CN214224483U - 动车组受电弓区域流场测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动车组受电弓区域流场测试系统,该系统包括：终端、图像采集设备、分别与终端电连接的图像传输设备、照明设备、粒子发生器。其中，粒子发生器用于向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子。图像采集设备用于采集动车组受电弓区域流场中的示踪粒子的运动图像。图像传输设备用于将图像采集设备采集到的示踪粒子的运动图像传递至终端。照明设备用于对动车组受电弓区域流场照明。终端用于控制所述图像采集设备、图像传输设备、照明设备、粒子发生器工作。本实用新型无需借助风洞实验室，成本较低，能够满足动车组在实际线路运行中的测试需求，且实用性较强，能够对动车组受电弓区域流场整体数据进行测试。

Description

动车组受电弓区域流场测试系统

技术领域

本实用新型属于流场测试领域，具体涉及一种动车组受电弓区域流场测试系统。

背景技术

在动车组运行作业中，受电弓安装在动车组车顶，通过它与接触网的可靠接触才能驱动动车组实现运营，因此受电弓是动车组的关键设备。动车组运行中，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响，另一方面对车顶受电弓的运行也产生一定的影响。受电弓作为一个弹性机构，通过自身结构保持与接触网导线的接触压力，在动车组运行过程中受到运行动态力的影响，使其在运行中的震动变得非常复杂，直接会对动车组的正常运行造成严重的影响，并且阻碍高铁运输的秩序。因此，受电弓的安全性和稳定性对于动车组的运行有着决定性的作用，为了保证动车组的运行安全，在动车组高速运行状态下对受电弓空气动力性能的研究至关重要。

现有技术对动车组受电弓区域进行流场测试的方法主要有两种：一种是在风洞实验室中进行测试，另一种是在受电弓表面布置压力或噪声传感器进行测试。

发明人发现现有技术存在以下问题：上述第一种方法，1.成本过高，需要借助风洞实验室。2.局限性高，实验室中的测试无法满足动车组在实际线路运行中的测试需求。上述第二种方法，实用性差，只能测得单点或局部的流场数据。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种动车组受电弓区域流场测试系统，无需借助风洞实验室，成本较低，能够满足动车组在实际线路运行中的测试需求，且实用性较强，能够对动车组受电弓区域流场整体数据进行测试。该系统包括：

