高速铁路电气化接触网断线自动报警装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于监测高速铁路电气化接触网在供电过程中可能出现断线故障的自动报警装置，包括由太阳能供电模块、摄像头、通信发射接收模块、位移传感监控模块、嵌入式ARM计算机控制处理模块、结构件、电缆、插座、壳体、安装支架，直接将安放有高速铁路电气化接触网断线自动报警装置的安装支架固定在电气化接触网坠砣上即可，安装非常方便，克服了现场环境改造困难的问题，实现高速铁路电气化接触网断线自动报警并及时快速准确地确定断线故障位置，还可随时随地对接触网进行定期或不定期的巡查巡检，将大幅度提高电气化接触网日常检修维护以及抢修抢通工作的效率，确保电力机车在线路上安全可靠地高速运行。
【专利说明】高速铁路电气化接触网断线自动报警装置
【技术领域】
[0001]本发明属于交通运输高速铁路的自动检测领域，具体涉及一种用于监测高速铁路电气化接触网在供电过程中可能出现断线故障的自动报警装置。
【背景技术】
[0002]高速铁路电气化接触网是牵弓丨供电系统中的重要组成部分，担负着把从牵弓I变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务，因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁路的运输能力。由于接触网是露天设置且没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触网移动和变化的，若发生故障将会直接影响牵引供电系统的正常运行甚至会中断电气化铁路的行车功能，所以要求接触网无论在任何条件下都要保证能良好地供给电力机车电能以确保电力机车在线路上安全可靠地高速运行，因此日常的检修与维护工作必不可少。一旦高速铁路电气化接触网的坠砣滑脱或掉落将造成接触网断线故障而中断行车，给铁路运输带来巨大损失，因而接触网断线故障位置的定位查找必将是日常检修维护以及抢修抢通工作中至关重要的一环。
[0003]目前，在接触网断线故障位置快速查找和准确定位方面还严重缺乏相应的有效手段，有时甚至要进行人工瞭望才能最终确定断线故障位置，导致日常检修维护以及抢修抢通工作的效率低下并耗费大量的时间和人力物力，大大影响了抢修抢通工作的进度，从而直接影响了电气化铁路的正常运输能力，因此急需解决高速铁路电气化接触网断线故障位置的快速查找和准确定位的难题。
【发明内容】
[0004]本发明针对目前高速铁路电气化接触网断线故障的具体位置难以及时快速查找并准确定位以及日常检修维护工作效率低的难题，精心设计了一款高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，将太阳能供电模块、摄像头、通信发射接收模块、位移传感监控模块、嵌入式ARM计算机控制处理模块、安装结构件等综合于一体，进行实时监控以实现高速铁路电气化接触网断线自动报警并及时快速准确地确定断线故障位置，随时随地可对接触网进行定期或不定期的巡查巡检，极大地提高了电气化接触网日常检修维护以及抢修抢通工作的效率。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，包括嵌入式ARM计算机控制处理器模块、位移传感监控模块、摄像头以及通信发射接收模块，其特征在于:所述位移传感监控模块包括位于高速铁路电气化接触网现场的位移传感器以及与之电缆连接的信号调理电路，所述信号调理电路的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块；所述摄像头的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块；所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块的输出端连接至通信发射接收模块；还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括位于高速铁路电气化接触网现场太阳能电池板以及与之连接的锂电池及其充电放电管理电路，该模块给ARM计算机控制处理器模块、位移传感监控模块、摄像头以及通信发射接收模块供电。
[0006]还包括壳体以及电源指示灯、状态指示灯、太阳能电池板电缆插座、位移传感器的电缆插座、摄像头电缆插座、通信发射接收模块的天线插座以及电路板一和电路板二 ；所述锂电池的充放电管理电路和位移传感器信号调理电路固定安装电路板一上，所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路以及通信发射接收模块电路固定安装在电路板二上，所述电路板一和电路板二固定在壳体的上盖；所述壳体内置有锂电池，所述壳体上固定安装电源指示灯、状态指示灯、太阳能电池板电缆插座、位移传感器的电缆插座、摄像头电缆插座、通信发射接收模块的天线插座，所述太阳能电池板电缆插座在壳体外连接太阳能电池板，在壳体内连接至锂电池充电放电管理电路；所述摄像头电缆插座在壳体外连接有摄像头，在壳体内连接嵌入式ARM就算机控制处理器模块电路；通信发射接收模块的天线插座在壳体外连接外接天线，在壳体内连接通信发射接收模块电路；所述电源指示灯、状态指示灯连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路。
