受电弓下导杆载荷传感器、测量系统、测量方法及受电弓与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种受电弓下导杆载荷传感器、测量系统、测量方法及受电弓。


背景技术：

2.地铁逐渐成为一座城市主要的、高效的交通工具，与其它城市交通运输方式相比，地铁最大的好处便是运量大，运输能力大约是汽车和公交车的七到十倍，可以给居民提供便利。此外，地铁运行速度快，行驶的速度可以达到每小时80km，城际地铁可达到时速160km，节约了较多时间。高速列车的动力来自于铁道边的高压电，而电力输送靠列车上的受电弓与电网接触，由受电弓和接触网组成的电力系统就叫弓网系统(pantograph-catenary system)，这个系统也可以用来控制列车的行、停。城市地铁的运营安全，尤其是弓网间正常的工作状态带去了严重的挑战。这是因为，当地铁在运行时，由于弓网的振动，使得受电弓滑板与接触网导线之间的接触压力呈随机变化的特征，导致接触压力不恒定。若此时受电弓的弓头重心不平衡或转动不灵活，则会让协助受电弓下臂而举起上臂的下导杆，承受很大的负荷，若受电弓下导杆两端轴承组成的铰链系统出现卡滞状况，则受电弓的四连杆机构会失去动态调节弓头高度和平衡的作用，那么就存在下导杆或/和球铰断裂的风险。
3.现有技术中有方案研究在下导杆表面直接黏贴电子应变片的试验方法去研究下导杆的受力状况，由于是非带电作业，且行驶速度较慢，则不能真实反应电客车实际行驶时下导杆的载荷状态。
4.因此，亟需一种在弓网系统受电弓正常受流工作状态下能够实时监测下导杆应力、弯矩的传感器产品。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种受电弓下导杆载荷传感器，能够在受电弓正常受流工作状态下实时监测下导杆应力、弯矩，以及通过应力和弯矩判别下导杆两端球型铰链是否卡滞。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种受电弓下导杆载荷传感器，所述受电弓包括四连杆结构，所述四连杆结构包括下导杆，所述载荷传感器包括传感器主体；所述传感器主体具有n个受力面，每一受力面上集成有载荷芯片，n个载荷芯片位于同一截面圆周，所述传感器主体的一端设有螺柱，所述传感器主体的另一端设有螺柱孔，n为大于等于2的偶数。
7.可选的，所述传感器主体具有四个受力面，其中两个相对受力面与所述四连杆结构的平面相平行，另外两个相对受力面与所述四连杆结构的平面相垂直。
8.可选的，所述传感器主体还包括引纤槽；所述引纤槽设置于每一受力面靠近所述螺柱孔的一侧，每一载荷芯片的光纤尾纤经由所述引纤槽引出。
9.可选的，所述受电弓下导杆载荷传感器还包括：传感器罩壳，所述传感器罩壳设有
与所述引纤槽相对应的光纤尾缆堵头，各个载荷芯片的光纤尾纤经由所述光纤尾缆堵头穿出。
10.可选的，根据权利要求1所述的受电弓下导杆载荷传感器，其特征在于，所述传感器主体还包括密封盖盘，所述密封盖盘设置于靠近所述螺柱的一侧，所述密封盖盘上设有多个第一螺栓孔；所述载荷传感器还包括传感器罩壳，所述传感器罩壳具有盖盘面，所述盖盘面设有与所述多个第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔。
11.可选的，所述传感器主体还包括盖盘密封圈，设置于所述密封盖盘与所述传感器罩壳的盖盘面的连接位置。
12.可选的，所述传感器主体还包括密封圈，所述密封圈设置于靠近所述螺柱孔的一侧；所述载荷传感器还包括传感器罩壳，所述传感器罩壳经由所述密封圈套入所述传感器主体。
13.可选的，所述载荷芯片的集成方式选自：螺丝紧固、嵌入、焊接、黏贴和植入。
