专利名称：列车受电弓运行状态检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种反映列车受电弓运行状态的受电弓运行状态检测装置。
背景技术：
受电弓是电动客车的重要核心部件，直接关系到车辆运行的安全、平稳，在高速动 车组、地铁车辆中大量应用。受材质、受电弓结构、列车速度、空气阻力和外部运行环境的影 响容易产生非正常运行状态，危害车辆安全运行。为应对列车运行效率及运行质量的高要 求，需要提高受电弓运行检测水平，保证及时维护，防止故障状态的延续和发展。目前受电弓检测主要有车载设备检测、入库人工检测、地面在线检测三种方式，但 都存在着一定的局限性，车载设备检测方式在实际运用中存在着安装、投资规模及数据传 输等问题；而入库人工检测方式比较落后，效率低；现有地面在线检测只能检测受电弓碳 滑板的厚度，检测功能单一，不能全面反映受电弓的运行状态。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于检测运行状态下的列车受电弓运行状态的装置。本实用新型的目的通过以下技术方案来实现一种列车受电弓运行状态检测装 置，包括一组至少四个激光器、用于成像测量点的图像传感器、安装支架和现场工控机，激 光器对应受电弓上的测量点安装于安装横杆上，图像传感器置于横杆上，图像传感器的输 出接入现场工控机。本实用新型还包括另一组至少四个激光器和另一个图像传感器，两组激光器和两 个图像传感器对称安装于所述安装横杆的两侧，实现包含前后两个碳滑板的受电弓的完整 状态检测和前后倾斜的检测。所述测量点分别为受电弓左、右羊角的中部区域和受电弓碳滑板总长度的1/4 部位区域和3/4部位区域。所述的激光器为可见红光或红外半导体激光器。所述图像传感器的视场角度至少覆盖所述的四个测量点，可采用高速摄像机。所述安装支架的横杆距离接触网的垂直高度为0. 5-1. 5米。所述图像传感器之前设置与激光器激光波长一致的滤光片，防止自然光对测量的影响。本实用新型的工作原理为列车受电弓的碳滑板和羊角结构的端面可以简化为梯 形结构，碳滑板为上底边，两个羊角为斜边，如果多个激光器(一般为4飞个)同时发射多 束激光分别和受电弓端面的碳滑板、羊角相交，图像传感器通过高速图像采集和图像边缘 检测技术，可以分别得到选定的四个相交区域下边缘高度(Yi)和区域中心的坐标值(Xi)， 通过对四组(Xi，Yi)选定区域坐标值的综合分析，就可以得到受电弓横向偏移、上下倾斜、 羊角变形、羊角缺失等受电弓重要三维形状、位置的参数，通过这些参数的数据量和数据变化量的分析可以直接反映受电弓运行状态和状态变化。作为对本实用新型的进一步改进本实用新型还包括地面检测触发装置，地面检测触发装置包括数个车轮传感器和 可编程逻辑控制器PLC，车轮传感器的输出端接入可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制 器PLC的输出端口接所述图像传感器的控制输入端，以保证图像采集时刻，受电弓和图像 传感器的距离严格一致。车轮传感器在列车车轮通过传感器上方时产生一个脉冲信号，可编程逻辑控制器 PLC可以根据连续的脉冲信号进行计数和速度测量，计算受电弓到达测量点的时刻，向高速 图像传感器发出触发脉冲，图像传感器开始工作。本实用新型可以适应多种现场条件的安装，速度适应范围也很广，既可安装在出 入库线路，实现出入库列车受电弓的状态检测，也可安装正线运行线路，在高速运行状态 下实现受电弓状态的检测。
图1为碳滑板结构和测点分布示意图；图2为本实用新型实施例单一碳滑板受电弓状态检测装置结构示意图；图3为本实用新型实施例完整受电弓检测装置结构示意图；图4为本实用新型实施例受电弓检测装置检测原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型及其工作原理作进一步的详细说明。如图1所示为碳滑板结构和测点分布示意图，11为接触网导线，12为碳滑块，13 为受电弓羊角。X-Y平面表示图像传感器像素构成的坐标系，(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、 (Χ4，Υ4)分别表示激光和受电弓碳滑板相交区域边缘检测的坐标，通过检测这些坐标值就 可以分析受电弓的空间姿态。为检测系统的稳定性，在本实施例中，Xl设计为左边羊角的中部，Χ2设计为碳滑 板总长度的1/4部位，Χ3设计为碳滑板总长度的3/4部位，Χ4设计为右边羊角的中部。受电弓应用、维护的经验已经证明由于受电弓采用框架结构和弹性支撑，受电弓 运行状态的变化首先表现为受电弓空间形位关系的变化，通过检测受电弓的横向偏移、上 下倾斜、前后倾斜、羊角变形、羊角缺失等受电弓重要三维形状、位置参数，基于这些参数的 数据量及数据变化量的分析，检测受电弓运行状态、状态变化量及变化趋势。图2为本实用新型单一碳滑板受电弓状态检测装置结构示意图，2为激光器，3为 高速图像传感器，4为滤光片，A为图像传感器视场角度，安装支架包括安装立柱1和安装横 杆5。安装立柱1垂直立于地面，安装横杆5垂直固定于安装立柱1，4个激光器对应受电弓 上的四个测量点等距分布于安装横杆5上，高速图像传感器3设置于4个激光器正中，滤光 片4与激光器发出激光的波长一致，加装于高速图像传感器3之前。