專(zhuān)利名稱(chēng)：非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電氣化鐵路中，電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行需要通過(guò)其頂部的受電弓與接觸線(xiàn)的接觸來(lái)獲取電能。受電弓與接觸線(xiàn)接觸狀態(tài)直接影響著機(jī)車(chē)的受流質(zhì)量，同時(shí)也是接觸網(wǎng)幾何特征值的綜合反映。實(shí)際工況的接觸線(xiàn)硬點(diǎn)或者不均勻磨耗將直接導(dǎo)致不良的弓網(wǎng)接觸，從而產(chǎn)生燃弧并導(dǎo)致以下情況發(fā)生(1)造成電力機(jī)車(chē)不穩(wěn)定運(yùn)行；( 引起弓網(wǎng)之間異常磨耗；C3)產(chǎn)生電磁干擾；(4)使?fàn)恳姍C(jī)整流條件惡化；( 在主電路中引起過(guò)電壓。因此， 需要檢測(cè)弓網(wǎng)之間的燃弧情況，從而保障電力機(jī)車(chē)安全可靠運(yùn)行，指導(dǎo)相應(yīng)維護(hù)工作。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)裝置問(wèn)世，現(xiàn)階段主要是檢測(cè)弓網(wǎng)離線(xiàn)狀態(tài)，當(dāng)弓網(wǎng)之間發(fā)生離線(xiàn)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生弓網(wǎng)燃弧，但這種方法測(cè)量參數(shù)不具體，不能檢測(cè)出離線(xiàn)時(shí)是否發(fā)生了弓網(wǎng)燃弧現(xiàn)象，更不能提供燃弧時(shí)間、強(qiáng)度等參數(shù)，具有一定的局限性。檢測(cè)弓網(wǎng)離線(xiàn)狀態(tài)的方法主要有(1)電流法該方法將受電弓電流及其微分值兩者都為零的情形作為發(fā)生弓網(wǎng)離線(xiàn)的判定依據(jù)，電流沿接觸網(wǎng)-受電弓-變流器-電動(dòng)機(jī)-鋼軌流動(dòng)，若發(fā)生弓網(wǎng)離線(xiàn)，流過(guò)受電弓的電流便會(huì)變?yōu)榱?，但因此電流為交流電，不離線(xiàn)時(shí)也有可能為零，但此時(shí)其微分值也為零， 故可以檢測(cè)出弓網(wǎng)離線(xiàn)狀態(tài)。(2)電阻法該方法根據(jù)弓網(wǎng)離線(xiàn)時(shí)導(dǎo)線(xiàn)間電阻突然變大的原理進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)生離線(xiàn)現(xiàn)象，弓網(wǎng)間電阻變大，電流變小，進(jìn)而檢測(cè)到離線(xiàn)信號(hào)。(3)電容電阻法該方法是在測(cè)量時(shí)，在受電弓和地之間接入兩個(gè)電容器和一個(gè)電阻，利用電容器測(cè)量受電弓電壓，電阻測(cè)量受電弓電流，通過(guò)檢測(cè)在弓網(wǎng)離線(xiàn)時(shí)電壓電流波形的變化來(lái)檢測(cè)離線(xiàn)狀態(tài)。(4)壓力檢測(cè)法該方法是通過(guò)在受電弓上安裝壓力傳感器，對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷是否發(fā)生離線(xiàn)。在電氣化鐵路中，受電弓和接觸網(wǎng)會(huì)由于種種因素發(fā)生弓網(wǎng)燃弧現(xiàn)象，對(duì)受電弓、 接觸線(xiàn)均造成較大損害，影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量，并會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓，影響電氣化鐵路的運(yùn)行質(zhì)量?，F(xiàn)階段對(duì)弓網(wǎng)燃弧現(xiàn)象的檢測(cè)還沒(méi)有具體設(shè)備問(wèn)世，主要是由于弓網(wǎng)燃弧發(fā)生的隨機(jī)性、瞬時(shí)性等諸多不確定因素的存在
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具備較高精度和可靠性的非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，包括光學(xué)成像測(cè)量裝置、紫外光電傳感裝置和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，光學(xué)成像測(cè)量裝置采集弓網(wǎng)燃弧的光信號(hào)，紫外光電傳感裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電流信號(hào)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)將脈沖電流信號(hào)解析成燃弧持續(xù)的時(shí)間、強(qiáng)度以及每個(gè)跨距燃弧發(fā)生的次數(shù)， 同時(shí)結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，對(duì)發(fā)生燃弧的區(qū)域進(jìn)行精確定位。進(jìn)一步地，所述光學(xué)成像測(cè)量裝置為能夠?qū)⑷蓟〉墓庑盘?hào)放大數(shù)十倍的紫外線(xiàn)采集透鏡組，該紫外線(xiàn)采集透鏡組安裝在列車(chē)車(chē)頂外。更進(jìn)一步地，所述紫外光電傳感裝置主要由紫外傳感器和驅(qū)動(dòng)電路組成，紫外傳感器安裝在列車(chē)車(chē)內(nèi)。