CN113945609A - 一种用于高铁接触线磨损检测的ert传感器 - Google Patents
一种用于高铁接触线磨损检测的ert传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器，包括中部带有接触线放置内孔的环形传感器本体，所述环形传感器本体包括从内向外依次布置的弹性导电环、绝缘管道和屏蔽罩，所述弹性导电环和绝缘管道之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极。本发明利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，来实现高铁接触线磨损检测，可有效解决高铁接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。
Description
技术领域
本发明涉及高铁接触线磨损的检测传感器技术，具体涉及一种用于高铁接触线磨损检测的ERT(Electrical Resistance Tomography，电阻层析成像)传感器。
背景技术
接触线作为电气化铁路系统的重要组成部分，由于受电弓和接触线之间的不断摩擦，长时间的使用将会导致接触线表面产生磨损，依据《高铁接触网检修作业指导书》的规定，一旦磨损量达到15％时需要给出警示，当磨损量超过20％时需要对接触线进行更换，这就需要利用合理的方法对接触线的磨损进行精准而有效的检测。
针对接触线磨损量的检测，研究最多的是图像处理法和激光检测法。基于图像处理的磨面宽度检测法主要是采用照明-摄像的检测原理，这种检测方式的优点是检测精度高，可以实现接触线的带电检测，最高可以达到±0.2mm，但是图像检测很容易受到天气、光照等环境因素的影响，需要进行光补偿，且图像处理具有延后性，所以时效性较低。激光检测法主要是利用磨耗面宽度与激光反射持续时间成正比，通过反射激光的持续时间来计算出接触网磨损面的宽度,测量误差约为±0.2mm，激光检测的方法非常简单直接，但是激光发射装置的稳定性会影响到结果的准确性，所以没有被广泛应用。还有基于光纤的报警式检测系统，利用带光纤检测线的接触导线和光时域反射仪，检测不同时段在光纤内部产生的雷利散射光的强度变化计算出接触线的磨损状态，利用雷利散射光的反向传播时间计算出光纤断开的位置，这种方法可以更可靠、更高效地了解接触线的磨损情况，实现连续监控和集中监测，但是需要事先在接触线中加入光纤，制作成本较高，不能实现对已有接触线的检测。此外，同济大学的红外射线技术也可以检测接触线的磨耗量，对缺陷处进行温升分析，利用缺陷处的温度来计算横截面积，这种方法的误差在10％以内，这种方法克服了测量设备会与接触线碰触所造成的接触式测量难免产生的误差。但是忽略考虑了因实际环境下太阳光照射引起的附加温升，接触线磨耗定位难等困难和缺点，测量技术仍需进一步完善。中国铁道科学研究院还利用拉出值、导线高度等以目前技术手段相对容易测量获取且测量精度较高的参数，利用人工神经网络进行训练从而推断得到接触线磨耗量的预测值，测量误差在10％以内，这种方法可以减少磨耗量检测的工作量，提高检测效率，保障轨道交通线路的正常运营，但是还只是在初步理论验证阶段，还需要利用大量的数据来训练预测模型，提高模型的准确度。
ERT层析成像技术就是在被测对象上按照一定的规律排列若干电极，在场域边界处的电极上施加电流激励，当敏感场内的各相介质的分布情况发生变化时，场域中的各相介质电导率也会发生相应的改变。ERT传感器主要应用在医学领域、流体检测领域、工业监控领域以及材料领域等方向，具有非侵入、安全、简单便携、造价低等特点。但是，由于ERT传感器的电极必须要接触连续导电相，而高铁接触线的磨损会产生空气域，产生电极和导电相的接触性问题，所以不能够高铁接触线磨损的检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器，本发明利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，来实现高铁接触线磨损检测，可有效解决高铁接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于接触线磨损检测的ERT传感器，包括中部带有接触线放置内孔的环形传感器本体，所述环形传感器本体包括从内向外依次布置的弹性导电环、绝缘管道和屏蔽罩，所述弹性导电环和绝缘管道之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极。
可选地，所述电极均匀对称地分布在弹性导电环外壁的一半圆周以内。
可选地，所述电极焊接有带屏蔽层的激励/测量导线，所述激励/测量导线与电极相连后再经过绝缘管道上的过孔后从绝缘管道和屏蔽罩之间的空隙引出；或者所述激励/测量导线与电极伸出绝缘管道上的过孔的部分相连并从绝缘管道和屏蔽罩之间的空隙引出。
可选地，所述环形传感器本体为开合式结构，所述开合式结构是指所述环形传感器本体由两个半环组成，且两个半环一端通过转轴转动连接、另一端通过可拆卸的连接件相连。
