CN209840965U - 一种非接触式接触网几何参数检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式接触网几何参数检测装置，包括探测发出光路和检测返回光路，所述探测发出光路包括激光器，激光器发出的脉冲激光透过半透半反镜后射到三棱镜上，三棱镜将脉冲激光向外部反射，所述检测返回光路包括脉冲激光照射到被测物体后的返回光束，所述返回光束经三棱镜反射后射到半透半反镜，半透半反镜将返回光束反射至光电探测器。本实用新型通过增加折返光路设计来有效提升激光雷达在特定区域的扫描频率，从而实现接触网几何参数的快速扫描。本实用新型提高了检测装置在有效区域的扫描频率，多个反射面组成光路结构能三倍提升检测装置有效区域的扫描频率。有助于提升检测设备的测量速度，降低检测成本。

Description

一种非接触式接触网几何参数检测装置

技术领域

本实用新型属于无损检测领域，具体涉及一种非接触式接触网几何参数检测装置。

背景技术

在目前电气化铁路建设及运营维护中，为了保障铁路运营时的安全，接触网几何参数每天需要检测，国内接触网的检测维护大多采用人工利用手持式激光测量仪，检测强度大，且每次只能单点测量，效率低下。

发明内容

本实用新型为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种非接触式接触网几何参数检测装置。

本实用新型的技术方案是：一种非接触式接触网几何参数检测装置，包括探测发出光路和检测返回光路，所述探测发出光路包括激光器，激光器发出的脉冲激光透过半透半反镜后射到三棱镜上，三棱镜将脉冲激光向外部反射，所述检测返回光路包括脉冲激光照射到被测物体后的返回光束，所述返回光束经三棱镜反射后射到半透半反镜，半透半反镜将返回光束反射至光电探测器。

优选的，所述三棱镜背部通过旋转机构与电机的主轴相连。

优选的，所述三棱镜的45°面镀有半透半反膜，所述三棱镜的直角面通过旋转机构与电机的主轴相连。

优选的，所述旋转机构为联轴器结构。

优选的，所述三棱镜的左侧设置有左侧反射镜，所述左侧反射镜对三棱镜反射到左侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

优选的，所述三棱镜的右侧设置有右侧反射镜，所述右侧反射镜对三棱镜反射到右侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

优选的，所述三棱镜的下侧设置有下侧反射镜，所述下侧反射镜对三棱镜反射到下侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光透过三棱镜的45°面后返回上部的有效测量区域内。

优选的，所述左侧反射镜、右侧反射镜左右对称。

本实用新型解决在不增加机械旋转频率的基础上，通过增加折返光路设计来有效提升激光雷达在特定区域的扫描频率，从而实现接触网几何参数的快速扫描。

本实用新型提高了检测装置在有效区域的扫描频率，多个反射面组成光路结构能三倍提升检测装置有效区域的扫描频率。有助于提升检测设备的测量速度，降低检测成本。

附图说明

图1是本实用新型中检测装置示意图；

图2是本实用新型中检测装置上部区域光路反射示意图；

图3是本实用新型中检测装置左侧区域光路反射示意图；

图4是本实用新型中左侧反射镜反射脉冲激光距离计算示意图；

图5是本实用新型中检测装置下侧区域光路反射示意图；

图6是本实用新型中下侧反射镜反射脉冲激光距离计算示意图；

图7是本实用新型中检测装置的检测示意图；

图8是本实用新型中检测方法的方法流程图；

其中：

1 激光器 2 半透半反镜

3 三棱镜 4 旋转机构

5 电机 6 光电探测器

7 左侧反射镜 8 下侧反射镜

9 右侧反射镜 10 接触线

11 检测装置到接触线的测量距离

12 检测装置 13 轨道面的垂直中心线。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1～8所示，一种非接触式接触网几何参数检测装置，包括探测发出光路和检测返回光路，所述探测发出光路包括激光器1，激光器1发出的脉冲激光透过半透半反镜2后射到三棱镜3上，三棱镜3将脉冲激光向外部反射，所述检测返回光路包括脉冲激光照射到被测物体后的返回光束，所述返回光束经三棱镜3反射后射到半透半反镜2，半透半反镜2将返回光束反射至光电探测器6。

所述三棱镜3的45°面镀有半透半反膜，所述三棱镜3的直角面通过旋转机构4与电机5的主轴相连。

所述旋转机构4为联轴器结构。

所述三棱镜3的左侧设置有左侧反射镜7，所述左侧反射镜7对三棱镜3反射到左侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

