本发明涉及高速铁路受电弓碳滑板磨损精密自动检测技术,特别是用于实现碳滑板缝隙精密测量的检测传感装置，具体地说是高速铁路受电弓碳滑板表面损伤位移-电荷变换器。
背景技术：
受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。使用时，电网的电流由装在机车上的受电弓碳滑板和电网的反馈电路铜导线紧密接触高速滑动而传输至电力牵引机车，由于长期的紧密接触和高速滑动，受电弓上的碳滑板十分容易磨损。而碳滑板在磨损超过一定程度后，就会造成接触不良，因此就必须更换，不然会存在较大的安全隐患。
但是怎样更高效准确的判断碳滑板的磨损程度，保证对碳滑板缝隙的精密测量，仍是本行业最关心的课题之一。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供能大幅提高碳滑板检测智能化程度以及检测的可靠性和检测效率的一种高速铁路受电弓碳滑板表面损伤位移-电荷变换器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
高速铁路受电弓碳滑板表面损伤位移-电荷变换器，包括由四根支撑柱以及支撑基座和静极板构成的能沿碳滑板导向行走的变换器机架，静极板为水平连接在支撑柱的上端且与支撑柱电绝缘的金属板，支撑基座水平连接在相对靠近支撑柱的下部处，该支撑基座上安装有与碳滑板的表面滑动接触配合的探针组件和与探针组件纵向接触相连的动极板组件；动极板组件包括水平位于支撑基座上方的动极板和上端面与动极板的底面固定相连的动极板导柱；动极板导柱滑动地穿设在支撑基座制有的纵向滑孔中，该动极板导柱的下端与探针组件无约束地相抵触；支撑基座和动极板间至少安装有一个通过动极板导柱使探针组件与碳滑板的表面以一定的接触压力紧密滑动相接触的极板张力调节器，探针组件在滑动的过程中将受碳滑板表面凸凹的作用产生的位移量通过动极板导柱转化为动极板的上下运动；动极板与静极板相配合构成了一种以空气为介质的电容器，动极板的运动改变了动极板与静极板两极板间的距离，使得所述的电容器的电荷发生相应变化形成测量碳滑板表面低凹或缝隙深浅所需的电信号。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
四根支撑柱呈长方形分布设置，每根支撑柱的底部均安装有与碳滑板的侧边缘导向滑动配合的导向滑靴；变换器机架上固定安装有用来连接外部接线的电极端子，电极端子包括与静极板线路相连的静极板电极端子和与动极板线路相连的动极板电极端子。
上述的支撑基座的纵向滑孔中固定套装有用于对动极板组件的上下运动起导向作用的动极板导向器，动极板导柱与动极板导向器滑动穿设相配合，动极板导柱为非导电材料制成的一个圆柱体。
上述的支撑基座和动极板间安装有两个极板张力调节器；两个极板张力调节器对称分布在动极板导柱的左右两侧，极板张力调节器的顶端与动极板电绝缘刚性相连接，该极板张力调节器的底端与支撑基座刚性相连接。
上述的探针组件由探头基座、两个探头杆、两个接触探针、翘板和两个推进翼板组成；探头基座固定安装在支撑基座的底面，该探头基座为具有上开口且底板以中轴线为对称轴加工有两探头杆孔的桶柱形体；探头基座内位于底板的中心固定安装有翘板支撑转轴，翘板的底面中心与翘板支撑转轴转动支撑相配合，两探头杆均刚性连接在翘板的底面并垂直穿过与其对应的探头杆孔，两接触探针对应安装在相应的探头杆的前端，接触探针与碳滑板的表面紧密滑动相接触，两推进翼板对称安装在翘板的板面上，动极板导柱的下端面与探针组件的推进翼板无约束地相抵触。
上述的探头基座的底板下面固定安装有用于为接触探针的滑动运动提供导向和限位作用的探针限位器，探头基座内的底板上对称安装有两个用于在翘板绕翘板支撑转轴运动时产生一定的拉力和压力使得接触探针以一定的接触压力与碳滑板表面紧密滑动接触的探针张力调节器。
上述的接触探针与碳滑板表面的接触压力大于50克/cm2。
上述的推进翼板与动极板导柱的接触面为弧形面。
