CN218600609U - 一种跨座式单轨靴轨监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种座式单轨靴轨监测系统，系统包括车底设备、车内设备、地面监控终端，所述车底设备设有安装在车底用于监测单轨靴轨的监测机构，所述监测机构连接并输出监测信号至车内设备，所述车内设备将获取的监测信号通过无线网络输送至地面监控终端。本实用新型跨座式单轨系统靴轨在线监测装置，通过日常在线实时监测，第一时间掌握故障信息，分析故障原因，及时地定位故障点并采取必要措施，提升靴轨受流质量，节省运营成本，保障车辆运行安全。

Description

一种跨座式单轨靴轨监测系统

技术领域

本实用新型涉及靴轨受流在线监测系统，尤其涉及应用于跨座式单轨靴轨状态的监测技术。

背景技术

靴轨受流系统由接触轨、受流器及供电系统等部分组成。接触轨也被称作第三轨，安装方式主要有上接触、下接触、侧接触三种方式。受流器安装在车辆的转向架上,受流器滑板通过弹簧、气缸等弹性元件使滑板侧面与接触轨接触从而实现受流。

跨座式单轨是一种新制式的城市轨道交通系统，因其爬坡能力强、转弯半径小、噪音小、建造周期短、建造成本低等优势，被越来越多的城市所采用。其受流方式采用靴轨受流系统侧接触受流。在日常运营过程中，该受流往往会面临靴轨配合不良而带来的撞靴，滑板缺陷，滑板异常磨耗，离线燃弧，温升高，接触压力不稳定、供电轨异常等故障，导致受流器更换周期短，运营成本高。在接触轨、受流器出现故障后若无在线监测手段，无法定位分析查找故障原因，增加了日常维护的工作量，增加了运维成本。

目前，靴轨受流主要应用于地铁、轻轨等城市轨道交通领域，应用范围相对较窄，且靴轨受流起步较晚，对靴轨检修主要采用传统的人工巡检及检测车车载式巡检两种方式。采用人工巡检需要大量的人力、时间，作业效率低；采用检测车巡检在效率上虽有显著提高，但只能在车辆停运后进行测试，不能及时发现可能存在的安全隐患，同时作业车与运营车辆在设计上存在一定的差别，因而不能真实、准确地反应车辆运营过程中的靴轨关系。

因此，需要可靠的在线监测方式进行靴轨工作状态及运营状况的监测，以对靴轨非正常匹配关系做出预判并采取相应措施。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是实现一种跨座式单轨系统靴轨在线监测装置，能够在车辆运行时进行实时在线监测。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：座式单轨靴轨监测系统，系统包括车底设备、车内设备、地面监控终端，所述车底设备设有安装在车底用于监测单轨靴轨的监测机构，所述监测机构连接并输出监测信号至车内设备，所述车内设备将获取的监测信号通过无线网络输送至地面监控终端。