所述三棱镜3的右侧设置有右侧反射镜9，所述右侧反射镜9对三棱镜3反射到右侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

所述三棱镜3的下侧设置有下侧反射镜8，所述下侧反射镜8对三棱镜3反射到下侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

所述左侧反射镜7、右侧反射镜9左右对称。

所述左侧反射镜7、下侧反射镜8、右侧反射镜9安装在三棱镜3转动路径的外侧。

检测装置利用脉冲激光的飞行时间(TOF，Time Of Flight)计算雷达到被测物体的距离。三棱镜3旋转一周，激光雷达即完成一个周期的测量过程。

所述三棱镜3的45°面镀有介质膜形成半透半反射面。

一种非接触式接触网几何参数检测装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：

i.脉冲激光产生

启动激光器1，激光器1发出脉冲激光；

ii.旋转机构向外反射脉冲激光

脉冲激光经过高速旋转的三棱镜3反射后，向外部照射；

iii.脉冲激光照射被测物体并原路返回

位于上部的有效测量区域内的被测物体，被脉冲激光照射后，返回光束被激光雷达的接收器接收；

iv.利用飞行时间计算到被测物体的距离

利用返回光束，计算出脉冲激光从发射到接收的飞行时间；

v.根据检测装置测量的距离，计算接触线的导高和拉出值

计算得到检测装置到接触线的测量距离11，并根据检测装置12的几何位置计算得出接触线到轨道平面的垂直距离即接触线导高和接触线拉出值。

步骤ii中三棱镜3反射的脉冲激光在上部的有效测量区域之外，加装的左侧反射镜7、下侧反射镜8、右侧反射镜9对其再次反射，使之返回到上部的有效测量区域内。

步骤v中旋转镜面反射的脉冲激光位于上部的有效测量区域之内时，可以直接使用激光雷达测量的距离，脉冲激光位于上部的有效测量区域之外时，需利用三棱镜3的转角，换算出实际距离。

如图2所示，旋转机构4带动三棱镜3逆时针旋转时，从上部有效测量边界ω₁转向边界ω₂。此时脉冲激光被三棱镜3反射到上部区域，位于该区域内的被测物体被脉冲激光照射，雷达利用返回脉冲进行距离测量。带箭头的弧形实线表示三棱镜3的旋转方向。带箭头的实线表示向上发出的脉冲激光。

测量边界ω₁到测量边界ω₂为上部的有效测量区域。

如图3所示，旋转机构4带动三棱镜3逆时针旋转至左侧区域ω₃到ω₄时，经三棱镜3反射的脉冲激光，照射到左侧反射镜7。左侧反射镜7对脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回边界ω₁和ω₂形成的有效测量区域内。带箭头的虚直线代表左侧反射镜7上边缘的反射光路，带箭头的实直线代表左侧反射镜7下边缘的反射光路。随着三棱镜3的逆时针转动，三棱镜3反射的脉冲激光被左侧反射镜7再次反射，形成一次从边界ω₂向边界ω₁的回扫过程，如带箭头的弧形虚线所示。

如图4所示，加装左侧反射镜7之后，上部的有效测量区域内物体的距离不能直接使用雷达的测距结果。需按照以下方式进行计算。

脉冲激光被左侧反射镜7反射后，导致激光雷达测量值L′与实际距离L存在偏差。已知左侧反射镜7与水平面夹角为α，左侧反射镜7下边缘到三棱镜3镜面直线距离为d₁，左侧反射镜7下边缘到三棱镜3垂直中线的水平距离为d₂。则距离计算方法如下：

γ＝π-α-β

激光雷达在安装左侧反射镜7的前后，雷达测距数据会出现一段连续的相异区域，使用该区域的雷达输出转角作为ω₃和ω₄的角度。因此，对雷达当前输出转角和ω₄的夹角δ，取两个角度的差值绝对值即可。

得出夹角δ后，

ε＝π-γ-δ

h＝d₁×sinδ

左侧反射镜7的入射角和反射角相等，因此θ为入射角的两倍

雷达到被测物体即的实际距离L为

雷达对被测物体即接触线10的测量输出值L′

其中L′、L₁和θ均已知，对上式化简后

利用L₁和L₂，计算出雷达到接触线10的实际距离L。

右侧反射镜9的工作，与左侧反射镜7过程对称，旋转机构4带动三棱镜3逆时针旋转至右侧区域时，被右侧反射镜9进行反射。同样形成一次从边界ω₂向边界ω₁的回扫过程。距离计算方法与左侧反射镜7相同。

