CN107807310B - 非接触式弓网燃弧检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非接触式弓网燃弧检测系统，包括：光收集及转换装置，用于对接收到的光进行聚焦且用于将紫外光转换成可见光；光电转换电路，用于将所述可见光转换成电信号；信号处理装置，用于根据检测到的电信号来判断燃弧强度并进行定位和记录；自检信号发生装置，用于产生自检可见光信号，所述光学收集及荧光转换系统还用于收集所述自检可见光信号，所述光电转换电路还用于将所述自检可见光信号转化为自检电信号，所述信号处理装置还用于检测是否接收到所述自检电信号。本发明提高了系统的检测灵敏度，保障了系统运行的安全性，大大地降低了生产成本。

Description

非接触式弓网燃弧检测系统
技术领域
本发明属于接触网检测技术领域，具体地讲，涉及一种非接触式弓网燃弧检测系统。
背景技术
随着我国高速铁路的发展，弓网系统运行状态的定期检测对我国铁路运行安全和国民经济发展具有重要的意义。弓网燃弧状态可以综合反映弓网动态接触性能，是弓网状态检测系统关注的重点。实现高效、精确、经济的弓网燃弧非接触检测装置是弓网燃弧检测中的急需解决的重要问题。受电弓离线时产生火花、电弧的同时发出强烈的紫外光。基于紫外光信号的电弧检测是实现弓网燃弧现象的一种有效方法。
现有的非接触式弓网燃弧检测系统具有以下问题：(1)系统成本高。现有技术中的光学成像测量装置与紫外光电传感装置通过UV光纤连接。光学成像测量装置安装在列车顶部，紫外光电传感装置被安装放在车内。虽然紫外传感器安放在车体内可大大减少了传感器受到强电压、强磁场等其他因素的干扰，但是UV光纤是普通光纤价格的几十倍甚至几百倍，这使得系统的成本增加；(2)系统探测灵敏度低。弓网燃弧的紫外光信号与受损严重程度相关，光信号强弱不定。直接将紫外光信号转化为电信号的方式会导致微弱放电点未能被有效检测到从而影响了系统的探测灵敏度。(3)系统不具备自检功能，不能随时检测系统本身是否能正常运行。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高灵敏度、能够自检的非接触式弓网燃弧检测系统。
本发明提供了一种非接触式弓网燃弧检测系统，所述非接触式弓网燃弧检测系统包括：光收集及转换装置，用于对接收到的光进行聚焦且用于将紫外光转换成可见光；光电转换电路，用于将所述可见光转换成电信号；信号处理装置，用于根据检测到的电信号来判断燃弧强度并进行定位和记录；自检信号发生装置，用于产生自检可见光信号，所述光学收集及荧光转换系统还用于收集所述自检可见光信号，所述光电转换电路还用于将所述自检可见光信号转化为自检电信号，所述信号处理装置还用于检测是否接收到所述自检电信号。
进一步地，所述非接触式弓网燃弧检测系统还包括设置在所述光收集及转换装置和所述光学传感器及驱动电路之间的光纤，所述光纤用于将所述光收集及转换装置形成的可见光传输至所述光电转换电路中。
进一步地，所述光收集及转换装置包括光学镜头、荧光层以及设置在所述光学镜头和所述荧光层之间的滤光片；
所述光学镜头用于接收外界产生的光，所述滤光片用于过滤所述光学镜头收集的光以得到短紫外波段的紫外光，所述荧光层用于接收紫外光并激发产生可见光，所述光学镜头还用于将所述荧光层转换形成的可见光聚焦至所述光纤，所述光纤用于将所述可见光传输至所述光电转换电路中；
所述光纤还用于传输自检可见光信号至所述光学镜头，所述光学镜头还用于反射且聚焦部分自检可见光信号至所述光纤，所述光纤还用于将所述光学镜头反射且聚焦得到的自检可见光信号传输至所述光电转换电路。
进一步地，所述光收集及转换装置具有一开放端的收容腔，所述光学镜头封闭所述开放端，所述滤光片和所述荧光层收容于所述收容腔内，所述光学镜头和所述滤光片相互平行。
