CN214277260U - 一种弓网接触力监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种弓网接触力监测系统，包括依次连接的传感器采集模块、信号处理模块、AD转换模块、控制模块和RJ45以太网接口，传感器采集模块包括微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器，低温敏光纤光栅应变传感器设置在受电弓碳滑板下部的两端，微型光纤光栅应变传感器沿垂直于受电弓轴线方向设置在低温敏光纤光栅应变传感器与受电弓的连接处，受电弓碳滑板下部还设有加速度传感器。本实用新型提供了一种准确有效的监测手段对接触网—受电弓之间的动态接触力进行实时监测，且结构简单、成本较低、适用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及工程力学计量技术领域，具体涉及一种弓网接触力监测系统。
背景技术
近年来，我国大力发展公共交通，地铁作为展示城市发展速度的窗口，其运营里程不断攀升。现有的地铁主要采用电力牵引，依靠受电弓在运行状态下从接触网获取电能，因此接触网-受电弓系统的取流质量对于地铁的安全运营至关重要。而作为弓网耦合系统的主要性能指标，受电弓与接触网之间的动态接触力直接影响弓网系统的取流质量。
列车在运行过程中，受电弓与接触网接触取流时，在受电弓和接触网间产生一个动态的相互作用，使得受电弓产生位移、弓网系统生成特定形态的振动，振动剧烈时，将造成受电弓碳滑板脱离接触导线的接触，形成弓网离线，产生拉弧现象，加速电器的绝缘损伤，产生电磁干扰影响列车通信，更为严重的情况下，会直接影响列车的取流，进而可能造成供电的瞬时中断，列车运行状态下降丧失牵引力和制动力；而弓网接触力过大，虽降低了离线现象发生的概率，但受电弓与接触网导线之间的磨耗增强，缩短受电弓碳滑板的使用寿命。因此，需要一种准确有效的监测手段对接触网—受电弓之间的动态接触力进行实时监测。
实用新型内容
针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种弓网接触力监测系统，其目的在于提供一种准确有效的监测手段对接触网—受电弓之间的动态接触力进行实时监测。
本实用新型提供了一种弓网接触力监测系统，包括依次连接的传感器采集模块、信号处理模块、AD转换模块、控制模块和RJ45以太网接口；
所述传感器采集模块包括微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器；所述低温敏光纤光栅应变传感器设置在受电弓碳滑板下部的两端，所述微型光纤光栅应变传感器沿垂直于受电弓轴线方向设置在低温敏光纤光栅应变传感器与受电弓的连接处；受电弓碳滑板下部还设有加速度传感器；
所述信号处理模块包括依次连接的信号放大单元和二阶滤波单元，所述信号放大单元包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一放大器和数字电位器，所述第一放大器的反相输入端与传感器采集模块连接，第一放大器的同相输入端接地，第一放大器的反相输入端还与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端连接，第一电容的第一端与第一电阻第一端连接，第一电容的第二端与第二电阻的第二端连接；第一放大器的输出端与二阶滤波单元的输入端连接，第一电阻的第二端还与数字电位器连接，数字电位器的控制端与控制模块连接；
所述二阶滤波单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容和第二放大器，第三电阻的第一端与第一放大器的输出端连接，第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第二放大器的同相输入端连接；第四电阻的第二端还与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端接地；第三电阻的第二端还与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与第二放大器的输出端连接；第五电阻的第一端与第二放大器的反相输入端连接，第五电阻的第二端接地；第五电阻的第一端还与第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端与第二放大器的输出端连接，第二放大器的输出端还与AD转换模块连接。
优选地，所述微型光纤光栅应变传感器的型号为JMFSS-02。
优选地，所述低温敏光纤光栅应变传感器的型号为JFSS-04。
优选地，所述加速度传感器的型号为JFACC-02。
优选地，所述AD转换模块采用AD7683芯片。
优选地，所述控制模块采用ARM Cortex A9处理器。
优选地，所述第一放大器的型号为AD8512。
优选地，所述数字电位器的型号为AD5204。
本实用新型提供了一种弓网接触力监测系统，能够通过微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器采集传感信号，经信号处理和AD转换后，通过RJ45以太网接口上传至上位机，及时有效地监控弓网接触力状态。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的信号放大单元的电路图；
图3为本实用新型实施例的二阶滤波单元的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种弓网接触力监测系统，包括依次连接的传感器采集模块、信号处理模块、AD转换模块、控制模块和RJ45以太网接口，传感器采集模块包括微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器，低温敏光纤光栅应变传感器设置在受电弓碳滑板下部的两端，微型光纤光栅应变传感器沿垂直于受电弓轴线方向设置在低温敏光纤光栅应变传感器与受电弓的连接处，受电弓碳滑板下部还设有加速度传感器。
如图2、图3所示，信号处理模块包括依次连接的信号放大单元和二阶滤波单元，信号处理模块包括依次连接的信号放大单元和二阶滤波单元，信号放大单元包括电阻R1、电阻R2、电容C1、放大器U1和数字电位器，放大器U1的反相输入端与传感器采集模块连接，放大器U1的同相输入端接地，放大器U1的反相输入端还与电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端与放大器U1的输出端连接，电容C1的第一端与电阻R1第一端连接，电容C1的第二端与电阻R2的第二端连接；放大器U1的输出端与二阶滤波单元的输入端连接，电阻R1的第二端还与数字电位器连接，数字电位器的控制端与控制模块连接。二阶滤波单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容C2、电容C3和放大器U3，电阻R3的第一端与第一放大器的输出端连接，电阻R3的第二端与电阻R4的第一端连接，电阻R4的第二端与放大器U3的同相输入端连接；电阻R4的第二端还与电容C2的第一端连接，电容C2的第二端接地；电阻R3的第二端还与电容C3的第一端连接，电容C3的第二端与放大器U3的输出端连接；电阻R5的第一端与放大器U3的反相输入端连接，电阻R5的第二端接地；电阻R5的第一端还与电阻R6的第一端连接，电阻R6的第二端与放大器U3的输出端连接，放大器U3的输出端还与AD转换模块连接。
微型光纤光栅应变传感器的型号为JMFSS-02，低温敏光纤光栅应变传感器的型号为JFSS-04，加速度传感器的型号为JFACC-02。微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器将采集到的传感信号发送至信号放大单元，信号放大单元包括放大器AD8512，放大器AD8512具有低偏置、低噪声、低漂移、高速等特点。传感信号经过信号放大单元放大后，由于测量环境的电磁干扰和信号放大单元的影响，放大后的传感信号会混入噪声，微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器采集到的传感信号为低频信号，而噪声(如离线火花等)为高频信号，本实用新型实施例的二阶滤波单元能够有效滤除高频信号，减少噪声。
