CN109655655B - 车体地电流测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供车体地电流测试装置和方法，包括复合式传感测量系统、电磁噪声消除系统和分析系统；所述复合式传感测量系统包括接触式电流测量单元、接触式电压测量单元和非接触式磁场测量单元；所述非接触式磁场测量单元用于检测列车的磁场区域；所述接触式电流测量单元用于测得磁场区域内的车体电阻；所述接触式电压测量单元用于测量磁场区域的车体电压；所述电磁噪声消除系统用于测量磁场区域的电磁噪声电流；所述分析系统，用于基于车体电压和车体电阻值得到车体电流；将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。测量精度、分辨率及频率带宽均较高，结果准确，可以消除背景电磁噪声干扰。

Description

车体地电流测试装置和方法

技术领域

本发明实施例涉及车体地电流技术领域，更具体地，涉及一种车体地电流测试装置和方法。

背景技术

随着高速铁路的不断的发展，一方面与高铁相关的电气、电子技术和制造技术突飞猛进，但另一方面也导致了高铁系统的电磁环境越来越复杂。由于动车组车载设备的保护接地为动车组车体，而且车载设备接地和车体接地具有多样性，从而导致在动车组车体上产生一种来源不明、分布复杂的地电流。一般来说，很难对这种在车体上分布的地电流进行准确的分析：其不仅可通过动车组系统的地环路耦合进车载设备造成传导干扰，而且也可通过其对外的辐射而使车厢内的电磁环境恶化，从而造成对车载设备的辐射干扰。因化，对车体地电流的研究可为动车组整车电磁兼容性的研究打下理论和技术基础。

对于高速动车组这一大规模复杂电气系统组合体，动车组的金属车体充当了整个系统的接地母线，扮演着为车上人员和设备提供电气安全保护和基准参考电位的角色。由于车体最终需要通过轮轨接触最终与地面连接，而同时又需要尽量避免牵引电流被引上车体造成环流，所动车组对牵引接地和车体保护接地采取了不同的回路设计，这就造成动车组的接地设计和布置方案比传统的地面固定电气设施的接地更为复杂，同时也造成了车体上的电流控制技术的难度大大增加。而车体上失控的地电流可能通过车体的地回路公共阻抗耦合进入车载电子电气设备，从而对其产生电磁干扰，严重时会使设备无法正常工作，例如，车载ATP(Automatic Train Protection，列车自动保护系统)、BTM(Battery Test andMaintenance，蓄电池检测和维护)、SPD(SciencePlay Document，智能配电系统)等系统的信号线揽在行车过程中的特殊工况下(过分相、弓网离线、升降弓等)监测的到大的传导耦合脉冲，这种传导脉冲对车载电子设备有很大的电磁干扰风险；而且地电流也可通过对外辐射而使车厢内的电磁环境恶化，从而造成对车载电子设备、人体医疗设备(心脏起搏器等)等的辐射干扰，因此必须对动车组车体地电流的分布和传播特性进行深入研究。

当前的非接触式电流检测装置大都为钳式电流表，不适合车体地电流的测量，因此急需一种新的车体地电流检测系统对地电流的大小和方向进行测量。车上电磁环境特别复杂，空间电磁干扰严重，传统的测量方法在抗环境干扰方面不足，导致测量误差很大。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车体地电流测试装置和方法。

第一方面，本发明实施例提供一种车体地电流测试装置，包括复合式传感测量系统、电磁噪声消除系统和分析系统；

所述复合式传感测量系统包括接触式电流测量单元、接触式电压测量单元和非接触式磁场测量单元；所述非接触式磁场测量单元用于检测列车的磁场区域；所述接触式电流测量单元用于测得磁场区域内的车体电阻；所述接触式电压测量单元用于测量磁场区域的车体电压；

所述电磁噪声消除系统用于测量磁场区域的电磁噪声电流；

所述分析系统，用于基于车体电压和车体电阻值得到车体电流；将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。

可选的，所述接触式电流测量单元具体用于将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并测得每个等份区域的电阻值。

可选的，所述接触式电流测量单元内部设有标准电阻，所述接触式电流测量单元基于所述标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

可选的，所述分析系统还用于基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

可选的，所述电磁噪声消除系统包括采集传感器和处理单元；

所述采集传感器用于采集磁场区域的电磁噪声；

所述处理单元用于对所述电磁噪声进行分析处理，得到电磁噪声对应的电磁噪声电流大小和方向。

可选的，所述分析系统还用于对所述车体地电流进行实时图像化显示，并对车体地电流的大小和方向进行记录和存储。

第二方面，本发明实施例提供一种车体地电流测试方法，包括：

测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；

测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。

可选的，测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，具体包括：

基于非接触式磁场测量单元检测列车的磁场区域，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，基于接触式电压测量单元测量磁场区域的车体电压。

