CN112748180A - 一种用于高铁车辆的受电弓检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，有效的解决了现有技术中照相机的分辨率不足以及光的影响导致照相机无法检测出来受电弓上轻微的裂痕或者损伤的问题出现，本发明的信号采集电路采集受电弓上的电压信号，电压信号经过选频器后输出至信号处理电路，信号处理电路中的减法器利用电压信号得到裂纹信号，并将裂纹信号经过放大器后输出至信号输出电路，信号输出电路则使裂纹信号经过稳压器和滤波器后传输至控制室，通过设置涡流传感器T1来检测受电弓上的电压信号，并与受电弓完好时的标准信号借助减法器得到受电弓的裂纹信号，实现了对受电弓表面存在的轻微的裂痕或者是损伤的有效采集。

Description

一种用于高铁车辆的受电弓检测装置

技术领域

本发明涉及受电弓检测领域，特别是一种用于高铁车辆的受电弓检测装置。

背景技术

随着经济的发展，人们逐渐拥有了更多的出行方式，其中，高铁以其安全与快速性，成为越来越多人的选择。受电弓，作为高铁车辆配套设施的一种，对保证弓网电流工作的稳定性至关重要，而在受电弓的实际使用过程中，在高铁车辆的快速运行下，受电弓受到弓网动态接触力、风阻力和惯性力等交变载荷的作用，或者塑料袋、漂浮物等异物的强大作用力下，极易出现裂纹、损伤甚至是折断等情况，导致受电弓不能为高铁车辆的安全起到保证作用，而现有技术中对受电弓的检测一般是利用以CCD电耦合器为核心的摄像机，但是此种方式下，采集到的受电弓照片极易受到光的影响，且若照相机的分辨率不足，加之光的影响，照相机无法检测出来受电弓表面存在的轻微的裂痕或者是损伤。

因此本发明提供一种的新的方案来解决此问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，有效的解决了现有技术中照相机的分辨率不足以及光的影响导致照相机无法检测出来受电弓上轻微的裂痕或者损伤的问题出现。

其解决的技术方案是，一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，所述检测装置包括信号采集电路、信号处理电路和信号输出电路，所述信号采集电路采集受电弓上的电压信号，电压信号经过选频器后输出至信号处理电路，信号处理电路中的减法器利用电压信号得到裂纹信号，并将裂纹信号经过放大器后输出至信号输出电路，信号输出电路则使裂纹信号经过谐振器后传输至控制室。

所述信号采集电路包括涡流传感器T1、选频器，涡流传感器T1将采集受电弓上的电压信号，电压信号经过选频器进行选频，选频后的电压信号经过三极管Q1进行放大补偿后输出至信号处理电路。

所述选频器包括电阻R1，电阻R1的一端与涡流传感器T1的out引脚相连接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、瞬态抑制二极管D1的一端，电阻R2的另一端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端、三极管Q1的基极，电容C2的另一端分别连接电阻R18的一端、电阻R3的另一端、瞬态抑制二极管D1的另一端、涡流传感器T1的gnd引脚并连接地，涡流传感器T1的vcc引脚与电阻R4的一端相连接并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与电阻R4的另一端相连接，三极管Q1的发射极与电阻R18的另一端相连接。

所述信号处理电路包括减法器和放大器，减法器将信号采集电路输出的电压信号与标准信号进行减法运算得到裂纹信号，裂纹信号经过放大器进行放大后传输信号输出电路。

所述减法器包括三极管Q2，三极管Q2的基极分别连接电阻R5的一端、信号采集电路中的三极管Q1的集电极、电阻R4的另一端，三极管Q2的发射极分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，三极管Q2的集电极分别连接诶电阻R5的另一端、信号采集电路中的电阻R4的一端并连接正极性电源VCC，电阻R6的另一端分别连接运放器U1B的同相端、电阻R9的一端，运放器U1B的反相端分别连接电阻R8的一端、电阻R10的一端，电阻R8的另一端连接标准信号，运放器U1B的输出端与电阻R10的另一端相连接，电阻R9的另一端分别连接电阻R7的另一端、信号采集电路中的电阻R18的一端并连接地。