本实施例中，AD转换模块采用AD7683芯片，AD7683芯片对接收到的模拟信号进行采样，采样结束后，进入保持时间，在这段时间内，采样的模拟信号被转化为可读的数字信号。本实施例中，控制模块采用选用ARM Cortex A9处理器，ARM Cortex A9处理器通过RJ45以太网接口将数字信号上传至上位机，实现对弓网接触力的监测。
本实用新型实施例提供的一种弓网接触力监测系统，能够通过微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器采集传感信号，经信号处理和AD转换后，通过RJ45以太网接口上传至上位机，及时有效地监控弓网接触力状态。本实用新型实施例结构简单、成本较低、适用范围广。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种弓网接触力监测系统，其特征在于：包括依次连接的传感器采集模块、信号处理模块、AD转换模块、控制模块和RJ45以太网接口；
所述传感器采集模块包括微型光纤光栅应变传感器、低温敏光纤光栅应变传感器和加速度传感器；所述低温敏光纤光栅应变传感器设置在受电弓碳滑板下部的两端，所述微型光纤光栅应变传感器沿垂直于受电弓轴线方向设置在低温敏光纤光栅应变传感器与受电弓的连接处；受电弓碳滑板下部还设有加速度传感器；
所述信号处理模块包括依次连接的信号放大单元和二阶滤波单元，所述信号放大单元包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第一放大器和数字电位器，所述第一放大器的反相输入端与传感器采集模块连接，第一放大器的同相输入端接地，第一放大器的反相输入端还与第一电阻的第一端连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第一放大器的输出端连接，第一电容的第一端与第一电阻第一端连接，第一电容的第二端与第二电阻的第二端连接；第一放大器的输出端与二阶滤波单元的输入端连接，第一电阻的第二端还与数字电位器连接，数字电位器的控制端与控制模块连接；
所述二阶滤波单元包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电容、第三电容和第二放大器，第三电阻的第一端与第一放大器的输出端连接，第三电阻的第二端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第二放大器的同相输入端连接；第四电阻的第二端还与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端接地；第三电阻的第二端还与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端与第二放大器的输出端连接；第五电阻的第一端与第二放大器的反相输入端连接，第五电阻的第二端接地；第五电阻的第一端还与第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端与第二放大器的输出端连接，第二放大器的输出端还与AD转换模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述微型光纤光栅应变传感器的型号为JMFSS-02。
3.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述低温敏光纤光栅应变传感器的型号为JFSS-04。
4.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述加速度传感器的型号为JFACC-02。
5.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述AD转换模块采用AD7683芯片。
6.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述控制模块采用ARM Cortex A9处理器。
7.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述第一放大器的型号为AD8512。
8.根据权利要求1所述的一种弓网接触力监测系统，其特征在于：所述数字电位器的型号为AD5204。
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| CN202120446352.5U CN214277260U (zh) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | 一种弓网接触力监测系统 |
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| CN202120446352.5U CN214277260U (zh) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | 一种弓网接触力监测系统 |
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| CN202120446352.5U Active CN214277260U (zh) | 2021-03-01 | 2021-03-01 | 一种弓网接触力监测系统 |
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|---|---|
| CN (1) | CN214277260U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114459645A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-10 | 武汉理工大学 | 一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器 |
| IT202200016344A1 (it) * | 2022-08-01 | 2024-02-01 | Optosensing S R L | “metodo per la misura di deformazioni integrate lungo una direzione di una struttura tramite un sensore in fibra ottica, ed un sistema per l’attuazione di detto metodo” |
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2021
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| CN114459645A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-10 | 武汉理工大学 | 一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器 |
| CN114459645B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-05-23 | 武汉理工大学 | 一种基于圆弧铰链的光纤光栅压力传感器 |
| IT202200016344A1 (it) * | 2022-08-01 | 2024-02-01 | Optosensing S R L | “metodo per la misura di deformazioni integrate lungo una direzione di una struttura tramite un sensore in fibra ottica, ed un sistema per l’attuazione di detto metodo” |
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