CN112179299A

CN112179299A - 一种基于声发射的接触网平顺性检测装置及方法

Info

Publication number: CN112179299A
Application number: CN202011077730.3A
Authority: CN
Inventors: 孙树光; 官琪; 孔霞; 赵磊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-10-10
Filing date: 2020-10-10
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2040-10-10
Also published as: CN112179299B

Abstract

本公开公开的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置及方法，包括：声采集设备，收集受电弓与接触网接触时发出的声信号，并将声信号转换为电信号；信号放大设备，将声采集设备获得的电信号放大；前端数据预处理设备，将信号放大设备放大后电信号转化为数字信号；数据分析主机，对前端数据预处理设备获得的数字信号进行分析获得声音波形图，通过声音波形图对接触网平顺性进行识别。在车顶或受电弓框架上安装声采集设备采集受电弓与接触网处的声信号，通过声信号对接触网的平顺性进行检测，实现了不改造受电弓弓头即可对接触网的平顺性进行检测。

Description

一种基于声发射的接触网平顺性检测装置及方法

技术领域

本公开涉及一种基于声发射的接触网平顺性检测装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

接触网是在电气化铁道中沿钢轨上空“之”字形架设的供电力机车或电动车组受电弓取流的特殊供电线路，用于向电力机车或电动车组提供牵引电能，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。

接触网不平顺，容易导致受电弓与接触线分离，进而发生接触线和受电弓的机械损伤以及电弧烧伤，从而影响电力机车取流，严重时会造成弓网故障，进而影响行车安全。

目前接触网不平顺主要通过在接触网检测车的受电弓弓头上安装加速度传感器进行检测，但是发明人认为，在检测车的受电弓弓头上安装传感器对接触网的平顺性进行检测，存在以下技术问题：一、对受电弓弓头上的加速度传感器、供电电源线、信号线的安装要求较高，由于加速度传感器安装部位振动较大，则加速度传感器容易松动或脱落，影响接触网平顺性检测精度的基础上，易造成安全问题；二、由于弓网接触处电火花较大，对信号的接收处理存在较大干扰，从而影响了接触网平顺性的检测精度；三，在电力机车高速运行时，安装的加速度传感器的形状、重量等会引起受电弓空气动力学指标变化，引起弓网接触力的变化，影响弓网受流性能。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种基于声发射的接触网平顺性检测装置及方法，在车顶或受电弓框架上安装声采集设备采集受电弓与接触网相对运动时的声信号，通过声信号对接触网的平顺性进行检测，实现了不改造受电弓弓头即可对接触网的平顺性进行检测，可提高检测精度，且不影响弓网受流性能。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，包括：

声采集设备，接收受电弓与接触网接触时发出的声信号，并将声信号转换为电信号；

信号放大设备，将声采集设备获得的电信号放大；

前端数据预处理设备，将信号放大设备放大后的电信号转化为数字信号；

数据分析主机，对前端数据预处理设备获得的数字信号进行分析获得声音波形图，通过声音波形图对接触网平顺性进行识别。

进一步的，数据分析主机对获得的数字信号进行预处理，获得结果二值图像，通过最小二乘法对结果二值图像进行拟合，获得声音波形图，通过声音波形图对接触网平顺性进行识别。

进一步的，声采集设备安装于车顶，或受电弓框架上。

在一个或多个实施例中，提出了一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，包括：

采集受电弓与接触网接触时发出的声信号；

对接收的声信号进行二值化处理，获得结果二值图像；

通过最小二乘法对结果二值图像进行拟合，获得声音波形图；

根据声音波形图对接触网平顺性进行识别。

在一个或多个实施例中，公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开实现了通过采集分析受电弓与接触网相对运动时的声信号，即可对接触网的平顺性进行检测，方法简单，且采集声信号不受电火花的影响，从而提高了接触网平顺性的检测精度。

2、本公开通过在电力机车的车顶或受电弓框架上安装声采集设备采集受电弓与接触网处的声信号，通过声信号对接触网的平顺性进行检测，实现了不改造受电弓弓头即可对接触网的平顺性进行检测，真正意义上反映了电力机车实际运行过程中的弓网工况，检测数据更具指导意义，由于不改造受电弓弓头，从而不会对弓网受流性能产生影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例1的结构框图；

图2为本公开实施例2的流程图；

图3为接触网平顺状态下的声音波形图；

图4为接触网不平顺点处的声音波形图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

引起接触网不平顺的原因，主要有以下几方面：

(1)接触线本身有硬弯或损伤，导致受电弓滑动至此时引起受电弓跳动；

(2)因施工等原因造成接触网一段距离内(几米至几十米)突然升高或降低；

(3)接触网相邻定位点的高度差超出规定值；

(4)受电弓高速运行中有冰雪等异物影响、阵风影响；

(5)受电弓滑板有损伤；

以上原因均可导致接触网不平顺，使受电弓与接触网不平顺点接触时发出的声信号与正常运行时不一致，从而可以通过采集分析接触网与受电弓接触处的声信号对接触网平顺性进行检测，并确定接触网不平顺原因。

本公开为了实现不改造受电弓弓头即可对接触网平顺性进行检测，公开了一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，如图1所示，包括：

