CN201331826Y - 接触网线夹运行温度监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种接触网线夹运行温度监测装置，包括设置在接触网线夹上的无线温度传感器和数据采集者持有的数据接收机。无线温度传感包括铜基板、电路板和电源板；铜基板与接触网线夹接触；电路板上的无线数据发送模块包括CPU、存储单元、A/D转换器、内存和射频收发器；A/D转换器接收电源电量数据，CPU对温度数据处理，并将数据经内存发到存储单元；射频收发器接收存储单元以及内存的数据，并发送到数据接收机；数据接收机包括无线数据接收模块、数据处理模块、输入装置、输出装置、数据存储器和电源装置；无线数据接收模块接收来自无线温度传感器的数据。此装置性能优异、超低功耗、低成本的接触网线夹运行温度监测装置。

Description

接触网线夹运行温度监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线感应器技术的接触网线夹运行温度监测装置。

背景技术

电气化铁道中，接触网设备是在力与电的双重作用下工作的，且所处环境极为恶劣，因此机械故障和电气烧损故障构成了接触网故障的主体。在牵引运能不断增加的情况下，电力取流也随之增大，接触网设备运行中因电气连接不良造成的设备烧伤和断线事故时有发生，而且电气烧伤问题大部发生在线夹处，危害性很大。一般各铁路系统电力设备接头采用下列引流设备连接：并沟线夹、“T”型线夹、设备线夹等。材质有钢铝、铜铝、全铝、全铜这几种。

目前，一般采用将“示温记录标签”贴在接触网的锚段关节、电联接器等有关部位，利用其色彩随温升而变化的特性来监测电气联接的性能和状态，但该方法存在很大的局限性：

一、“示温记录标签”在高温过后颜色变化不明显；

二、因为变化不明显，不便于检查人员观察发现；

三、“线夹”在出现接触不良的情况时，当有电流通过后线夹温度会急速上升，但尚未达到“示温记录标签”变色的温度，不会影响“示温记录标签”的颜色变化，无法起到警示作用。

此类局限性导致警示作用无法发挥应有的作用，成为供电系统极大的安全隐患。

如何避免此类故障发生，防治接触网设备发生电气烧伤故障，已成为供电运营单位如何确保供电安全的一个重要课题。为此，有必要开发一种装置，在不改变原线夹结构及安装方式的前提下，应用现代电子、传感器及无线传输等技术，研制一种安装在线夹上的温度传感器，对线夹的温度进行实时监控，并对温度数据及时间进行保存，通过无线传输技术对最关键的温度数据进行传输和接收，把接收回的数据进行分析，找出有隐患的线夹进行及时处理，以保证铁路供电网的安全畅通。

现有的无线通信技术通常有两种，一种是利用现有成熟的GPRS网络技术，另一种是简单运用无线调频收发技术。如果采用前种技术，那需要有一个专门与GPRS网络通信的模块，这样会使装置结构复杂化，若大规模使用时还会形成庞大复杂的系统；如果采用第二种无线调频收发技术，因为对每一个线夹的都进行监控，那每一个监控点都独占一个频率发送和接收数据，线夹数量的增多势必造成频率带宽的增加，这对装置的精度要求和成本都会提高，实现不易。

再进一步考虑到线夹的实际情况，线夹处于电气化铁道中的接触网设备的锚段关节、电联接器等有关部位上，因此设计的装置体积要小，便于安装，使用环境温差范围大，还有雨、雪、风、沙的侵扰，又由于无线连接，装置只能采用电池进行供电，那就必须满足极低功耗要求，至少能保证工作3～5年以上。

为了满足上述的要求，我们关注到嵌入式射频SoC(片上系统)正朝着优异的无线性能、超低功耗、低成本方向不断进步，这使设计一种低功耗、低成本、小体积温度实时记录报警装置成为可能。因此我们研发的接触网线夹运行温度实时记录报警装置采用ZigBee技术(ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词，是一种崭新的，专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术)，低功耗数字温度传感器技术，和嵌入式射频芯片技术，以及如何准确识别每个传感器数据的防碰撞技术(anticollision，也叫防冲突)，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种性能优异、超低功耗、低成本的接触网线夹运行温度监测装置。

