专利名称：一种电力机车弓网状态监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力机车弓网状态监测装置。
背景技术：
随着列车运行速度的不断提高，对列车供电的弓网系统相互作用时动态特性的研
究愈来愈重要，它已经成为提速、低磨耗、提高工作安全性和降低气动噪声的障碍。"消灭弓
网事故"被列为铁道部的四大攻坚战之一，为改进接触网的维护工作，除增加零部件的使用
寿命、提高设备管理水平外，还需增强对弓网的状态监测和故障诊断技术。 在电气化铁路发展初期，对弓网状态的检测采用的是人工观察记录的方法，一般
是在机车受电弓上作较明显的超限记号，然后在机车后的挂车上通过目测得到运行时导线
拉出值及拉弧、火花等情况；同时人工记录故障点的杆号。这种检测方式工作量大、人为因
素多，误差大；是一种落后的弓网状态检测手段。 随着我国电气化事业的不断发展，一些先进的电子测量和检测技术逐步推广，电 气化铁路检测和检修手段的现代化程度不断提高，国内不少铁路局已具备用接触网检测车 进行弓网状态检测的能力。接触网检测车是用于检测接触网技术参数的专用车辆，它可检 测接触线的拉出值、导高、定位管坡度、线岔状态、网压、接触悬挂硬点、离线、杆位和速度等 多项机械及电气参数。接触网检测车有专门的受流弓和检测弓，各种检测传感器安装在不 受流的专用检测受电弓上，车内设立的高压室完成高低电压隔离的数据信号传送，车内控 制室能自动记录、显示、打印和存储实时检测数据，找出极限和超限状态，发现隐患点，为状 态修、周期修和定时修提供技术依据。但从实际使用情况看，由于受到行车计划等各方面因 素的限制，接触网检测车每年只能安排3 4次线路运行，不能满足频繁检测的需要。 早在80年代，国外已开始研究利用运营电力机车对接触网设备进行状态监测与 故障诊断，1993年，日本对采用电力机车受流弓检测弓网故障的可能性进行了论证和实验， 并取得了一些阶段性试验结果。经试验分析，根据受电弓弓头的变位量和加速度检测结果 可得到接触导线的硬点及局部磨耗等接触网的异常现象，但至今还未见有实用化的检测产 品报道。
实用新型内容为解决现有铁路供电弓网状态监测与故障诊断工作繁琐、检测效率低下、检测成 本较高的技术问题，本实用新型提供一种检测效率高、使用方便且安全可靠的一种电力机 车弓网状态监测装置。 为实现上述技术效果，本实用新型包括拉出值传感器、振动冲击传感器、高低电压 隔离信号传输装置、摄像头、图像采集电路、计算机和监视器，所述的拉出值传感器和振动 冲击传感器的输出端连接至高低电压隔离信号传输装置的输入端，所述的高低电压隔离信 号传输装置的输出端连接至计算机的输入端，所述摄像头的输出端连接至图像采集电路的 输入端，所述图像采集电路的输出端分别连接至计算机和监视器的输入端。[0008] 上述的一种电力机车弓网状态监测装置，其所述的高低电压隔离信号传输装置包 括高电压侧的信号发射器和低电压侧的信号接收器，所述的信号发射器包括光电耦合器、 调制解调器、发光器和透镜，所述光电耦合器的输出端连接至调制解调器的输入端，所述调 制调解器的输出端连接至发光器的控制端，所述的发光器发出信号光并透过透镜照至光接 收机，所述的信号接收机包括光电探测器、放大器、均衡滤波器、峰值判决器和AGC电路，所 述的光电探测器接收信号发射器所发射的信号光，光电探测器的输出端连接至放大器的输 入端，所述放大器的输出端连接至均衡滤波器的输入端，所述均衡滤波器的输出端连接至 AGC电路的输入端，所述AGC电路的输出端连接至计算机。 上述的一种电力机车弓网状态监测装置，其所述的摄像头为红外摄像头。 本实用新型的技术效果在于，本实用新型是在运行的电力机车上直接检测弓网故
障，能反映出真实的弓网特性，是一种动态检测方式，准确率较高，且不需专用的检测车辆
和特殊的运行计划安排，可以随时进行弓网状态的诊断，不受气候环境等外界因素的影响，
可及时发现弓网隐患，防患于未然。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的电路框图； 图2为本实用新型传感器的安装位置示意图，其中1为拉出值传感器，2为振动冲 击传感器，3为接触导线，4为受电弓。