[0007]所述太阳能供电模块采用特殊的低功耗设计配以独特的最大功率点跟踪MPPT技术，降低功耗并充分高效地利用太阳能，满足野外长期稳定可靠工作的要求；
所述摄像头完成视频拍摄、图像信息采集、数据压缩、编码处理等功能，附加的红外补光功能保证在各种光照条件下清晰成像；
所述通信发射接收模块采用SMT工业装配，在硬件布局上采用3个独立屏障罩分别屏蔽基带、射频功放、射频收发器，保证射频性能指标优良，该模块内嵌TCP/IP协议和彩信协议，支持数据透明传输，用于发送断线故障报警信息、断线故障准确的位置信息和现场情况的图片信息；
所述位移传感监控模块一直实时监测接触网坠砣位置的位移变化情况，采用精心设计的精密稳定的信号调理电路，保证位移传感模块具有极高的灵敏度和稳定性，一旦位移发生变化则位移传感监控模块将向嵌入式ARM计算机控制处理模块发送报警触发信息；
所述嵌入式ARM计算机控制模块是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪32位ARM的CPU，超小型LQFP包装，内置了宽范围的串行通信接口和大容量的片内SRAM，并带有嵌入的大容量高速Flash存储器、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，为实际应用提供了大规模的缓冲区和强大的处理功能，特有的低功耗工作模式可显著降低系统运行功耗，较小的安装尺寸和很低的功耗特别适用于该装置的控制应用，该模块负责协调控制整个系统的正常运行。
[0008]该装置在使用过程中一旦接触网发生断线故障时监控点接触网坠砣滑脱或掉落，导致接触网坠砣发生位移变化，实时监测该点的位移传感监控模块就向嵌入式ARM计算机控制处理模块发送报警触发信号，启动摄像头拍摄现场图片，通过通信发射接收模块发出断线故障报警信息、断线故障位置信息以及现场图片信息。另外也可通过发送特定命令代码，触发位于各监控点的高速铁路电气化接触网断线自动报警装置及时发送该处位置信息和现场情况的图片信息，从而实现了随时随地对接触网进行定期或不定期巡查巡检的功倉泛。
[0009]本发明的有益效果是:
将太阳能供电模块、摄像头、通信发射接收模块、位移传感监控模块、嵌入式ARM计算机控制处理模块、安装结构件等综合于一体，安装方便可直接固定在接触网坠砣上，克服了现场环境改造困难的问题。采用特殊的低功耗设计配以独特的最大功率点跟踪MPPT技术，降低功耗并充分高效地利用太阳能，满足野外长期稳定可靠工作的要求；附加的红外补光功能保证摄像头在各种光照条件下清晰成像；通信发射接收模块采用SMT工业装配，在硬件布局上采用3个独立屏障罩分别屏蔽基带、射频功放、射频收发器，保证射频性能指标优良；精心设计的精密稳定的信号调理电路，保证位移传感监控模块具有极高的灵敏度和稳定性；嵌入式ARM计算机控制处理模块特有的低功耗工作模式可显著降低系统运行的功耗，有效延长该装置野外持续工作的时间。精心设计的该款高速铁路电气化接触网断线自动报警装置切实解决了目前接触网断线故障的具体位置难以及时快速查找并准确定位以及日常检修维护工作效率低的难题，实现了接触网断线自动报警并及时快速发送接触网断线故障的准确位置信息和现场图片信息，可随时随地对接触网进行定期或不定期的巡查巡检，以便有关部门随时了解掌握现场的实际情况，还可利用计算机进行相关信息的归档查询处理，极大地提高了电气化接触网日常检修维护以及抢修抢通工作的效率，确保电力机车在线路上安全可靠地高速运行。
[0010]【专利附图】
【附图说明】:
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]图1为本发明的原理框图。
[0012]图2为本发明的结构侧视图；其中图中1为上盖、2为电源指示灯、3为太阳能电池板电缆插座、4为状态指示灯、5为摄像头电缆插座、6为通信发射接收模块的天线插座、7为位移传感器的电缆插座、8为壳体；
图3为本发明的结构正视图；其中9为内部锂电池、10为电路板一包括锂电池的充电放电管理电路和位移传感的信号调理电路、11为电路板二包括嵌入式ARM计算机控制处理模块和通信发射接收模块等电路。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，包括嵌入式ARM计算机控制处理器模块20、位移传感监控模块21、摄像头22以及通信发射接收模块23，所述位移传感监控模块21包括位于高速铁路电气化接触网现场的位移传感器24以及与之电缆连接的信号调理电路25，所述信号调理电路25的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块20 ;所述摄像头22的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块20 ;所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块20的输出端连接至通信发射接收模块23 ;还包括太阳能供电模块26，所述太阳能供电模块26包括位于高速铁路电气化接触网现场太阳能电池板27以及与之连接的锂电池9及其相连的充电放电管理电路28，所述太阳能供电模块26给ARM计算机控制处理器模块20、位移传感器模块21以及通信发射接收模块23供电。