更進(jìn)一步地，所述光學(xué)成像測(cè)量裝置與紫外光電傳感裝置通過(guò)UV光纖連接。更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)主要由基于FPGA的采集電路和基于DSP的嵌入式系統(tǒng)組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是首次將紫外光電檢測(cè)原理應(yīng)用于弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)技術(shù)上，將弓網(wǎng)燃弧發(fā)出的特定波長(zhǎng)作為其檢測(cè)特征。通過(guò)對(duì)發(fā)生弓網(wǎng)燃弧時(shí)發(fā)出的紫外光進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷是否有弓網(wǎng)燃弧的產(chǎn)生，并根據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算出燃弧時(shí)間及強(qiáng)度等具體參數(shù)，并且通過(guò)既有數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)燃弧地點(diǎn)進(jìn)行定位，方便以后線(xiàn)路的維護(hù)和改造。使用UV光纖傳輸紫外光信號(hào)，從而可將紫外傳感器安放至車(chē)體內(nèi)，大大減少了傳感器安裝在車(chē)頂受到強(qiáng)電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)、噪聲以及其他氣候條件的影響，具有較高的檢測(cè)精度和可靠性。另外，設(shè)備的后端數(shù)據(jù)處理采用嵌入式系統(tǒng)，代替了傳統(tǒng)的工控機(jī)系統(tǒng)，使設(shè)備使用起來(lái)更加便攜和可靠，具有較強(qiáng)的便攜性和設(shè)備可靠性，功能擴(kuò)展及維護(hù)也更加方便。采用紫外線(xiàn)采集透鏡組采集微弱紫外光，能最大程度收集到燃弧發(fā)射出的紫外光子。結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)定位信息，能將燃弧發(fā)生地點(diǎn)精確定位。


圖1為本發(fā)明非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)的原理方框圖。圖中1-光學(xué)成像測(cè)量裝置，2-數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，3-紫外傳感器，4-UV光纖， 5-采集電路，6-嵌入式系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖1所示，一種非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，包括光學(xué)成像測(cè)量裝置1、紫外光電傳感裝置和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)2，光學(xué)成像測(cè)量裝置1采集弓網(wǎng)燃弧的光信號(hào)，紫外光電傳感裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電流信號(hào)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)2將脈沖電流信號(hào)解析成燃弧持續(xù)的時(shí)間、強(qiáng)度以及每個(gè)跨距燃弧發(fā)生的次數(shù)，同時(shí)結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，對(duì)發(fā)生燃弧的區(qū)域進(jìn)行精確定位。所述光學(xué)成像測(cè)量裝置1為能夠?qū)⑷蓟〉墓庑盘?hào)放大數(shù)十倍的紫外線(xiàn)采集透鏡組，該紫外線(xiàn)采集透鏡組安裝在列車(chē)車(chē)頂外。所述紫外光電傳感裝置主要由紫外傳感器3和驅(qū)動(dòng)電路組成，紫外傳感器3安裝在列車(chē)車(chē)內(nèi)。所述光學(xué)成像測(cè)量裝置1 與紫外光電傳感裝置通過(guò)UV光纖4連接。所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)2主要由基于FPGA的采集電路5和基于DSP的嵌入式系統(tǒng)6組成。上述實(shí)施例的主要工作過(guò)程如下為了能夠檢測(cè)弓網(wǎng)燃弧，最重要的是提取弓網(wǎng)燃弧的特征。弓網(wǎng)燃弧的特征主要包括光特征、熱特征及電磁特征。其中，光特征最為明顯。根據(jù)高電壓理論，容易發(fā)現(xiàn)兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體相距比較近的時(shí)候，當(dāng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大于一定值則空氣間隙被擊穿，導(dǎo)體之間產(chǎn)生燃弧，同時(shí)伴隨著弧光。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，弓網(wǎng)產(chǎn)生的弧光包含一些特定波長(zhǎng)的紫外光(波峰為^Onm，半波寬度為5nm)，我們把這一特定的紫外光波段作為弓網(wǎng)燃弧的特征，通過(guò)探測(cè)這一特征存在來(lái)檢測(cè)弓網(wǎng)燃弧。