CN107228728A - 一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统 - Google Patents

一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统 Download PDF

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冯玉虎
王绍俊
辛志广
王建国
王兰和
郭新建
刘行龙
李帅
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Abstract

本发明公开了高铁悬挂供电技术领域的一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统，包括杵环杆，所述杵环杆的外壁顶部卡接有两组上固定件，所述杵环杆的外壁底部卡接有两组下固定件，所述光线光栅应力传感器的内腔封装有温度补偿光线光栅传感器，采用抱装式结构设计，确保不破坏原有结构，零件不脱落，所述工控机主机电性输入连接光学采集子系统，所述光学采集子系统电性输入连接光学环路子系统，所述工控机主机分别电性双向连接标定子系统、震动试验台、数据分析子系统和互联网，所述互联网分别电性输入连接移动终端和综合网管子系统，所述移动终端电性输入连接权限登录子系统，实现对各测量点的温度及应力的实时精确检测。

Description

一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统
技术领域
本发明涉及高铁悬挂供电技术领域，具体为一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统。
背景技术
随着我国高速铁路迅猛发展，电力机车的供电系统安全稳定运行极其重要，若产生故障，将给人们的生命、财产造成严重威胁；电力机车悬挂供电系统的承力索、接触线的索力异常、甚至产生故障，将直接导致电力机车的供电系统故障，因此，承力索、接触线的索力监测将至关重要，高铁由于其穿越大江南北，沿线的环境气候非常复杂，传统的承力索、接触线的索力监测方式很难满足高铁管理数字化、智能化的要求。
近年来，随着光纤传感技术的发展，由光纤光栅制作的传感器已经在许多大型涉及国计民生的重大项目的安全监测领域得到广泛运用。光纤Bragg光栅(FBG)传感器除具有普通光纤传感器重量轻，耐腐蚀，抗电磁干扰，使用安全可靠等优点外，还具有传感器尺寸小，波长调制抗干扰能力强，集传感与传输于一体，具有较强的复用能力，易于构成传感网络，测量对象广泛，易于实现多参数同步传感测量等独特优点。
目前国内关于铁路悬挂供电索力监测，目前基本采用人工办法，主要是通过牵引绳(补偿绳)经过滑轮组下挂坠砣进行控制，如此存在如下问题：
1、需要大量人力，造成大量人力资源浪费，同时对人身安全不能起到完全的保障；
2、人到现场只是查看补偿绳、坠砣、限界架等是否状态正常，只能靠人眼进行定性查看，不能定量了解索力具体参数，存在安全隐患；
3、由于补偿绳、坠砣、限界架等长期置于自然环境，金属材料又容易引起生锈等，往往会导致工作状态异常，甚至有限界架卡死坠砣情况，这都存在巨大安全隐患；
4、由于气候环境异常(雨、雪等)导致行动不便，往往不能及时到达现场进行监视。
鉴于上述提到的问题，本发明设计一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统，以解决上述提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器，包括杵环杆，所述杵环杆的外壁顶部卡接有两组上固定件，所述杵环杆的外壁底部卡接有两组下固定件，所述下固定件的底部设置有六角螺钉，所述下固定件通过六角螺钉与上固定件连接，所述上固定件的顶部设置有夹套，左侧所述夹套的左壁和右侧夹套的右壁均设置有封装套件，左侧所述封装套件的内腔设置有光线光栅应力传感器，且光线光栅应力传感器的右端贯穿右侧封装套件，左侧所述夹套的右壁和右侧夹套的左壁均设置有固定块，所述固定块套接在光线光栅应力传感器的外壁，所述光线光栅应力传感器的内腔封装有温度补偿光线光栅传感器。
优选的，所述光线光栅应力传感器和温度补偿光线光栅传感器均为铜质结构。
优选的，所述上固定件的底部和下固定件的顶部均开设有弧形槽，所述杵环杆插接在两组弧形槽的内腔。
一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，包括工控机主机，所述工控机主机电性输入连接光学采集子系统，所述光学采集子系统电性输入连接光学环路子系统，所述工控机主机分别电性双向连接标定子系统、震动试验台、数据分析子系统和互联网，所述互联网分别电性输入连接移动终端和综合网管子系统，所述移动终端电性输入连接权限登录子系统。
优选的，所述光学环路子系统包括扫描式激光器、光耦合器、光分路器、环形器和热稳定标准具，所述扫描式激光器电性输出连接光耦合器，所述光耦合器电性输出连接光分路器，所述光分路器电性输出连接环形器，所述环形器电性输出连接热稳定标准具。
优选的，所述标定子系统包括应力控制台和高低温试验箱。
优选的，所述综合网管子系统包括分区管理单元、历史数据库、报警单元和大数据分析单元，所述分区管理单元分别电性输出连接历史数据库和报警单元，所述历史数据库电性输出连接大数据分析单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器及监测系统，该感应器采用抱装式结构设计，确保不破坏原有结构，零件不脱落设计，可直接抱装在承力索和接触线上，在光线光栅应力传感器内植入温度补偿光线光栅传感器，对温度引起的光学参量变化进行温度补偿，将光纤布拉格光栅传感器进行并联，并将该传感器器安装在待测点，完成对该点信号的采集工作，采集到的信号通过后端的光电转换和信号处理单元，传送至工控主机，通过对应力信号的解调和智能分析，实现对各测量点的温度及应力的实时精确检测，并通过补偿法得到实际应力值。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明系统原理框图；