终端、图像采集设备、分别与所述终端电连接的图像传输设备、照明设备、粒子发生器；

所述粒子发生器用于向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子；

所述图像采集设备用于采集动车组受电弓区域流场中的示踪粒子的运动图像；

所述图像传输设备用于将所述图像采集设备采集到的所述示踪粒子的运动图像传递至所述终端；

所述照明设备用于对动车组受电弓区域流场照明；

所述终端用于控制所述图像采集设备、图像传输设备、照明设备、粒子发生器工作。

可选的，所述系统还包括：同步控制器，用于向所述图像采集设备、图像传输设备、照明设备发送同步脉冲触发信号。

可选的，所述终端、所述图像传输设备、所述照明设备、所述粒子发生器设置在所述动车组内部；

所述图像采集设备设置在所述动车组外部。

可选的，所述系统还包括：电源，用于为所述终端、所述图像采集设备、所述图像传输设备、照明设备、所述粒子发生器和所述同步控制器供电。

可选的，所述电源为不间断电源。

可选的，所述动车组上设置有与外部连通的进线口；

所述图像采集设备通过信号线分别与所述图像传输设备和所述同步控制器连接，所述信号线用于穿过所述动车组上的进线孔。

可选的，所述系统还包括：与所述照明设备连接的第一导管，用于将所述照明设备发出的光束传至所述动车组外部的受电弓区域流场中。

可选的，所述系统还包括：与所述粒子发生器连接的第二导管，用于将所述粒子发生器发出的示踪粒子传至所述动车组外部的受电弓区域流场中。

可选的，所述照明设备为脉冲激光器。

可选的，所述示踪粒子的粒径为小于10微米。

本实用新型实施例提供的一种动车组受电弓区域流场测试系统，通过设置粒子发生器，并利用粒子发生器向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子，便于进行后续进行粒子图像测试。通过设置图像采集设备和图像传输设备，实现了对示踪粒子运动图像的采集与传输。通过设置照明设备，保证了示踪粒子运动图像采集的顺利进行。通过设置终端，并使终端与图像传输设备、照明设备、粒子发生器电连接，实现了终端对图像传输设备、照明设备、粒子发生器的控制，以及终端与图像传输设备、照明设备、粒子发生器的数据交互，进而完成对动车组受电弓区域流场的特性参数测试。本实用新型无需借助风洞实验室，成本较低，能够满足动车组在实际线路运行中的测试需求，且实用性较强，能够对动车组受电弓区域流场整体数据进行测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本实用新型实施例中一种动车组受电弓区域流场测试系统的结构示意图。

附图标记如下：

1-终端，

2-图像采集设备，

3-图像传输设备，

4-照明设备，

5-粒子发生器，

51-示踪粒子，

6-同步控制器，

7-第一导管，

8-第二导管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在动车组运行作业中，受电弓安装在动车组车顶，通过它与接触网的可靠接触才能驱动动车组实现运营，因此受电弓是动车组的关键设备。动车组运行中，周围空气的动力作用一方面对列车和列车运行性能产生影响，同时对车顶受电弓的运行也产生一定的影响。受电弓作为一个弹性机构，通过自身结构保持与接触网导线的接触压力，在动车组运行过程中受到运行动态力的影响，使其在运行中的震动变得非常复杂，直接会对动车组的正常运行造成严重的影响，并且阻碍高铁运输的秩序。因此，受电弓的安全性和稳定性对于动车组的运营有着决定性的作用，为了保证动车组的运行安全，在动车组高速运行状态下对受电弓空气动力性能的研究十分重要。

现有技术在动车组受电弓区域进行流场测试时，如果采用在风洞实验室中进行测试的方案成本过高，且局限性高，而且实验室中的测试无法满足动车组在实际线路运行中的测试需求。另一种方案是在受电弓表面布置压力或噪声传感器进行测试，但实用性差，且只能测得单点或局部的流场数据，而且数据比较单一，难以获得丰富的数据，从而进行深度的数据分析。为了解决现有技术存在的问题：

本实用新型实施例提供了一种动车组受电弓区域流场测试系统，如附图1所示，该系统包括：终端1、图像采集设备2、分别与终端1电连接的图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5。其中，粒子发生器5用于向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子51。图像采集设备2用于采集动车组受电弓区域流场中的示踪粒子51的运动图像。图像传输设备3用于将图像采集设备2采集到的示踪粒子51的运动图像传递至终端1。照明设备4用于对动车组受电弓区域流场照明。终端1用于控制所述图像采集设备2、图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5工作。

本实用新型提供的动车组受电弓区域流场测试系统的工作原理如下所述：

当需要对动车组受电弓区域流场的特性参数进行测试时，利用粒子发生器5向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子51，并利用图像采集设备2采集动车组受电弓区域流场中的示踪粒子51的运动图像，通过图像传输设备3将图像采集设备2采集到的示踪粒子51的运动图像传递至终端1，利用终端1分析示踪粒子51运动图像中的粒子运动参数，得出所测动车组受电弓区域流场区域的特性参数。在此过程中，利用终端1控制图像采集设备2、图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5工作，通过照明设备4对动车组受电弓区域流场照明，以保证示踪粒子51的运动图像的顺利采集。

