CN106383261A - 杂散电流智能传感器 - Google Patents
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Abstract
杂散电流智能传感器，本发明涉及轨道交通安全检测装置技术领域，解决现有的杂散电流智能传感器存在无法全面地精确地反应杂散电流现场情况，以及24小时工作，寿命短的技术不足，轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于将轨道钢轨与道床结构钢之间的电压降压转换成所述传感器工作所需电源的电源转换模块；最多可以达到六路的电压采集信号，可以全方位地反应现场情况，避免原有装置单一地对现场数据进行测量，兼顾了附件建筑物、管道等测量，可以有效反应现场数据。装置只有在列车产生杂散电流的时候，才会开始工作，因而避免了原有装置及技术需要24小时工作的状况，大大提高了装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及到地铁、城轨以及电气化铁路轨道交通安全检测装置技术领域，具体涉及到检测轨道交通中的杂散电流监测装置。
背景技术
地铁、城轨以及电气化铁路运行时候，一般采用直流供电方式为机车提供牵引所需电能，利用钢轨作为返回线，非常容易产生杂散电流。杂散电流是一种有害的电流，会对轨道附近的地下金属体，如建筑物的结构钢筋、水管、煤气管道、通信电缆等造成电化学腐蚀，产生安全影响。地铁杂散电流的监测是通过监测结构钢筋的极化电位、牵引钢轨对结构钢筋的电位等综合分析得到的。传统的方法是在地铁建设过程中，事先在地铁隧道区间内埋好参比电极，并从结构钢筋引出测量端子，在一定时间内，人工操作接好导线进行测量记录。由于杂散电流对金属的腐蚀是累积效应，现场临时布线不能反映地铁全部运营时间杂散电流情况；并且由于是局部测量，测量的结果不能反映整个地铁线路杂散电流分布情况。
针对此技术不足，虽然有人提出过自动持续监测的杂散电流智能传感器，但是现有的杂散电流智能传感器1）、只测试2路电压：1路钢轨-结构钢电压和1路结构钢极化电压。测量的参数较少，无法全面地精确地反应杂散电流现场情况。2）需要外部电源，一般采用AC220或DC+110V，因而现场需要多增加2条电源总线。增加成本，并是设备一直24小时工作，影响装置寿命。
发明内容
综上所述，本发明的目的在于解决现有的杂散电流智能传感器存在无法全面地精确地反应杂散电流现场情况，以及24小时工作，寿命短的技术不足，而提出杂散电流智能传感器。
为解决本发明所提出的技术问题，采用的技术方案为：
杂散电流智能传感器，其特征在于所述传感器包括有：
轨道钢轨输入端，用于连接轨道钢轨，采集轨道钢轨处的电位；
道床结构钢输入端，用于连接道床结构钢，采集道床结构钢处的电位；
隧道结构钢输入端，用于连接隧道结构钢，采集隧道结构钢处的电位；
参比电极输入端，用于连接道床上预埋的参比电极处的电位；
所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于将轨道钢轨与道床结构钢之间的电压降压转换成所述传感器工作所需电源的电源转换模块；
所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第一模拟量采集模块；
所述的轨道钢轨输入端和隧道结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第二模拟量采集模块；
所述的道床结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第四模拟量采集模块；
所述的隧道结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第五模拟量采集模块；
其中第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第四模拟量采集模块及第五模拟量采集模块的输出端分别与中央处理模块的其中一个模拟输入通道相连接，中央处理模块还连接有一个用于与上位机通讯的通讯模块。
所述传感器还包括有：
备用输入端，用于连接隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋，采集隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋处的电位；
所述的轨道钢轨输入端和备用输入端上连接有用于电压模拟量采集的第三模拟量采集模块；
所述的备用输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第六模拟量采集模块；
第三模拟量采集模块和第六模拟量采集模块的输出端分别与中央处理模块的其中一个模拟输入通道相连接。
所述第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第三模拟量采集模块、第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块均由差分输入运算放大电路和高频滤波电路构成。
所述的电源转换模块降压输出5V稳定直流给各模拟量采集模块、中央处理模块和通讯模块。
所述的中央处理模块采用型号为：dsPIC30F6014A的工业级的DSP处理芯片。
所述的通讯模块包括有RS-485通讯模块和CAN通讯模块。
所述的中央处理模块还连接有按键及显示模块。
所述的第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块和第三模拟量采集模块的电压采集范围为：±200VDC；第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块的±5VDC。
本发明的有益效果为：本发明采用多路电压采集，最多可以达到六路的电压采集信号，每路采集信号，精度可达：0.2%，可以全方位地反应现场情况，避免原有装置单一地对现场数据进行测量，同时，本装置兼顾了附件建筑物、管道等测量，可以有效反应现场数据。另外，无需外接电源，装置可以省略2条电源总线，大大减少现场施工量。同时，装置只有在列车产生杂散电流的时候，才会开始工作，因而避免了原有装置及技术需要24小时工作的状况，大大提高了装置的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的总的原理方框示意图；
图2为本发明的模拟量采集模块内部原理方框图；
图3为本发明的通讯模块内部原理方框图；
图4为本发明的电源转换模块的电路原理示意图；
图5为本发明的模拟量采集模块电路原理示意图；
图6为本发明的中央处理模块电路原理示意图；
图7为本发明的通讯模块电路原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对发明作进一步地说明。
参照图1至图7中所示，本发明的杂散电流智能传感器，最多可以包含有5个模拟量采集输入端，也即分别为：轨道钢轨输入端、道床结构钢输入端、隧道结构钢输入端、备用输入端及参比电极输入端；
轨道钢轨输入端，用于连接轨道钢轨，采集轨道钢轨处的电位；
道床结构钢输入端，用于连接道床结构钢，采集道床结构钢处的电位；
隧道结构钢输入端，用于连接隧道结构钢，采集隧道结构钢处的电位；
备用输入端，用于连接隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋，采集隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋处的电位；正常情况下，备用输入端可以不需要使用，当需要采集隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋的电位时候，可以启用备用通道，进行数据采集；