可选的，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，具体包括：

接触式电流测量单元具体将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并基于接触式电流测量单元内部的标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

可选的，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流后，还包括：

基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

本发明实施例提出了车体地电流测试装置和方法，通过测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，抵消减除背景噪声电流，进一步通过电压测量装置判断被测车体地电流的方向，得到车体地电流的大小及方向。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的车体地电流测试装置示意图；

图2为根据本发明实施例的接触式电流测量单元测车体电阻时等效示意图；

图3为根据本发明实施例的车体地电流测试流程示意图；

图4为根据本发明实施例的车体地电流分析过程原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

由于列车上各电器设备大都需要接地，并且馈入方式各不相同，使得车体地电流分布非常复杂。不合适的电器设备排列以及不恰当的接地方式等，均能通过地回路公共阻抗在设备之间形成电磁干扰，甚至使敏感设备无法正常工作。当前的非接触式电流检测装置大都为钳式电流表，不适合车体地电流的测量，因此急需一种新的车体地电流检测系统对地电流的大小和方向进行测量。

车上电磁环境特别复杂，空间电磁干扰严重，传统的测量方法在抗环境干扰方面不足，导致测量误差很大。因此本发明各实施例采用复合式传感测量系统、电磁噪声消除系统和分析系统，当复合式传感测量系统采集到车体电流信号后，通过抵消电磁噪声消除系统测得的背景噪声电流，以减除背景噪声电流得到车体地电流的大小。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1为本发明实施例提供的一种车体地电流测试装置，包括复合式传感测量系统10、电磁噪声消除系统20和分析系统30；

所述复合式传感测量系统10包括接触式电流测量单元101、接触式电压测量单元102和非接触式磁场测量单元103；所述非接触式磁场测量单元103用于检测列车的磁场区域；所述接触式电流测量单元101用于测得磁场区域内车体40的车体电阻；所述接触式电压测量单元102用于测量磁场区域的车体电压；

所述电磁噪声消除系统20用于测量磁场区域的电磁噪声电流；

所述分析系统30，用于基于车体电压和车体电阻值得到车体电流；将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，车体地电流测试装置采用复合式传感测量系统10、电磁噪声消除系统20和分析系统30，其中复合式传感测量系统10包括接触式电流测量单元101、接触式电压测量单元102和非接触式磁场测量单元103，当复合式传感测量系统10采集到车体电流信号后，通过抵消电磁噪声消除系统20测得的背景噪声电流，以减除背景噪声电流得到车体地电流的大小。

具体的，通过测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，抵消减除背景噪声电流，进一步通过电压测量装置判断被测车体地电流的方向，得到车体地电流的大小及方向。测量精度、分辨率及频率带宽均较高，结果准确，可以消除背景电磁噪声干扰。

在上述实施例的基础上，所述接触式电流测量单元101具体用于将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并测得每个等份区域的电阻值。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，在磁场区域中将车体的电阻n等份，得到n个等份区域，通过接触式电流测量单元101测得每个等份区域的电阻值R1～Rn。

在上述各实施例的基础上，所述接触式电流测量单元101内部设有标准电阻，所述接触式电流测量单元101基于所述标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

具体的，在本实施例中，作为一种可选的实施方式，通过接触式电流测量单元101中的基准电阻R0，得出R1～Rn的阻值，其等效电路如图2所示。

在上述各实施例的基础上，所述分析系统30还用于基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，基于车体电压波形U和车体电流I，呈现一定的相位关系，通过相位差，可以判断出电流的流向。

在上述各实施例的基础上，所述电磁噪声消除系统20包括采集传感器和处理单元；

所述采集传感器用于采集磁场区域的电磁噪声；

所述处理单元用于对所述电磁噪声进行分析处理，得到电磁噪声对应的电磁噪声电流大小和方向。

车上电磁环境特别复杂，空间电磁干扰严重，传统的测量方法在抗环境干扰方面不足，导致测量误差很大，区别于现有技术中的抗干扰方法，在本实施例中，作为一种可选的实施方式，通过测量干扰造成的电磁噪声电流大小和方向，进而进行矢量叠加抵消，消除干扰影响，测量精度、分辨率及频率带宽均较高，结果准确。

