专利名称：一种三轨检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及城市轨道交通的检测技术，尤其涉及一种三轨检测装置和方法。
背景技术：
地铁、轻轨等城市轨道交通的建设和维护是百年大计，对于城市轨道交通来说，其 电能来源即三轨更是重中之重。地铁电能从变压器出来后通过三轨输送到集电靴上，由于 集电靴本身是安装在列车上的，所以也就是通过三轨和集电靴的接触把电能直接输送给运 动中的地铁列车上。 靴-轨动态受流是发展地铁的关键技术问题之一。由于靴_网动态受流是集电靴 与接触轨之间的耦合振动问题，因此影响动态受流的因素很多，如接触轨的结构参数，集电 靴的质量、刚度及阻尼，还有列车的运行状况和空气对集电靴的动力作用等。在城市轨道交 通的建设和维护过程中，施工方需要采取大量的措施，以保证三轨的平直顺滑接触，防止电 能输送出现故障。 目前主要利用测距仪和水平尺，进行人工测量和观察来保证三轨的接触性能，包 括平直度和顺滑度，以及水平的高度一致性。由于人工单点作业将导致大量的人为误差，并 且耗费大量的人工和时间，且得到的数据无法有效的保存和比对。 有鉴于此，在城市轨道交通领域亟待提出一种在线自动检测三轨技术指标的装 置，以保证集电靴和三轨接触网良好的接触性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种三轨检测装置和方法，用于检测 三轨与集电靴之间的接触性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三轨检测装置，包括
模拟集电靴，用于接受所述三轨的供电； 传感系统，安装在所述模拟集电靴上，用于获得三轨对所述模拟集电靴进行供电 的电压波形和电流波形； 采集系统，与所述传感系统相连，用于对所述电压波形和电流波形进行预处理，并 将预处理结果进行采集，获得采集结果； 上位处理设备，与所述采集系统相连，用于获得所述采集结果，对所述采集结果进 行数据处理。 优选地，所述模拟集电靴，为硬质材料加工而成。
优选地，所述传感系统，包括 电压传感器，用于检测所述三轨对所述模拟集电靴供电时的电压； 电流传感器，用于检测所述三轨对所述模拟集电靴供电时的电流。 优选地，所述传感系统，进一步用于获得所述三轨的物理安装信息，以及轨道列车
的运行信息；
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所述采集系统，进一步用于获取所述运行信息，对所述物理安装信息进行预处 理； 所述上位处理设备，进一步用于根据所述运行信息，将所述数据处理得到的处理 结果进行分类。
优选地，所述传感系统，进一步包括 压力传感器，用于检测对三轨的压力； 加速度传感器，用于检测所述模拟集电靴的振动； 速度传感器，用于获取行驶速度； 高度传感器，用于检测三轨的高度； 光纤传感器，用于检测三轨的中心线偏移和表面宽度。 优选地，所述采集系统，包括 接收单元，与所述传感系统相连，用于接收所述电压波形和电流波形； 预处理单元，与所述接收单元相连，用于对所述电压波形和电流波形进行预处理，
得到所述预处理结果； 采集单元，与所述预处理单元相连，用于对所述预处理结果进行所述采集，获得所 述采集结果； 通信单元，与所述采集单元及上位处理设备相连，用于将所述采集结果发送给所 述上位处理设备。 为了解决上述技术问题，本发明还提出了一种三轨检测方法，包括 通过一模拟集电靴与所述三轨的滑动接触，使得所述三轨的电能输送到轨道列车
上； 自动在线检测所述三轨对所述模拟集电靴进行供电的电压波形和电流波形；
对所述电压波形和电流波形进行预处理得到预处理结果；
对所述预处理结果进行采集，获得采集结果；
对所述采集结果进行数据处理。
优选地，该方法进一步包括 检测所述电压波形和电流波形时，检测所述三轨的物理安装尺寸，获得所述三轨
的物理安装信息以及所述轨道列车的运行信息； 所述预处理包括对所述物理安装信息进行预处理； 根据所述运行信息，对所述数据处理得到的处理结果进行分类。 优选地，所述物理安装信息，包括三轨高度、中心线偏移、三轨表面宽度及震动波形。 与现有技术相比，本发明利用先进的传感器和AD采集技术，通过数据处理设备全 自动在线检测三轨与集电靴的接触性能，节约了人工和时间，提高了检测效率和检测精度， 不仅可以检测三轨的物理安装尺寸，还可以检测三轨和集电靴之间的输送电性能，首次提 出了利用电压电流波形指标来判断三轨和集电靴的接触性能。
