一种带有地铁轮轨位置检测功能的智能单向导通装置的制作方法

1.本实用新型涉及地铁走行轨安全防护领域，具体涉及一种带有地铁轮轨位置检测功能的智能单向导通装置。


背景技术：

2.随着科学技术的和城市化的发展，大运量的轨道交通(地铁、轻轨)在城市中也扮演着越来越重要的作用，已经成为城市人民生活中不可或缺的部分。
3.由于停车场、车辆段多采用有砟道床，其钢轨对地泄漏电阻相较于正线整体道床更低，如果轨道采用全线直接连通的形式，则在绝缘薄弱区域即使没有机车运行也会造成很大的杂散电流泄漏。因此，为了确保正线电流不经场段内钢轨泄漏进入大地，通常在出入段(场)有砟道床与整体道床的分界点钢轨设置绝缘节和普通单向导通装置。然而，虽然采用绝缘节加单向导通的方式可以缓解该区间段的杂散电流泄漏，但是由于单向导通装置的反向截止功能，牵引回流只能从轨道一侧流回牵引变电所，这种单向回流的方式会导致地铁途经绝缘节的瞬间，列车与钢轨接触处的电压和电流发生突变，从而产生高强度的电弧并引起轨道电位升高，尤其是当机车以再生制动方式经过绝缘节时，由于电流方向发生改变，起弧现象更为严重。绝缘节烧毁会产生严重的后果，其一是绝缘节烧毁后难于更换，维修时间长，影响列车正常运行。二是在绝缘节发生拉弧烧毁时，会灼伤钢轨，造成钢轨的不平整，在列车高速运行时影响行车安全。而轨道电位升高不仅会危及乘客的安全，又会增加杂散电流的泄漏，对周边的金属结构会产生电化学腐蚀，从而造成经济损失并引发安全隐患。
4.为了抑制列车驶入(出)绝缘节时的电弧打火和轨道电位上升现象，应该消除绝缘节两端钢轨的电压差，使其低于起弧的电压。单向导通装置可以抑制抑制列车驶入(出)绝缘节时的电弧打火和轨道电位上升现象。传统的以绝缘节两端电压差为依据，为可控硅提供触发信号。当反向电压达到设定值时，则触发大功率电子开关导通，将绝缘节两端短路，使得地铁途经绝缘节时满足不了电弧产生的条件，从而抑制了绝缘节两端起弧打火的现象。然而，绝缘节两端钢轨的电压差是一个浮动数值，在电子开关触发导通后，绝缘节两端的电压若未出现反向的电压，那么大功率电子开关将长期处于导通状态，单向导通装置则失去它固有的单向导通功能。除此之外，所设定的反向电压阈值通常来说也是一个浮动的数值，也需要根据实际环境不断调整阈值的大小，因此本实用新型专利提出了一种带有轮轨位置检测功能的智能单向导通装置。