[0014]如图2和如3所示，还包括壳体8以及电源指示灯2、状态指示灯4、太阳能电池板电缆插座3、位移传感器的电缆插座7、摄像头电缆插座5、通信发射接收模块的天线插座6以及电路板一 10和电路板二 11 ;所述锂电池的充放电管理电路28和位移传感器信号调理电路25固定安装电路板一 10上，所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路20以及通信发射接收模块电路23固定安装在电路板二 11上，所述电路板一 10和电路板二 11固定在壳体的上盖1 ;所述壳体8内置有锂电池9，所述壳体8上固定安装电源指示灯2、状态指示灯4、太阳能电池板电缆插座3、位移传感器的电缆插座7、摄像头电缆插座5以及通信发射接收模块的天线插座6 ;所述电路板一 10上分布有锂电池的充放电管理电路28和位移传感器信号调理电路25，所述电路板二 11上分布有嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路20以及通信发射接收模块电路23 ;所述太阳能电池板电缆插座3在壳体外连接太阳能电池板27，在壳体内连接至锂电池充电放电管理电路9 ;所述摄像头电缆插座5在壳体8外连接摄像头22，在壳体内连接嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路20和通信发射接收模块电路23 ;通信发射接收模块的天线插座6在壳体8外连接外接天线，在壳体内连接通信发射接收模块电路23 ;所述电源指示灯2、状态指示灯4电连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路20。
[0015]所述太阳能供电模块26采用特殊的低功耗设计配以独特的最大功率点跟踪MPPT技术，降低功耗并充分高效地利用太阳能，满足野外长期稳定可靠工作的要求；
所述摄像头22完成视频拍摄、图像信息采集、数据压缩、编码处理等功能，附加的红外补光功能保证在各种光照条件下清晰成像；
所述通信发射接收模块23采用SMT工业装配，在硬件布局上采用3个独立屏障罩分别屏蔽基带、射频功放、射频收发器，保证射频性能指标优良，该模块内嵌TCP/IP协议和彩信协议，支持数据透明传输，用于发送断线故障报警信息、断线故障准确的位置信息和现场情况的图片信息；
所述位移传感监控模块21采用精心设计的精密稳定的信号调理电路，保证该模块具有极高的灵敏度和稳定性，一直实时监测接触网坠砣位置的位移变化情况，一旦位移发生变化则向嵌入式ARM计算机控制处理模块发送报警触发信息；
所述嵌入式ARM计算机控制模块20是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪32位ARM的CPU，超小型LQFP包装，内置了宽范围的串行通信接口和大容量的片内SRAM，并带有嵌入的大容量高速Flash存储器、128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，为实际应用提供了大规模的缓冲区和强大的处理功能，特有的低功耗工作模式可显著降低系统运行功耗，较小的安装尺寸和很低的功耗特别适用于该装置的控制应用，该模块负责协调控制整个系统的正常运行。
[0016]本发明在使用前，先将电源指示灯2、太阳能电池板电缆插座3、状态指示灯4、摄像头电缆插座5、通信发射接收模块的天线插座6、位移传感器的电缆插座7和内部锂电池9固定在壳体8上；接着依次把电路板二 11和电路板一 10固定在上盖1上；然后用电缆或导线把太阳能电池板电缆插座3、位移传感器的电缆插座7和内部锂电池9连接到电路板一 10上，用电缆或导线把电源指示灯2、状态指示灯4、摄像头电缆插座5、通信发射接收模块的天线插座6连接到电路板二 11上；通过螺钉将上盖1和壳体8固定到一起；通过电缆分别把太阳能电池板、摄像头、外接天线、位移传感器依次连接到太阳能电池板电缆插座3、摄像头电缆插座5、通信发射接收模块的天线插座6和位移传感器的电缆插座7上；最后将小巧紧凑的高速铁路电气化接触网断线自动报警装置集中在安装支架上，至此组装实施完毕。
[0017]本发明在使用过程中一旦接触网发生断线故障时监控点接触网坠砣滑脱或掉落，导致接触网坠砣发生位移变化，实时监测该点的位移传感监控模块就向嵌入式ARM计算机控制处理模块发送报警触发信号，启动摄像头拍摄现场图片，通过通信发射接收模块发出断线故障报警信息、断线故障位置信息以及现场图片信息。另外也可通过发送特定命令代码，触发位于各监控点的高速铁路电气化接触网断线自动报警装置及时发送该处位置信息和现场情况的图片信息，从而实现了随时随地对接触网进行定期或不定期巡查巡检的功倉泛。