图1是本发明装置实施例组成示意图。
图2是本发明装置实施例中传感系统的组成示意图。
图3是本发明方法实施例的流程示意图。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用
技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
图1为本发明装置实施例组成示意图。如图1所示，该实施例用于地铁中三轨的
检测，主要包括模拟集电靴110、传感系统120、采集系统130及上位处理设备140，其中 模拟集电靴IIO，为三轨受电装置，用于接受三轨为地铁列车提供的电能；当其在
三轨表面滑动，通过与三轨的滑动接触，使得三轨的电能顺利输送到地铁列车上； 传感系统120，安装在模拟集电靴110上，用于检测三轨的物理安装尺寸，以及三
轨对模拟集电靴110进行供电的供电状态，获得三轨检测信号，并将该三轨检测信号发送
给采集系统130 ;其中该三轨检测信号包括检测三轨物理安装尺寸获得的三轨物理安装信
息，比如三轨高度、中心线偏移、三轨表面宽度及震动波形，还包括检测供电状态得到的供
电信息如集电靴上的压力波形、电压波形及电流波形，另外还包括运行时间及里程； 采集系统130，与传感系统120通过屏蔽电缆相连接，接收到传感系统120发送的
三轨检测信号后，对该三轨检测信号进行预处理，然后把经过预处理之后的预处理结果进
行AD采集，然后把AD采集结果(即量化数据)根据通用串行总线(USB)通信协议发送给
上位处理设备140 ;及 上位处理设备140，与采集系统130相连，用于接收采集系统130根据USB通信协 议发送过来的AD采集结果后存储，并对该AD采集结果进行滤波、变换等数据处理，利用相 关的算法结合实际的试验数据进行分类处理，并把分类处理结果保存成文件，供日后查询。
在本实施例中，模拟集电靴110是一个由钢板加工而成的形状和普通集电靴相似 的部件，且与三轨的接触面能光滑可靠接触。该钢板上开孔并做槽，以安装各种传感器，使 得各种传感器能如实反应三轨和模拟集电靴110的接触关系，以及三轨的尺寸如高度等， 并且三轨能通过该模拟集电靴提供电源给负载，比如测试过程中的模拟负载。本实施例中， 该模拟集电靴110是由钢板加工而成的，在其它实施例中，模拟集电靴110也可以是其他硬 质材料加工而成。 在本实施例中，该传感系统120由多种传感器组成，该些传感器包括压力传感器、
加速度传感器、速度传感器、高度传感器、光纤传感器、电压传感器及电流传感器。 其中，压力传感器用于检测地铁列车对三轨的压力。加速度传感器用于检测模拟
集电靴110的振动，以判断检测点是否为接触硬点。速度传感器用于获取地铁列车的行驶
速度，以获得地铁列车所处的位置，由于本装置可以长距离不间断检测，为了便于分析定位
故障所在位置，通过采用速度传感器，并对速度传感器所获得的速度进行积分，得到当前列
车所在的位置(据此可以获得前述的运行里程)。高度传感器用于检测三轨的高度，光纤传
感器用于检测三轨的中心线偏移和表面宽度，电压传感器和电流传感器分别用于检测模拟
集电靴IIO对地铁列车供电时的电压和电流。其中，压力传感器、加速度传感器、高度传感
器、光纤传感器等用于检测三轨的物理安装尺寸，速度传感器用于定位地铁列车的运行里
程，电压传感器和电流传感器用于检测三轨对模拟集电靴110进行供电的供电状态。
上述的接触硬点，是指三轨表面上有凹凸不平、或是异物焊渣等附着在上面。当有 这些情况存在时，表面平滑的集电靴以一定的速度和压力通过时，会产生垂直方向的振动。 加速度传感器根据振动变化的大小，可以判断该处的表面光滑程度。 由于本实施例的传感系统120中包含电压传感器和电流传感器，因此本实施例不 仅可以用在冷滑的时候检测三轨的物理安装尺寸，还可以用在热滑的时候检测三轨对集电 靴供电的情况，从电气的角度来检测三轨和集电靴的关系。由于在热滑检测的时候，三轨和 模拟集电靴110是带电的，并通过模拟集电靴110对地铁列车进行供电，因此可以通过电压 传感器和电流传感器来检测热滑过程中电压和电流的变化情况。 在传感系统120获得三轨检测信号后，将该三轨检测信号发送给采集系统130。
