光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，涉及用于铁路机车或地铁车辆或动车组等的受电弓综合在线实时检测与控制技术，属于列车安全行驶监测领域。本发明将光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统与光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统集成于一体。光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统用于检测受电弓碳滑板磨耗情况。光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统用于测得受电弓碳滑板的顶升压力值Fc。根据预设判据控制气囊控制阀，调整受电弓碳滑板顶升压力Fc及接触状态，避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
【专利说明】光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光纤传输原理的受电弓综合在线实时检测与控制技术，尤其涉及用于铁路机车或地铁车辆或动车组等的受电弓综合在线实时检测与控制技术，属于列车安全行驶监测领域。
【背景技术】
[0002]光纤传感是目前快速发展的新型传感技术，具有绝缘性好、抗电磁干扰、耐环境腐蚀、灵敏度高、传输距离长、结构灵巧等优点；铁路机车或地铁车辆或动车组等的受电弓碳滑板磨耗和接触力状态是铁路机车或地铁车辆或动车组等的弓网关系的核心问题。实时在线检测系统依据接触压力值与磨耗值的实时变化及时调整受电弓与接触网之间的良好接触，是保证列车能否获得足够的牵引动力的重要环节，具有重要意义。受电弓是与输电网获取电力的重要导流部件，从而要求了所使用的传感器需具备耐受高压和强电磁干扰的特性，光纤传感技术具有抗电磁、抗高压、现场适应能力强、监测可靠、结构灵巧等显著优点。
[0003]现有常规方法的对比:现在受电弓与接触网的接触压力的调整装置，只是依靠通过对受电弓升降驱动气囊内压力值的变化进行调整，此方法无法对受电弓与接触网的接触压力做到及时、精确的调整，误差较大。
【发明内容】
[0004]本发明所解决的技术问题是实时监测受电弓碳滑板磨耗值、受电弓碳滑板顶升压力F。，并对受电弓碳滑板磨耗值和受电弓碳滑板顶升压力F。综合对比分析，对受电弓的升降进行自动调节，实现受电弓碳滑板与供电网的最优接触，所述的最优接触是指受电弓碳滑板与供电网接触满足预设判据。
[0005]本发明根据预设判据输出用于控制电磁阀的反馈信号适时调整受电弓与接触网的顶升压力F。及接触状态，有效避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]本发明的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统将光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统与光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统集成于一体。光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统用于检测受电弓碳滑板磨耗情况。光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统用于测得受电弓碳滑板的顶升压力值F。。通过信号处理单元系统对受电弓碳滑板磨耗值和受电弓碳滑板顶升压力F。综合对比分析，根据预设判据输出用于控制气囊控制阀的反馈信号，适时调整受电弓碳滑板与接触网的顶升压力F。及接触状态，有效避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
[0008]所述的预设判据为:(I)当受电弓碳滑板磨耗值大于磨耗阈值时受电弓碳滑板达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板；(2)当受电弓碳滑板顶升压力F。小于合理顶升压力Fc范围下限时，提升受电弓碳滑板高度增加其所受顶升压力F。，有效避免脱网，提高受流质量，保证列车安全运行；当受受电弓碳滑板顶升压力F。大于合理顶升压力F。范围上限时，降低受电弓碳滑板高度减小其所受顶升压力F。，进而防止受电弓托网造成接触网及碳滑板损伤。(3)当受电弓碳滑板磨耗值出现异常值时，根据和受电弓碳滑板顶升压力F。综合对比分析，并同时报警，由机车司机进行判断是否降弓作业或自动进行降弓作业。(4)当机车受流出现异常的时，根据受电弓碳滑板磨耗值和受电弓碳滑板顶升压力F。综合对比分析，由机车司机进行判断是否进行降弓作业。其中，磨耗阈值、合理顶升压力F。范围可根据碳滑板种类、碳滑板使用场合不同而调整，如高铁、动车、地铁等使用场合。