14.本发明实施例还公开了一种基于所述受电弓下导杆载荷传感器的受电弓下导杆状态测量方法，所述载荷传感器通过螺柱孔和螺柱与所述下导杆一体化连接，所述测量方法包括：获取各个载荷芯片在所述下导杆无载荷时的初始测量值，以及所述各个载荷芯片的当前测量值；至少根据每一载荷芯片的当前测量值与所述初始测量值的变化量确定所述下导杆在当前时刻的拉力、弯矩和/或球铰卡滞状态。
15.可选的，所述当前测量值包括当前波长值以及当前温度值，所述初始测量值包括初始波长值以及初始温度值，所述至少根据每一载荷芯片的当前测量值与所述初始测量值的变化量确定所述下导杆在当前时刻的拉力包括：计算每一载荷芯片的当前波长值与所述初始波长值的波长差值，以及每一载荷芯片的当前温度值与初始温度值的温度差值；利用所述波长差值计算拉力变化值，以及利用所述温度差值计算温度补偿值；计算各个载荷芯片的拉力变化值与所述温度补偿值之和，以作为所述下导杆在当前时刻的拉力。
16.可选的，采用以下公式计算所述拉力：其中，f
pf
(t)用于表示所述下导杆在t时刻的拉力值，n用于表示所述载荷芯片的总数量，k
pf,n
用于表示第n个载荷芯片的拉力系数，λn(t)用于表示第n个载荷芯片在t时刻的波长值，λ0,n用于表示第n个载荷芯片在无载荷时的波长值，kt,n用于表示第n个载荷芯片的温漂系数，t(t)用于表示t时刻的温度值，t0用于表示初始时刻的温度值。
17.可选的，采用以下公式计算所述下导杆在当前时刻的弯矩包括：m
i,i-opp
(t)＝k
m,i
{λi(t)-λ
0,i
+k
t,i
[t(t)-t0]}-k
m-opp,i-opp
{λ
opp,i-opp
(t)-λ
0-opp,i-opp
+k
t-opp,i-opp
[t(t)-t0]}，其中，i＝1,2,3,
…
,i，其中，mi,i-opp(t)用于表示所述下导杆第i,i-opp弯曲方向上在t时刻的弯矩值，n用于表示在所述载荷芯片的总数量，i用于表示下导杆同一横截面上正对向的两支载荷芯片的配对数量，k
m,i
用于表示下导杆第i个载荷传感器的弯矩系数，λi(t)用于表示第i个载荷芯片在t时刻的波长值，λ0,i用于表示第i个载荷芯片在无载荷时的波长值，kt,i用于表示第i个载荷芯片的温漂系数，k
m-opp,i-opp
用于表示下导杆第i个载荷芯片所正对向的载荷芯片的弯矩系数，λ
opp,i-opp
(t)用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯片在t时刻的波长值，λ
0-opp,i-opp
用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯
片在无载荷时的波长值，k
t-opp,i-opp
用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯片的温漂系数，t(t)用于表示t时刻的温度值，t0用于表示初始时刻的温度值。
[0018]
可选的，所述至少根据每一载荷芯片的当前测量值与所述初始测量值的变化量确定所述下导杆在当前时刻的球铰卡滞状态包括：根据受电弓下臂最大驱动力矩值分别计算出受电弓弓头在不同高度下的卡滞拉力值和卡滞弯矩值，所述下导杆两端的球型铰链轴在所述卡滞拉力值和卡滞弯矩值下完全卡滞；将所述当前时刻的拉力与所述卡滞拉力值进行比较，以及将所述当前时刻的弯矩与所述卡滞弯矩值进行比较；在所述当前时刻的拉力大于所述卡滞拉力值，且所述当前时刻的弯矩大于所述卡滞弯矩值时，判定所述下导杆两端的球型铰链轴处于卡滞状态。
[0019]
可选的，所述方法还包括：在判定所述下导杆两端的球型铰链轴处于卡滞状态后，根据所述当前时刻的弯矩的正负值确定所述下导杆弯曲的方向。