技术实现要素：

5.技术问题：本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、性能稳定、能有效防止杂散电流的泄漏、使用效果好的带有轮轨位置检测功能的智能单向导通装置。
6.技术方案：为实现上述目的，本实用新型的带有地铁轮轨位置检测功能的智能单
向导通装置，包括激光测距仪、压力传感器、单向导通模块、信号采集模块、主控制系统、供电模块、电压传感器、电流传感器、地铁轨道、地铁行走轮和晶闸管；所述的激光测距仪通过支架设在地铁左右轨道中央，使激光测距仪发射的激光对准在地铁行走轮的中心位置，通过发射脉冲激光光束检测当前时刻是否有地铁经过；所述的压力传感器以表贴式的方式安装于地铁轨道的侧面，用于检测地铁途径时的压力信息；所述的单向导通模块并联在地铁绝缘节a和b的两端；所述的信号采集模块通过绝缘导线与压力传感器以及激光发射仪连接；信号采集模块、主控系统、供电模块、电压传感器和电流传感器集成在同一个主板上；所述的供电模块连接到主控制系统5的电源引脚上；所述的电压传感器一端连接在绝缘节a、b的两端，另一端与主控制系统5的外部中断引脚相连；电流传感器连接在主控系统的dma引脚上，用于测量轨道两端的牵引电流信号；所述的主控制系统直接与晶闸管相连，主控制系统通过发出触发信号控制晶闸管的导通和关断。
7.所述的激光测距仪的型号为ids3010皮米精度激光测距仪。
8.所述的信号采集模块的型号为labjack u3数据采集卡，该采集卡内部内置了ad转换器以及电压放大器，ad传感器的转换位数为16位。
9.所述的主控制系统的型号为tms320c2x，采用dsp(数字信号处理)作为内置控制器。
10.所述的激光测距仪的激光光束与车轮和钢轨表面垂直。
11.所述的单向导通模块由6个硅二极管并联而成，6个并联的硅二极管中每个硅二极管支路串连有一个快速熔断器。
12.所述的晶闸管为tm
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10t3b
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m型号晶闸管。
13.有益效果：由于采用了上述技术方案，本实用新型通过上述装置将检测到的压力以及牵引电流信息带入地铁轮轨接触绝缘节到离开绝缘节这一暂态过程的地铁牵引回流系统数学模型，进而确定出阈值电压u
ab
的大小。当绝缘节两端电压大于阈值电压u
ab
时，主控制系统5发出触发信号控制晶闸管的开启，并将绝缘节两端短路，使得地铁途经绝缘节时满足不了电弧产生的条件，从而抑制了绝缘节两端起弧打火的现象。当激光测距仪检测到当前线路没有地铁经过时，主控制系统发出晶闸管的关闭信号，使得单向导通装置恢复原有的单向导通功能，从而有效防止杂散电流的泄漏。其结构简单、性能稳定、加工成本低、安全性高，能较好地抑制绝缘节两端起弧打火以及杂散电流泄漏现象，使用效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
14.图1为本实用新型的带有地铁轮轨位置检测功能的智能单向导通装置结构示意图。
15.图中：激光测距仪
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1，压力传感器
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2，单向导通装置
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3，信号采集模块
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4，主控制系统
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5，供电模块
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6，电压传感器
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7，电流传感器8，地铁轨道9、地铁行走轮10、晶闸管11。
具体实施方式
16.下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
17.图1所示，本实用新型的带有地铁轮轨位置检测功能的智能单向导通装置，其特征
在于：它包括激光测距仪1、压力传感器2、单向导通模块3、信号采集模块4、主控制系统5、供电模块6、电压传感器7、电流传感器8、地铁轨道9、地铁行走轮10和晶闸管11；所述的激光测距仪1通过支架设在地铁左右轨道中央，使激光测距仪1发射的激光对准在地铁行走轮10的中心位置，通过发射脉冲激光光束检测当前时刻是否有地铁经过；所述的压力传感器2以表贴式的方式安装于地铁轨道9的侧面，用于检测地铁途径时的压力信息；所述的单向导通模块3并联在地铁绝缘节a和b的两端；所述的信号采集模块4通过绝缘导线与压力传感器2以及激光发射仪2连接；信号采集模块4、主控系统5、供电模块6、电压传感器7和电流传感器8集成在同一个主板上；所述的供电模块6连接到主控制系统5的电源引脚上；所述的电压传感器7一端连接在绝缘节a、b的两端，另一端与主控制系统5的外部中断引脚相连；电流传感器8连接在主控系统的dma引脚上，用于测量轨道两端的牵引电流信号；所述的主控制系统5直接与晶闸管11相连，主控制系统5通过发出触发信号控制晶闸管11的导通和关断。所述的激光测距仪1采用德国attocube公司生产的皮米精度激光测距仪，其型号为ids3010，在工作时向前方发射一束或一系列短暂的脉冲激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器模块测定激光束从发射到接收的时间，计算出与目标间的距离，进而判断当前时刻是否有地铁经过。所述的信号采集模块4的型号为labjacku3数据采集卡，该采集卡内部内置了ad转换器以及电压放大器，ad传感器的转换位数为16位。所述的主控制系统5的型号为tms320c2x，采用dsp(数字信号处理)作为内置控制器。所述的激光测距仪1的激光光束与车轮和钢轨表面垂直。所述的单向导通模块3由6个硅二极管并联而成，6个并联的硅二极管中每个硅二极管支路串连有一个快速熔断器。所述的晶闸管11为上海新鹏森新能源科技有限公司生产的tm
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10t3b
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m型号晶闸管。
18.激光测距仪1在工作时向前方发射一束或一系列短暂的脉冲激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器模块测定激光束从发射到接收的时间，计算出与目标间的距离，进而判断当前时刻是否有地铁经过。压力传感器2能检测地铁轮轨的压力信息、电压传感器7和电流传感器8能检测绝缘节两端的电压以及轨道牵引电流。将检测到的压力以及牵引电流信息带入地铁轮轨接触绝缘节到离开绝缘节这一暂态过程的地铁牵引回流系统数学模型，进而确定出阈值电压u
ab
的大小。当绝缘节两端电压大于阈值电压u
ab
时，主控制系统发出触发信号控制晶闸管的开启，并将绝缘节两端短路，使得地铁途经绝缘节时满足不了电弧产生的条件，从而抑制了绝缘节两端起弧打火的现象。当激光测距仪检测到当前线路没有地铁经过时，主控制系统发出晶闸管关闭信号，使得单向导通装置恢复原有的单向导通功能，从而有效防止杂散电流的泄漏。