[0009]所述的受电弓碳滑板磨损都是从上端面至下端面依次磨损，当磨耗值大于预设判据时，受电弓碳滑板达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板。
[0010]所述的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统，包括光源、多芯光纤插头、光纤式磨耗传感器、光电耦合器、信号处理单元。
[0011]光源选择红外波段LED或可见光波段LED。
[0012]多芯光纤插头用于各分立光学器件连接，优选陶瓷制作的拔插式集束环。
[0013]光纤磨耗传感器包含光纤根数、光纤直径及各光纤粘贴间距依据检测精度要求而设定。光纤式磨耗传感器为并排铺放在基底上的耐高温光纤带，其基底选择复合材料、高分子柔性材料。耐高温光纤带中的光纤直径及各光纤粘贴间距决定光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统的精度，耐高温光纤直径越细、各光纤粘贴间距越小则测试精度越高。
[0014]光纤磨耗传感器可运用于高铁、动车、地铁等不同场合，其具体尺寸也可依照不同场合使用碳滑板的尺寸而设定。
[0015]光纤式磨耗传感器不含电磁兀器件或其他导电材料，故可耐高压、抗强电磁干扰；光纤式磨耗传感器为娃材质构成，耐环境腐蚀，便于在线实时测量。
[0016]光电稱合器用于将光纤式磨耗传感器米集的光信号转化为电信号。选用光电探测器或CCD。
[0017]信号处理单元用于将光电耦合器发出的电信号进行模数转换，对取得的数字信号进行实时处理，得到顶升压力F。、碳板磨耗量S。根据上述顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。选用由DSP或FPGA构成的信号处理电路。
[0018]光源、光电稱合器件均通过多芯光纤插头与光纤式磨耗传感器连接形成完整光路，光纤式磨耗传感器通过胶粘方式固定于受电弓碳滑板侧面。当受电弓碳滑板在工作时产生磨损时，光纤式磨耗传感器中对应光纤发生断裂，对应的光路无光通过，与之相连接的光电耦合器输出信号产生变化，通过受电弓信号处理单元测得信号变化量，得到受电弓碳滑板的磨耗位置及磨损数据。本发明的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统为车载系统，能够全程、实时获得受电弓碳滑板磨损情况。
[0019]光源、光电稱合器件均通过多芯光纤插头与光纤式磨耗传感器连接形成完整光路，所述的完整光路可通过如下两种布设方式实现:
[0020]透射式布设方式:光源发出光束，通过光纤式磨耗传感器，透射入光电稱合器件，形成完整透射式光路。信号处理单元通过屏蔽电缆与光电耦合器相连。透射式布设方式包含两个多芯光纤插头，拆装不方便，但成本较低。[0021]反射式布设方式:光源发出光束，光束通过光纤式磨耗传感器，在光纤式磨耗传感器另一端被回光体反射入光电耦合器，形成完整反射光路。所述的回光体为通过磨制形成的腔体。信号处理单元通过屏蔽电缆与光电耦合器相连。反射式布设方式只有一个多芯光纤插头，拆装方便，但需要在光纤式磨耗传感器一端加工回光体，工艺复杂。
[0022]所述的光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统，包括受电弓碳滑板、弹性板、光纤应变传感器、碳滑板支架、光纤加速度计、羊角、和信号处理单元。
[0023]光纤应变传感器用于测量弹性板的弹性应变，从而计算出断面力值Fd。
[0024]光纤加速度计用于测量受电弓所受惯性力值Fim。
[0025]受电弓碳滑板和碳滑板支架通过弹性板支撑连接，光纤应变传感器粘贴于弹性板上，光纤加速度计安装于受电弓碳滑板下表面，信号处理单元与光纤应变传感器和光纤加速度计分别相连，信号处理单元用于采集光纤应变传感器的弹性应变和光纤加速度计所测惯性力值FiM，并进行信号处理。顶升压力F。根据公式:F。= Fd+Fine求出。
[0026]根据顶升压力F。、碳板磨耗量s可以掌握受电弓基本工作状态，信号处理单元根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。
[0027]1、本发明安装于受电弓本体上，可随被测物体一起移动，实时对受电弓碳滑板的顶升压力进行检测和调整。