可选地，所述电极为铜电极，所述绝缘管道为塑料管道。
本发明还提供一种用于接触线磨损的检测系统，包括开关单元、信号采集调理电路、处理单元、微控制器、DDS正弦波发生器以及所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，所述开关单元包括测量电极选通开关和激励电极选通开关，所述测量电极选通开关、激励电极选通开关以及DDS正弦波发生器的控制端分别与微控制器相连，所述DDS正弦波发生器的输出端通过激励电极选通开关与所述ERT传感器的各个电极相连，且所述ERT传感器的各个电极分别通过测量电极选通开关、信号采集调理电路与处理单元相连。
此外，本发明还提供一种所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，包括：
1)在接触线放置内孔中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm；
2)将目标场的电压矩阵Vm减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；
3)对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。
可选地，步骤1)中在接触线放置内孔中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm时，获得空场域的边界电压值V0和目标场的电压矩阵Vm的步骤包括：
S1)在电极组件中选择2n个电极，以不重叠的两个相邻的电极作为一组相邻电极对构成相邻电极对集合；
S2)按照指定的旋转方向，从相邻电极对集合遍历选择一组相邻电极对作为当前相邻电极对，将当前相邻电极对作为激励电极，对激励电极注入恒定激励电流以建立敏感场，并分别测量相邻电极对集合中尚未遍历的其余各组相邻电极对的电势差；
S3)判断相邻电极对集合是否遍历完毕，如果尚未遍历完毕，则跳转至步骤S2)；将所有测量得到的电势差组成得到的空场域的边界电压值V0或目标场的电压矩阵Vm。
可选地，步骤3)之前还包括确定ERT传感器的灵敏度矩阵S的步骤：建立与ERT传感器同样结构参数的仿真模型进行电场强度仿真计算，并基于下式计算ERT传感器的灵敏度Sij(x,y,z)，从而得到所有灵敏度Sij(x,y,z)构成的灵敏度矩阵S：
上式中，Sij(x,y,z)表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的灵敏度系数，(x,y,z)表示像素点坐标，
表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，
表示第j对电极作为激励电极激励第i对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，i,j分别表示用作激励和测量的电极对，I表示激励电极的电流大小。
可选地，步骤3)包括：
3.1)将边界电压值矩阵V作为电压值矩阵U代入U＝SG确定初始的电导率重建图像G，其中S为ERT传感器的灵敏度矩阵；根据下式确定Landweber图像重建算法的极小化目标函数f(G)：
初始化迭代变量K，将初始的电导率重建图像G作为为第K次迭代时算法重建图像的灰度值GK；
3.2)根据下式计算极小化目标函数的梯度
根据下式计算辅助变量QK和控制收敛速度的迭代因子αK；
根据下式计算第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1；
3.3)判断第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1的精度是否满足要求，如果满足要求，则将第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1作为得到的最终的电导率重建图像，跳转执行下一步；否则，跳转执行步骤3.2)；
3.4)根据第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1计算出最终所需的磨损面积参数。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1、本发明利用ERT传感器来直接对接触线的截面进行成像，在被测对象上按照一定的规律排列若干电极，在场域边界处的电极上施加电流激励，当敏感场内的各相介质的分布情况发生变化时，场域中的各相介质电导率也会发生相应的改变，因而可以通过对场域边界处电极上的电势进行检测，并可重建被测场域内部的电导率分布，利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，通过成像直观地检测出接触线的磨损量，实现接触线磨损检测，可有效解决接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。