图3为本发明光学采集子系统原理框图；
图4为本发明光学环路子系统原理框图；
图5为本发明综合网管子系统原理框图。
图中：1杵环杆、2上固定件、3下固定件、4六角螺钉、5夹套、6封装套件、7光线光栅应力传感器、8固定块、9温度补偿光线光栅传感器、10工控机主机、11光学采集子系统、12光学环路子系统、13标定子系统、14震动试验台、15数据分析子系统、16互联网、17移动终端、18综合网管子系统、19扫描式激光器、20光耦合器、21光分路器、22环形器、23热稳定标准具、24光电转换模块、25信号放大器、26数据采集卡、27分区管理单元、28历史数据库、29报警单元、30大数据分析单元、31权限登录子系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器，包括杵环杆1，所述杵环杆1的外壁顶部卡接有两组上固定件2，所述杵环杆1的外壁底部卡接有两组下固定件3，所述下固定件3的底部设置有六角螺钉4，所述下固定件3通过六角螺钉4与上固定件2连接，采用抱装式结构设计，确保不破坏原有结构，零件不脱落设计，该传感器是直接抱装在承力索和接触线上，所述上固定件2的顶部设置有夹套5，左侧所述夹套5的左壁和右侧夹套5的右壁均设置有封装套件6，左侧所述封装套件6的内腔设置有光线光栅应力传感器7，且光线光栅应力传感器7的右端贯穿右侧封装套件6，左侧所述夹套5的右壁和右侧夹套5的左壁均设置有固定块8，所述固定块8套接在光线光栅应力传感器7的外壁，所述光线光栅应力传感器7的内腔封装有温度补偿光线光栅传感器9，由于光纤光栅对应力应变敏感的同时，对环境温度也同样敏感，因此，需对传感器温度特性进行研究，并在光线光栅应力传感器7内植入温度补偿光线光栅传感器9，并对温度引起的光学参量变化进行温度补偿。
其中，所述光线光栅应力传感器7和温度补偿光线光栅传感器9均为铜质结构，确保有良好的温度和张力系数，所述上固定件2的底部和下固定件3的顶部均开设有弧形槽，所述杵环杆1插接在两组弧形槽的内腔。
一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，包括工控机主机10，所述工控机主机10电性输入连接光学采集子系统11，所述光学采集子系统11电性输入连接光学环路子系统12，所述工控机主机10分别电性双向连接标定子系统13、震动试验台14、数据分析子系统15和互联网16，所述互联网16分别电性输入连接移动终端17和综合网管子系统18，所述移动终端17电性输入连接权限登录子系统31。
其中，所述光学环路子系统12包括扫描式激光器19、光耦合器20、光分路器21、环形器22和热稳定标准具23，所述扫描式激光器19电性输出连接光耦合器20，所述光耦合器20电性输出连接光分路器21，所述光分路器21电性输出连接环形器22，所述环形器22电性输出连接热稳定标准具23，扫描式激光器19经过光耦合器20将光分成95:5的两路光，95％经过光分路器21后再经过环形器22至末端传感器，5％光给热稳定标准具23用来标定绝对波长，实验研究表明，外界应力的变化会引起光纤布拉格光栅中心波长的漂移，在一定的应力范围内，中心波长的漂移量与温度及应力的变化呈线性关系，所述光学采集子系统11包括光电转换模块24、信号放大器25和数据采集卡26，所述光电转换模块24电性输出连接信号放大器25，所述信号放大器25电性输出连接信号放大器26，光电转换模块24主要由高精度光电二极管组成，信号放大器25的作用为将光电二极管输出小信号进行放大，以便于给数据采集卡26进行采集，数据采集卡26主要采集经过小信号放大器放大过的电信号，再传输至工控机主机10，经过光学分析子系统15得到精确温度及应力值，光学分析子系统15由工控机主机10组成，是一种基于windows平台下的JAVA环境，通过优化算法，能准确解调出波长值，所述标定子系统13包括应力控制台和高低温试验箱，应力控制台用来标定传感器在不同应力下反射波长，高低温试验箱用来标定传感器在不同温度下反射波长，震动试验台14主要用来检测传感器在不同强度的震动下对反射波长影响程度，得出一个可预知的参考数据库，满足在高强度震动的使用环境下可以得到准确的索力值，同时，震动试验台14还将为传感器安装安全状态服务，要保证在高强度震动环境下，传感器与被测点之间的连接稳定可靠，不出现脱落事故，所述综合网管子系统18包括分区管理单元27、历史数据库28、报警单元29和大数据分析单元30，所述分区管理单元27分别电性输出连接历史数据库28和报警单元29，所述历史数据库28电性输出连接大数据分析单元30，综合网管子系统18通过分区管理单元17可以实现对在网多个区域、多个站点、多台设备进行管理，对不同的测试点可以根据客户需求进行分区管理，通过报警单元29对每个测试点设置不同的报警参数，精确甄别出真正的危险隐患，消除误报和漏报，通过互联网16，远程用户可以根据不同权限登录子系统，查看或修改设置，此外综合网管子系统18还包括历史数据库28，储存各点健康状态及当前告警、历史告警、历史索力数据，通过大数据分析单元30可分析各点历史状态等多项数据，提前预知一些可能会发生的事故。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器，包括杵环杆(1)，其特征在于：所述杵环杆(1)的外壁顶部卡接有两组上固定件(2)，所述杵环杆(1)的外壁底部卡接有两组下固定件(3)，所述下固定件(3)的底部设置有六角螺钉(4)，所述下固定件(3)通过六角螺钉(4)与上固定件(2)连接，所述上固定件(2)的顶部设置有夹套(5)，左侧所述夹套(5)的左壁和右侧夹套(5)的右壁均设置有封装套件(6)，左侧所述封装套件(6)的内腔设置有光线光栅应力传感器(7)，且光线光栅应力传感器(7)的右端贯穿右侧封装套件(6)，左侧所述夹套(5)的右壁和右侧夹套(5)的左壁均设置有固定块(8)，所述固定块(8)套接在光线光栅应力传感器(7)的外壁，所述光线光栅应力传感器(7)的内腔封装有温度补偿光线光栅传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器，其特征在于：所述光线光栅应力传感器(7)和温度补偿光线光栅传感器(9)均为铜质结构。