[0028]2、现场适应能力强:光纤应变传感器、光纤加速度计、光纤式磨耗传感器绝缘性好可耐高压、抗强电磁干扰、耐环境腐蚀，便于在线实时测量；
[0029]3、高精度:将受电弓碳滑板磨耗值监测精度提高到0.2mm ；
[0030]4、结构灵巧:光纤应变传感器、光纤加速度计、光纤式磨耗传感器结构轻巧，便于安装于对重量增加敏感的受电弓碳滑板部位；
[0031]5、可维护性好:利用多芯光纤插头，将光纤应变传感器、光纤加速度计、光纤式磨耗传感器和信号处理单元分离，便于现场更换；
[0032]6、对受电弓的升降可进行自动调节，实现受电弓碳滑板与供电网的最优接触。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是透射式受电弓综合在线实时检测与控制系统的原理结构图；
[0034]图2是反射式受电弓综合在线实时检测与控制系统的原理结构图；
[0035]图3是反射式光纤式磨耗传感器布设的局部放大图；
[0036]图4是反馈控制系统框图。
[0037]其中:1-受电弓碳滑板、2-弹性板、3-光纤应变传感器、4-碳滑板支架、5-光纤加速度计、6_羊角、7-信号处理单兀、8-光纤式磨耗传感器、9-多芯光纤插头、10-光源、
11-光电耦合器、12-回光体、13-回光光纤、14-去光光纤、15-检测阈值位置线、16-气囊控制阀
【具体实施方式】
[0038]实施例1
[0039]如图1所示，本实施例的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统将光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统与光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统集成于一体。光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统用于检测受电弓碳滑板[I]磨耗情况，采用透射式布设方式。光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统用于测得受电弓碳滑板[I]的顶升压力值F。。并对受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，根据预设判据输出用于控制气囊控制阀的反馈信号适时调整受电弓碳滑板[I]与接触网的顶升压力F。及接触状态，有效避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板[I]的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
[0040]所述的预设判据为:(I)当受电弓碳滑板磨耗值大于磨耗阈值时受电弓碳滑板达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板；(2)当受电弓碳滑板顶升压力F。小于合理顶升压力Fc范围下限时，提升受电弓碳滑板高度增加其所受顶升压力F。，有效避免脱网，提高受流质量，保证列车安全运行；当受受电弓碳滑板顶升压力F。大于合理顶升压力F。范围上限时，降低受电弓碳滑板高度减小其所受顶升压力F。，进而防止受电弓托网造成接触网及碳滑板损伤。(3)当受电弓碳滑板[I]磨耗值出现异常值时，根据和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，并同时报警，由机车司机进行判断是否降弓作业或自动进行降弓作业。(4)当机车受流出现异常的时，根据受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，由机车司机进行判断是否进行降弓作业。其中，磨耗阈值、合理顶升压力F。范围可根据碳滑板种类、碳滑板使用场合不同而调整，如高铁、动车、地铁等使用场合。
[0041]所述的受电弓碳滑板[I]磨损都是从上端面至下端面依次磨损，当磨耗值大于预设判据时，受电弓碳滑板[I]达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板[I]。
[0042]所述的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统，包括光源[10]、多芯光纤插头[9]、光纤式磨耗传感器[8]、光电耦合器[11]、信号处理单元[7]。
[0043]光源[10]选择红外波段LED或可见光波段LED。
[0044]多芯光纤插头[9]用于各分立光学器件连接，优选陶瓷制作的拔插式集束环。
