本发明属于测试技术领域，一种铁路接触网动态监测装置。
背景技术：
接触网是沿高速铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，是电气化牵引供电设备的一个重要组成部分，主要由接触线6、承力索4、吊弦5等大尺度柔性索组成，它广泛分布在平原及高山峻岭，直接暴露于风雪雨露等自然环境之中，常年遭受风、霜、雨、雪的侵蚀和高速运行受电弓的冲击和振动，其机械和电气性能及状态都在动态变化之中，运行环境相当恶劣，且无备用。高速铁路电气化列车通过受电弓与接触网的接触获取驱动电能，接触网运行性能直接影响到牵引供电系统供电的稳定性进而直接影响着高速铁路运输的安全性。
根据铁路现场统计，接触网最严重的事故可分为以下几种情况，情况一:机车受电弓和接触网的相互作用是一个很复杂的振动系统，当外力(如机车受电弓牵引力、风力)作用在接触网的任意一点时，就会在导线上产生振动波，这种波通过支柱处定位悬挂点或吊弦5点时，又会全部或部分反射出来，反射波又叠加到发射波上，接触线6悬挂在吊弦5上，使承力索4也会产生振动，使振动过程变得更加复杂。大风条件或列车运行中接触线6在受电弓抬升力作用下也会产生上下振动，使拉出值或导高超限导致受电弓受到其他定位装置的击打而损坏，损坏的受电弓继续运行进而严重毁坏接触网，造成电气化铁路长时间瘫痪；
情况二:接触网为柔性系统，电力机车运行过程中，受电弓与接触网耦合系统的动态受流对接触线6产生较高的循环应力作用，容易发生疲劳破坏。而疲劳破坏是一种脆性破坏，没有明显的宏观变形，容易造成接触线6断线，造成电气化铁路瘫痪；
情况三:由于锚段张力调节装置发生故障或吊弦5断线等原因使接触线6或承力索4的张力超出范围致接触线6钻入受电弓弓头下方，造成“钻弓”事故，自动降弓装置将不动作，受电弓将大规模毁坏接触网支持装置，造成电气化铁路长时间瘫痪。
为了最大程度保证接触网系统的安全运行，需要对接触网的工作状态及参数进行测量以排除安全隐患，通常的做法之一靠人工沿线路现场测量，该方法精度差、效率低，无法满足现代电气化铁路高速、高密度的运行要求。通常的做法之二利用自动化接触网检测设备，该设备一般安装在专用的轨道车辆上，如接触网检测车、轨道检测车、综合检测车或接触网作业车等，由各铁路主管部门负责调度，定期或不定期地对接触网进行检测，每两次检测时间间隔短则一天，长则数个月不等，虽可获得相对准确的接触网检测数据，但该数据一般为静态参数检测数据，而线路周边环境随时间会有所变化，如风向、风力、气温、湿度等，所测量得到的线缆张力、动态抬升量数据仅为测量时刻的情况，无法得到其他时刻的测量数据，因此无法反映电力机车实际运行时情况，也无法得到电力机车运行时的接触网动态参数检测数据。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题：提供一种高精度、实时的铁路接触网动态监测装置。
本发明的技术方案：一种铁路接触网动态监测装置，其特征为：所述的装置包括张力测量系统1、振动测量系统2、信号汇集器3，在铁路接触网锚段两端的接触线6和承力索4的线索补偿绳上及跨区间的承力索4上分别安装一套张力测量系统1，跨区间承力索4上及接触线6的吊弦5底部分别安装一套振动测量系统2；
张力测量系统1和振动测量系统2分别采集所在安装位置的动态张力信号和三个轴向的动态加速度信号，并通过无线通信方式发送至信号汇集器3；
信号汇集器3利用miner线性损伤累积理论，估计接触线6和承力索4的实用寿命。
进一步，通过以下公式计算接触线6和承力索4线索疲劳应力δ：
其中：
p-接触线的动态抬升力
e-接触线弹性模量
i-接触线惯性矩
t-接触线实测张力
z-接触线抗弯模量
v-接触线取流速度
c-接触线波动速度
动态抬升力p＝az.m，m为振动测量系统2的质量，az为振动测量系统2测得的上下方向震动加速度。
进一步，通过振动测量系统测得的三个方向震动加速度，分别计算得出每个方向的动态位移量，根据事先设定的阈值进行告警。