如图5所示，旋转机构4带动三棱镜3逆时针旋转至下侧区域ω₅到ω₆时，经三棱镜3反射的脉冲激光，照射到下侧反射镜8。下侧反射镜8对脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回边界ω₁和ω₂形成的有效测量区域内。带箭头的虚直线代表下侧反射镜8左边缘的反射光路，带箭头的实直线代表下侧反射镜8右边缘的反射光路。随着三棱镜3的逆时针转动，三棱镜3反射的脉冲激光被下侧反射镜8再次反射，形成一次从边界ω₂向边界ω₁的回扫过程，如带箭头的弧形虚线所示。

如图6所示，脉冲激光被下侧反射镜8反射后，激光雷达测量值L′与实际距离L存在偏差。已知下侧反射镜8到三棱镜3镜面垂直距离为d₁，则距离计算方法如下：

利用加装下侧反射镜8前后的雷达输出值变化，测出ω₅和ω₆的雷达转角输出值，下侧反射镜8的垂直中线角度为ω₅和ω₆转角的算术平均值。从而计算出，雷达当前输出转角和下侧反射镜8垂直中线的夹角δ。

得出夹角δ后，

下侧反射镜8的入射角和反射角相等，因此θ为入射角的两倍

雷达到被测物体即接触线10的实际距离L为

雷达对被接触线10的测量输出值L′

其中L′、L₁和δ均已知，对上式化简后

利用L₁和L₂，计算出雷达到被测物体10的实际距离L。

综上，当三棱镜3旋转一周时，在上部区域中有效测量边界ω₁到边界ω₂的范围进行测距。左侧、下侧和右侧区域中，通过左侧反射镜7、下侧反射镜8、右侧反射镜9的反射，分别对边界ω₂到ω₁的范围进行测距。因此，三棱镜3旋转一周，会对ω₁到ω₂范围测距四次。而改造之前激光雷达一周只能对该区域测量一次。由此提高了雷达扫描区域的利用效率，提升了对有效测量区域的扫描频率。

如图7所示，使用检测装置对接触网非接触检测示意图。图中10为接触线，11为激光雷达到接触线的测量距离，12为检测装置，H为接触线到轨道平面的垂直距离(即接触线导高)，13为轨道面的垂直中心线，a为H和13的距离(即接触线拉出值)。

所述激光雷达到接触线的测量距离11经过测量装置直接或者换算得到后，通过接触线10的偏角以及测量距离11竖直高度通过几何计算得到接触线到轨道平面的垂直距离即接触线导高H，然后根据轨道面的垂直中心线13，能够得到接触线拉出值a。

本实用新型解决在不增加机械旋转频率的基础上，通过增加折返光路设计来有效提升激光雷达在特定区域的扫描频率，从而实现接触网几何参数的快速扫描。

本实用新型提高了检测装置在有效区域的扫描频率，多个反射面组成光路结构能三倍提升检测装置有效区域的扫描频率。有助于提升检测设备的测量速度，降低检测成本。

Claims (7)

1.一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：包括探测发出光路和检测返回光路，所述探测发出光路包括激光器（1），激光器（1）发出的脉冲激光透过半透半反镜（2）后射到三棱镜（3）上，三棱镜（3）将脉冲激光向外部反射，所述检测返回光路包括脉冲激光照射到被测物体后的返回光束，所述返回光束经三棱镜（3）反射后射到半透半反镜（2），半透半反镜（2）将返回光束反射至光电探测器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述三棱镜（3）的45°面镀有半透半反膜，所述三棱镜（3）的直角面通过旋转机构（4）与电机（5）的主轴相连。

3.根据权利要求2所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述旋转机构（4）为联轴器结构。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述三棱镜（3）的左侧设置有左侧反射镜（7），所述左侧反射镜（7）对三棱镜（3）反射到左侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述三棱镜（3）的右侧设置有右侧反射镜（9），所述右侧反射镜（9）对三棱镜（3）反射到右侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光返回上部的有效测量区域内。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述三棱镜（3）的下侧设置有下侧反射镜（8），所述下侧反射镜（8）对三棱镜（3）反射到下侧区域的脉冲激光进行反射，使脉冲激光透过三棱镜（3）的45°面后返回上部的有效测量区域内。

7.根据权利要求6所述的一种非接触式接触网几何参数检测装置，其特征在于：所述左侧反射镜（7）、右侧反射镜（9）左右对称。