为保证行车安全，测量横杆必须超出接触网一定高度(接触网安全限界)，所以激 光器和高速图像传感器必须以一定向下的角度进行检测，同时，图像传感器的视场角度至 少应覆盖全部四个测量点，实际安装角度要根据现场安装实际高度计算而得，一般情况下 安装横杆距离接触网的垂直高度为0. 5-1. 5米。[0028]四个激光器同时发射四束激光分别和受电弓端面的碳滑板、羊角相交，图像传感 器通过高速图像采集和图像边缘检测技术，分别得到图1中选定的四个相交区域在图像传 感器像素构成的坐标系中的坐标值，通过对四组选定区域坐标值的综合分析，就可以得到 受电弓横向偏移、上下倾斜、羊角变形、羊角缺失等受电弓重要三维形状、位置的参数，通过 这些参数的数据量和数据变化量的分析可以直接反映受电弓运行状态和状态变化。为进一步提高测量数据的准确性，可以采用多于4束的激光进行重复测量，一般 可采用4-6束，测量原理同上。图3为完整受电弓检测装置结构示意图，实际应用中，受电弓至少由前后两个碳 滑板构成，为完成完整受电弓的状态检测，装置设计了两套独立检测机构，以安装横杆为中 心对称安装。通过两次测量分别测得前后碳滑板的空间三维姿态。 图4为受电弓检测装置检测原理框图，包括数个车轮传感器、可编程逻辑控制器 PLC、图像传感器F、H和现场工控机，车轮传感器的输出接入可编程逻辑控制器PLC，可编程 逻辑控制器PLC的输出端口接入图像传感器，图像传感器的输出端接入现场工控机。车轮传感器和可编程逻辑控制器PLC组成地面检测装置，车轮传感器在列车车轮 通过传感器上方时产生一个脉冲信号，可编程逻辑控制器PLC可以根据连续的脉冲信号进 行计数和速度测量，计算受电弓到达测量点的时刻，向高速图像传感器发出触发信号，保证 受电弓和图像传感器的距离严格一致。高速图像传感器采集现场图像传输至现场工控机， 现场工控机完成图像分析、数据计算。图像传感器F、图像传感器H分别为用于测量前后碳 滑板的测量设备。本实用新型包括但不限于以上所列实施例，如激光器类型、图像传感器等组成部 分也可采用其他相同功能原理的器件，任何以本实用新型为参照与参考而变形或延伸的等 效实施方式均属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于包括一组至少四个激光器、用于成像测量点的图像传感器、安装支架和现场工控机，激光器对应受电弓上的测量点安装于安装支架的横杆上，图像传感器置于横杆上，图像传感器的输出接入现场工控机。
2.根据权利要求1所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于还包括另一组 至少四个激光器和另一个图像传感器，两组激光器和两个图像传感器对称安装于所述安装 横杆的两侧。
3.根据权利要求1所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述测量点分 别为受电弓左、右羊角的中部区域和受电弓碳滑板总长度的1/4部位区域和3/4部位区 域。
4.根据权利要求3所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述图像传感 器的视场角度至少覆盖所述的四个测量点。
5.根据权利要求1或4所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述的激 光器为可见红光或红外半导体激光器。
6.根据权利要求5所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述的图像传 感器采用高速摄像机。
7.根据权利要求6所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述安装支架 的横杆距离接触网的垂直高度为0. 5-1. 5米。
8.根据权利要求7所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于所述图像传感 器之前设置与激光器激光波长一致的滤光片。
9.根据权利要求8所述的列车受电弓运行状态检测装置，其特征在于还包括地面检 测触发装置，地面检测触发装置包括数个车轮传感器和可编程逻辑控制器PLC，车轮传感器 的输出端接入可编程逻辑控制器PLC，可编程逻辑控制器PLC的输出端口接所述图像传感 器的控制输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种列车受电弓运行状态检测装置，包括一组至少四个激光器、图像传感器、安装支架和现场工控机，安装支架包括垂直于地面固定的安装立柱和与安装立柱垂直设置的安装横杆，激光器对应受电弓上的四个测量点等距安装于安装支架的横杆上，图像传感器置于横杆上，图像传感器的输出接入现场工控机。本实用新型可以适应多种现场条件的安装，速度适应范围也很广，既可安装在出入库线路，实现出入库列车受电弓的状态检测，也可安装正线运行线路，在高速运行状态下实现受电弓状态的检测。
文档编号G01B11/26GK201764947SQ20102017284
公开日2011年3月16日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者朱茂芝 申请人:朱茂芝