在上述各实施例的基础上，所述分析系统30还用于对所述车体地电流进行实时图像化显示，并对车体地电流的大小和方向进行记录和存储。

在本实施例中，将采集得到的车体电压信号、车体电流信号转换为列车地电流数字信号，然后图形化显示，并进行分析处理得到车体地电流的大小和方向，记录和存储分析结果。

具体的，在本实施例中，测量流程如图3所示，开始测试后，初始化各个测量单元、传感器和分析系统30，复合式传感测量系统10和电磁噪声消除系统20进行数据采集，测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流，基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向；测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。并基于车体地电流大小和方向判断是否继续进行测量。

具体的，如图4所示，提取车体电流和电磁噪声电流后，需要车体地电流分析，进行矢量叠加，判断是否满足预设车体地电流需求，若满足，则停止测试，若不满足，则继续测试采样。

在上述各实施例的基础上，本实施例还提供一种车体地电流测试方法，包括：

测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；

测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向。

在本实施例中，通过测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，抵消减除背景噪声电流，进一步通过电压测量装置判断被测车体地电流的方向，得到车体地电流的大小及方向。测量精度、分辨率及频率带宽均较高，结果准确，可以消除背景电磁噪声干扰。

在上述各实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，具体包括：

基于非接触式磁场测量单元检测列车的磁场区域，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，基于接触式电压测量单元测量磁场区域的车体电压。

在上述各实施例的基础上，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，具体包括：

接触式电流测量单元具体将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并基于接触式电流测量单元内部的标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

在上述各实施例的基础上，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流后，还包括：

基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

在本实施例中，作为一种可选的实施方式，基于车体电压波形U和车体电流I，呈现一定的相位关系，通过相位差，可以判断出电流的流向。

综上所述，本发明实施例提供的车体地电流测试装置和方法，通过测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，抵消减除背景噪声电流，进一步通过电压测量装置判断被测车体地电流的方向，得到车体地电流的大小及方向。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车体地电流测试装置，其特征在于，包括复合式传感测量系统、电磁噪声消除系统和分析系统；

所述复合式传感测量系统包括接触式电流测量单元、接触式电压测量单元和非接触式磁场测量单元；所述非接触式磁场测量单元用于检测列车的磁场区域；所述接触式电流测量单元用于测得磁场区域内的车体电阻；所述接触式电压测量单元用于测量磁场区域的车体电压；

所述电磁噪声消除系统用于测量磁场区域的电磁噪声电流；

所述分析系统，用于基于车体电压和车体电阻值得到车体电流；将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向；

所述电磁噪声电流是所述磁场区域的磁场在所述车体内产生的感应电流。

2.根据权利要求1所述的车体地电流测试装置，其特征在于，所述接触式电流测量单元具体用于将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并测得每个等份区域的电阻值。

3.根据权利要求2所述的车体地电流测试装置，其特征在于，所述接触式电流测量单元内部设有标准电阻，所述接触式电流测量单元基于所述标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

4.根据权利要求1所述的车体地电流测试装置，其特征在于，所述分析系统还用于基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

5.根据权利要求1所述的车体地电流测试装置，其特征在于，所述电磁噪声消除系统包括采集传感器和处理单元；

所述采集传感器用于采集磁场区域的电磁噪声；

所述处理单元用于对所述电磁噪声进行分析处理，得到电磁噪声对应的电磁噪声电流大小和方向。

6.根据权利要求1所述的车体地电流测试装置，其特征在于，所述分析系统还用于对所述车体地电流进行实时图像化显示，并对车体地电流的大小和方向进行记录和存储。

7.一种车体地电流测试方法，其特征在于，包括：

测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流；

测量磁场区域内的电磁噪声电流，将所述车体电流与所述电磁噪声电流进行矢量叠加，得到车体地电流的大小及方向；

其中，所述磁场区域是通过非接触式磁场测量单元 检测出的；所述电磁噪声电流是所述磁场区域的磁场在所述车体内产生的感应电流。

8.根据权利要求7所述的车体地电流测试方法，其特征在于，测量磁场区域内的车体电阻和车体电压，具体包括：

基于非接触式磁场测量单元检测列车的磁场区域，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，基于接触式电压测量单元测量磁场区域的车体电压。

9.根据权利要求8所述的车体地电流测试方法，其特征在于，基于接触式电流测量单元测得磁场区域内的车体电阻，具体包括：

接触式电流测量单元具体将磁场区域内的车体分为多个等份区域，并基于接触式电流测量单元内部的标准电阻测得每个等份区域的电阻值。

10.根据权利要求7所述的车体地电流测试方法，其特征在于，并基于所述车体电阻和车体电压得到车体电流后，还包括：

基于车体电压的波形和车体电流的波形的相位差得到车体电流的方向。

Images