CN110068593A - 一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，涉及机车电力系统技术领域，包括电涡流测厚仪和控制箱，电涡流测厚仪安装在滑座上，测头位于受电弓滑板正下方，滑座滑动设置在滑轨上，滑轨固定安装在受电弓托架上。本发明通过在受电弓滑板下方设置可滑板长度方向移动的电涡流测厚仪，可连续测量滑板厚度，并以无线方式传输测量数据，既可避免人工现场测量，相比图像视觉处理的方式，测量结果直观准确，且对于小磨损量同样也能获得定量的检测结果；测量结果以无线方式传输，绘制测量曲线，以磨损区域占比或超出临界磨损与否与判断依据，实现自动报警处理，处理过程不依赖人工，具有自动、高效的优点。

Description

一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统

技术领域

本发明涉及机车电力系统技术领域，具体是一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统。

背景技术

受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度，滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关，取决于受电弓和接触网之间的相互作用。受电弓在与电网线路的接触过程中，由于滑板与线路的摩擦，会对滑板造成一定的损耗，因此需要定期对滑板厚度进行检测，以防止滑板磨损影响列车的取电。

目前常见的滑板检测的方式有人工定期测量方式以及基于图像视觉的自动检测，人工定期测量方式时效性差，效率低，达不到实时监测的目的，而目前基于图像视觉的检测方式，通过摄像机捕获受电弓图像，检查受电弓状态，该方法可避免人工现场操作，但通过图像难以较精确得得出磨损量，对于少量磨损更难以获得精确的数据，因而现有的检测方法均存在较明显的弊端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，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：一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，包括电涡流测厚仪和控制箱，所述电涡流测厚仪安装在滑座上，电涡流测厚仪连接测头，所述测头位于受电弓滑板正下方，且测头正对受电弓滑板，所述滑座滑动设置在滑轨上，所述滑轨固定安装在受电弓托架上，受电弓托架与受电弓滑板间通过绝缘连接件连接在一起，所述滑座中设置螺纹孔，螺纹孔内贯穿有螺杆，所述螺杆一端转动安装在受电弓托架上。

作为本发明进一步的方案：所述控制箱焊接固定在受电弓托架上面，所述控制箱内设置有电机、无线传输模块和控制器，其中，所述电机与控制器电连接，电机输出轴通过联轴器连接螺杆，所述控制器分别与无线传输模块和电涡流测厚仪电连接，无线传输模块用于接收上位机指令或发送数据，所述上位机用于接收到数据后绘制测量曲线并根据测量曲线结果发送报警信息。

作为本发明进一步的方案：所述上位机根据测量曲线结果发送报警信息的方法为：以平均磨损量绘制横轴，与实际厚度曲线存在交点，计算处于平均磨损量直线下方面积与受电弓滑板未磨损上下区域面积的比值，若该比值大于预设值，上位机自动发出报警信息。

作为本发明进一步的方案：所述上位机根据测量曲线结果发送报警信息的方法还包括：以预设的临界磨损量绘制最大磨损量直线，若测量曲线中出现低于最大磨损量直线的点时，上位机发送报警信息。

作为本发明进一步的方案：所述滑座上设置有刷辊，所述刷辊位于受电弓滑板上表面。

作为本发明进一步的方案：所述刷辊可设置两组，且分别位于测头所指垂直方向的两侧。

作为本发明进一步的方案：所述无线传输模块以UM220为处理核心的通信模块。

作为本发明进一步的方案：所述无线传输模块中，信号输出脉宽与极性可调的事件信号提供给UM220的EVENT引脚，UM220供电电源引脚VCC与GND间并联有电解电容CT1和陶瓷电容C1，UM220的VBAT引脚经限流电阻R1与压降二极管D2、D3接有3V锂电池；UM220的GNSS_ANT引脚在PCB电路板上布线50Ω，并外接卫星蜂窝天线。