本实用新型提供的动车组受电弓区域流场测试系统，通过设置粒子发生器5，并利用粒子发生器5向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子51，便于进行后续进行粒子图像测试。通过设置图像采集设备2和图像传输设备3，实现了对示踪粒子51运动图像的采集与传输。通过设置照明设备4，保证了示踪粒子51运动图像采集的顺利进行。通过设置终端1，并使终端1与图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5电连接，实现了终端1对图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5的控制，以及终端1与图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5的数据交互，进而完成对动车组受电弓区域流场的特性参数测试。可见，本实用新型无需借助风洞实验室，成本较低，能够满足动车组在实际线路运行中的测试需求，且实用性较强，能够对动车组受电弓区域流场整体数据进行测试。

其中，图像采集设备2可以为高速数字相机。为了确保高速数字相机与动车组车体之间保持稳固，并且可以保证高速数字相机免于车顶受电弓区域高电压、高电磁环境的干扰，高速数字相机可以通过工装固定在受电弓区域底面上。其中，工装底面为平板式，通过螺栓与受电弓区域底面固定，螺栓尺寸不小于M10。当测试的视窗较大需要移动拼接画面时，可选用铝合金滑轨工装。

具体实施时，高速数字相机每接收一次脉冲触发信号，将瞬间拍摄两帧所测流场中的示踪粒子51的运动图像，同时将捕捉到的一系列图像数据通过图像传输设备3实时传输到终端1中。

图像传输设备3可以为图像采集板。

终端1可以为计算机终端。该计算机终端1可以为能够实现数据处理、监控、以及终端管理等工作的计算机。具体地，该计算机终端包括：硬件控制模块和软件数据后处理模块。其中，硬件控制模块用于对图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5进行实时控制。软件数据后处理模块用于进行流速场计算处理和涡流场计算处理。

为了实现在测试过程中，保证各部件之间的数据同步，确保各部件协调作业，如图1所示，该系统还包括：同步控制器6。该同步控制器6用于向图像采集设备2、图像传输设备3、照明设备4发送同步脉冲触发信号。

由于动车组受电弓区域空间有限，同时为了降低安装风险，可以将终端1、图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5设置在动车组内部，将图像采集设备2设置在动车组外部。

进一步地，为了保证对动车组受电弓区域流场的特性参数的测试作业的顺利进行，该系统还包括：电源。该电源用于为终端1、图像采集设备2、图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5和同步控制器6供电。

其中，该电源可以为不间断电源(Uninterruptible Power System，简称UPS)。

具体实施时，为了便于实现动车组内部与外部部件之间的数据交互，可以在动车组上设置与外部连通的进线口，并使图像采集设备2通过信号线分别与图像传输设备3和同步控制器6连接，其中，信号线用于穿过所述动车组上的进线孔。与各部件连接的电源线也可以和与各部件连接的数据连接线一同经进线孔进入动车组内，通过车内UPS电源供电。

在本实用新型实施例中，为了将所述照明设备4发出的光束顺利传至所述动车组外部的受电弓区域流场中，如图1所示，该系统还包括：与照明设备4连接的第一导管7，用于将照明设备4发出的光束传至动车组外部的受电弓区域流场中。

其中，第一导管7顶端激光出口通过工装固定在试验所需高度，下端与照明设备4相连。照明激光器4可以为脉冲式激光器、双脉冲式激光器等，具体实施时，照明激光器4经过光束合束器和片光源系统后，通过一个光路出口并且在空间上严格重合地发射出来，经过第一导管7将脉冲片光源传到至车外受电弓区域，用于照明流场。

进一步地，为了将粒子发生器5发出的示踪粒子51顺利传至动车组外部的受电弓区域流场中，如图1所示，该系统还包括：与粒子发生器5连接的第二导管8，用于将粒子发生器5发出的示踪粒子51传至动车组外部的受电弓区域流场中。

其中，粒子发生器5主体安装在动车组车内，通过第二导管8将示踪粒子51引至车外受电弓的前方。此外，为了真实反映动车组受电弓区域的空气动力状态，粒子发生器5布撒的示踪粒子51为小于10微米甚至纳米量级(即粒径为0-10微米)的示踪粒子，可跟随流场运动。