信号放大设备，将声采集设备获得的电信号放大；

前端数据预处理设备，将信号放大设备放大后电信号转化为数字信号；

具体为：

在电力机车的车顶或受电弓框架上安装声采集设备，用于采集接触网与受电弓接触面所发出的声信号，声信号传导至声采集设备，声采集设备将声信号转变为微弱的电信号。

为了减少非检测目标声发射信号对检测的干扰，在声采集设备前端安装V型护罩，V型护罩朝向受电弓与接触网的接触区域，有效减少来自非前方声发射信号的干扰。

信号放大设备，用于将声采集设备转换出的微弱电信号进行放大，并将放大后的电信号传输至前端数据预处理设备中。

前端数据预处理设备，用于将接收到的放大后的电信号预处理，转换为数字信号，并传输至数据分析主机。

数据分析主机，用于将接收的数字信号进行滤波、分析，进而计算、分析出接触网不平顺情况及位置。

数据分析主机对数字信号进行处理的具体过程为：通过二值化处理，去除噪声干扰获得结果二值图像，基于最小二乘法对结果二值图像进行拟合，获得接触网与受电弓接触面所发出声信号的声音波形图，提取声音波形图中声信号的参数特征，将声信号的参数特征与设定阈值比较，确定接触网不平顺点，对不平顺点处声信号的参数特征进行综合分析，确定引起接触网不平顺的具体原因。

声信号的参数特征包括：声信号的总量和频度、频率、能量、信号第一次越过设定阈值至最终降至设定阈值所经历的时间间隔，信号第一次越过设定阈值至最大振幅所经历的时间。

阈值根据对接触网不平顺状态和平顺状态进行检测确定，由于接触网平顺状态下声信号连续，而当接触网不平顺状态时，声信号为突发状态，故当声信号的参数特征超过设定阈值时，判定接触网不平顺，如图3、图4所示，接触网平顺状态下，接收声信号获得的声音波形图为连续的，而当接触网不平顺时，接触网不平顺点产生的声信号为突发状态，声音波形图在此点处超越设定阈值a、b。

此外，本实施例公开的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，还设置了电源模块，通过电源模块为声采集设备、信号放大设备、前端数据预处理设备和数据分析主机供电。

本实施例的检测装置，通过采集受电弓与接触网接触处的声信号，就能对接触网的平顺性进行检测，并具有良好的抗噪能力，能够较为准确的对接触网平顺性进行检测，确定接触网的不平顺点。

本实施例通过在电力机车的车顶或受电弓框架上安装声采集设备采集受电弓与接触网接触处的声信号，通过声信号对接触网的平顺性进行检测，实现了不改造受电弓弓头即可对接触网的平顺性进行检测，检测数据更具指导意义，且采集声信号时，不受电火花的影响，且声采集设备安装于受电弓框架或车顶处，产生的振动较小，不易出现松动或脱落的问题，不会对声信号的采集造成影响，从而使得接触网平顺性的检测精度较高，由于声采集设备安装于受电弓框架或电力机车的车顶上，故不会对弓网受流性能产生影响。

本实施例的检测装置不仅适用于普速、高速电气化铁路接触网平顺性检测，同时适用于城市轨道交通架空刚柔性悬挂接触网平顺性检测。

实施例2

在该实施例中，公开了一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，包括：

采集受电弓与接触网接触时发出的声信号；

对接收的声信号进行二值化处理，获得结果二值图像；

根据声音波形图对接触网平顺性进行识别。

进一步的，通过二值化处理对声信号进行预处理，获得结果二值图像。

进一步的，根据声音波形图提取声信号的参数特征，将声信号的参数特征与设定阈值比较，确定接触网的不平顺点。

进一步的，根据接触网不平顺点处声信号的参数特征，确定接触网不平顺的产生原因。

进一步的，声信号的参数特征包括，声信号的总量和频度、声音频率、声音能量、信号第一次越过设定阈值至最终降至设定阈值所经历的时间间隔，信号第一次越过设定阈值至最大振幅所经历的时间。

进一步的，阈值根据对接触网不平顺状态和平顺状态进行检测确定，当声信号的参数特征超过设定阈值时，判定接触网不平顺。

实施例3

在本实施例中，公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例2公开的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法的步骤。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims

1.一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，包括：

声采集设备，收集受电弓与接触网接触时发出的声信号，并将声信号转换为电信号；

信号放大设备，将声采集设备获得的电信号放大；

2.如权利要求1所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，其特征在于，数据分析主机对获得的数字信号进行预处理，获得结果二值图像，通过最小二乘法对结果二值图像进行拟合，获得声音波形图。

3.如权利要求1所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，其特征在于，声采集设备安装于车顶，或受电弓框架上。

4.如权利要求1所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，其特征在于，声采集设备的前端安装V型护罩，V型护罩朝向受电弓与接触网的接触处。

5.如权利要求1所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测装置，其特征在于，还包括电源模块，通过电源模块为声采集设备、信号放大设备、前端数据预处理设备和数据分析主机供电。

6.一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，其特征在于，包括：

采集受电弓与接触网接触时发出的声信号；

对接收的声信号进行二值化处理，获得结果二值图像；

根据声音波形图对接触网平顺性进行识别。

7.如权利要求6所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，其特征在于，根据声音波形图提取声信号的参数特征，将声信号的参数特征与设置阈值比较，对接触网的平顺性进行识别。

8.如权利要求7所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，其特征在于，当声信号的参数特征超过设定阈值时，判定接触网不平顺。

9.如权利要求7所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法，其特征在于，根据接触网不平顺点处声信号的参数特征，确定接触网不平顺的产生原因。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求6-9任一项所述的一种基于声发射的接触网平顺性检测方法的步骤。