作为本发明进一步的方案：所述控制器采用型号为MCS-51系列的单片机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在受电弓滑板下方设置可滑板长度方向移动的电涡流测厚仪，可连续测量滑板厚度，并以无线方式传输测量数据，既可避免人工现场测量，相比图像视觉处理的方式，测量结果直观准确，且对于小磨损量同样也能获得定量的检测结果；测量结果以无线方式传输，绘制测量曲线，以磨损区域占比或超出临界磨损与否与判断依据，实现自动报警处理，处理过程不依赖人工，具有自动、高效的优点。

附图说明

图1为一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统的结构示意图；

图2为一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统中控制箱的系统原理框图；

图3为一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统中测量曲线结果的示意图；

图4为一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统中无线传输模块的电路原理图；

图5为一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统中电涡流测厚仪的电路原理图。

图中：1、受电弓滑板；2、螺杆；3、滑轨；4、受电弓托架；5、滑座；51、刷辊；6、电涡流测厚仪；61、测头；7、控制箱；71、电机；72、无线传输模块；73、控制器。

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，本发明实施例中，一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，包括电涡流测厚仪6和控制箱7，电涡流测厚仪6安装在滑座5上，电涡流测厚仪6连接测头61，测头61位于受电弓滑板1正下方，且测头61正对受电弓滑板1，滑座5滑动设置在滑轨3上，滑轨3固定安装在受电弓托架4上，受电弓托架4与受电弓滑板1间通过绝缘连接件连接在一起；

滑座5中设置螺纹孔，螺纹孔内贯穿有螺杆2，螺杆2一端转动安装在受电弓托架4上；控制箱7焊接固定在受电弓托架4上面，其内部设置有电机71、无线传输模块72和控制器73(型号为MAM-300)，其中，电机71(型号为Y90L-4)与控制器73电连接，电机71输出轴通过联轴器连接螺杆2，控制器73分别与无线传输模块72和电涡流测厚仪6电连接，无线传输模块72可与上位机无线通信，用于接收上位机指令或发送数据，当接收到上位机的启动指令时，控制器73控制电机71和电涡流测厚仪6启动，带动螺杆2转动，从而使滑座5沿滑轨3缓慢移动，测头61受电弓滑板1下方移动，并产生测量的电信号，由无线传输模块72发送至上位机处理后得到受电弓滑板1的厚度数据，且由于测头61连续移动，因而该厚度数据是线性的，能够获得受电弓滑板1长度方向的厚度变化，实现对磨损量的检测。

如图3，检测结果绘制成曲线，该曲线位于受电弓滑板1未磨损厚度上下区域之间，以平均磨损量绘制横轴，与实际厚度曲线存在交点，计算处于平均磨损量直线下方面积与受电弓滑板1未磨损上下区域面积的比值，即磨损区域所占比例的大小，当该比值大于预设值时，认为磨损量较大，磨损情况较严重，此时上位机自动发出报警信息；此外，还绘制一条最大磨损量直线，对应预设的临界磨损量，当测量曲线中出现低于该直线的点时，说明滑板中存在磨损较严重的局部区域，则上位机直接进行报警处理，提示更换滑板。

为了避免受电弓滑板1摩擦面上出现杂物对测量结果造成影响，滑座5上设置有刷辊51，刷辊51位于受电弓滑板1上表面，滑座5在移动过程中刷辊51对受电弓滑板1表面进行滚刷，可去除杂物，刷辊51可设置两组，且分别位于测头61所指垂直方向的两侧，即在移动方向上位于测头61的前方。

考虑到机车在偏远地区运行时无线网络基建条件较差，网络覆盖不佳，为了提高通信稳定性，本发明中，无线传输模块72以UM220为处理核心，用于与卫星系统进行通信连接，通过卫星进行信号传输，提高通信稳定性。

无线传输模块的电路图如图4，该电路图中，以UM220芯片为核心，输出脉宽与极性可调的事件信号提供给UM220的EVENT引脚，UM220供电电源引脚VCC与GND间并联有电解电容CT1和陶瓷电容C1，以滤除高频与低频杂波信号，使得UM220供电电源稳定纯净，且电压峰峰值不超过50mV，UM220具有精确授时功能，为维持系统时钟，UM220的VBAT引脚经限流电阻R1与压降二极管D2、D3接有3V锂电池，其中，二极管D3压降0.3V，而D2压降0.7V，以确保UM220的VBAT引脚平时由主电源3.3V供电，而主电源失电时，则由后备电源3V锂电池供电。