进一步地，所述收容腔具有与所述开放端相对的底端，所述光纤连接于所述底端，所述荧光层设置在所述底端和所述滤光片之间。
进一步地，所述光纤延伸至所述收容腔内，所述光纤包括一相对于所述滤光片的入光面，所述荧光层贴附于所述入光面上。
进一步地，所述光收集及转换装置包括光学镜头、设置在所述光学镜头表面上的光学薄膜、以及荧光层；
所述光学薄膜用于过滤接收到的光以得到紫外光，所述光学镜头用于收集所述光学薄膜过滤得到的紫外光，所述荧光层用于将所述紫外光转换成可见光，所述光学镜头还用于将所述荧光层转换形成的可见光聚焦至所述光纤，所述光纤用于将所述可见光传输至所述光电转换电路中。
进一步地，所述光收集及转换装置具有一开放端的收容腔，所述光学镜头封闭所述开放端，所述荧光层收容于所述收容腔内，所述光学薄膜设置于所述光学镜头背对所述荧光层的一侧。
进一步地，所述收容腔具有与所述开放端相对的底端，所述光纤连接于所述底端，所述荧光层设置在所述底端和所述光学镜头之间。
进一步地，所述光纤延伸至所述收容腔内，所述光纤包括一相对于所述光学镜头的入光面，所述荧光层贴附于所述入光面上。
本发明的有益效果：
本发明实施例的非接触式弓网燃弧检测系统，通过设置荧光层将紫外光转化成可见光，以实现系统对微弱信号的检测，提高了系统的检测灵敏度。本发明还通过增设自检信号发生装置以使系统具备自检功能，从而随时判断系统本身功能的正常运行，进而保障系统运行的安全性。另外，本发明采用普通光纤就可以实现信号的传输，大大地降低了生产成本。
附图说明
通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是本发明实施例1的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例2的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图；
图3是本发明实施例3的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图；
图4是本发明实施例4的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。相同的标号在整个说明书和附图中可用来表示相同的元件。
需要说明的是，由于弓网燃弧产生的弧光主要集中在UV波段。太阳光的从350nm开始逐渐增强，因此，在燃弧检测中，非接触式弓网燃弧检测系统将短波紫外UVC作为弓网燃弧的特征波段进行检测。
实施例1
图1是本发明实施例1的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图。
参照图1，根据本发明实施例的非接触式弓网燃弧检测系统包括：光收集及转换装置10、光纤20、光电转换电路30、信号处理装置40、自检信号发生装置50。该光收集及转换装置10安装在列车车顶外。光电转换电路30、信号处理装置40、自检信号发生装置50安装在列车车内。
光收集及转换装置10用于对接收到的光进行聚焦、且用于将紫外光转换成可见光。在本实施例中，将紫外光转化为可见光信号并进行检测可有效提高系统的紫外光检测灵敏度，实现对微弱信号的检测。
光电转换电路30用于将所述可见光转换成电信号。
信号处理装置40用于根据检测到的电信号来判断燃弧强度并进行定位和记录。
光纤20设置在所述光收集及转换装置10和所述光学传感器及驱动电路之间，用于将所述光收集及转换装置10形成的可见光传输至所述光电转换电路30中。在本实施例中，采用普通光纤20就可以实现信号的传输，能够大大地降低成本。
所述光收集及转换装置10包括光学镜头11、荧光层13以及设置在所述光学镜头11和所述荧光层13之间的滤光片12。
所述光收集及转换装置10具有一开放端10b的收容腔10a。所述光学镜头11恰好夹设于所述开放端10b处，且封闭所述开放端10b，用于收集外界产生的光，并且将收集到的光经滤光片12、荧光层13处理后聚焦至光纤20处。