[0020]
可选的，所述根据所述当前时刻的弯矩的正负值确定所述下导杆弯曲的方向包括：在所述当前时刻的弯矩为正时，判定所述下导杆中部向四连杆机构框内凸出；在所述当前时刻的弯矩为负时，判定所述下导杆中部向四连杆机构框外凸出。
[0021]
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行所述受电弓下导杆状态测量方法的步骤。
[0022]
本发明实施例还公开了一种受电弓下导杆状态测量系统，所述测量系统包括：所述受电弓下导杆载荷传感器，用于接收光信号；处理器，与所述载荷传感器耦接，用于处理所述载荷传感器采集的信号。
[0023]
本发明实施例还公开了一种受电弓，所述受电弓包括所述受电弓下导杆载荷传感器以及四连杆结构；所述四连杆结构包括下导杆，所述下导杆的一端设有螺柱孔，所述下导杆的另一端设有球形铰链，所述传感器主体的螺柱与所述下导杆的螺栓孔相旋接，所述传感器主体的螺柱孔与所述下导杆的球形铰链相旋接。
[0024]
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0025]
本发明技术方案中，所述载荷传感器包括传感器主体；所述传感器主体具有n个受力面，每一受力面上集成有载荷芯片，n个载荷芯片位于同一截面圆周，所述传感器主体的一端设有螺柱，所述传感器主体的另一端设有螺柱孔，n为大于等于2的偶数。本发明技术方案中，载荷芯片通过与受力面进行集成，使载荷芯片与受力面成为一体，而传感器主体可以通过两侧的螺柱和螺栓孔与下导杆相连接，使得载荷传感器整体与受电弓的下导杆成为一体，从而使得传感器能够在受电弓正常受流工作状态实时监测下导杆的受力状态，实现对下导杆工作状态的监测和维护。此外，本发明技术方案的载荷传感器能够实现与下导杆的安装和分离，能够适用于各种结构和类型的受电弓的下导杆，且不影响受电弓的生产、安装和维护，实现了传感器应用的便捷性。
[0026]
进一步地，通过集成在受电弓下导杆上的载荷传感器实时测量和计算下导杆的拉力和弯矩，以及识别出下导杆两端球型铰链的卡滞状况，能够实现对下导杆状态更精细的监测和维护。
附图说明
[0027]
图1是本发明实施例一种受电弓下导杆载荷传感器的结构示意图；
[0028]
图2是本发明实施例一种电弓下导杆载荷传感器的结构示意图；
[0029]
图3是本发明实施例一种受力面与载荷芯片集成后的剖面示意图；
[0030]
图4是本发明实施例一种传感器罩壳的结构示意图；
[0031]
图5是本发明实施例一种四连杆结构的结构示意图；
[0032]
图6是本发明实施例一种载荷传感器与下导杆连接后的剖面示意图；
[0033]
图7是本发明实施例中一种载荷芯片在下导杆同一圆周截面上的位置示意图；
[0034]
图8是本发明实施例中一种测量方法的示意图。
具体实施方式
[0035]
如背景技术中所述，亟需一种在弓网系统受电弓正常受流工作状态下能够实时监测下导杆应力、弯矩的传感器产品。
[0036]
本发明技术方案中，载荷芯片通过与受力面进行集成，使载荷芯片与受力面成为一体，而传感器主体可以通过两侧的螺柱和螺栓孔与下导杆相连接，使得载荷传感器整体与受电弓的下导杆成为一体，从而使得传感器能够在受电弓正常受流工作状态实时监测下导杆的受力状态，实现对下导杆工作状态的监测和维护。此外，本发明技术方案的载荷传感器能够实现与下导杆的安装和分离，不影响受电弓的生产、安装和维护，实现了传感器应用的便捷性。
[0037]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0038]
图1和图2是本发明实施例一种受电弓下导杆载荷传感器的结构示意图。