在本发明的其它实施例中，传感系统120可以包含上述各种传感器中的一种或者 多种。 上述采集系统130，对该三轨检测信号进行预处理，是因为传感系统120所采集到 的信号，有的可能是电流信号，有的是电压信号，还有的可能是光信号，该预处理即为将这 些信号进行统一。在本实施例中，是统一变换为0 5V的电压信号。 上述上位处理设备140所进行的分类处理，是按照采集信号的目标功能，将三轨 高度、中心线偏移、三轨表面宽度及震动波形，集电靴上的压力波形、电压波形及电流波形， 以及运行信息如运行时间及运行里程等这些数据一一对应后保存为文件，以备后续通过时 间和里程得到该处的上述所有的参数测量结果。 图2为在本实施例中该采集系统130的组成示意图。如图2所示，该采集系统130 主要包括接收单元210、预处理单元220、 AD采集单元230及通信单元240，其中
接收单元210，与传感系统120通过屏蔽电缆相连，用于接收传感系统120发送的 三轨检测信号； 预处理单元220，与接收单元210相连，用于对接收单元120所接收到的三轨检测 信号进行预处理，得到预处理结果，该预处理结果为统一的0 5V电压信号；
AD采集单元230，与预处理单元220相连，用于对预处理结果进行AD采集，获得AD 采集结果；及 通信单元240，与AD采集单元230及上位处理设备140相连，用于根据USB2. 0通 信协议，将AD采集结果发送给上位处理设备140 ;在本实施例中，该通信单元240为一中央 处理器(CPU)。 图3示出了本发明三轨检测方法一实施例的流程示意图，结合上述图1所示本发 明装置实施例以及图2所示传感系统120的组成，本发明方法主要包括如下步骤
步骤S310，通过模拟集电靴与三轨的滑动接触，使得三轨的电能顺利输送到轨道 列车上； 步骤S320，自动在线检测三轨的物理安装尺寸，获得三轨的物理安装信息；检测 三轨对模拟集电靴进行供电的供电状态，获得供电信息；记录轨道列车的运行信息；
步骤S330，对该物理安装信息及供电信息进行预处理得到预处理结果，对该预处 理结果进行AD采集得到AD采集结果； 步骤S340，存储该AD采集结果，并对该AD采集结果进行滤波、变换等数据处理，利 用相关的算法结合实际的试验数据，根据该运行信息进行分类处理，并把分类处理结果保
7存成文件，供日后查询。 上述步骤S320中三轨的物理安装尺寸，包括通过压力传感器检测到的地铁列车 对三轨的压力信息，通过加速度传感器检测到的检测点是否为接触硬点的接触硬点信息， 通过速度传感器所获得地铁列车所处的位置信息，通过高度传感器检测到的三轨的高度信 息，通过光纤传感器检测到的三轨的中心线偏移量和三轨表面宽度信息。上述步骤S320中 三轨对模拟集电靴进行供电的供电状态，包括通过电压传感器和电流传感器分别检测到的 模拟集电靴对地铁列车供电时的电压信息和电流信息。当然，在本发明方法的其它实施例 中，也可以是上述的部分信息。 现有技术中的三轨检测，都是通过人工逐点测量来获得三轨的物理尺寸和安装尺 寸，而没有一个实时的全系统的检测过程。本发明不仅从检测三轨的物理安装尺寸，还能检 测三轨和模拟集电靴的输送电性能，并通过物理安装尺寸和输送电性能这两方面的配合， 来判断三轨和模拟集电靴的接触性能。由于本发明是从物理尺寸和电气结合的角度来判断 三轨和集电靴的接触性能，更符合验证三轨和集电靴的供电关系这一最终的检测目的。
针对现有技术采用人工逐点检测的方式，本发明利用先进的传感器和AD采集技 术，通过数据处理设备全自动在线检测，并把检测到的结果数据进行保存和分析，节约了大 量的人工和时间，提高了检测效率。由于是自动化检测，可以最大程度减少人为误差，大大 提高了检测精度。 虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采 用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本 发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化， 但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