[0045]光纤磨耗传感器包含光纤根数、光纤直径及各光纤粘贴间距依据检测精度要求而设定。光纤式磨耗传感器为并排铺放在基底上的耐高温光纤带，其基底选择复合材料、高分子柔性材料。耐高温光纤带中的光纤直径及各光纤粘贴间距决定光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统的精度，耐高温光纤直径越细、各光纤粘贴间距越小则测试精度越高。
[0046]光纤磨耗传感器可运用于高铁、动车、地铁等不同场合，其具体尺寸也可依照不同场合使用碳滑板的尺寸而设定。
[0047]光纤式磨耗传感器不含电磁兀器件或其他导电材料，故可耐高压、抗强电磁干扰；光纤式磨耗传感器为娃材质构成，耐环境腐蚀，便于在线实时测量。
[0048]光电稱合器[11]用于将光纤式磨耗传感器[3]米集的光信号转化为电信号。选用光电探测器或CCD。
[0049]信号处理单元[7]用于将光电耦合器发出的电信号进行模数转换，对取得的数字信号进行实时处理，得到顶升压力F。、碳板磨耗量S。根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量s，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。选用由DSP或FPGA构成的信号处理电路。
[0050]光源[10]、光电耦合器件[11]均通过多芯光纤插头[9]与光纤式磨耗传感器[8]连接形成完整光路，光纤式磨耗传感器[8]通过胶粘方式固定于受电弓碳滑板[I]侧面。当受电弓碳滑板[I]在工作时产生磨损时，光纤式磨耗传感器[8]中对应光纤发生断裂，对应的光路无光通过，与之相连接的光电耦合器[11]输出信号产生变化，通过受电弓信号处理单元[7]测得信号变化量，得到受电弓碳滑板[I]的磨耗位置及磨损数据S。本发明的的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统为车载系统，能够全程、实时获得受电弓碳滑板
[1]磨损情况。
[0051]透射式布设方式:光源[10]发出光束，通过光纤式磨耗传感器[8]，透射入光电耦合器件[11]，形成完整透射式光路。信号处理单元[7]通过屏蔽电缆与光电耦合器[11]相连。透射式布设方式包含两个多芯光纤插头[9],拆装不方便,但成本较低。
[0052]所述的光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统，包括受电弓碳滑板[I]、弹性板
[2]、光纤应变传感器[3]、碳滑板支架[4]、光纤加速度计[5]、羊角[6]、和信号处理单元
[7]。
[0053]光纤应变传感器[3]用于测量弹性板[2]的弹性应变，从而计算出断面力值Fd。
[0054]光纤加速度计[5]用于测量受电弓所受惯性力值Fim。
[0055]受电弓碳滑板[I]和碳滑板支架[4]通过弹性板[2]支撑连接，光纤应变传感器
[3]粘贴于弹性板[2]上，光纤加速度计[7]安装于受电弓碳滑板[I]下表面，信号处理单元[5]与光纤应变传感器[3]和光纤加速度计[5]分别相连，信号处理单元[5]用于采集光纤应变传感器[3]的弹性应变和光纤加速度计[5]所测惯性力值Fim，并进行信号处理。顶升压力F。根据公式:Fe=Fd+Fine求出。
[0056]如图4所示，信号处理单元[7]根据顶升压力F。、碳板磨耗量s可以掌握受电弓基本工作状态，根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。
[0057]实施例2:
[0058]如图2、3所示，本实施例的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统将光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统与光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统集成于一体。光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统用于检测受电弓碳滑板[I]磨耗情况，采用反射式布设方式。光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统用于测得受电弓碳滑板
[I]的顶升压力值F。。并对受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，根据预设判据输出用于控制电磁阀的反馈信号适时调整受电弓碳滑板[I]与接触网的顶升压力F。及接触状态，有效避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板[I]的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