[0039]
图1和图2从不同角度示出了载荷传感器的一种具体结构。如图1所示，载荷传感器包括传感器主体，传感器主体包括4个受力面，也即受力面1.1、受力面1.2、受力面1.3和受力面1.4。每一受力面上集成有载荷敏感片(图未示)，也可称为载荷芯片。4个载荷芯片位于同一截面圆周。
[0040]
需要说明的是，多个载荷芯片可以成对地安装于下导杆任一圆周截面的相对的位置，本发明实施例对此不作限制。
[0041]
具体实施中，所述载荷芯片与受力面的集成方式选自：螺丝紧固、嵌入、焊接、黏贴和植入。
[0042]
传感器主体的一端设有螺柱3，所述传感器主体的另一端设有螺柱孔2。
[0043]
相应地，在受电弓下导杆结构中，所述下导杆的一端设有螺柱孔，所述下导杆的另一端设有球形铰链，所述传感器主体的螺柱3与所述下导杆的螺栓孔相旋接，所述传感器主体的螺柱孔2与所述下导杆的球形铰链相旋接。由此，载荷传感器与下导杆形成一体化的结构，在下导杆运动的过程中，载荷传感器也随着下导杆一起运动，从而使得载荷传感器能够更加精准的测量下导杆的应力和弯矩。
[0044]
结合参照图5，图5示出了本发明实施例中一种四连杆结构的结构示意图。其中，所述四连杆结构可以包括下导杆322、下臂324以及上臂323，还可以包括第一连接轴331、第二连接轴332、第三连接轴333以及第四连接轴334。
[0045]
所述连接轴可以是铰链轴，例如为球型铰链轴。
[0046]
所述第一连接轴331可以用于连接下臂324以及底架321，所述第二连接轴332可以
用于连接下导杆322以及底架321，所述第三连接轴333可以用于连接下导杆322以及上臂323，所述第四连接轴334可以用于连接下臂324以及上臂323。
[0047]
在受电弓的四连杆机构中，各个轴之间的距离是不变的，四连杆机构的内角和形状取决于受电弓的升弓工作高度。
[0048]
本发明实施例的载荷传感器可以与下导杆322集成在一起，所述传感器主体的螺柱3与所述下导杆322的螺栓孔相旋接，所述传感器主体的螺柱孔2与所述下导杆322的球形铰链相旋接。载荷传感器与下导杆322集成后的剖面示意图可参照图6。
[0049]
如图6所示，载荷芯片u1、载荷芯片u2、载荷芯片u3和载荷芯片u4(图未示)位于同一截面圆周。四支载荷芯片的感应方向沿下导杆322长度方向集成在靠近第二连接轴332处的下导杆外壁上。第二连接轴332表示下导杆一端的铰链轴。
[0050]
需要说明的是，在具体实施中，传感器主体还可以设置其他任意可实施数量的受力面，例如6个受力面、8个受力面等，本发明实施例对此不作限制。
[0051]
本发明一个非限制性的实施例中，传感器主体包括4个受力面时，其中两个相对受力面与所述四连杆结构的平面相平行，另外两个相对受力面与所述四连杆结构的平面相垂直。例如，受力面1.1和1.3垂直于四连杆结构的平面，而受力面1.2和1.4平行于四连杆结构的平面，且受力面1.1和1.3的面积小于受力面1.2和1.4的面积，以便于后续步骤中更好地识别下导杆两端的球型铰链轴的卡滞状态。那么，可以用每个受力面上的载荷芯片计算下导杆的拉力，用受力面1.1和1.3上的载荷芯片计算下导杆的纵向弯矩，用受力面1.2和1.4上的载荷芯片计算下导杆的横向弯矩。
[0052]
具体请参照图3，受力面1.1上集成有载荷芯片u1，受力面1.2上集成有载荷芯片u2，力面1.3上集成有载荷芯片u3，受力面1.4上集成有载荷芯片u4，受力面1.1和1.3的面积小于受力面1.2和1.4的面积。其中，载荷芯片u1和载荷芯片u3互为对端芯片，载荷芯片u2和载荷芯片u4互为对端芯片
[0053]