本发明的有益效果：利用多个分布式在线独立的张力测量系统、振动测量系统及信号汇集器，解决铁路接触网工作状态及参数测量时现有人工巡视检测效率低、准确率差、反应速度慢的问题，也可解决现用专用轨道车无法对电力机车运行时接触网中接触线6、承力索4动态参数的实时检测和对接触线6和承力索4疲劳损伤精确评估的问题。
附图说明
图1为本发明的组成布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
请参见图1，一种高速铁路接触网动态监测装置，包括张力测量系统1、振动测量系统2、信号汇集器3，在高速铁路接触网锚段两端的接触线6和承力索4的线索补偿绳上及跨区间的承力索4上各安装一套张力测量系统1，跨区间的承力索4上及接触线6和承力索4间新安装的吊弦5底部各安装一套振动测量系统2，每个锚段间张力测量系统1及振动测量系统2安装位置见图1，张力测量系统1包括张力传感器、信号采集器、电源和外壳，张力测量系统1采用旁压式拉力传感器的“三点弯曲法”测量张力大小。
旁压式张力传感器为剪切梁结构。线缆通过u型螺栓固定在传感器上，当线缆受拉力时，力通过导向轮作用于传感器上，传感器信号经处理后通过信号采集器以无线通讯方式传送给信号汇集器3。
振动测量系统2包括惯性传感器、信号采集器、电源和外壳，惯性传感器选用三轴加速度计，当接触网产生振动时，惯性传感器便实时检测出检测点处的三个轴向的加速度信号，当加速度计采样间隔为t0，该周期内单轴加速度数据分别为a1、a2、……、an时，该周期内线缆单方向的位移sn可以表示为：
加速度信号通过信号采集器的分析计算可以确定该振动周期内线缆振动幅度及该幅度范围发生的频率，计算结果经信号采集器以无线通讯方式传送给信号汇集器3。
整套装置的工作步骤如下：
步骤一：张力测量系统1对所在安装位置的动态张力信号进行采集并通过无线方式传送给信号汇集器3；振动测量系统2对所在安装位置的三个轴向的动态加速度信号进行采集并通过无线通讯方式传送给信号汇集器3；
步骤二：信号汇集器3通过无线通讯方式接收来至张力测量系统1、振动测量系统2的信号并对各张力测量系统1、振动测量系统2的信号加以存储并进行分析计算，对振动测量系统2的上下(z轴)方向、铁路轨道左右(y轴)方向及铁路轨道(x轴)方向的三个方向动态位移量计算方法如下：当加速度计采样间隔为t0，该周期内上下(z轴)方向加速度数据分别为az1、az2、……、azn时，该周期内上下(z轴)的位移szn表示为：
该周期内左右(y轴)方向加速度数据分别为ay1、ay2、……、ayn时，该周期内左右(y轴)方向的位移syn表示为：
该周期内铁路轨道(x轴)方向加速度数据分别为ax1、ax2、……、axn时，该周期内上下(x轴)的位移sxn表示为：
通过上下(z轴)方向加速度值计算动态抬升力p:
p＝az.m
式中m为振动测量系统2的质量。
信号汇集器3的软件当发现张力测量系统1的检测数据超出张力允许范围或振动测量系统2的检测位移数据、动态抬升力超出规定允许范围时，信号汇集器3及时通过无线通讯方式将发生超标的张力及位移、动态抬升力参数及发生超出值的位置信息上传给远方控制中心。
步骤三：信号汇集器3的对各张力测量系统1每日的动态张力信号和各振动测量系统2三个轴向的动态位移信号及抬升力进行分类和统计，评估接触线6和承力索4线索寿命的过程：
1.统计接触线6和承力索4线索的张力(t)并转换为疲劳应力
δ：
p-接触线的动态抬升力
e-接触线弹性模量
i-接触线惯性矩
t-接触线实测张力
z-接触线抗弯模量
v-接触线取流速度
c-接触线波动速度
动态抬升力p＝az.m，m为振动测量系统2的质量，az为振动测量系统2测得的上下方向震动加速度。
2.利用miner线性损伤累积理论，估计寿命；
利用疲劳应力δ确定工作循环应力sa和平均应力sm：
在应力水平si作用下，经受ni次循环的损伤为di＝ni/ni。若在k个应力水平si作用下各经受ni次循环，则可定义其总损伤为
破坏准则为
d＝σni/ni＝1
其中，
ni是在si作用下的循环次数，ni是在si作用下循环到破坏的寿命
按每日b次的行车密度及大风等引起的振动次数，换算成时间单位(年)：t＝(1/d)/(b*365)。