所述滤光片12收容于所述收容腔10a内，用于过滤所述光学镜头11收集的光以得到短紫外波段的紫外光。该滤光片12平行于光学镜头11，并且恰好夹设于所述收容腔10a内，以充分地过滤所述光学镜头11收集的光以得到短紫外波段的紫外光。
所述收容腔10a具有与所述开放端10b相对的底端10c，所述光纤20连接于所述底端10c，所述荧光层13设置在所述底端10c和所述滤光片12之间。
所述荧光层13用于接收紫外光并激发产生可见光，所述光学镜头11还用于将所述荧光层13转换形成的可见光聚焦至所述光纤20，所述光纤20用于将所述可见光传输至所述光电转换电路30中。在本实施例中，所述荧光层13设置于所述滤光片12背对于所述光学镜头11且恰好夹设于所述收容腔10a内，以充分地将紫外光转换成可见光。该荧光层13平行于滤光片12。
光学镜头11反射且聚焦得到的自检可见光信号传输至所述光电转换电路30。
具体地，非接触式弓网燃弧检测系统实现检测功能的工作原理如下：列车运行过程中，受电弓与接触网发生离线产生燃弧现象并发射出大量的紫外光。电弧光中紫外波段被那装在车顶的光收集及转换装置10收集，荧光层13受到紫外光辐射激发会产生可见光。可见光通过光学镜头11聚焦后集中在光纤20的端面上并被传输至车内。当可见光进入到光电转换电路30时，光电转换电路30会将光信号转换成电信号(电压或电流)，信号处理装置40会根据检测到的电信号(电压或电流)来判断燃弧强度并进行定位和记录。
在这里，光电转换电路30包括光电传感器，所述光电传感器用于将光信号转换成电信号(电压或电流)。
自检信号发生装置50用于产生自检可见光信号，所述光学收集及荧光转换系统还用于收集所述自检可见光信号，所述光电转换电路30还用于将所述自检可见光信号转化为自检电信号，所述信号处理装置40还用于检测是否接收到所述自检电信号，从而判断弓网的运行状态质量。
自检信号发生装置50连接光纤20，且具体设置在光收集及转换装置10和光电转换电路30之间。所述光纤20还用于传输自检可见光信号至所述光学镜头11，所述光学镜头11还用于反射且聚焦部分自检可见光信号至所述光纤20，所述光纤20还用于将所述可见光传输至所述光电转换电路30中。
本实施例的非接触式弓网燃弧检测系统具备自检功能，能够随时判断系统本身功能是否正常运行。
具体地，具体地，非接触式弓网燃弧检测系统实现自检功能的工作原理如下：自检信号发生装置50中包括一自检信号发生器(图未示)，自检信号发生器会发出自检可见光信号进入光纤20，并沿着光纤20传输进入光收集及转换装置10，自检可见光信号进入光收集及转换装置10后，有部分自检可见光信号会在光学镜头11表面被反射，被反射的自检可见光信号重新进入光纤20并沿着光纤20传输。光电转换电路30器将接收到的自检可见光信号转换成电压或电流信号，信号处理装置40根据检测到的电信号(电压或电流)来判断其是否为自检信号。若为自检信号，则说明系统正常运行；若否，则说明系统出现故障。
实施例2
图2是本发明实施例2的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图。
参照图2，与实施例1不同的是，所述荧光层13设置在光纤20上。
具体地，在本实施例中，所述光纤20延伸至所述收容腔10a内，所述光纤20包括一相对于所述滤光片12的入光面，所述荧光层13贴附于所述入光面上。由此可见，本实施例的方案不仅可以充分地将入射到光纤20的将紫外光转换成可见光，还可以减少荧光层13的用量，降低成本。
实施例3
图3是本发明实施例3的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图。
参照图3，与实施例1不同的是，本实施例的光收集及转换装置10不包括滤光片12。