所述车底设备包括接触轨几何参数检测、车体振动补偿模块、靴轨关系视频监控、电流检测、靴轨燃弧监测、靴轨硬点监测、靴轨接触压力监测。

所述接触轨几何参数检测为2D激光位移传感器，通过视觉成像模型获得供电轨受流面轮廓信息；

所述车体振动补偿模块固定在接触轨几何参数检测上，并将采集的振动信号输送至接触轨几何参数检测；

所述靴轨关系视频监控为对靴轨运行情况进行实时拍摄的高清相机；

所述电流检测为采集车辆牵引电流的开口电流传感器；

所述靴轨燃弧监测为配有紫外镜头和紫外滤光片的紫外光电传感器

所述靴轨硬点监测为固定在受流器支撑杆上的模块，该模块设有采集硬点加速度的加速度传感器、连接加速度传感器的采集电路板、用于供电的供电单元；

所述靴轨接触压力监测为安装在受流器弹簧间的测压元件、或者为与碳滑板连接的金属板贴应变片、或者为安装在集电靴上的压力传感器。

所述2D激光位移传感器通过2D传感器安装支架安装在裙板立柱上；

所述视频高清相机通过视频监控安装支架安装在裙板立柱上；

所述紫外光电传感器通过紫外光电传感器安装支架安装在裙板立柱上对燃弧进行精确抓拍；

所述电流传感器安装在受流器高压母线上进行电流采样；

所述加速度传感器安装在受流器连接臂上用于检测冲击加速度；

所述压力传感器安装在受流器滑板与金属支架之间，采集靴轨之间的压力。

所述高清相机连接车辆的存储设备，并将拍摄信息存储在存储设备上，所述存储设备预设有下载接口；

所述靴轨燃弧监测配有采集接触轨与受电靴之间电流信号的传感器，所述传感器连接靴轨燃弧监测并将感应信号作为触发相机工作的触发信号输送至靴轨燃弧监测；

所述车内设备包括分析服务器和光纤分析仪，所述触轨几何参数检测、靴轨关系视频监控、电流检测、靴轨燃弧监测通过网线连接分析服务器，所述靴轨硬点监测、靴轨接触压力监测通过网线连接光纤分析仪，所述光纤分析仪连接并输出分析信号至分析服务器。

所述地面监控终端包括服务器、显示器、机柜。

本实用新型跨座式单轨系统靴轨在线监测装置，通过日常在线实时监测，第一时间掌握故障信息，分析故障原因，及时地定位故障点并采取必要措施，提升靴轨受流质量，节省运营成本，保障车辆运行安全。

附图说明

下面对本实用新型说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1-3为跨座式单轨靴轨监测系统结构示意图；

图4为跨座式单轨靴轨监测系统原理框图；

上述图中的标记均为：1、2D激光位移传感器，2、高清相机，3、电流传感器，4、紫外光电传感器，5、加速度传感器，6、压力传感器，7、2D传感器安装支架，8、紫外光传感器安装支架，9、视频监控安装支架，10、受流器，11、供电轨，12、裙板立柱。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，跨座式单轨系统靴轨在线监测装置包括车底设备、车内设备、地面监控终端三部分组成。

车底设备主要由接触轨几何参数检测、车体振动补偿模块、靴轨关系视频监控、电流检测、靴轨燃弧监测、靴轨硬点监测、靴轨接触压力监测组成。

车内设备主要由车内分析服务器、光纤分析仪组成。

地面监控终端主要由服务器、显示器、机柜组成。

接触轨几何参数检测，采用2D激光位移传感器1，通过视觉成像模型获得接触轨受流面轮廓信息。其原理是传感器发射激光束,照射在另一观测对象上,激光束反射至传感器接收口,通过光学路径角度和激光传播时长可计算出两物体的距离。为提高接触轨几何参数检测精度,配合车体振动补偿模块，修正车辆运行姿态产生的误差,使之更加接近静态真实值,从而提高检测精度。

靴轨关系视频监控，采用高清相机2对靴轨运行情况进行实时拍摄，并将视频存储在车辆的存储设备上，系统预留视频下载接口，方便下载图像视频。当检测到接触轨有异常时将该段的接触轨视频传输到系统界面上。系统通过自动分析所拍摄的图片，并结合激光扫描的图像，对接触轨的异常进行报警。

电流监测模块用来采集车辆牵引电流，牵引电流采用开口电流传感器3，利用霍尔效应原理，实时检测并记录牵引电流值。

靴轨燃弧监测，采用200HZ高速紫外相机配合实现轨靴燃弧的高精度检测,既能完成对弧光的检测,又可以避免阳光的干扰。同时采用传感器的信号触发监控相机对燃弧进行精确抓拍。接触轨与受电靴之间发生的拉弧波长范围为323～329nm或220-225nm，根据欧标EN50317要求，对于检测只考虑持续时间超过5ms的燃弧。另外配合安装在受电靴主线的电流监测模块，可以得到发生拉弧时受电靴的电流，并对列车电流值超过标称值30％的时间进行计时，即可以计算出燃弧率及单次燃弧的时间持续时间。