与现有技术相比，本发明在变换器机架上安装有探针组件和动极板组件，探针组件在随变换器机架移动的过程中能与碳滑板的表面紧密滑动相接触，碳滑板在使用过程会因磨损而造成表面损伤，导致表面裂缝或凸凹不平，探针组件因与碳滑板的表面紧密滑动接触，因此会因碳滑板的表面裂缝或凸凹不平产生上下位移，本发明的动极板组件与探针组件为自由抵触式的联动配合，因此探针组件的上下移动导致动极板组件的上下移动。本发明的变换器机架中包括有作为正负电极中一个电极的静电极板，动极板组件中包括有作为正负电极中另一个电极的动极板，静极板和动极板构成了一个以空气为介质的电容器，动极板的上下运动改变了两极板间的间距使极板间的电容发生变化，而电容的改变又使得极板上的电荷发生相应的变化，从而实现了将受电弓碳滑板表面的不平状态转化为电荷的变化变现出来，起到电荷变换器的作用，形成精密测量表面深度所需的电信号。
本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以大幅提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。
附图说明
图1是本发明放置在碳滑板上时的剖视状态结构示意图；
图2是图1中ⅰ处的局部放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
其中的附图标记为：静极板电极端子a、动极板电极端子b、支撑柱1、支撑基座2、静极板3、探针组件4、探头基座41、探头杆42、接触探针43、翘板44、推进翼板45、翘板支撑转轴46、探针限位器47、探针张力调节器48、动极板组件5、动极板51、动极板导柱52、极板张力调节器6、动极板导向器7、导向滑靴8、碳滑板9。
图1至图2为本发明的结构示意图。如图所示，本发明的高速铁路受电弓碳滑板表面损伤位移-电荷变换器，该变换器为高速铁路受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置中的一个子装置，它是实现碳滑板缝隙精密测量的传感器部分。本变换器具有位移-电荷转换功能，它包括由四根支撑柱1以及支撑基座2和静极板3构成的能沿碳滑板9导向行走的变换器机架。四根支撑柱1呈长方形分布设置，每根支撑柱1的底部均安装有与碳滑板9的侧边缘导向滑动配合的导向滑靴8；通过导向滑靴8能防止变换器机架在滑动行走的过程中左右偏离。静极板3为与支撑柱1电绝缘的长方形金属板，静极板3水平设置，静极板3的四个角与相应角处的支撑柱1的上端固定相连接。支撑基座2同样也是水平设置，支撑基座2连接在相对靠近支撑柱1的下部处，支撑基座2与静极板3留有空间。支撑基座2上安装有探针组件4和动极板组件5，探针组件4与碳滑板9的表面滑动接触配合，用于探测高速铁路列车用受电弓碳滑板裂缝及损伤所引起的其表面低凹深度的变化。动极板组件5与探针组件4间为纵向接触相连设置，这样能使动极板组件5与探针组件4产生位移联运。
本发明的动极板组件5包括水平位于支撑基座2上方的动极板51和上端面与动极板51的底面固定相连的动极板导柱52；动极板导柱52滑动地穿设在支撑基座2制有的纵向滑孔中，该动极板导柱52的下端与探针组件4无约束地抵触相配合；支撑基座2和动极板51间至少安装有极板张力调节器6。极板张力调节器6能弹性下拉动极板51，并通过动极板导柱52作用在探针组件4上，使探针组件4与碳滑板9间具有一定的接触压力，使探针组件4与碳滑板9的表面能始终保持紧密滑动相接触的状态。
本发明的静极板3的作用是作为正负电极中一个电极，而动极板51则作为正负电极中的另一个电极，动极板51与静极板3相配合恰好构成了一种以空气为介质的电容器。当变换器对高速铁路受电弓碳滑板磨损情况进行检测时，变换器机架带动探针组件4在碳滑板9上滑动。此时如果碳滑板9在长期的使用过程中，其表面因磨损出现了裂缝或凸凹不平，探针组件4就会在滑动的过程中将受碳滑板9表面凸凹或缝隙的作用产生上下的位移。由于探针组件4与动极板导柱52相抵触，探针组件4将自身的位移量通过动极板导柱52转化为动极板51的上下运动；而动极板51的运动又改变了动极板51与静极板3两极板间的距离，使得动极板51和静极板3构成的电容器的电荷发生相应变化，从而形成测量碳滑板9表面低凹或缝隙深浅所需的电信号，达到对高速铁路受电弓碳滑板磨损程度精密测量的目的。
本发明在变换器机架上固定安装有用来连接外部接线的电极端子，电极端子包括与静极板3线路相连的静极板电极端子a和与动极板51线路相连的动极板电极端子b。
本发明将高速铁路列车用受电弓碳滑板裂缝及损伤所引起的其表面低凹深度的变化转化为电容器的两个极板间间距的变化,从而使得电容器的电荷发生相应变化,形成精密测量表面深度所需的电信号。本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以大幅提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。