2、电阻层析成像要求被测场域是连续导电相，考虑到磨损后会产生空气域，本发明包括弹性导电环，导电橡胶环用于保证激励信号能够顺利进入检测场域，还能增强敏感场域的电势分布，加入弹性导电环可保证激励电流总是能够注入，在设计时就需要控制导电环的厚度来实现弹性导电环紧贴电极和被测接触线。本发明的绝缘管道可固定电极和导线的位置，起到支撑传感器的作用。本发明的屏蔽罩可有效抑制测量过程的电磁和噪声干扰。
3、本发明用于接触线磨损检测的ERT传感器可用于实现各类高速铁路的高铁接触线的磨损检测，还可以用于普通铁路的接触线的磨损检测。
附图说明
图1为本发明实施例一中ERT传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例一中得到最终的电导率重建图像示意图。
图3为本发明实施例一中相邻电极对的测试原理示意图。
图4为本发明实施例一中利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演的流程图。
图5为本发明实施例二中的检测系统结构示意图。
图6为本发明实施例二中的检测系统应用流程示意图。
图例说明：1、环形传感器本体；10、接触线放置内孔；11、弹性导电环；12、绝缘管道；121、过孔；13、屏蔽罩；14、电极；15、激励/测量导线；2、转轴；3、连接件；4、开关单元；41、测量电极选通开关；42、激励电极选通开关；5、信号采集调理电路；6、处理单元；7、微控制器；8、DDS正弦波发生器。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本实施例用于接触线磨损检测的ERT传感器包括中部带有接触线放置内孔10的环形传感器本体1，环形传感器本体1包括从内向外依次布置的弹性导电环11、绝缘管道12和屏蔽罩13，弹性导电环11和绝缘管道12之间设有电极组件，电极组件包括沿弹性导电环11外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极14(本实施例中为8个，数量可以根据需要进行调整)。本实施例利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，通过成像直观地检测出接触线的磨损量，从而可实现接触线磨损检测，可有效解决接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。
由于接触线的磨损集中在下边缘，参见图1，本实施例中电极14均匀对称地分布在弹性导电环11外壁的一半圆周以内，只需要对多个电极14覆盖的部分区域进行电导率成像，从而更可好地降低成本和提高成像质量。
参见图1，本实施例中电极14焊接有带屏蔽层的激励/测量导线15，激励/测量导线15与电极14相连后再经过绝缘管道12上的过孔121后从绝缘管道12和屏蔽罩13之间的空隙引出以此实现激励电流的输入和测量电压的输出；激励/测量导线15用于对电极14施加激励电流和测量电压，完成信号采集。此外，也可以根据需要在绝缘管道12和屏蔽罩13上采用印刷电路来对电极14施加激励电流和测量电压，完成信号采集。
为了便于安装和拆卸，参见图1，本实施例中环形传感器本体1为开合式结构，开合式结构是指所述环形传感器本体1由两个半环组成，且两个半环一端通过转轴2转动连接、另一端通过可拆卸的连接件3相连，通过转轴2可以在测量前将环形传感器本体1打开，放入检测的接触线，再利用连接件3将环形传感器本体1合上固定住后开始检测。
本实施例中，弹性导电环11采用导电橡胶材料制成，实现电极14、弹性导电环11和接触线的紧密连接，此外弹性导电环11也可以采用其他同时具有弹性、导电功能的材料。
本实施例中，绝缘管道12为塑料管道，具体为透明的亚克力管。
本实施例中，屏蔽罩13采用铜材料，用于屏蔽外部电磁的干扰。
本实施例中，电极14为铜电极，一共八个电极14，平均对称地分布在下半圆部分。
本实施例还提供一种前述用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，包括：
1)在接触线放置内孔10中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔10中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm；
2)将目标场的电压矩阵Vm减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；
3)对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。
本实施例中在设定的初始参数下，设定接触线的磨损量为1mm，利用COMSOL求解得到的电压矩阵和灵敏度矩阵，结合灵敏度系数算法对接触线下半部分进行图像重建的效果图，得到的最终的电导率重建图像如图2所示，最终的电导率重建图像上通过不同的灰度来表达不同区域的电导率，因此磨损区域的灰度所占面积的比例的不同即为磨损面积参数。