所述放大器包括电阻R11，电阻R11的一端分别连接减法器中的运放器U1B的输出端、电阻R10的另一端，电阻R11的另一端与运放器U2B的同相端相连接，运放器U2B的反相端分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，运放器U2B的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接可变电容C4的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R13的另一端、减法器中电阻R9的另一端并接地，可变电容C4的另一端与电容C3的另一端相连接。

所述信号输出电路包括稳压器和滤波器，稳压器将信号处理电路输出的裂纹信号接收并进行稳压，滤波器则是将经过稳压处理后的裂纹信号进行滤波，并将裂纹信号传输至控制室。

所述稳压器包括三极管Q3，三极管Q3的集电极与信号处理电路中的电感L2的一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R15的一端相连接，电阻R15的另一端与可调电阻R16的上端相连接，可调电阻R16的下端分别连接电阻R17的一端、信号处理电路中的电感L2的另一端并连接地，电阻R17的另一端与三极管Q3的基极相连接，可调电阻的可调端与稳压管D3的负极相连接，稳压管D3的正极与电阻R14的一端相连接，电阻R14的另一端分别连接信号处理电路中的电阻R12的一端、电阻R13的一端、运放器U2B的反相端。

所述滤波器包括电感L1，电感L1的一端分别连接稳压器中的三极管Q3的发射极、电阻R15的一端，电感L1的另一端分别连接控制室、变容二极管D4的正极、电容C5的一端、变容二极管D4的负极分别连接电容C5的另一端、稳压器中的可调电阻R16的下端、电阻R17的一端并连接地。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）通过设置涡流传感器T1来检测受电弓上的电压信号，并与受电弓完好时的标准信号借助以运放器U1B、电阻R10、电阻R9为核心的减法器得到受电弓的裂纹信号，避免了现有技术中利用以CCD电耦合器为核心的摄像机对受电弓进行检测时，采集到的受电弓照片极易受到光的影响，加之照相机的分辨率不足使得照相机无法检测出来受电弓表面存在的轻微的裂痕或者是损伤的问题出现；

（2）利用以运放器U2B、电阻R12对受电弓表面上出现的轻微裂痕或损伤而得到的微弱的裂纹信号进行放大，利用电阻R15、可调电阻R16、稳压管D3、电阻R14组成稳压器避免将因裂纹较大而得到的幅值较大的裂纹信号放大的倍数过大，避免使得裂纹信号的幅值不能保持稳定，并将裂纹信号利用电容C3、可变电容C4、电感L2进行谐振，利用电感L2、变容二极管D4、电容C7对裂纹信号进行滤波，避免了裂纹信号中混杂了三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3本身携带的噪音，保证裂纹信号在传输至高铁车辆的控制室进行分析时的准确性，进而提醒控制室内的工作人员受电弓出现裂纹或损伤需要注意和警惕。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

具体实施方式

为有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种高铁车辆检测装置，应用受电弓外部与控制室之间，所述检测装置包括信号采集电路、信号处理电路和信号输出电路，所述信号采集电路包括涡流传感器T1、选频器，涡流传感器T1采用型号为DT3061系列的电涡流传感器作为涡流传感器T1来采集受电弓上的电压信号，利用瞬态抑制二极管D1抑制电压信号刚进入检测装置时引起的浪涌现象，利用电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2组成的选频器来对电压信号进行选频，避免其他频率的信号对电压信号造成影响，利用三极管Q1对电压信号进行放大后传输至信号处理电路，信号处理电路利用三极管Q2对电压信号进行跟随处理，以提高驱动能力，所述信号处理电路包括减法器、放大器，以运放器U1B、电阻R10、电阻R9为核心的减法器接收信号采集电路传输过来的电压信号，利用电阻R8接收标准信号，电压信号与标准信号利用减法器进行减法运算，减法器输出的结果即为受电弓表面存在裂纹时的裂纹信号，通过运放器U2B、电阻R12将裂纹信号进行放大，将放大后裂纹信号利用电容C3、可变电容C4、电感L2进行谐振，将裂纹信号所在的频率选择出来并向信号输出电路输出，所述信号输出电路包括稳压器和滤波器，利用电阻R15、可调电阻R16、稳压管D3、电阻R14组成稳压器避免将因裂纹较大而得到的幅值较大的裂纹信号放大得过大，并利用电感L2、变容二极管D4、电容C7对裂纹信号进行滤波，保证裂纹信号在传输至高铁车辆的控制室进行分析时的准确性，进而提醒控制室内的工作人员受电弓出现裂纹或损伤需要注意和警惕；

