弓网事故 的发生具有重要作用，有很好的推广应用价值。本测量装置也可应用到铁路关键设施的长 期测量，如桥梁、隧道中接触网等人员不便接近的设施和设备。本实用新型具有综合测试性 能强、能够进行实时测量且成本低廉的特点。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该 程序在执行时，包括上述全部或部分步骤，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。以上所述的具体实施方式
，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进 一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式
而已，并不用于 限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替 换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述装置包括传感器模块，设置于所述铁路接触网的接触线上，用于测量所述铁路接触网机车通过时的振动性能参数；数据采集模块，用于与所述传感器模块通讯，获取所述铁路接触网机车通过时的振动性能参数，并对所述铁路接触网机车通过时的振动性能参数进行模数转换；无线数传模块，用于与所述数据采集模块通讯，将所述通过模数转换后的铁路接触网机车通过时的振动性能参数通过无线方式发送出去；电源模块，用于对所述传感器模块、所述数据采集模块和所述无线数传模块供电。
2.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述装置还包括 数据接收及处理模块，用于与所述无线数传模块通讯，接收所述无线数传模块通过无线方式发送的所述通过模数转换后的铁路接触网机车通过时的振动性能参数，并进行处 理。
3.如权利要求2所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于， 所述数据接收及处理模块为便携式或者固定式的。
4.如权利要求2或3所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于， 所述无线方式包括GPRS公网方式。
5.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述传感器模块，设 置于所述铁路接触网的接触线的断面上，用于实时同步测量所述铁路接触网机车通过时的 振动性能参数。
6.如权利要求5所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述断面包括所述铁路接触网的接触线如下断面的一种或多种跨中、定位点、锚段关 节或线岔。
7.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述数据采集模块、 所述无线数传模块、所述电源模块，设置于所述铁路接触网的腕臂上。
8.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述电源模块包括 设置于所述铁路接触网的腕臂上的太阳能板和电池。
9.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述传感器模块包 括如下一种或多种加速度传感器、位移传感器、应变传感器。
10.如权利要求1所述铁路接触网振动性能测试装置，其特征在于，所述数据采集模块 包括ADy C812单片机。
专利摘要本实用新型提供一种铁路接触网振动性能测试装置，上述铁路接触网振动性能测试装置包括传感器模块，设置于上述铁路接触网的接触线上，用于测量上述铁路接触网机车通过时的振动性能参数；数据采集模块，用于与上述传感器模块通讯，获取上述铁路接触网机车通过时的振动性能参数，并对上述铁路接触网机车通过时的振动性能参数进行模数转换；无线数传模块，用于与上述数据采集模块通讯，将上述通过模数转换后的铁路接触网机车通过时的振动性能参数通过无线方式发送出去；电源模块，用于对上述传感器模块、上述数据采集模块和上述无线数传模块供电。本实用新型实现了对铁路接触网振动性能测试，为保证铁路运输安全的技术设备。
文档编号G01H17/00GK201555658SQ200920278089
公开日2010年8月18日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者刘会平, 张冰, 文小鹰, 赵伯胜, 韩通新 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所