在具体实施中，载荷芯片可以是光纤传感芯片，例如可以是具有温度补偿功能的光纤应力芯片。进一步地，所述光纤传感芯片可以选自：微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)光纤传感器、微光机电系统(micro-opto-electro-mechanical system，moems)光纤传感器、微光机械系统(micro-opto-mechanical system，moms)光纤传感器。
[0054]
以mems光纤传感器为例，mems光纤传感技术是建立在微米/纳米机械学、光学基础上的21世纪前沿技术。该技术的质量块、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导系统都直接集成在一个微小的芯片上，真正实现了对振动、压力、电流温度等信号的全光检测和传输。制造出的mems芯片结构紧凑，一体式封装，参数一致性好，灵敏度高，动态范围大和线性度好，以及性能稳定、可靠等优点。
[0055]
mems芯片的硅基敏感结构采用微机电技术集成制造，信号采用光纤检测技术探测和读取，由此其具有mems传感技术与光纤传感技术的共同优点。且mems光纤传感技术克服了现有传感技术“宽频”与“高精度”的互相制约，其具有无源、宽温、微型化、抗电磁干扰、轻便、易组网和免维护特性，因此，可长期精准测量，降低智慧运维系统复杂度和成本。所以，mems光纤传感技术非常适用于对车辆受电弓、接触线及其关系的实时监测。
[0056]
需要指出的是，本发明实施例中的moems光纤传感器以及moms光纤传感器可以具
备上述mems光纤传感器的优点。
[0057]
需要说明的是，mems光纤载荷传感器可用其它以光纤作为感知或传输的单点式或/和集成式光学传感器(如光纤光栅fbg)或/和电子类传感器(如电阻应变片)替代，本发明实施例对此不作限制。
[0058]
继续参照图1和图2，所述传感器主体还包括引纤槽，引纤槽设置于每一受力面靠近所述螺柱孔2的一侧。每一载荷芯片的光纤尾纤经由所述引纤槽引出。引纤槽的作用是可以更好地汇集光纤尾纤。具体地，受力面1.1设置有引纤槽5.1，受力面1.1上载荷芯片u1的光纤尾纤经由所述引纤槽5.1引出。每一受力面上均设置有引纤槽(图中未示出)。
[0059]
进一步地，请参照图4，载荷传感器还包括传感器罩壳，所述传感器罩壳设有与所述引纤槽相对应的光纤尾缆堵头7，各个载荷芯片的光纤尾纤经由所述光纤尾缆堵头穿出。具体地，光纤尾纤经由引纤槽引出，在集束后通过传感器罩壳上的光纤尾缆堵头7穿出。传感器罩壳用于罩在传感器主体的外面，实现防尘防水的作用。
[0060]
继续参照图1、图2和图4，所述传感器主体还包括密封盖盘4，所述密封盖盘设置于靠近所述螺柱的一侧，所述密封盖盘上设有多个第一螺栓孔。相应地，传感器罩壳具有盖盘面8，所述盖盘面8设有与所述多个第一螺栓孔相对应的第二螺栓孔。通过将螺丝穿过第一螺栓孔与第二螺栓孔旋紧，将传感器主体与传感器罩壳固定在一起，完成对载荷传感器的封装。具体地，密封盖盘4呈圆盘形状，其上有四个第一螺栓孔，用于与传感器罩壳相互对接。
[0061]
进一步地，所述传感器主体还包括盖盘密封圈4.1，设置于所述密封盖盘4与所述传感器罩壳的盖盘面8的连接位置。通过在传感器主体的密封盖盘4与所述传感器罩壳的盖盘面8衔接了盖盘密封圈4.1，能够实现对传感器更好的防尘、防水作用。
[0062]
继续参照图1和图2，所述传感器主体还包括密封圈6.1和密封圈6.2，所述密封圈设置于靠近所述螺柱孔2的一侧；所述载荷传感器还包括传感器罩壳，所述传感器罩壳经由所述密封圈套入所述传感器主体。通过密封圈6.1和密封圈6.2，可以在传感器罩壳在套入传感器主体后，更好地起到防尘、防水的作用。
[0063]