本实用新型的又一目的在于提供一种车载接收装置和手持接收装置灵活转换接触网线夹运行温度的监测方式。

为达到上述目的，本实用新型采用的方案为：

一种接触网线夹运行温度监测装置，包括设置在待测接触网线夹上的无线温度传感器和数据采集者持有的数据接收机；

所述的无线温度传感包括安装有温度传感器数据采集模块的铜基板、安装有无线数据发送模块的电路板和电源板；其中，铜基板直接与被测的接触网线夹接触。

该无线数据发送模块包括一CPU、一存储单元、一A/D转换器、一内存和一射频收发器；其中无线数据发送模块接收温度传感器数据采集模块采集的温度数据，并存储到内存中；

该A/D转换器接收读取温度数据时对应的电源电量数据，并经模数转换后发送到内存；

该CPU对温度数据进行处理得出最高温度和温度异常次数，储存在内存中；

该存储单元接收来自内存发送的最高温度和温度异常次数；

该射频收发器连接存储单元和内存，接收存储单元发送的包括最高温度、温度异常次数和无线温度传感器编号的温度数据以及内存发送的温度数据和电源电量数据，并把全部数据发送到数据接收机；

该数据接收机包括无线数据接收模块、数据处理模块、输入装置、输出装置、数据存储器和提供工作电源的电源装置；该无线数据接收模块接收来自无线温度传感器的数据，该数据处理模块上连接有数据存储器、输入装置、输出装置。

所述的温度传感器数据采集模块包括片内寄存器、故障排队计数器和配置寄存器；该片内寄存器设定高、低温度门限，并提供温度传感器数据采集模块的输出，故障排队计数器设定了允许超过门限的次数，配置寄存器设置输出的有效方式和工作方式。

所述的无线温度传感器安装结构为螺母紧固型，铜基板和电路板各具有一个套置固定接触网线夹螺母的开孔。

所述的无线温度传感器安装结构为贴片型，铜基板形状为适合接触网线夹两个螺母之间的间隙。

所述的数据接收机的数据处理模块具有外接数据接口连接PC机，PC机为程序下载、配置数据和各种数据下载渠道。

所述的数据接收机为手持数据接收机。

所述的数据接收机为车载数据接收机，具有接收信号放大器和外置吸盘天线，其中外置吸盘天线与接收信号放大器输入端连接，接收信号放大器输出端连接无线数据接收模块。

采用上述方案后，本实用新型具有多处优点：

1、本实用新型可以对接触网线夹的温度实现实时监测，温度数据采集精度高，性能优异，且能直观监测线夹温度情况，发生异常时，能立刻对故障隐患进行排除，减小了安全隐患。

2、本实用新型中无线温度传感器的存储单元周期性发送数据到射频收发器，发送电流极小，且在没有无线数据接收机发送接收信号时，无线数据发送模块进入睡眠模式；当收到接收信号时，唤醒无线数据发送模块，只需15ms的响应时间，正真实现低功耗高效率运行。

3、本实用新型只需要无线温度传感器和数据接收机就能实现所有的功能，结构简单，减小了装置的成本，特别是在大规模使用时效果更明显。

另外，无线温度传感器和数据接收机的通信采用标准的2.4GHz射频技术，具有良好的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性，无线性能优异，适用于线夹所处的各种环境，且避免了GPRS网络技术造成的装置结构复杂的问题，同时解决了随线夹变多而带宽增加的问题。

附图说明

图1是本实用新型装置示意图；

图2是本实用新型中无线温度传感器功能模块图；

图3是本实用新型中无线温度传感器采集数据流程图；

图4是本实用新型中手持数据接收机功能模块图；

图5是本实用新型中车载数据接收机功能模块图；

图6是本实用新型中无线温度传感器安装结构一示意图；

图7是本实用新型中无线温度传感器安装结构二示意图；

图8是本实用新型中的温度传感器数据采集模块示意图。

以下结合附图，对本实用新型作详细说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种接触网线夹运行温度监测装置，包括安装于接触网线夹上用于实时采集线夹温度的无线温度传感器1和用于接收相关数据的数据接收机2，该无线温度传感器1可以为两种安装结构，螺母紧固型和贴片型。该数据接收机2也可以有两种形式，一种为手持数据接收机21，一种为车载数据接收机22。

