一种电力机车弓网离线电弧检测装置及无线通信方法

1.本发明属于电力机车弓网检测技术领域，尤其涉及一种电力机车弓网离线电弧检测装置。


背景技术：

2.在电气化铁路系统中机车通过其顶部的受电弓与接触导线间的滑动接触获取运行所需电流。受电弓与接触线间的不间断接触是高受流质量的标志。但对高速机车来说很难获得稳定的接触。这样一个关键的问题就是如何保证在任何条件下受电弓与接触网都能安全可靠的接触。因接触状态较差时将出现许多问题 包括离线电弧、受电弓滑板和接触线的过度损耗、接触线悬挂部分与固定部分的摆动等。高速行驶会使这些问题更加严重:速度越大这些问题就越严重。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)目前的检测方式价格昂贵，在检测期间需要铁路线上没有其他运行的车辆，通常只能在夜间进行检测，铁路线的利用率被降低。
5.(2)目前的检测方式检测能力有限一次检测通常只能检测几千米的路程 不能进行大规模检测。
6.(3)目前的检测方式不能对受流用受电弓进行检测。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电力机车弓网离线电弧检测装置。所述的电力机车弓网离线电弧检测装置，包括通信箱、接收终端、锂电池箱、激励电源箱、图像获取设备、光电传感器、底板、轮胎；
8.所述底板上安装有四个轮胎，底板上面固定有通信箱和锂电池箱，锂电池箱顶部安装有激励电源箱，激励电源箱上面固定有图像获取设备。
9.进一步，所述锂电池箱内固定有锂电池，为整个装置提供电源；所述激励电源箱内安装有激励电源，可以满足图像获取设备的工作条件。
10.进一步，所述通信箱用于机车顶部与机车内部人员使用的接收终端间的无线通信，对图像获取设备获取的电信号的实时发送。
11.本发明的另一目的在于提供一种利用上述通信箱的用于机车顶部与机车内间的无线通信方法具体包括：
12.步骤一，将图像获取设备获取的电信号转化为需要发送的串行数据流；
13.步骤二，将步骤一获取的串行数据流进行串/并转换，并送入对应的子信道；
14.步骤三，每个子信道对接收到的数据进行psk映射和跳频处理；
15.步骤四，将步骤三得到的子信道的数据叠加后得到跳频多载波信号，并耦合送入机车内部人员使用的接收终端。
16.进一步，所述步骤三所述的每个子信道对接收到的数据进行psk映射和跳频处理，
具体为采用如下步骤进行处理：
17.步骤1，每个子信道上的数据符号的带宽为fd，ofdm具有na个子信道，此时一个ofdm符号占据的带宽为fd·
na；
18.步骤2，将频段[0.3mhz,20mhz]等分为q＝w/(fdna)个子频段，从而形成子频段集合{fh|h＝1,2,...,q}；
[0019]
步骤3，ofdm符号中心频率依据构造得到的跳频序列在子频段集合{fh|h＝1,2,...,q}中跳变；跳变满足：
[0020]
|f
h-fj|≥fdna[0021]
式中h≠j；fj为子频段的另一个频点{fj|j＝1,2,...,q}；
[0022]
步骤4，针对不同用户k，使用的跳频序列不同。
[0023]
进一步，所述步骤三所述的构造得到的跳频序列具体为采用如下步骤构造得到跳频序列
[0024]
(1)选取q为素数次幂，同时规定trn(x)为有限域gf(qn)到gf(q)上的迹函数；α为gf(qn)的一个生成元；l为一个整数，且满足l|q
n-1和gcd(aa,bb)为aa和bb的最大公因子；β＝α
l
为次本原单位根；
[0025]
(2)采用如下算式生成序列r0：
[0026][0027]
式中ri0＝trn(βi)，trn(x)为迹函数，即
[0028][0029]
(3)设定m1,m2,m3,...为各不相同的正整数，且满足和j取值为j＝1,2,3,...；从而得到次本原单位根
[0030]
(4)采用如下算式构造序列：
[0031][0032]
(5)通过选取所有的m1,m2,m3,...的值，构造得到序列集
[0033][0034]
进一步，所述接收终端用于接收图像采集和记录的数据并且通过分析处理判断是否出现故障。
[0035]
进一步，所述通过分析处理判断是否出现故障的方法是对实时获取的电流信号进行采样与处理，获取电流采样信号；对所述电流采样信号进行电弧故障特征值提取，获取自适应指示器；将所述自适应指示器作为输入样本对预设的学习模型进行训练，在所述学习模型的学习精度达到预设的第一阈值时，获取用于判断供电系统内是否存在电弧故障的极限学习机；将实时获取的自适应指示器作为所述极限学习机的输入样本，通过所述极限学习机的输出值来判断供电系统内是否存在电弧故障。
[0036]
进一步，所述光电传感器是固定在图像获取设备前端，是以光电效应为基础将光信号转换为电信号的传感器。
[0037]
进一步，所述光电传感器具有防护罩。
[0038]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0039]