所述信号采集电路包括涡流传感器T1、选频器和补偿器，涡流传感器T1采用型号为DT3061系列的电涡流传感器作为涡流传感器T1来采集受电弓上的电压信号，电压信号经电阻R1接收，利用瞬态抑制二极管D1抑制电压信号刚进入检测装置时引起的浪涌现象，避免损伤检测装置，利用电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2组成的选频器来对电压信号进行选频，利用选频器来将电压信号所在的频率选择出来，避免其他频率信号对电压信号造成影响，利用三极管Q1对电压信号进行放大，以补偿电压信号在利用电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2进行选频时造成的损耗，以实现电压信号可以无损耗的向信号处理电路传输，而三极管Q2则是对电压信号进行跟随处理，以提高驱动信号处理电路以及信号输出电路的能力，电压信号经过三极管Q1的集电极传输至信号处理电路；

所述选频器包括电阻R1，电阻R1的一端与涡流传感器T1的out引脚相连接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、瞬态抑制二极管D1的一端，电阻R2的另一端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端、三极管Q1的基极，电容C2的另一端分别连接电阻R18的一端、电阻R3的另一端、瞬态抑制二极管D1的另一端、涡流传感器T1的gnd引脚并连接地，涡流传感器T1的vcc引脚与电阻R4的一端相连接并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与电阻R4的另一端相连接，三极管Q1的发射极与电阻R18的另一端相连接；

所述信号处理电路包括减法器、放大器，三极管Q2是对电压信号进行跟随处理，以提高电压信号的驱动能力，以运放器U1B、电阻R10、电阻R9为核心的减法器利用电阻R6接收信号采集电路传输过来的电压信号，利用电阻R8接收标准信号，此标准信号即为受电弓完好、未发生裂纹或者损伤时的电压信号，当受电弓有裂纹或者损伤出现时，涡流传感器T1输出的电压信号发生变化，电压信号与标准信号利用减法器进行减法运算，减法器输出的结果即为受电弓表面存在裂纹时的裂纹信号，若裂纹较为轻微，则得到的裂纹信号较为微弱，则通过电阻R11将裂纹信号传输至以运放器U2B、电阻R12为核心的放大器上，将微弱的裂纹信号经过运放器U2B、电阻R12放大后，利用电容C6、可变电容C5、电感L1对裂纹信号进行谐振，因受电弓的损伤程度关系到高铁车辆的安全，若是裂纹信号中混杂了其他设备发出的信号，则会影响到控制室对裂纹信号分析的准确性，所以将裂纹信号所在的频率选择出来并向信号输出电路输出；

所述减法器包括三极管Q2，三极管Q2的基极分别连接电阻R5的一端、信号采集电路中的三极管Q1的集电极、电阻R4的另一端，三极管Q2的发射极分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，三极管Q2的集电极分别连接诶电阻R5的另一端、信号采集电路中的电阻R4的一端并连接正极性电源VCC，电阻R6的另一端分别连接运放器U1B的同相端、电阻R9的一端，运放器U1B的反相端分别连接电阻R8的一端、电阻R10的一端，电阻R8的另一端连接标准信号，运放器U1B的输出端与电阻R10的另一端相连接，电阻R9的另一端分别连接电阻R7的另一端、信号采集电路中的电阻R18的一端并连接地；

所述放大器包括电阻R11，电阻R11的一端分别连接减法器中的运放器U1B的输出端、电阻R10的另一端，电阻R11的另一端与运放器U2B的同相端相连接，运放器U2B的反相端分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，运放器U2B的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接可变电容C4的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R13的另一端、减法器中电阻R9的另一端并接地，可变电容C4的另一端与电容C3的另一端相连接；

所述信号输出电路稳压器和滤波器，利用三极管Q3接收裂纹信号，因轻微的裂纹或者损伤得到的裂纹信号的幅值是微弱的，但裂纹较大或损伤较严重时得到的裂纹信号的幅值并不微弱，运放器U2B、电阻R12对裂纹信号的两种状态的放大倍数是相同的，为避免裂纹较大时的裂纹信号的幅值经过放大器后放大得过大，利用此时的裂纹信号经电阻R15与可调电阻R16取样，当取样的裂纹信号将稳压管D3反相导通时，则表明裂纹较大时取得的裂纹信号的幅值经过运放器U2B、电阻R12放大得过大，则此时电阻R14与电阻R12并联，进而改变运放器U2B的放大倍数，使得裂纹信号的幅值保持稳定，并利用电感L2、变容二极管D4、电容C7对裂纹信号进行滤波，避免了裂纹信号中混杂了三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3本身携带的噪音，保证裂纹信号在传输至高铁车辆的控制室进行分析时的准确性，进而提醒控制室内的工作人员受电弓出现裂纹或损伤需要注意和警惕；