如图2所示，所述的无线温度传感器1包括温度传感器数据采集模块11、无线数据发送模块12和电源13，分别安装在铜基板101、电路板102和电源板103上，参见图6，铜基板101直接与接触网线夹3接触，接触面上涂有导热硅脂；在本实施例中温度传感器数据采集模块11采用AD7416芯片，无线数据发送模块12采用CC2430芯片，电源13采用3.6V电池，对温度传感器数据采集模块11和无线数据发送模块12供电。其中，无线数据发送模块12包括CPU121、存储单元122、A/D转换器123、内存124和射频收发器125。本实施例中的存储单元122是一个非易失性(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)存储器，且数据删除以固定的区块为单位；该射频收发器125是符合IEEE 802.15.4标准的2.4GHz射频收发器，具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性，本实施例采用CC2430芯片上的射频收发器进行通信。

另外还包括一个看门狗电路126，用于监测CC2430芯片程序的运行，该看门狗电路采用现有技术，不做赘述。

该温度传感器数据采集模块11安装在无线温度传感器1的铜基板101上，与被测的接触网线夹3直接接触，采集温度。如图8所示，该温度传感器数据采集模块11包括片内寄存器111、故障排队计数器112和配置寄存器113；片内寄存器111可以用来设定高、低温度门限，并提供一个漏极开路的“超温指示器”(OTI)输出，当超过设定的门限时OTI输出即有效。该配置寄存器113可以设定OTI的输出(高有效或低有效)和它的工作方式(比较或中断)。一个可编程的故障排队计数器112可以设置允许的超出门限的测量次数，这个次数是在触发被设置的OTI输出以前必须发生的，以避免在噪声环境中OTI输出的虚假触发。

当接触网线夹温度超过门限值时，温度传感器数据采集模块11触发无线数据发送模块12，把温度数据发送到无线数据发送模块12的内存124中；同时无线数据发送模块12采集电源13的电量数据，并通过A/D转换器123把电量数据模数转换后也发送到内存124中；该CPU121对监测的温度数据进行处理得出最高温度和温度异常次数，并将这些数据储存在内存124中。

该存储单元122接收内存124发送的有关最高温度和温度异常次数的数据，同时加载无线温度传感器1的编号。

当有接收信号时，无线数据发送模块12会产生一个中断程序唤醒射频收发器15，该射频收发器125读取存储单元122和内存124的数据，同时进行CCA检测，若信道占线，则等待；若信道空闲，则将上述数据以数据包的形式传给数据接收机2，数据接收机2接收成功之后，回复完成信号，射频收发器125将该完成信号传送给CPU121，该CPU121控制存储单元122擦除历史数据，重新采集并保存新数据，并关断射频收发器125以节省能源。

结合图3所示，整个无线温度传感器1的温度采集过程为：无线数据发送模块12上电后，初始化看门狗126；当温度传感器数据采集模块11采集的温度数据超过门限值时，触发无线数据发送模块12，由该无线数据发送模块12发出采集温度数据指令，从温度传感器数据采集模块11读取温度数据储存到内存124中。同时无线数据发送模块12采集电源13的电量数据，通过A/D转换器123模数转换后同时储存到内存124中。该CPU121对温度数据进行处理，得出最高温度和温度异常次数，并将该数据发送到存储单元122中；该存储单元122周期性向射频收发器125传送数据；同时，储存在内存124中的温度数据和电量数据也一并传送到射频收发器125中，等待数据接收机2的接收信号。当收到接收信号时，射频收发器125把所有数据发送给数据接收机2，发送完毕后，数据接收机2发出一个完成信号，则存储单元122会清除历史数据，重新记录数据。

参见图6和图7，此两种均为无线温度传感器1的安装结构示意图。电路板102和铜基板101上开有孔径一大一小的同心开孔，用于套置固定接触网线夹3上的螺母31，此为螺母紧固型。

图7中，无线温度传感器1的铜基板101形状为适合接触网线夹3两个螺母31之间的间隙，铜基板101直接用胶固定在接触网线夹3上，这样电路板102可以适当减小面积，节省材料，此为贴片型。

图4为手持数据接收机21的功能模块图，手持数据接收机21包括输入装置211、无线数据接收模块212、数据处理模块213、数据存储器214、显示装置215、电源装置216和外接数据接口217。