具体实施方式参见图1、图2，设计安装在目前运营的各型电力机车上。其主要功能包括①对接 触导线拉出值超限的自动检测；②对受电弓所受硬点冲击超限的自动检测；③实现对弓网 状态的实时监视。当接触导线拉出值超过设定极限，或受电弓所受的硬点冲击加速度超过 设定极限时，弓网系统状态监测装置将自动记录和存储故障点信息，并在电力机车运行过 程中对弓网状态进行实时监测，发现问题可及时采取措施，防止事故进一步扩大。拉出值传 感器1和振动冲击超限检测传感器2安装在受电弓弓头上，而红外摄像头、高低电压隔离信 号传输装置的接收器位于车顶的低电压侧；图像采集电路安装在机车内的进行电气部分故 障诊断的计算机主机附近。当传感器检测到接触导线拉出值或硬点超限时，故障信号经信 号传输通道的发射器转换为调制光信号向外发射，位于低电压侧的接收器将接收的光信号 再转换为相应的电信号，由司机室内的弓网故障信息采集与诊断装置记录和存储故障点信 息。考虑到机车在夜间和隧道内行驶时，也能观测到实时清晰的弓网画面，摄像头选用红外 摄像头。摄像头的视频输出信号同时送到机车司机室内的监视器和计算机主机。 拉出值传感器l采用红外式扩散反射型光电开关，光源波长A 二880nm，工作电流 30mA，响应时间3ms，当接触导线离受电弓滑板中心的距离(左、右)超限时，拉出值传感器 1将给出拉出值超限信号，误差< 0. 5%。振动冲击传感器2采用磁敏应变式结构，当硬点 冲击加速度大于限值时，振动冲击传感器2将给出冲击超限信号，误差为±3%。拉出值与 振动冲击传感器重量轻，抗干扰能力强，不影响受电弓的正常工作。 高低电压隔离信号传输装置采用空气隔离的光信号传输方式，代替检测车的车内高压室，解决了运营机车装载空间有限及高低电压隔离安全问题。高低电压隔离信号传输 通道包括高电压侧的信号发射器和低电压侧的信号接收器。其中，发射器采用数字调制方 式，将传感器检测的电信号变为光信号向外发射，它主要由光电耦合器、调制解调器、发光 器及透镜等部分组成。发射到接收端的光斑直径约40mm，接收透镜位于光斑中央。光接收 机主要由光电探测器、放大器、均衡滤波器、峰值判决器和AGC电路组成，光电探测器的作 用是把接收到的光功率转换成电流信号，由前置放大器和主放大器实现放大，均衡滤波器 改善数据传输性能，实现数字信号最佳检测判决，峰值判决器通过合理选择确定阀值D、使 误码率尽可能低。高电压侧的发射器和低电压侧的接收器两者的空气隔离距离约lm，从而 实现了安全、可靠的高低电压隔离和信号传输，具有较强的抗强电磁干扰、抗强日光和抗烟 尘的能力。 弓网监视系统由摄像头及监视器组成，安装在车顶的摄像头对受电弓和接触网状 态进行实时采集，并输出视频信号传到司机室的监视器。当机车在夜晚或隧道内行驶时，采 用红外摄像方式，以保证弓网状态监视装置能正常工作，观察到清晰的弓网画面。
权利要求一种电力机车弓网状态监测装置，其特征在于，包括拉出值传感器、振动冲击传感器、高低电压隔离信号传输装置、摄像头、图像采集电路、计算机和监视器，所述的拉出值传感器和振动冲击传感器的输出端连接至高低电压隔离信号传输装置的输入端，所述的高低电压隔离信号传输装置的输出端连接至计算机的输入端，所述摄像头的输出端连接至图像采集电路的输入端，所述图像采集电路的输出端分别连接至计算机和监视器的输入端。
2. 根据权利要求1所述的一种电力机车弓网状态监测装置，其特征在于，所述的高低 电压隔离信号传输装置包括高电压侧的信号发射器和低电压侧的信号接收器，所述的信号 发射器包括光电耦合器、调制解调器、发光器和透镜，所述光电耦合器的输出端连接至调制 解调器的输入端，所述调制调解器的输出端连接至发光器的控制端，所述的发光器发出信 号光并透过透镜照至光接收机，所述的信号接收机包括光电探测器、放大器、均衡滤波器、 峰值判决器和AGC电路，所述的光电探测器接收信号发射器所发射的信号光，光电探测器 的输出端连接至放大器的输入端，所述放大器的输出端连接至均衡滤波器的输入端，所述 均衡滤波器的输出端连接至AGC电路的输入端，所述AGC电路的输出端连接至计算机。
3. 根据权利要求1所述的一种电力机车弓网状态监测装置，其特征在于，所述的摄像 头为红外摄像头。
专利摘要本实用新型公开了一种电力机车弓网状态监测装置，包括拉出值传感器、振动冲击传感器、高低电压隔离信号传输装置、摄像头、图像采集电路、计算机和监视器。本实用新型是在运行的电力机车上直接检测弓网故障，能反映出真实的弓网特性，是一种动态检测方式，准确率较高，且不需专用的检测车辆和特殊的运行计划安排，可以随时进行弓网状态的诊断，不受气候环境等外界因素的影响，可及时发现弓网隐患，防患于未然。
文档编号G08C23/04GK201514201SQ20092006587
公开日2010年6月23日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者余明扬, 唐建湘, 樊晓平, 陈特放, 黄采伦 申请人:中南大学