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权利要求
一种三轨检测装置，其特征在于，包括模拟集电靴，用于接受所述三轨的供电；传感系统，安装在所述模拟集电靴上，用于获得三轨对所述模拟集电靴进行供电的电压波形和电流波形；采集系统，与所述传感系统相连，用于对所述电压波形和电流波形进行预处理，并将预处理结果进行采集，获得采集结果；上位处理设备，与所述采集系统相连，用于获得所述采集结果，对所述采集结果进行数据处理。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述模拟集电靴，为硬质材料加工而成。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感系统，包括电压传感器，用于检测所述三轨对所述模拟集电靴供电时的电压；电流传感器，用于检测所述三轨对所述模拟集电靴供电时的电流。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于所述传感系统，进一步用于获得所述三轨的物理安装信息，以及轨道列车的运行信息；所述采集系统，进一步用于获取所述运行信息，对所述物理安装信息进行预处理；所述上位处理设备，进一步用于根据所述运行信息，将所述数据处理得到的处理结果进行分类。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感系统，进一步包括压力传感器，用于检测对三轨的压力；加速度传感器，用于检测所述模拟集电靴的振动；速度传感器，用于获取行驶速度；高度传感器，用于检测三轨的高度；光纤传感器，用于检测三轨的中心线偏移和表面宽度。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集系统，包括接收单元，与所述传感系统相连，用于接收所述电压波形和电流波形；预处理单元，与所述接收单元相连，用于对所述电压波形和电流波形进行预处理，得到所述预处理结果；采集单元，与所述预处理单元相连，用于对所述预处理结果进行所述采集，获得所述采集结果；通信单元，与所述采集单元及上位处理设备相连，用于将所述采集结果发送给所述上位处理设备。
7. —种三轨检测方法，其特征在于，包括通过一模拟集电靴与所述三轨的滑动接触，使得所述三轨的电能输送到轨道列车上；自动在线检测所述三轨对所述模拟集电靴进行供电的电压波形和电流波形；对所述电压波形和电流波形进行预处理得到预处理结果；对所述预处理结果进行采集，获得采集结果；对所述采集结果进行数据处理。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括检测所述电压波形和电流波形时，检测所述三轨的物理安装尺寸，获得所述三轨的物 理安装信息以及所述轨道列车的运行信息；所述预处理包括对所述物理安装信息进行预处理； 根据所述运行信息，对所述数据处理得到的处理结果进行分类。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，包括所述物理安装信息，包括三轨高度、中心线偏移、三轨表面宽度及震动波形。
全文摘要
本发明公开了一种三轨检测装置和方法，用于检测三轨与集电靴之间的接触性能。其中该方法包括通过一模拟集电靴与三轨的滑动接触，使得三轨的电能输送到轨道列车上；通过集电靴上面的电压电流变化反应集电靴和三轨的接触性能；自动在线检测三轨的物理安装尺寸，获得三轨的物理安装信息以及轨道列车的运行信息；对物理安装信息进行预处理得到预处理结果；对预处理结果进行采集，获得采集结果；对采集结果进行数据处理，根据运行信息对处理结果进行分类。与现有技术相比，本发明利用先进的传感器和采集技术，通过数据处理设备全自动在线检测三轨与集电靴的接触性能，节约了人工和时间，提高了检测效率和检测精度。
文档编号G01R19/00GK101701976SQ20091008701
公开日2010年5月5日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者刘培栋, 林云志, 王建源, 罗兵, 黄炜 申请人:中铁电气化局集团有限公司