所述的输入装置211为一键盘，用以输入控制信息。

所述的电源装置216采用锂电池供电，同时配带充电器。

所述的无线数据接收模块212同样采用CC2340芯片，是一个基于802.15.4低中频的收发器，再经过一个485接口与数据处理模块213进行数据交互。

所述的数据处理模块213采用嵌入式芯片LPC2138，其上连接有数据存储器214、输入装置211、显示装置215和电源装置216。

所述的外接数据接口217可以连接PC机，实现程序下载、各种数据下载和配置数据。

工作人员可以根据手持数据接收机21显示的数据清晰知道哪一处的接触网线夹温度异常，还可以看到异常处的当前温度、最高温度、温度异常次数，及时做出处理，消除安全隐患。

数据接收机2的另一种形式是车载数据接收机22，如图5所示。车载数据接收机22在手持数据接收机21的基础上添加了接收信号放大器221和外置吸盘天线222，该外置吸盘天线222与接收信号放大器221输入端口连接，该接收信号放大器221输出端连接无线数据接收模块212。由于机车采用DC110V供电，车载数据接收机22的电源装置223也与手持数据接收机21不同，所述的车载数据接收机22的电源装置223外接DC110V和AC220V。

本实用新型的发明精神在于：在接触网线夹上设置无线温度传感器，采集线夹温度数据，并同时将温度监测数据及无线温度传感器的电源电量数据，通过无线温度传感器中的射频发送器，发送给数据接收机，供监控用。

工作人员定期到线路上检查，接触网线夹的无线温度传感器发射的数据都在数据接收机的接收范围内。该车载数据接收机安装在机车上，实时有机车在线路上跑，也只有机车在线上跑的时候线夹上才有电流通过，如果线夹有故障隐患，在机车通过时线夹会出现温度上升的情况，此时数据接收机就能接收所述的温度异常数据，以利工作人员及时维护处理。

Claims (7)

1、一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：包括设置在待测接触网线夹上的无线温度传感器和数据采集者持有的数据接收机；

所述的无线温度传感包括安装有温度传感器数据采集模块的铜基板、安装有无线数据发送模块的电路板和电源板；其中，铜基板直接与被测的接触网线夹接触；

该无线数据发送模块包括一CPU、一存储单元、一A/D转换器、一内存和一射频收发器；其中无线数据发送模块接收温度传感器数据采集模块采集的温度数据，并存储到内存中；该A/D转换器接收读取温度数据时对应的电源电量数据，并经模数转换后发送到内存；该CPU对温度数据进行处理得出最高温度和温度异常次数，储存在内存中；该存储单元接收来自内存发送的最高温度和温度异常次数；该射频收发器连接存储单元和内存，接收存储单元发送的包括最高温度、温度异常次数和无线温度传感器编号的温度数据以及内存发送的温度数据和电源电量数据，并把全部数据发送到数据接收机；

该数据接收机包括无线数据接收模块、数据处理模块、输入装置、输出装置、数据存储器和提供工作电源的电源装置；该无线数据接收模块接收来自无线温度传感器的数据，该数据处理模块上连接有数据存储器、输入装置、输出装置。

2、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的温度传感器数据采集模块包括片内寄存器、故障排队计数器和配置寄存器；该片内寄存器设定高、低温度门限，并提供温度传感器数据采集模块的输出，故障排队计数器设定了允许超过门限的次数，配置寄存器设置输出的有效方式和工作方式。

3、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的无线温度传感器安装结构为螺母紧固型，铜基板和电路板各具有一个套置固定接触网线夹螺母的开孔。

4、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的无线温度传感器安装结构为贴片型，铜基板形状为适合接触网线夹两个螺母之间的间隙。

5、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的数据接收机的数据处理模块具有外接数据接口连接PC机，PC机为程序下载、配置数据和各种数据下载渠道。

6、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的数据接收机为手持数据接收机。

7、根据权利要求1所述的一种接触网线夹运行温度监测装置，其特征在于：所述的数据接收机为车载数据接收机，具有接收信号放大器和外置吸盘天线，其中外置吸盘天线与接收信号放大器输入端连接，接收信号放大器输出端连接无线数据接收模块。

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