[0059]所述的预设判据为:(I)当受电弓碳滑板磨耗值大于磨耗阈值时受电弓碳滑板达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板；(2)当受电弓碳滑板顶升压力F。小于合理顶升压力Fc范围下限时，提升受电弓碳滑板高度增加其所受顶升压力F。，有效避免脱网，提高受流质量，保证列车安全运行；当受受电弓碳滑板顶升压力F。大于合理顶升压力F。范围上限时，降低受电弓碳滑板高度减小其所受顶升压力F。，进而防止受电弓托网造成接触网及碳滑板损伤。(3)当受电弓碳滑板[I]磨耗值出现异常值时，根据和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，并同时报警，由机车司机进行判断是否降弓作业或自动进行降弓作业。(4)当机车受流出现异常的时，根据受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，由机车司机进行判断是否进行降弓作业。其中，磨耗阈值、合理顶升压力F。范围可根据碳滑板种类、碳滑板使用场合不同而调整，如高铁、动车、地铁等使用场合。
[0060]所述的受电弓碳滑板[I]磨损都是从上端面至下端面依次磨损，当磨耗值大于预设判据时，受电弓碳滑板[I]达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板[I]。
[0061]所述的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统，包括光源[10]、多芯光纤插头[9]、光纤式磨耗传感器[8]、光电耦合器[11]、信号处理单元[7]。
[0062]光源[10]选择红外波段LED或可见光波段LED。
[0063]多芯光纤插头[9]用于各分立光学器件连接，优选陶瓷制作的拔插式集束环。
[0064]光纤磨耗传感器包含光纤根数、光纤直径及各光纤粘贴间距依据检测精度要求而设定。光纤式磨耗传感器为并排铺放在基底上的耐高温光纤带，其基底选择复合材料、高分子柔性材料。耐高温光纤带中的光纤直径及各光纤粘贴间距决定光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统的精度，耐高温光纤直径越细、各光纤粘贴间距越小则测试精度越高。
[0065]光纤磨耗传感器可运用于高铁、动车、地铁等不同场合，其具体尺寸也可依照不同场合使用碳滑板的尺寸而设定。
[0066]光纤式磨耗传感器不含电磁兀器件或其他导电材料，故可耐高压、抗强电磁干扰；光纤式磨耗传感器为娃材质构成，耐环境腐蚀，便于在线实时测量。
[0067]光电稱合器[11]用于将光纤式磨耗传感器[3]米集的光信号转化为电信号。选用光电探测器或CCD。
[0068]信号处理单元[7]用于将光电耦合器发出的电信号进行模数转换，对取得的数字信号进行实时处理，得到顶升压力F。、碳板磨耗量S。根据上述参数Fe、s，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。选用由DSP或FPGA构成的信号处理电路。
[0069]光源[10]、光电耦合器件[11]均通过多芯光纤插头[9]与光纤式磨耗传感器[8]连接形成完整光路，光纤式磨耗传感器[8]通过胶粘方式固定于受电弓碳滑板[I]侧面。当受电弓碳滑板[I]在工作时产生磨损时，光纤式磨耗传感器[8]中对应光纤发生断裂，对应的光路无光通过，与之相连接的光电耦合器[11]输出信号产生变化，通过受电弓信号处理单元[7]测得信号变化量，得到受电弓碳滑板[I]的磨耗位置及磨损数据。本发明的的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统为车载系统，能够全程、实时获得受电弓碳滑板[I]磨损情况。
[0070]反射式布设方式:光源[10]发出光束，光束通过光纤式磨耗传感器[8],在光纤式磨耗传感器[8]另一端被回光体[12]反射入光电耦合器[11]，形成完整反射光路。所述的回光体[12]为通过磨制形成的腔体。信号处理单元[7]通过屏蔽电缆与光电耦合器[11]相连。反射式布设方式只有一个多芯光纤插头[9],拆装方便,但需要在光纤式磨耗传感器
[8]一端加工回光体[12]，工艺复杂。
[0071]所述的光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统，包括受电弓碳滑板[I]、弹性板
[2]、光纤应变传感器[3]、碳滑板支架[4]、光纤加速度计[5]、羊角[6]、和信号处理单元