为了保证动极板组件的上下运动更加顺畅，本发明在支撑基座2的纵向滑孔中固定套装有动极板导向器7，动极板导柱52与动极板导向器7滑动穿设相配合，使动极板导向器7能对动极板组件的上下运动起到导向作用。为了保证动极板51和动极板导柱52间的电绝缘，动极板导柱52采用非导电材料制成，动极板导柱52制成圆柱体形。
实施例中，为了保证动平衡，支撑基座2和动极板51间安装有两个极板张力调节器6；两个极板张力调节器6对称分布在动极板导柱52的左右两侧，极板张力调节器6的顶端与动极板51采用刚性相连接，并且极板张力调节器6与动极板51间电绝缘。极板张力调节器6的底端与支撑基座2也采用刚性连接的方法相连接。
实施例中，探针组件4由一个探头基座41、两个探头杆42、两个接触探针43、一个翘板44和两个推进翼板45组成；探头基座41固定安装在支撑基座2的底面，该探头基座41为具有上开口且底板以中轴线为对称轴加工有两探头杆孔的桶柱形体。由图1可以看出，探头基座41的开口端制有连接法兰，探头基座41通过螺栓和连接法兰固定安装在支撑基座2的底面，探头基座41的桶腔内位于底板的中心固定安装有翘板支撑转轴46，翘板44的底面中心与翘板支撑转轴46转动支撑相配合，使翘板44的两端能以翘板支撑转轴46为旋转轴线自由转动。
本发明的两个探头杆42均刚性连接在翘板44的底面并垂直穿过与其对应的探头杆孔，两个接触探针43则对应安装在相应的探头杆42的前端，接触探针43与碳滑板9的表面紧密滑动相接触，两推进翼板45对称安装在翘板44的板面上，动极板导柱52的下端面与探针组件4的推进翼板45无约束地相抵触。
本发明的探头杆42用来安装接触探针43和连接翘板44，探头杆42的两端分别与接触探针43和翘板44刚性连接在一起。
实施例中，探头基座41的底板下面固定安装有用于为接触探针43的滑动运动提供导向和限位作用的探针限位器47，探头基座41内的底板上对称安装有两个用于在翘板44绕翘板支撑转轴46运动时产生一定的拉力和压力使得接触探针43以一定的接触压力与碳滑板9表面紧密滑动接触的探针张力调节器48。
接触探针43与碳滑板9表面的接触压力大于50克/cm2。
推进翼板45与动极板导柱52的接触面为弧形面。
本发明的工作原理为：
高速铁路列车的受电弓碳滑板长时间使用或受到损伤后，它的表面会产生缝隙或一定程度的凹凸。本发明中的静极板3和动极板51构成了一个以空气为介质的电容器。电容器电压、极板间电容和极板上的电荷三者之间存在着确定的关系。当电容器的极板间被施加恒定电压时，极板上的电荷随极板间电容的变化而变化。当静极板3和动极板51间被施加恒定电压时，如果接触探针43在碳滑板9表面滑动，本发明将碳滑板9表面高低不平的距离变化通过动极板51的运动变现出来。本发明通过动极板51的运动改变了静极板3和动极板51两极板间的间距使极板间电容发生变化，而电容的改变又使得极板上的电荷发生相应的变化，从而实现了将受电弓表面的不平状态转化为电荷的变化变现出来，起到电荷变换器的作用。
如图2所示，当接触探针43放在碳滑板9表面时，两个接触探针43之间的位置差将引起翘板44发生转动。翘板44的转动量，经由推进翼板45、动极板导柱52传递到动极板51，带动动极板51运动。在这种情况下，动极板51或被推向上方或在极板张力调节器6的力作用下向下运动。动极板51的运动，改变了动极板和静极板间的间隙，从而改变了该电容器两端的电容，最后使极板电荷发生相应变化。
本发明的应用：
将本发明水平置于被检测碳滑板上，保持接触探针43与碳滑板9间具有不小于50克以上的接触压力。第一次使用时应先将本发明置于理想状态的碳滑板9上，目的是采集对应良好状态碳滑板9的电荷信息作为比较基准。如果在动、静极板上施加恒定的电压，将检测到的极板上的电荷和与基准电荷进行比较，即测得碳滑板表面的低凹或缝隙的深浅。
本发明结构新颖、简单，可靠性高，使用灵活,不易损坏,寿命长，能够大幅减轻作业工人的劳动强度，显著提高工作效率。它适用于高速铁路列车的自动化检测维护作业。由于本发明是一种翘板中间转轴型的双探针结构，尤其适用于在碳滑板表面的低凹或缝隙之间彼此间距相对较大(大于两接触探针之间的间距)的情况,这时的灵敏度更高。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。