所述稳压器包括三极管Q3，三极管Q3的集电极与信号处理电路中的电感L2的一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R15的一端相连接，电阻R15的另一端与可调电阻R16的上端相连接，可调电阻R16的下端分别连接电阻R17的一端、信号处理电路中的电感L2的另一端并连接地，电阻R17的另一端与三极管Q3的基极相连接，可调电阻的可调端与稳压管D3的负极相连接，稳压管D3的正极与电阻R14的一端相连接，电阻R14的另一端分别连接信号处理电路中的电阻R12的一端、电阻R13的一端、运放器U2B的反相端；

所述滤波器包括电感L1，电感L1的一端分别连接稳压器中的三极管Q3的发射极、电阻R15的一端，电感L1的另一端分别连接控制室、变容二极管D4的正极、电容C5的一端、变容二极管D4的负极分别连接电容C5的另一端、稳压器中的可调电阻R16的下端、电阻R17的一端并连接地。

本发明在进行具体使用的时候，所述检测装置包括信号采集电路、信号处理电路和信号输出电路，所述信号采集电路包括涡流传感器T1、选频器，涡流传感器T1采用型号为DT3061系列的电涡流传感器作为涡流传感器T1来采集受电弓上的电压信号，利用瞬态抑制二极管D1抑制电压信号刚进入检测装置时引起的浪涌现象，利用电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2组成的选频器来对电压信号进行选频，避免其他频率的信号对电压信号造成影响，利用三极管Q1对电压信号进行放大后传输至信号处理电路，信号处理电路利用三极管Q2对电压信号进行跟随处理，以提高驱动能力，所述信号处理电路包括减法器、放大器，以运放器U1B、电阻R10、电阻R9为核心的减法器接收信号采集电路传输过来的电压信号，利用电阻R8接收标准信号，电压信号与标准信号利用减法器进行减法运算，减法器输出的结果即为受电弓表面存在裂纹时的裂纹信号，通过运放器U2B、电阻R12将裂纹信号进行放大，将放大后裂纹信号利用电容C3、可变电容C4、电感L2进行谐振，将裂纹信号所在的频率选择出来并向信号输出电路输出，所述信号输出电路包括稳压器和滤波器，利用电阻R15、可调电阻R16、稳压管D3、电阻R14组成稳压器避免将因裂纹较大而得到的幅值较大的裂纹信号放大得过大，并利用电感L2、变容二极管D4、电容C7对裂纹信号进行滤波，保证裂纹信号在传输至高铁车辆的控制室进行分析时的准确性，进而提醒控制室内的工作人员受电弓出现裂纹或损伤需要注意和警惕；

通过设置涡流传感器T1来检测受电弓上的电压信号，并与受电弓完好时的标准信号借助以运放器U1B、电阻R10、电阻R9为核心的减法器得到受电弓的裂纹信号，避免了现有技术中利用以CCD电耦合器为核心的摄像机对受电弓进行检测时，采集到的受电弓照片极易受到光的影响，加之照相机的分辨率不足使得照相机无法检测出来受电弓表面存在的轻微的裂痕或者是损伤的问题出现，利用以运放器U2B、电阻R12对受电弓表面上出现的轻微裂痕或损伤而得到的微弱的裂纹信号进行放大，利用电阻R15、可调电阻R16、稳压管D3、电阻R14组成稳压器避免将因裂纹较大而得到的幅值较大的裂纹信号放大的倍数过大，避免使得裂纹信号的幅值不能保持稳定，并将裂纹信号利用电容C3、可变电容C4、电感L2进行谐振，利用电感L2、变容二极管D4、电容C7对裂纹信号进行滤波，避免了裂纹信号中混杂了三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3本身携带的噪音，保证裂纹信号在传输至高铁车辆的控制室进行分析时的准确性，进而提醒控制室内的工作人员受电弓出现裂纹或损伤需要注意和警惕。