本实施例中，步骤1)中在接触线放置内孔10中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔10中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm时，获得空场域的边界电压值V0和目标场的电压矩阵Vm的步骤包括：
S1)在电极组件中选择2n个电极14，以不重叠的两个相邻的电极14作为一组相邻电极对构成相邻电极对集合；
S2)按照指定的旋转方向，从相邻电极对集合遍历选择一组相邻电极对作为当前相邻电极对，将当前相邻电极对作为激励电极，对激励电极注入恒定激励电流以建立敏感场，并分别测量相邻电极对集合中尚未遍历的其余各组相邻电极对的电势差；
S3)判断相邻电极对集合是否遍历完毕，如果尚未遍历完毕，则跳转至步骤S2)；将所有测量得到的电势差组成得到的空场域的边界电压值V0或目标场的电压矩阵Vm。
如图3所示，本实施例中ERT传感器的激励和测量信号的方式，采用的是传统的相邻激励相邻测量模式，以其中一对相邻电极作为激励电极，注入恒定激励电流建立敏感场，按照一定转方向依次测量除激励电极外的相邻电极间电势差来获取电压信号，然后按照旋转方向依次切换激励电极获取其他电极的测量电压，直到所有电极被激励和测量。本实施例中的八电极从左至右依次编号为1-8，激励电极首先为1-2，依次测量3-4、4-5、5-6、6-7、7-8的电压值；然后改变激励电极为2-3，依次测量4-5、5-6、6-7、7-8的电压值；再改变激励电极为3-4，依次测量5-6、6-7、7-8的电压值；再改变激励电极为4-5，依次测量6-7、7-8的电压值；再改变激励电极为5-6，依次测量7-8的电压值；由此得到15个测量值，组成得到的空场域的边界电压值V0或目标场的电压矩阵Vm。
本实施例中，步骤3)之前还包括确定ERT传感器的灵敏度矩阵S的步骤：建立与ERT传感器同样结构参数的仿真模型进行电场强度仿真计算，并基于下式计算ERT传感器的灵敏度Sij(x,y,z)，从而得到所有灵敏度Sij(x,y,z)构成的灵敏度矩阵S：
上式中，Sij(x,y,z)表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的灵敏度系数，(x,y,z)表示像素点坐标，
表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，
表示第j对电极作为激励电极激励第i对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，i,j分别表示用作激励和测量的电极对，I表示激励电极的电流大小。。本实施例中选择接触线下部分的5mm的区域进行成像，分割成以0.1mm为单位的8191个像素点，所以灵敏度矩阵S的大小为15×8191。
如图4所示，本实施例中步骤3)包括：
3.1)将边界电压值矩阵V作为电压值矩阵U代入U＝SG确定初始的电导率重建图像G，其中S为ERT传感器的灵敏度矩阵；根据下式确定Landweber图像重建算法的极小化目标函数f(G)：
初始化迭代变量K，将初始的电导率重建图像G作为为第K次迭代时算法重建图像的灰度值GK；本实施例中，边界电压值矩阵V为场域的15×1边界电压矢量矩阵；G为敏感场的8191×1灰度矢量矩阵；S为15×8191灵敏度矩阵。
3.2)根据下式计算极小化目标函数的梯度
根据下式计算辅助变量QK和控制收敛速度的迭代因子αK；
根据下式计算第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1；
3.3)判断第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1的精度是否满足要求，如果满足要求，则将第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1作为得到的最终的电导率重建图像，跳转执行下一步；否则，跳转执行步骤3.2)；
3.4)根据第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1计算出最终所需的磨损面积参数
本实施例中利用Landweber算法进行电导率的反演，测量电极的边界电压值和场域内电导率分布是非线性函数关系，可提升磨损检测的准确度。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其中主要区别点为：本实施例中，激励/测量导线15与电极14伸出绝缘管道12上的过孔121的部分相连并从绝缘管道12和屏蔽罩13之间的空隙引出，与实施例一相比，对于电极14的结构更加简单，便于加工。
实施例三：