UM220的GNSS_ANT引脚在PCB电路板需要布线50Ω以匹配天线阻抗，然后外接卫星蜂窝天线，此外，电阻R2、R3与电容C2及二极管D1构成稳定的低电平复位电路，且低电平保持时间大于2ms。

控制器73型号选用MCS-51系列单片机，兼容性强，成本低。

电涡流测厚仪6的电路原理如图5，图中，线圈-1就是测厚仪的测头部分，考虑到线圈阻抗很小，难以达到信号源对于阻抗的要求，因而加上一个电阻VR1进行匹配。考虑到对于高频信号，线圈对信号相位是有影响的，所以在第二路原始信号进入LF356之前也参照第一路信号加上与线圈-1同属性的线圈-2，并配上匹配电阻VR2。

又考虑到在实际应用中，由于二个线圈的性质不会完全一致，因而在第二路上增加一个电感L3A，可以使得二路信号在没有电涡流现象时，基本一致，其中VR3为LF356的调零电阻，这样电涡流测厚仪6测量的脉冲信号将会更加明显，结果会更加准确。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：包括电涡流测厚仪(6)和控制箱(7)，所述电涡流测厚仪(6)安装在滑座(5)上，所述电涡流测厚仪(6)连接测头(61)，所述测头(61)位于受电弓滑板(1)正下方，且测头(61)正对受电弓滑板(1)，所述滑座(5)滑动设置在滑轨(3)上，所述滑轨(3)固定安装在受电弓托架(4)上，所述受电弓托架(4)与受电弓滑板(1)间通过绝缘连接件连接在一起；所述滑座(5)中设置螺纹孔，且螺纹孔内贯穿有螺杆(2)，所述螺杆(2)一端转动安装在受电弓托架(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述控制箱(7)焊接固定在受电弓托架(4)上面，所述控制箱(7)内设置有电机(71)、无线传输模块(72)和控制器(73)，其中，所述电机(71)与控制器(73)电连接，且电机(71)输出轴通过联轴器连接螺杆(2)，所述控制器(73)分别与无线传输模块(72)和电涡流测厚仪(6)电连接，所述无线传输模块(72)用于接收上位机指令或发送数据，所述上位机用于接收到数据后绘制测量曲线并根据测量曲线结果发送报警信息。

3.根据权利要求2所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述上位机根据测量曲线结果发送报警信息的方法为：以平均磨损量绘制横轴，与实际厚度曲线存在交点，计算处于平均磨损量直线下方面积与受电弓滑板(1)未磨损上下区域面积的比值，若该比值大于预设值，上位机自动发出报警信息。

4.根据权利要求3所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述上位机根据测量曲线结果发送报警信息的方法还包括：以预设的临界磨损量绘制最大磨损量直线，若测量曲线中出现低于最大磨损量直线的点时，上位机发送报警信息。

5.根据权利要求1所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述滑座(5)上设置有刷辊(51)，所述刷辊(51)位于受电弓滑板(1)上表面。

6.根据权利要求5所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述刷辊(51)可设置两组，且分别位于测头(61)所指垂直方向的两侧。

7.根据权利要求2所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述无线传输模块(72)以UM220为处理核心的通信模块。

8.根据权利要求7所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述无线传输模块(72)中，信号输出脉宽与极性可调的事件信号提供给UM220的EVENT引脚，UM220供电电源引脚VCC与GND间并联有电解电容CT1和陶瓷电容C1，UM220的VBAT引脚经限流电阻R1与压降二极管D2、D3接有3V锂电池；UM220的GNSS_ANT引脚在PCB电路板上布线50Ω，并外接卫星蜂窝天线。

9.根据权利要求2所述的一种用于弓网受电弓磨损的在线监测系统，其特征在于：所述控制器(73)采用型号为MCS-51系列的单片机。