在圖1中，通過(guò)光學(xué)成像測(cè)量裝置1設(shè)計(jì)的光路，捕捉燃弧輻射出的紫外光子，然后利用UV光纖4將光信號(hào)從車(chē)頂傳送至車(chē)內(nèi)的紫外傳感器3及驅(qū)動(dòng)電路，這樣便可以有效避免紫外傳感器3中的探測(cè)器受電磁以及熱效應(yīng)影響的問(wèn)題。紫外光電傳感裝置中的探測(cè)器將紫外光子轉(zhuǎn)換為脈沖電流信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路送至數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)2，再通過(guò)嵌入式系統(tǒng)6對(duì)脈沖電流信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而判斷出燃弧強(qiáng)度，最后結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)線(xiàn)路信息，定位燃弧發(fā)生地點(diǎn)，同時(shí)將處理結(jié)果傳至上位機(jī)，進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)以及打印報(bào)表等工作。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括光學(xué)成像測(cè)量裝置(1)、紫外光電傳感裝置和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)O)，光學(xué)成像測(cè)量裝置(1)采集弓網(wǎng)燃弧的光信號(hào)，紫外光電傳感裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電流信號(hào)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)( 將脈沖電流信號(hào)解析成燃弧持續(xù)的時(shí)間、強(qiáng)度以及每個(gè)跨距燃弧發(fā)生的次數(shù)，同時(shí)結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，對(duì)發(fā)生燃弧的區(qū)域進(jìn)行精確定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)成像測(cè)量裝置(1)為能夠?qū)⑷蓟〉墓庑盘?hào)放大數(shù)十倍的紫外線(xiàn)采集透鏡組，該紫外線(xiàn)采集透鏡組安裝在列車(chē)車(chē)頂外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述紫外光電傳感裝置主要由紫外傳感器C3)和驅(qū)動(dòng)電路組成，紫外傳感器C3)安裝在列車(chē)車(chē)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)成像測(cè)量裝置(1)與紫外光電傳感裝置通過(guò)UV光纖(4)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)⑵主要由基于FPGA的采集電路(5)和基于DSP的嵌入式系統(tǒng)(6)組成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種非接觸式弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)系統(tǒng)，包括光學(xué)成像測(cè)量裝置、紫外光電傳感裝置和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，光學(xué)成像測(cè)量裝置采集弓網(wǎng)燃弧的光信號(hào)，紫外光電傳感裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電流信號(hào)，數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)將脈沖電流信號(hào)解析成燃弧持續(xù)的時(shí)間、強(qiáng)度以及每個(gè)跨距燃弧發(fā)生的次數(shù)，同時(shí)結(jié)合既有數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，對(duì)發(fā)生燃弧的區(qū)域進(jìn)行精確定位。本發(fā)明首次將紫外光電檢測(cè)原理應(yīng)用于弓網(wǎng)燃弧檢測(cè)技術(shù)上，將弓網(wǎng)燃弧發(fā)出的特定波長(zhǎng)作為其檢測(cè)特征。通過(guò)對(duì)發(fā)生弓網(wǎng)燃弧時(shí)發(fā)出的紫外光進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷是否有弓網(wǎng)燃弧的產(chǎn)生，并根據(jù)相應(yīng)算法計(jì)算出燃弧時(shí)間及強(qiáng)度等參數(shù)，并且通過(guò)既有數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)燃弧地點(diǎn)進(jìn)行定位，方便以后線(xiàn)路的維護(hù)和改造。
文檔編號(hào)B61L1/20GK102295015SQ20111013533
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者于龍, 張士奎, 李昌峻, 楊佳, 趙文軍, 金光 申請(qǐng)人:成都唐源電氣有限責(zé)任公司