参比电极输入端，用于连接道床上预埋的参比电极处的电位。
上述的这5个模拟量采集输入端可以实现6路电压信号检测，6路电压信号分别为：
1、轨道钢轨对道床结构钢的电压URB；
2、轨道钢轨对隧道结构钢的电压URT；
3、轨道钢轨对隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋的电压URX；
4、道床结构钢对参比电极的电压UBE；
5、隧道结构钢对参比电极的电压UTE；
6、隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋对对参比电极的电压UXE。
为了实现将上述6路电压信号分别提供给中央处理模块的模拟输入通道，每一路电压信号分别经一个模拟量采集模块进行分压、滤波及运算放大器跟随后，接入到中央处理模块的模拟输入通道。
具体结构为：
所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第一模拟量采集模块；
所述的轨道钢轨输入端和隧道结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第二模拟量采集模块；
所述的轨道钢轨输入端和备用输入端上连接有用于电压模拟量采集的第三模拟量采集模块；
所述的道床结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第四模拟量采集模块；
所述的隧道结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第五模拟量采集模块；
所述的备用输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第六模拟量采集模块；
其中第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第三模拟量采集模块、第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块的输出端分别与中央处理模块的其中一个模拟输入通道相连接，中央处理模块还连接有一个用于与上位机通讯的通讯模块。
第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第三模拟量采集模块、第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块均由差分输入运算放大电路和高频滤波电路构成。中央处理模块采用型号为：dsPIC30F6014A的工业级的DSP处理芯片。通讯模块包括有RS-485通讯模块和CAN通讯模块。所述的中央处理模块还连接有按键及显示模块。
为了提升本发明的使用寿命，避免本发明出现24小时工作，影响装置寿命，达到列车运行，并产生杂散电流时，本发明才上电，并采集数据的目的，本发明所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于将轨道钢轨与道床结构钢之间的电压降压转换成所述传感器工作所需电源的电源转换模块，电源转换模块降压输出5V稳定直流给各模拟量采集模块、中央处理模块和通讯模块。也即采用采集的轨道钢轨与道床结构钢之间的电压信号作为本发明工作所需的电源，当列车不运行时，本发明不工作。无需增加外接电源供电，传感器冷备用，降低成本，提升产品可靠性。
本发明的第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块和第三模拟量采集模块的电压采集范围为：±200VDC，精度：0.2%；第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块的±5VDC，精度：0.2%。
工作过程中，中央处理模块对各路电压采集信号定期处理后，通过通讯模块上报至上位机，例如：将30分钟内的6路电压信号的电压正向最大值、电压负向最大值上报至上位机，为上位机提供监测数据。
Claims (8)
1.杂散电流智能传感器，其特征在于所述传感器包括有：
轨道钢轨输入端，用于连接轨道钢轨，采集轨道钢轨处的电位；
道床结构钢输入端，用于连接道床结构钢，采集道床结构钢处的电位；
隧道结构钢输入端，用于连接隧道结构钢，采集隧道结构钢处的电位；
参比电极输入端，用于连接道床上预埋的参比电极处的电位；
所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于将轨道钢轨与道床结构钢之间的电压降压转换成所述传感器工作所需电源的电源转换模块；
所述的轨道钢轨输入端和道床结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第一模拟量采集模块；
所述的轨道钢轨输入端和隧道结构钢输入端上连接有用于电压模拟量采集的第二模拟量采集模块；
所述的道床结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第四模拟量采集模块；
所述的隧道结构钢输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第五模拟量采集模块；
其中第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第四模拟量采集模块及第五模拟量采集模块的输出端分别与中央处理模块的其中一个模拟输入通道相连接，中央处理模块还连接有一个用于与上位机通讯的通讯模块。
2.根据权利要求1所述的杂散电流智能传感器，其特征在于所述传感器还包括有：
备用输入端，用于连接隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋，采集隧道内管道或隧道旁建筑物钢筋处的电位；
所述的轨道钢轨输入端和备用输入端上连接有用于电压模拟量采集的第三模拟量采集模块；
所述的备用输入端和参比电极输入端上连接有用于电压模拟量采集的第六模拟量采集模块；
第三模拟量采集模块和第六模拟量采集模块的输出端分别与中央处理模块的其中一个模拟输入通道相连接。
3.根据权利要求2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块、第三模拟量采集模块、第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块均由差分输入运算放大电路和高频滤波电路构成。
4.根据权利要求1或2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述的电源转换模块降压输出5V稳定直流给各模拟量采集模块、中央处理模块和通讯模块。
5.根据权利要求1或2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述的中央处理模块采用型号为：dsPIC30F6014A的工业级的DSP处理芯片。
6.根据权利要求1或2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述的通讯模块包括有RS-485通讯模块和CAN通讯模块。
7.根据权利要求1或2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述的中央处理模块还连接有按键及显示模块。
8.根据权利要求2所述的杂散电流智能传感器，其特征在于：所述的第一模拟量采集模块、第二模拟量采集模块和第三模拟量采集模块的电压采集范围为：±200VDC；第四模拟量采集模块、第五模拟量采集模块及第六模拟量采集模块的±5VDC。
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