本实施例是对实施例一中用于接触线磨损检测的ERT传感器的进一步集成。如图5所示，本实施例提供一种用于接触线磨损的检测系统，包括开关单元4、信号采集调理电路5、处理单元6、微控制器7、DDS正弦波发生器8以及实施例一的用于接触线磨损检测的ERT传感器，开关单元4包括测量电极选通开关41和激励电极选通开关42，测量电极选通开关41、激励电极选通开关42以及DDS正弦波发生器8的控制端分别与微控制器7相连，DDS正弦波发生器8的输出端通过激励电极选通开关42与ERT传感器的各个电极14相连，且ERT传感器的各个电极14分别通过测量电极选通开关41、信号采集调理电路5与处理单元6相连。在ERT系统中需要保证激励源的稳定性才能实现边界电压完全反映场域内电导率的变化，为此采用DDS信号发生器8产生激励电流；而在ERT的测量过程中最为重要的就是激励和测量电极的切换，电极的通断利用开关单元4来实现，以减少切换时带来的干扰，所需的接口总线共需8条，利用微控制器7的接口实现电极在激励、测量和接地三种状态间的开关单元4；而测量电极所得到的电压信号很微弱，且相邻激励时靠近激励电极处，相邻电极电压大，远离激励电极处，相邻电极之间的电压小，需要放大电路来调节增益，此外电压信号中还有一些噪声，这就可以利用信号采集调理电路5进行调理，再将信号传送到处理单元6(PC机/上位机系统)进行成像。本实施例中，微控制器7具体采用单片机实现。
如图6所示，本实施例中用于接触线磨损的检测系统的工作过程如下：S1、上位机系统中对单片机参数进行初始化；S2、在接触线放置内孔10中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0：在接触线放置内孔10中不放入接触线的情况下，上位机系统通过串口和单片机通信切换激励电极选通开关42对电极组件施加激励电流；上位机系统通过串口和单片机通信切换测量电极选通开关41进行电压信号采集；信号采集调理电路5对测量得到的微弱电压信号进行调理，包括前置差分放大、高通滤波、乘法解调和低通滤波，得到不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0：S3、在接触线放置内孔10中放入接触线的情况下测量目标场的电压矩阵Vm：在接触线放置内孔10中放入接触线的情况下，上位机系统通过串口和单片机通信切换激励电极选通开关42对电极组件施加激励电流；上位机系统通过串口和单片机通信切换测量电极选通开关41进行电压信号采集；信号采集调理电路5对测量得到的微弱电压信号进行调理，包括前置差分放大、高通滤波、乘法解调和低通滤波，得到放入接触线的情况下测量目标场的电压矩阵Vm；S4、将目标场的电压矩阵Vm减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；S5、对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，包括中部带有接触线放置内孔(10)的环形传感器本体(1)，所述环形传感器本体(1)包括从内向外依次布置的弹性导电环(11)、绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)，所述弹性导电环(11)和绝缘管道(12)之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环(11)外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极(14)。
2.根据权利要求1所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)均匀对称地分布在弹性导电环(11)外壁的一半圆周以内。
3.根据权利要求2所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)焊接有带屏蔽层的激励/测量导线(15)，所述激励/测量导线(15)与电极(14)相连后再经过绝缘管道(12)上的过孔(121)后从绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)之间的空隙引出；或者所述激励/测量导线(15)与电极(14)伸出绝缘管道(12)上的过孔(121)的部分相连并从绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)之间的空隙引出。
4.根据权利要求3所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述环形传感器本体(1)为开合式结构，所述开合式结构是指所述环形传感器本体(1)由两个半环组成，且两个半环一端通过转轴(2)转动连接、另一端通过可拆卸的连接件(3)相连。
5.根据权利要求1所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)为铜电极，所述绝缘管道(12)为塑料管道。