具体地，在本实施例中，所述光收集及转换装置10包括光学镜头11、设置在所述光学镜头11表面上的光学薄膜14、以及荧光层13。
所述收容腔10a具有与所述开放端10b相对的底端10c，所述光纤20连接于所述底端10c，所述荧光层13设置在所述底端10c和所述光学镜头11之间。
所述光学薄膜14用于过滤接收到的光以得到紫外光，更进一步地，光学薄膜14可以透射紫外光但是对可见光截止。
所述光学镜头11用于收集所述光学薄膜14过滤得到的紫外光，所述荧光层13用于将所述紫外光转换成可见光，所述光学镜头11还用于将所述荧光层13转换形成的可见光聚焦至所述光纤20，所述光纤20用于将所述可见光传输至所述光电转换电路30中。
实施例4
图4是本发明实施例4的非接触式弓网燃弧检测系统的结构示意图。
参照图4，与实施例1不同的是，本实施例的光收集及转换装置10不包括滤光片12、且所述荧光层13设置在光纤20上。
具体地，在本实施例中，所述光收集及转换装置10包括光学镜头11、设置在所述光学镜头11表面上的光学薄膜14、以及荧光层13。
所述光纤20延伸至所述收容腔10a内，所述光纤20包括一相对于所述光学镜头11的入光面，所述荧光层13贴附于所述入光面上。
所述光学薄膜14用于过滤接收到的光以得到紫外光，所述光学镜头11用于收集所述光学薄膜14过滤得到的紫外光，所述荧光层13用于将所述紫外光转换成可见光，所述光学镜头11还用于将所述荧光层13转换形成的可见光聚焦至所述光纤20，所述光纤20用于将所述可见光传输至所述光电转换电路30中。
综上所述，根据本发明实施例的非接触式弓网燃弧检测系统，通过设置荧光层将紫外光转化成可见光，以实现系统对微弱信号的检测，提高了系统的检测灵敏度。本发明还通过增设自检信号发生装置以使系统具备自检功能，从而随时判断系统本身功能的正常运行，进而保障系统运行的安全性。另外，本发明采用普通光纤就可以实现信号的传输，大大地降低了生产成本。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (1)

1.一种非接触式弓网燃弧检测系统，其特征在于，包括：
光收集及转换装置，用于对接收到的光进行聚焦且用于将紫外光转换成可见光，所述光收集及转换装置包括光学镜头、设置在所述光学镜头表面上的光学薄膜以及荧光层；所述光学薄膜用于过滤接收到的光以得到紫外光，所述光学镜头用于收集所述光学薄膜过滤得到的紫外光，所述荧光层用于将所述紫外光转换成可见光，所述光学镜头还用于将所述荧光层转换形成的可见光聚焦至光纤，所述光纤用于将所述可见光传输至光电转换电路中；
光电转换电路，用于将所述可见光转换成电信号；
信号处理装置，用于根据检测到的电信号来判断燃弧强度并进行定位和记录；
自检信号发生装置，设置在光收集及转换装置和光电转换电路之间，用于产生自检可见光信号，所述光收集及转换装置还用于收集所述自检可见光信号，所述光电转换电路还用于将所述自检可见光信号转化为自检电信号，所述信号处理装置还用于检测是否接收到所述自检电信号；
光纤，设置在所述光收集及转换装置和所述光电转换电路之间，并连接自检信号发生装置，所述光学镜头还用于将所述荧光层转换形成的可见光聚焦至所述光纤，反射且聚焦部分自检可见光信号至所述光纤；所述光纤用于将所述光收集及转换装置形成的可见光、所述光学镜头反射且聚焦得到的自检可见光信号传输至所述光电转换电路中，并传输自检可见光信号至所述光学镜头；
所述光收集及转换装置具有一开放端的收容腔，所述光学镜头封闭所述开放端，所述荧光层收容于所述收容腔内，所述光学薄膜设置于所述光学镜头背对所述荧光层的一侧；所述光纤延伸至所述收容腔内，所述光纤包括一相对于所述光学镜头的入光面，所述荧光层贴附于所述入光面上。
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