3.根据权利要求1所述的一种高铁悬挂供电索力监测用张力传感器，其特征在于：所述上固定件(2)的底部和下固定件(3)的顶部均开设有弧形槽，所述杵环杆(1)插接在两组弧形槽的内腔。
4.一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，包括工控机主机(10)，其特征在于：所述工控机主机(10)电性输入连接光学采集子系统(11)，所述光学采集子系统(11)电性输入连接光学环路子系统(12)，所述工控机主机(10)分别电性双向连接标定子系统(13)、震动试验台(14)、数据分析子系统(15)和互联网(16)，所述互联网(16)分别电性输入连接移动终端(17)和综合网管子系统(18)，所述移动终端(17)电性输入连接权限登录子系统(31)。
5.根据权利要求4所述的一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，其特征在于：所述光学环路子系统(12)包括扫描式激光器(19)、光耦合器(20)、光分路器(21)、环形器(22)和热稳定标准具(23)，所述扫描式激光器(19)电性输出连接光耦合器(20)，所述光耦合器(20)电性输出连接光分路器(21)，所述光分路器(21)电性输出连接环形器(22)，所述环形器(22)电性输出连接热稳定标准具(23)。
6.根据权利要求4所述的一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，其特征在于：所述光学采集子系统(11)包括光电转换模块(24)、信号放大器(25)和数据采集卡(26)，所述光电转换模块(24)电性输出连接信号放大器(25)，所述信号放大器(25)电性输出连接信号放大器(26)。
7.根据权利要求4所述的一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，其特征在于：所述标定子系统(13)包括应力控制台和高低温试验箱。
8.根据权利要求4所述的一种高铁悬挂供电索力在线监测系统，其特征在于：所述综合网管子系统(18)包括分区管理单元(27)、历史数据库(28)、报警单元(29)和大数据分析单元(30)，所述分区管理单元(27)分别电性输出连接历史数据库(28)和报警单元(29)，所述历史数据库(28)电性输出连接大数据分析单元(30)。
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Inventor after: Wang Shaojun

Inventor after: Feng Yuhu

Inventor after: Xin Zhiguang

Inventor after: Wang Tao

Inventor after: Wang Jianguo

Inventor after: Wang Lanhe

Inventor after: Guo Xinjian

Inventor after: Li Shuai

Inventor before: Feng Yuhu

Inventor before: Wang Shaojun

Inventor before: Xin Zhiguang

Inventor before: Wang Jianguo

Inventor before: Wang Lanhe

Inventor before: Guo Xinjian

Inventor before: Liu Xinglong

Inventor before: Li Shuai

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Effective date of registration: 20180522

Address after: 211800 3, 7 building, Pukou science and Technology Plaza, 88 Pu Pu Road, Pukou District, Nanjing, Jiangsu.

Applicant after: NANJING XINTIANWEI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD.

Applicant after: Shijiazhuang Hird Photoelectric Technology Co., Ltd.

Address before: 050000 international 5 building, No. 319 Changjiang Road, Shijiazhuang high tech Zone, Hebei

Applicant before: Shijiazhuang Hird Photoelectric Technology Co., Ltd.

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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
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Application publication date: 20171003