6.一种用于接触线磨损的检测系统，包括开关单元(4)、信号采集调理电路(5)、处理单元(6)、微控制器(7)、DDS正弦波发生器(8)以及权利要求1～5中任意一项所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，所述开关单元(4)包括测量电极选通开关(41)和激励电极选通开关(42)，所述测量电极选通开关(41)、激励电极选通开关(42)以及DDS正弦波发生器(8)的控制端分别与微控制器(7)相连，所述DDS正弦波发生器(8)的输出端通过激励电极选通开关(42)与所述ERT传感器的各个电极(14)相连，且所述ERT传感器的各个电极(14)分别通过测量电极选通开关(41)、信号采集调理电路(5)与处理单元(6)相连。
7.一种权利要求1～5中任意一项所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，包括：
1)在接触线放置内孔(10)中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔(10)中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm；
2)将目标场的电压矩阵Vm减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；
3)对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。
8.根据权利要求7所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，步骤1)中在接触线放置内孔(10)中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔(10)中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵Vm时，获得空场域的边界电压值V0和目标场的电压矩阵Vm的步骤包括：
S1)在电极组件中选择2n个电极(14)，以不重叠的两个相邻的电极(14)作为一组相邻电极对构成相邻电极对集合；
S2)按照指定的旋转方向，从相邻电极对集合遍历选择一组相邻电极对作为当前相邻电极对，将当前相邻电极对作为激励电极，对激励电极注入恒定激励电流以建立敏感场，并分别测量相邻电极对集合中尚未遍历的其余各组相邻电极对的电势差；
S3)判断相邻电极对集合是否遍历完毕，如果尚未遍历完毕，则跳转至步骤S2)；将所有测量得到的电势差组成得到的空场域的边界电压值V0或目标场的电压矩阵Vm。
9.根据权利要求8所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，步骤3)之前还包括确定ERT传感器的灵敏度矩阵S的步骤：建立与ERT传感器同样结构参数的仿真模型进行电场强度仿真计算，并基于下式计算ERT传感器的灵敏度Sij(x,y,z)，从而得到所有灵敏度Sij(x,y,z)构成的灵敏度矩阵S：
上式中，Sij(x,y,z)表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的灵敏度系数，(x,y,z)表示像素点坐标，
表示第i对电极作为激励电极激励第j对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，
表示第j对电极作为激励电极激励第i对电极测量时像素点在(x,y,z)处的电场强度的三个坐标分量，i,j分别表示用作激励和测量的电极对，I表示激励电极的电流大小。
10.根据权利要求9所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，步骤3)包括：
3.1)将边界电压值矩阵V作为电压值矩阵U代入U＝SG确定初始的电导率重建图像G，其中S为ERT传感器的灵敏度矩阵；根据下式确定Landweber图像重建算法的极小化目标函数f(G)：
初始化迭代变量K，将初始的电导率重建图像G作为为第K次迭代时算法重建图像的灰度值GK；
3.2)根据下式计算极小化目标函数的梯度
根据下式计算辅助变量QK和控制收敛速度的迭代因子αK；
QK＝U-SGK；
根据下式计算第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1；
3.3)判断第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1的精度是否满足要求，如果满足要求，则将第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1作为得到的最终的电导率重建图像，跳转执行下一步；否则，跳转执行步骤3.2)；
3.4)根据第K+1次迭代时算法重建图像的灰度值GK+1计算出最终所需的磨损面积参数。
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