Claims (9)

1.一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述检测装置包括信号采集电路、信号处理电路和信号输出电路，所述信号采集电路采集受电弓上的电压信号，电压信号经过选频器后输出至信号处理电路，信号处理电路中的减法器利用电压信号得到裂纹信号，并将裂纹信号经过放大器后输出至信号输出电路，信号输出电路则使裂纹信号经过稳压器和滤波器后传输至控制室。

2.如权利要求1所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述信号采集电路包括涡流传感器T1、选频器，涡流传感器T1将采集受电弓上的电压信号，电压信号经过选频器进行选频，选频后的电压信号经过三极管Q1进行放大补偿后输出至信号处理电路。

3.如权利要求2所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述选频器包括电阻R1，电阻R1的一端与涡流传感器T1的out引脚相连接，电阻R1的另一端分别连接电阻R2的一端、瞬态抑制二极管D1的一端，电阻R2的另一端与电容C1的一端相连接，电容C1的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C2的一端、三极管Q1的基极，电容C2的另一端分别连接电阻R18的一端、电阻R3的另一端、瞬态抑制二极管D1的另一端、涡流传感器T1的gnd引脚并连接地，涡流传感器T1的vcc引脚与电阻R4的一端相连接并连接正极性电源VCC，三极管Q1的集电极与电阻R4的另一端相连接，三极管Q1的发射极与电阻R18的另一端相连接。

4.如权利要求1所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括减法器和放大器，减法器将信号采集电路输出的电压信号与标准信号进行减法运算得到裂纹信号，裂纹信号经过放大器进行放大后传输信号输出电路。

5.如权利要求4所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述减法器包括三极管Q2，三极管Q2的基极分别连接电阻R5的一端、信号采集电路中的三极管Q1的集电极、电阻R4的另一端，三极管Q2的发射极分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，三极管Q2的集电极分别连接诶电阻R5的另一端、信号采集电路中的电阻R4的一端并连接正极性电源VCC，电阻R6的另一端分别连接运放器U1B的同相端、电阻R9的一端，运放器U1B的反相端分别连接电阻R8的一端、电阻R10的一端，电阻R8的另一端连接标准信号，运放器U1B的输出端与电阻R10的另一端相连接，电阻R9的另一端分别连接电阻R7的另一端、信号采集电路中的电阻R18的一端并连接地。

6.如权利要求4所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述放大器包括电阻R11，电阻R11的一端分别连接减法器中的运放器U1B的输出端、电阻R10的另一端，电阻R11的另一端与运放器U2B的同相端相连接，运放器U2B的反相端分别连接电阻R12的一端、电阻R13的一端，运放器U2B的输出端分别连接电阻R12的另一端、二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接可变电容C4的一端、电感L2的一端，电感L2的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R13的另一端、减法器中电阻R9的另一端并接地，可变电容C4的另一端与电容C3的另一端相连接。

7.如权利要求1所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述信号输出电路包括稳压器和滤波器，稳压器将信号处理电路输出的裂纹信号接收并进行稳压，滤波器则是将经过稳压处理后的裂纹信号进行滤波，并将裂纹信号传输至控制室。

8.如权利要求7所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述稳压器包括三极管Q3，三极管Q3的集电极与信号处理电路中的电感L2的一端相连接，三极管Q3的发射极与电阻R15的一端相连接，电阻R15的另一端与可调电阻R16的上端相连接，可调电阻R16的下端分别连接电阻R17的一端、信号处理电路中的电感L2的另一端并连接地，电阻R17的另一端与三极管Q3的基极相连接，可调电阻的可调端与稳压管D3的负极相连接，稳压管D3的正极与电阻R14的一端相连接，电阻R14的另一端分别连接信号处理电路中的电阻R12的一端、电阻R13的一端、运放器U2B的反相端。

9.如权利要求7所述的一种用于高铁车辆的受电弓检测装置，其特征在于，所述滤波器包括电感L1，电感L1的一端分别连接稳压器中的三极管Q3的发射极、电阻R15的一端，电感L1的另一端分别连接控制室、变容二极管D4的正极、电容C5的一端、变容二极管D4的负极分别连接电容C5的另一端、稳压器中的可调电阻R16的下端、电阻R17的一端并连接地。

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