[7]。
[0072]光纤应变传感器[3]用于测量弹性板[2]的弹性应变，从而计算出断面力值Fd。
[0073]光纤加速度计[5]用于测量受电弓所受惯性力值Fim。
[0074]受电弓碳滑板[I]和碳滑板支架[4]通过弹性板[2]支撑连接，光纤应变传感器[3]粘贴于弹性板[2]上，光纤加速度计[7]安装于受电弓碳滑板[I]下表面，信号处理单元[5]与光纤应变传感器[3]和光纤加速度计[5]分别相连，信号处理单元[5]用于采集光纤应变传感器[3]的弹性应变和光纤加速度计[5]所测惯性力值Fim，并进行信号处理。顶升压力F。根据公式:Fe=Fd+Fine求出。
[0075]如图4所示，信号处理单元[7]根据顶升压力F。、碳板磨耗量s可以掌握受电弓基本工作状态，根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。
[0076]本发明保护范围不仅局限于实施例，实施例用于解释本发明，凡与本发明在相同原理和构思条件下的变更或修改均在本发明公开的保护范围之内。
【权利要求】
1.光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，其特征在于:受电弓综合在线实时检测与控制系统将光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统与光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统集成于一体；光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统用于检测受电弓碳滑板[I]磨耗情况；光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统用于测得受电弓碳滑板[I]的顶升压力值F。；通过信号处理单元[7]对受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，根据预设判据，输出用于控制气囊控制阀的反馈信号，适时调整受电弓碳滑板[I]的顶升压力F。及接触状态，有效避免脱网、托网等情况，同时，利用所述的检测系统能延长受电弓碳滑板[I]的使用寿命，并且提高列车受流质量，保证列车安全运行。
2.根据权利要求1所述的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，其特征在于:所述的预设判据为，(I)当受电弓碳滑板[I]磨耗值大于磨耗阈值时受电弓碳滑板[I]达到使用寿命上限，更换受电弓碳滑板[I] ;(2)当受电弓碳滑板[I]顶升压力F。小于合理顶升压力F。范围下限时，提升受电弓碳滑板[I]高度增加其所受顶升压力F。，有效避免脱网，提高受流质量，保证列车安全运行；当受受电弓碳滑板[I]顶升压力F。大于合理顶升压力F。范围上限时，降低受电弓碳滑板[I]高度减小其所受顶升压力F。，进而防止受电弓托网造成接触网及碳滑板损伤；(3)当受电弓碳滑板[I]磨耗值出现异常值时，根据和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，并同时报警，由机车司机进行判断是否降弓作业或自动进行降弓作业；(4)当机车受流出现异常的时，根据受电弓碳滑板[I]磨耗值和受电弓碳滑板[I]顶升压力F。综合对比分析，由机车司机进行判断是否进行降弓作业；其中，磨耗阈值、合理顶升压力F。范围可根据受电弓碳滑板[I]种类、受电弓碳滑板[I]使用场合不同而调整，如闻铁、动车、地铁等使用场合。
3.根据权利要求1或2所述的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，其特征在于:所述的光纤式受电弓碳滑板磨耗在线实时检测系统，包括光源[10]、多芯光纤插头[9]、光纤式磨耗传感器[8]、光电耦合器[11]、信号处理单元[7]； 光纤磨耗传感器[8]包含光纤根数、光纤直径及各光纤粘贴间距依据检测精度要求而设定；光纤式磨耗传感器[8]为并排铺放在基底上的耐高温光纤带，其基底选择复合材料、高分子柔性材料；耐高温光纤带中的光纤直径及各光纤粘贴间距决定光纤式受电弓碳滑板[I]磨耗在线实时检测系统的精度，耐高温光纤直径越细、各光纤粘贴间距越小则测试精度越高；光纤式磨耗传感器[8]不含电磁元器件或其他导电材料，故可耐高压、抗强电磁干扰；光纤式磨耗传感器[8]为娃材质构成，耐环境腐蚀，便于在线实时测量；光纤磨耗传感器[8]可运用于高铁、动车、地铁等不同场合，其具体尺寸也可依照不同场合使用碳滑板的尺寸而设定； 光源[10]选择红外波段LED或可见光波段LED ； 多芯光纤插头[9]用于各分立光学器件连接，优选陶瓷制作的拔插式集束环； 光电耦合器[11]用于将光纤式磨耗传感器[3]采集的光信号转化为电信号；选用光电探测器或CCD ； 信号处理单元[7]用于将光电耦合器[11]发出的电信号进行模数转换，对取得的数字信号进行实时处理，得到顶升压力F。