在本发明一个具体应用场景中，载荷传感器中可以设置8个载荷芯片，相应地，载荷传感器的传感器主体包括8个受力面。如图7所示，8个载荷芯片成对地安装下导杆任一圆周截面的相对的位置，如序号n＝1的载荷芯片，位于1端，与之相对的是序号n＝5的载荷芯片，位于1-opp端。同理，序号n＝2的载荷芯片，位于2端，与之相对的是序号n＝6的载荷芯片，位于2-opp端；序号n＝3的载荷芯片，位于3端，与之相对的是序号n＝7的载荷芯片，位于3-opp端；序号n＝4的载荷芯片，位于4端，与之相对的是序号n＝8的载荷芯片，位于4-opp端。其中，1端、1-opp端、2端、2-opp端、3端、3-opp端、4端、4-opp端分别位于传感器主体的8个受力面。
[0064]
请参照图8，本发明实施例还公开了一种受电弓下导杆状态测量方法，所述测量方法可以包括以下步骤：
[0065]
步骤s801：获取各个载荷芯片在所述下导杆无载荷时的初始测量值，以及所述各个载荷芯片的当前测量值；
[0066]
步骤s802：至少根据每一载荷芯片的当前测量值与所述初始测量值的变化量确定所述下导杆在当前时刻的拉力、弯矩和/或球铰卡滞状态。
[0067]
需要指出的是，本实施例中各个步骤的序号并不代表对各个步骤的执行顺序的限定。
[0068]
本实施例中，所述载荷芯片的信号可以用于指示所述下导杆的拉力。可以根据所述下导杆上存在有载荷时拉力以及无载荷时拉力的比较结果，确定当前下导杆的拉力是否在正常承受范围内。对于下导杆拉力的测量可以是，4只光纤应力芯片各自在有载荷时相比无载荷时的力的变化量之和。需要说明的是，以一种非限制性的受电弓为例，下导杆两端的最大拉力值可以为10000n，正常工作下下导杆的拉力值可以为7000n～8000n。
[0069]
在本发明一个非限制性的实施例中，图8所示步骤s802可以包括以下步骤：计算每一载荷芯片的当前波长值与所述初始波长值的波长差值，以及每一载荷芯片的当前温度值与初始温度值的温度差值；利用所述波长差值计算拉力变化值，以及利用所述温度差值计算温度补偿值；计算各个载荷芯片的拉力变化值与所述温度补偿值之和，以作为所述下导杆在当前时刻的拉力。
[0070]
进一步地，可以采用以下公式计算所述拉力：其中，f
pf
(t)用于表示所述下导杆在t时刻的拉力值，n用于表示所述载荷芯片的总数量，k
pf,n
用于表示第n个载荷芯片的拉力系数，λn(t)用于表示第n个载荷芯片在t时刻的波长值，λ
0,n
用于表示第n个载荷芯片在无载荷时的波长值，k
t,n
用于表示第n个光纤载荷传感器的温漂系数，t(t)用于表示t时刻的温度值，t0用于表示初始时刻的温度值。
[0071]
在一个具体的实施例中，结合图3所示传感器结构，载荷芯片的总数量为4时，可以采用以下公式计算所述拉力：或者，上述公式还可以变形为
[0072]
需要说明的是，拉力系数k
pf,n
以及温漂系数k
t,n
可以是预先标定好的，载荷芯片在无载荷时的波长值λ
0,n
以及初始时刻的温度值t0可以是预先测量得到的,本发明实施例对具体的标定方式和具体的测量方式不作限制。
[0073]
在本发明一个非限制性的实施例中，对于下导杆的弯矩监测，也可以设置下导杆的拉力监测的载荷传感器的结构，进而可以根据所述下导杆上存在有载荷时以及无载荷时的弯矩的比较结果，确定当前下导杆的弯矩是否在正常承受范围内。
[0074]
具体地，所述载荷传感器可以成对地安装在所述下导杆任意截面的同一个截面圆周上，且所述成对的载荷传感器可以呈中心对称，载荷芯片的载荷信号用于指示所述下导杆的弯矩。
[0075]
具体采用以下公式计算所述下导杆在当前时刻的弯矩包括：m
i,i-opp
(t)＝k
m,i
{λi(t)-λ
0,i
+k
t,i
[t(t)-t0]}-k