本发明提供的电力机车弓网离线电弧检测装置，电弧检测装置为非接触检测，更加安全可靠，可以减少安全问题。结构设计简单可靠，安全合理，成本低，且安装方便，可以安装在机车窗口或机车顶部不需要附加设备；本发明可以实现对受电弓与接触网间的接触状态进行实时监控而不影响铁路系统的正常运行，并且与其他检测设备相互独立；本发明光电传感器具有防护罩，可以避免有效防止阳光直射到光电传感器壳体上，避免光电传感器壳体内部温度过高。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是本发明实施例提供的一种电力机车弓网离线电弧检测装置整体结构示意图；
[0042]
图2是本发明实施例提供的一种电力机车弓网离线电弧检测装置正视结构示意
图；
[0043]
图3是本发明实施例提供的通信箱用于机车顶部与机车内间的无线通信方法流程图。
[0044]
图中：1-底座、2-通信箱、3-锂电池箱、4-激励电源箱、5-图像获取设备、6-光电传感器、7-光源、8-轮胎、9-接收终端。
具体实施方式
[0045]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0046]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电力机车弓网离线电弧检测装置，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0047]
如附图1-3所示，本技术提供一种电力机车弓网离线电弧检测装置，其特征在于，所述的电力机车弓网离线电弧检测装置，包括通信箱、接收终端、锂电池箱、激励电源箱、图像获取设备、光电传感器、底板、轮胎；
[0048]
所述底板上安装有四个轮胎，底板上面固定有通信箱和锂电池箱，锂电池箱顶部安装有激励电源箱，激励电源箱上面固定有图像获取设备。
[0049]
所述锂电池箱内固定有锂电池，为整个装置提供电源；所述激励电源箱内安装有激励电源，可以满足图像获取设备的工作条件。
[0050]
所述通信箱用于机车顶部与机车内部人员使用的接收终端间的无线通信，对图像获取设备获取的电信号的实时发送。
[0051]
所述通信箱用于机车顶部与机车内间的无线通信方法具体包括：
[0052]
s101，将图像获取设备获取的电信号转化为需要发送的串行数据流；
[0053]
s102，将步骤一获取的串行数据流进行串/并转换，并送入对应的子信道；
[0054]
s103，每个子信道对接收到的数据进行psk映射和跳频处理；
[0055]
s104，将步骤三得到的子信道的数据叠加后得到跳频多载波信号，并耦合送入机车内部人员使用的接收终端。
[0056]
所述步骤三所述的每个子信道对接收到的数据进行psk映射和跳频处理，具体为采用如下步骤进行处理：
[0057]
步骤1，每个子信道上的数据符号的带宽为fd，ofdm具有na个子信道，此时一个ofdm符号占据的带宽为fd·
na；
[0058]
步骤2，将频段[0.3mhz,20mhz]等分为q＝w/(fdna)个子频段，从而形成子频段集合{fh|h＝1,2,...,q}；
[0059]
步骤3，ofdm符号中心频率依据构造得到的跳频序列在子频段集合{fh|h＝1,2,...,q}中跳变；跳变满足：
[0060]
|f
h-fj|≥fdna[0061]
式中h≠j；fj为子频段的另一个频点{fj|j＝1,2,...,q}；
[0062]
步骤4，针对不同用户k，使用的跳频序列不同。
[0063]
所述步骤三所述的构造得到的跳频序列具体为采用如下步骤构造得到跳频序列
[0064]
(1)选取q为素数次幂，同时规定trn(x)为有限域gf(qn)到gf(q)上的迹函数；α为gf(qn)的一个生成元；l为一个整数，且满足l|q
n-1和gcd(aa,bb)为aa和bb的最大公因子；β＝α
l
为次本原单位根；
[0065]
(2)采用如下算式生成序列r0：
[0066][0067]
式中ri0＝trn(βi)，trn(x)为迹函数，即
[0068][0069]
(3)设定m1,m2,m3,...为各不相同的正整数，且满足和j取值为j＝1,2,3,...；从而得到次本原单位根
[0070]
(4)采用如下算式构造序列：
[0071][0072]
(5)通过选取所有的m1,m2,m3,...的值，构造得到序列集
[0073][0074]
所述接收终端用于接收图像采集和记录的数据并且通过分析处理判断是否出现故障。
[0075]
所述通过分析处理判断是否出现故障的方法是对实时获取的电流信号进行采样与处理，获取电流采样信号；对所述电流采样信号进行电弧故障特征值提取，获取自适应指示器；将所述自适应指示器作为输入样本对预设的学习模型进行训练，在所述学习模型的学习精度达到预设的第一阈值时，获取用于判断供电系统内是否存在电弧故障的极限学习
机；将实时获取的自适应指示器作为所述极限学习机的输入样本，通过所述极限学习机的输出值来判断供电系统内是否存在电弧故障。
[0076]
所述光电传感器是固定在图像获取设备前端，是以光电效应为基础将光信号转换为电信号的传感器。
[0077]
所述光电传感器具有防护罩。
[0078]
本发明的工作原理是：工作时通过图像获取设备前端的光电传感器，来接收弓网离线时产生的电弧紫外光信号。光电传感器接受的电弧紫外光信号，并转换为电信号，通过通信箱进行传输到接收终端，接收终端接收图像采集和记录的数据并且通过分析处理判断是否出现故障。
[0079]
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。