动车组受电弓区域流场特性测试系统需在安装过程中注意：

(1)确保设备不超出机车车辆限界；

(2)确保设备与带电体满足绝缘距离要求；

(3)确保设备及线缆安装稳固，在试验速度下无松动脱落风险；

(4)信号线在经过车间连接处、内风挡时需留有余量。若由车门旁观察孔等进入内，则在走线完成后需及时隔离防止开关门夹断信号线；

(5)试验设备安装完毕后需要进行无电状态下升弓检查，升弓无问题后进行带电状态下升弓检查。

综上所述，本实用新型主要是借助PIV技术(Particle Image Velocimetry，粒子图象测速技术，是在流动显示技术的基础上，利用图像处理技术发展起来的一种新的流动测量技术)实现对动车组受电弓区域流场的特性参数的测试，通过设置粒子发生器5，并利用粒子发生器5向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子51，便于进行后续进行粒子图像测试。通过设置图像采集设备2和图像传输设备3，实现了对示踪粒子51运动图像的采集与传输。通过设置照明设备4，保证了示踪粒子51运动图像采集的顺利进行。通过设置终端1，并使终端1与图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5电连接，实现了终端1对图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5的控制，以及终端1与图像传输设备3、照明设备4、粒子发生器5的数据交互，进而完成对动车组受电弓区域流场的特性参数测试，如流场整体速度分布、涡量分布情况，提高动车组受电弓区域空气动力学流场测试水平，无需借助风洞实验室，成本较低，能够满足动车组在实际线路运行中的测试需求，且实用性较强，能够对动车组受电弓区域流场整体数据进行测试。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，包括：终端(1)、图像采集设备(2)、分别与所述终端(1)电连接的图像传输设备(3)、照明设备(4)、粒子发生器(5)；

所述粒子发生器(5)用于向动车组受电弓区域流场中布撒示踪粒子(51)；

所述图像采集设备(2)用于采集动车组受电弓区域流场中的示踪粒子(51)的运动图像；

所述图像传输设备(3)用于将所述图像采集设备(2)采集到的所述示踪粒子(51)的运动图像传递至所述终端(1)；

所述照明设备(4)用于对动车组受电弓区域流场照明；

所述终端(1)用于控制所述图像采集设备(2)、所述图像传输设备(3)、所述照明设备(4)、所述粒子发生器(5)工作。

2.如权利要求1所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，还包括：同步控制器(6)，用于向所述图像采集设备(2)、图像传输设备(3)、照明设备(4)发送同步脉冲触发信号。

3.如权利要求2所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，所述终端(1)、所述图像传输设备(3)、所述照明设备(4)、所述粒子发生器(5)设置在所述动车组内部；

所述图像采集设备(2)设置在所述动车组外部。

4.如权利要求2所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，还包括：电源，用于为所述终端(1)、所述图像采集设备(2)、所述图像传输设备(3)、照明设备(4)、所述粒子发生器(5)和所述同步控制器(6)供电。

5.如权利要求4所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，所述电源为不间断电源。

6.如权利要求3所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，所述动车组上设置有与外部连通的进线口；

所述图像采集设备(2)通过信号线分别与所述图像传输设备(3)和所述同步控制器(6)连接，所述信号线用于穿过所述动车组上的进线孔。

7.如权利要求3所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，还包括：与所述照明设备(4)连接的第一导管(7)，用于将所述照明设备(4)发出的光束传至所述动车组外部的受电弓区域流场中。

8.如权利要求3所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，还包括：与所述粒子发生器(5)连接的第二导管(8)，用于将所述粒子发生器(5)发出的示踪粒子(51)传至所述动车组外部的受电弓区域流场中。

9.如权利要求1所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，所述照明设备(4)为脉冲激光器。

10.如权利要求1所述的动车组受电弓区域流场测试系统，其特征在于，所述示踪粒子(51)的粒径为小于10微米。

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