m-opp,i-opp
{λ
opp,i-opp
(t)-λ
0-opp,i-opp
+k
t-opp,i-opp
[t(t)-t0]}，其中，i＝1,2,3,
…
,i，其中，m
i,i-opp
(t)用于表示所述下导杆第i,i-opp弯曲方向上在t时刻的弯矩值，n用于表示在所述载荷芯片的总数量，i用于表示下导杆同一横截面上正对向
的两支载荷芯片的配对数量，k
m,i
用于表示下导杆第i个载荷传感器的弯矩系数，λi(t)用于表示第i个光纤载荷传感器在t时刻的波长值，λ
0,i
用于表示第i个载荷芯片在无载荷时的波长值，k
t,i
用于表示第i个载荷芯片的温漂系数，k
m-opp,i-opp
用于表示下导杆第i个载荷芯片所正对向的载荷芯片的弯矩系数，λ
opp,i-opp
(t)用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯片在t时刻的波长值，λ
0-opp,i-opp
用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯片在无载荷时的波长值，k
t-opp,i-opp
用于表示第i个载荷芯片所正对向的第i-opp载荷芯片的温漂系数，t(t)用于表示t时刻的温度值，t0用于表示初始时刻的温度值。
[0076]
需要说明的是，弯矩系数k
m,i
以及弯矩系数k
m-opp,i-opp
可以是预先标定好的，本发明实施例对具体的标定方式不作限制
[0077]
在本发明一个非限制性的实施例中，结合参照图5，由于第一连接轴331、第二连接轴332、第三连接轴333以及第四连接轴334都会转动，因此，四连杆结构的内角及其形状会随受电弓的弓头的高度变化而变化。当上臂323、下臂324、下导杆322受力时，可能会出现卡滞状态，例如导致受力弯曲后难以还原。
[0078]
本发明实施例可以根据受电弓下臂最大驱动力矩值分别计算出受电弓弓头在不同高度下的卡滞拉力值和卡滞弯矩值，所述下导杆两端的球型铰链轴在所述卡滞拉力值和卡滞弯矩值下完全卡滞；将所述当前时刻的拉力与所述卡滞拉力值进行比较，以及将所述当前时刻的弯矩与所述卡滞弯矩值进行比较；在所述当前时刻的拉力大于所述卡滞拉力值，且所述当前时刻的弯矩大于所述卡滞弯矩值时，判定所述下导杆两端的球型铰链轴处于卡滞状态
[0079]
具体地，在所述当前时刻的弯矩为正时，判定所述下导杆中部向四连杆机构框内凸出；在所述当前时刻的弯矩为负时，判定所述下导杆中部向四连杆机构框外凸出。
[0080]
在具体实施中，弓头高度可在一定高度区间内工作，例如350mm与2500mm之间工作。可以首先测量底架321、下导杆322、下臂324以及上臂323的长度，也即l1、l2、l3和l4的长度，以及下导杆载荷传感器力矩中心到轴332的距离l5，l6为轴332与轴334之间的连线。其次，测量在没有来自接触线对受电弓弓头施加压力的自然升弓状态下的不同高度时(比如，每50mm为一档的高度)的四连杆机构的内角α1、α2、β、θ1和θ2，定义α1是l4与l6之间的夹角，α2是l2与l6之间的夹角，β是l1与l4之间的夹角，θ1是l3与l4之间的夹角，θ2是l2与l3之间的夹角。
[0081]
结合受电弓下臂最大驱动力矩值，即绕轴331转动的最大力矩值，例如1500n
×
m或2000n
×