[0018]本发明将太阳能供电模块26、摄像头22、通信发射接收模块23、位移传感监控模块21、嵌入式ARM计算机控制处理模块20、安装结构件等综合于一体，安装方便可直接固定在接触网坠砣上，克服了现场环境改造困难的问题。采用特殊的低功耗设计配以独特的最大功率点跟踪MPPT技术，降低功耗并充分高效地利用太阳能，满足野外长期稳定可靠工作的要求；附加的红外补光功能保证摄像头在各种光照条件下清晰成像；通信发射接收模块采用SMT工业装配，在硬件布局上采用3个独立屏障罩分别屏蔽基带、射频功放、射频收发器，保证射频性能指标优良；精心设计的精密稳定的信号调理电路，保证位移传感监控模块具有极高的灵敏度和稳定性；嵌入式ARM计算机控制处理模块特有的低功耗工作模式可显著降低系统运行的功耗，有效延长该装置野外持续工作的时间。精心设计的该款高速铁路电气化接触网断线自动报警装置切实解决了目前接触网断线故障的具体位置难以及时快速查找并准确定位以及日常检修维护工作效率低的难题，实现了接触网断线自动报警并及时快速发送接触网断线故障的准确位置信息和现场图片信息，可随时随地对接触网进行定期或不定期的巡查巡检，以便有关部门随时了解掌握现场的实际情况，还可利用计算机进行相关信息的归档查询处理，极大地提高了电气化接触网日常检修维护以及抢修抢通工作的效率，确保电力机车在线路上安全可靠地高速运行。
【权利要求】
1.高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，包括嵌入式ARM计算机控制处理器模块、位移传感监控模块、摄像头以及通信发射接收模块，其特征在于:所述位移传感监控模块包括位于高速铁路电气化接触网现场的位移传感器以及与之电缆连接的信号调理电路，所述信号调理电路的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块；所述摄像头的输出端连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块；所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块的输出端连接至通信发射接收模块；还包括太阳能供电模块，所述太阳能供电模块包括位于高速铁路电气化接触网现场太阳能电池板以及与之连接的锂电池及其充电放电管理电路，该模块给ARM计算机控制处理器模块、位移传感监控模块、摄像头以及通信发射接收模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，其特征在于:还包括壳体以及电源指示灯、状态指示灯、太阳能电池板电缆插座、位移传感器的电缆插座、摄像头电缆插座、通信发射接收模块的天线插座以及电路板一和电路板二 ；所述锂电池的充放电管理电路和位移传感器信号调理电路固定安装电路板一上，所述嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路以及通信发射接收模块电路固定安装在电路板二上，所述电路板一和电路板二固定在壳体的上盖；所述壳体内置有锂电池，所述壳体上固定安装电源指示灯、状态指示灯、太阳能电池板电缆插座、位移传感器的电缆插座、摄像头电缆插座、通信发射接收模块的天线插座，所述太阳能电池板电缆插座在壳体外连接太阳能电池板，在壳体内连接至锂电池充电放电管理电路；所述摄像头电缆插座在壳体外连接摄像头，在壳体内连接嵌入式ARM就算机控制处理器模块电路；通信发射接收模块的天线插座在壳体外连接外接天线，在壳体内连接通信发射接收模块电路；所述电源指示灯、状态指示灯连接至嵌入式ARM计算机控制处理器模块电路。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，其特征在于:所述太阳能供电模块采用低功耗设计以及最大功率点跟踪MPPT技术，实现其它部件的供电。
4.根据权利要求1所述的一种高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，其特征在于:所述通信发射接收模块采用SMT工业装配，在硬件布局上采用3个独立屏障罩分别屏蔽基带、射频功放、射频收发器，该模块内嵌TCP/IP协议和彩信协议，支持数据透明传输，发送断线故障报警信息、断线故障准确的位置信息和现场情况的图片信息。
5.根据权利要求1所述的一种高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，其特征在于:所述位移传感监控模块采用信号调理电路，实时监测接触网坠砣位置的位移变化情况，一旦位移发生变化则向嵌入式ARM计算机控制处理模块发送报警触发信息。
6.根据权利要求1所述的一种高速铁路电气化接触网断线自动报警装置，其特征在于:所述嵌入式ARM计算机控制模块是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪32位ARM的CPU,小型LQFP包装，内置串行通信接口和片内SRAM，并带有嵌入的高速Flash存储器、128位宽度的存储器接口和加速结构，使32位代码能够在最大时钟速率下运行。
【文档编号】G01R31/02GK104391215SQ201410648992
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】李晓丹 申请人:李晓丹