、碳板磨耗量s ;根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量s，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态； 光源[10]、光电耦合器件[11]均通过多芯光纤插头[9]与光纤式磨耗传感器[8]连接形成完整光路，光纤式磨耗传感器[8]固定于受电弓碳滑板[I]侧面；当受电弓碳滑板[I]在工作时产生磨损时，光纤式磨耗传感器[8]中对应光纤发生断裂，对应的光路无光通过，与之相连接的光电耦合器[11]输出信号产生变化，通过受电弓信号处理单元[7]测得信号变化量，得到受电弓碳滑板[I]的磨耗位置及磨损数据s ； 光源[10]、光电耦合器件[11]均通过多芯光纤插头[9]与光纤式磨耗传感器[8]连接形成完整光路，所述的完整光路可通过如下两种布设方式实现: 透射式布设方式:光源[10]发出光束，通过光纤式磨耗传感器[8]，透射入光电耦合器件[11]，形成完整透射式光路；信号处理单元[7]通过屏蔽电缆与光电耦合器[11]相连； 反射式布设方式:光源[10]发出光束，光束通过光纤式磨耗传感器[8],在光纤式磨耗传感器[8]另一端被回光体[12]反射入光电耦合器[11]，形成完整反射光路；所述的回光体[12]为通过磨制形成的腔体；信号处理单元[7]通过屏蔽电缆与光电耦合器[11]相连。
4.根据权利要求3所述的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，其特征在于:所述的光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统，包括受电弓碳滑板[I]、弹性板[2]、光纤应变传感器[3]、碳滑板支架[4]、光纤加速度计[5]、羊角[6]、和信号处理单元[7]； 光纤应变传感器[3]用于测量弹性板[2]的弹性应变，从而计算出断面力值Fd; 光纤加速度计[5]用于测量受电弓所受惯性力值Fim ； 受电弓碳滑板[I]和碳滑板支架[4]通过弹性板[2]支撑连接，光纤应变传感器[3]粘贴于弹性板[2]上，光纤加·速度计[5]安装于受电弓碳滑板[I]下表面，信号处理单元[7]与光纤应变传感器[3]和光纤加速度计[5]分别相连，信号处理单元[7]用于采集光纤应变传感器[3]的弹性应变和光纤加速度计[5]所测惯性力值Fim，并进行信号处理；顶升压力F。根据公式Tc=FfFine求出； 信号处理单元[7]根据顶升压力F。、碳板磨耗量s可以掌握受电弓基本工作状态，根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。
5.根据权利要求1或2所述的光纤式受电弓综合在线实时检测与控制系统，其特征在于:所述的光纤式受电弓顶升压力在线实时检测系统，包括受电弓碳滑板[I]、弹性板[2]、光纤应变传感器[3]、碳滑板支架[4]、光纤加速度计[5]、羊角[6]、和信号处理单元[7]； 光纤应变传感器[3]用于测量弹性板[2]的弹性应变，从而计算出断面力值Fd; 光纤加速度计[5]用于测量受电弓所受惯性力值Fim ； 受电弓碳滑板[I]和碳滑板支架[4]通过弹性板[2]支撑连接，光纤应变传感器[3]粘贴于弹性板[2]上，光纤加速度计[5]安装于受电弓碳滑板[I]下表面，信号处理单元[7]与光纤应变传感器[3]和光纤加速度计[5]分别相连，信号处理单元[7]用于采集光纤应变传感器[3]的弹性应变和光纤加速度计[5]所测惯性力值Fim，并进行信号处理；顶升压力F。根据公式Tc=FfFine求出； 信号处理单元[7]根据顶升压力F。、碳板磨耗量s可以掌握受电弓基本工作状态，根据上述参数顶升压力F。、碳板磨耗量S，实时控制气囊控制阀增减气囊中的压力，以升高或降低受电弓高度h，从而达到最佳的触网状态。
【文档编号】B60L5/32GK103528624SQ201310487863
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】薛景锋, 陈刚, 张卫华, 何彦璋, 朴名鹏, 申雅峰, 陈佳钰, 隋广慧, 张磊 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所, 北京海冬青机电设备有限公司