m，视不同类型的受电弓而定，通过建立的模型和算法分别计算出受电弓弓头在不同高度的情况下的下导杆两端的球型铰链轴332或轴333完全卡滞而不能转动时所对应的下导杆载荷传感器处的卡滞拉力值和卡滞弯矩值。最后，结合下导杆载荷传感器实时测量的拉力值与弯矩值，并与其自身的卡滞拉力值和卡滞弯矩值做实时对比，这样就可以实时认知下导杆两端的球型铰链轴，也即第二连接轴332和第三连接轴333是否出现卡滞状况，做到即时预警。另外，通过下导杆载荷传感器处弯矩值的正负情况，可以判断下导杆中部的弯曲方向，以及区分是第二连接轴332卡滞还是第三连接轴333卡滞，即当下导杆中部向四连杆机构框内凸出时，下导杆载荷传感器处的弯矩为正值，此时第二连接轴332卡滞；反之，当下导杆中部向四连杆机构框外凸出时，下导杆载荷传感器处的弯矩为负值，此时第三连接轴333卡滞。
[0082]
在一个具体应用场景中，受电弓弓头在不同高度的情况下四连杆机构的内角、卡滞拉力值和卡滞弯矩值的具体数值可以参照表1。
[0083]
表1
[0084][0085][0086]
在具体实施中，例如在弓高为2400mm时，将下导杆载荷传感器实时测量的拉力值与轴332的卡滞拉力值进行比较，将实时测量的弯矩值与轴332的卡滞弯矩值进行比较，来确定轴332是否卡滞。相应地，在其他弓高下，将载荷传感器实时测量的数据与弓高对应的卡滞拉力值和卡滞弯矩值进行比较即可，此处不再赘述。
[0087]
本发明实施例所称测量方法可以由处理器来执行，所述处理器还可以为中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其他通用处理器、dsp、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0088]
本发明实施例还公开了一种受电弓下导杆状态测量系统，测量系统包括：
[0089]
所述受电弓下导杆载荷传感器，用于接收光信号；
[0090]
处理器，与所述载荷传感器耦接，用于处理所述载荷传感器采集的信号。
[0091]
本发明实施例的测量系统能够实现对受电弓下导杆拉力、弯矩以及卡滞状态的监测，辅助用户实现对下导杆状态的维护，保证受电弓的正常工作。
[0092]
本发明实施例还公开了一种受电弓，所述受电弓包括受电弓下导杆载荷传感器以及四连杆结构；所述四连杆结构包括下导杆，所述下导杆的一端设有螺柱孔，所述下导杆的另一端设有球形铰链，所述传感器主体的螺柱与所述下导杆的螺栓孔相旋接，所述传感器主体的螺柱孔与所述下导杆的球形铰链相旋接。
[0093]
本发明实施例中的下导杆载荷传感器作为一种独立，且易安装、可拆卸的器件与下导杆相互连接。下导杆载荷传感器与受电弓的下导杆成为一个整体，且可以在传感器的受力面的中心分别集成载荷芯片，使载荷芯片与传感器的受力面成为一体，使载荷芯片能够直接感知下导杆拉力及弯矩的变化。此外，下导杆载荷传感器可以集成安装在任意下导杆上，而不影响受电弓的生产、安装和维护。
[0094]
关于所述测量方法的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照图1至图7中的相关描述，这里不再赘述。
[0095]
本发明实施例还公开了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序运行时可以执行图3中所示的接入控制方法的步骤。本技术实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的随机存取存储器(random access memory，ram)可用，例如静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate sdram，ddr sdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，dr ram)。
[0096]
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。