靴轨硬点监测，靴轨硬点会导致受流器10发生撞击，导致产生燃弧以及加大了靴轨局部机械磨耗，加速了接触轨受流面的电化学腐蚀，影响取流质量。靴轨硬点监测模块由硬点采集加速度传感器5、压力硬点的采集电路板、供电单元、连接电缆组成，安装于受流器10支撑杆上，用于测量冲击加速度。同时增加光电转换模块，将加速度计收集的电信号转化为光信号，通过光纤将信号传输到数据处理端。

靴轨接触压力监测，靴轨接触力是影响靴轨配合的关键因素，本实用新型提出了如下三种测量方案：

1、通过在受流器10弹簧间增加测压元件，测量弹簧拉力，建立弹簧拉力与靴轨压力对应数据库，实时反映靴轨压力；

2、在与碳滑板连接的金属板贴应变片，通过采集应变数据反映靴轨压力；

3、通过安装在集电靴上的压力传感器6监测接触力，需对滑板支架进行改造，通过加装的工装分别在滑板两侧安装相同的力传感器。

通过光电转换模块，高压侧采集端和低压侧接收端采用光纤进行隔离传输，将传感器接受的电信号转换光信号，通过光纤将信号传输到数据处理端。

车内分析服务器实现对收集到的靴轨信息进行储存、对比、分析和判断，当出现异常数据时能自动分析故障程度、故障级别，实现接触轨几何参数监测、高清视频监控、电流监测、靴轨燃弧检测、靴轨压力监测、系统定位功能、车地无线传输、离线检测功能、故障报警功能、故障上传功能、故障分析、数据统计分析等系统管理功能。并集成了对本系统内的设备电源供给，具备与PIS和TCMS系统的对接功能。

地面监控终端由一台高性能服务器和显示器构成，用来存储、分析和计算车内分析服务器的历史数据，具备自学习功能。该系统主要将车内分析服务器的监测结果通过PIS系统输出至地面服务器，由地面专家系统进行多次行车测量数据的统计分析，并形成分析报表，包括波形和数据对比，实现历史监测数据的安全存储、分析和计算，进行提早预防和保护。

如图1-3所示的跨座式单轨靴轨监测系统的安装结构，其中2D激光位移传感器1通过2D传感器安装支架7安装在裙板立柱12上，通过视觉成像模型获得供电轨11受流面轮廓信息；紫外光电传感器4通过紫外光电传感器4安装支架安装在裙板立柱12上对燃弧进行精确抓拍；视频监控模块通过视频监控安装支架9安装在裙板立柱12上；电流传感器3安装在受流器10高压母线上进行电流采样；加速度计安装在受流器10连接臂上以检测冲击加速度；压力传感器6安装在受流器10滑板与金属支架之间采集靴轨之间的压力。

采用靴轨在线监测实现了对接触轨几何参数、靴轨关系视频、电流、靴轨燃弧、靴轨硬点、靴轨接触压力的进行实时监测，故障告警，不用回库检查即可发现定位故障，时效性好。弥补了人工检查的周期问题，省时省力，准确性高。利用系统的数据统计分析功能，有针对性的检修，维护成本低。对运营期间监测到各种问题及时处理，避免更大故障发生。停运后检查靴轨不能完全体现出运营时的真实状态,而在线监测能够掌握运行时的真实的靴轨状态。通过积累的样本数据可对远期故障进行预测。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：系统包括车底设备、车内设备、地面监控终端，所述车底设备设有安装在车底用于监测单轨靴轨的监测机构，所述监测机构连接并输出监测信号至车内设备，所述车内设备将获取的监测信号通过无线网络输送至地面监控终端。

2.根据权利要求1所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：所述车底设备包括接触轨几何参数检测、车体振动补偿模块、靴轨关系视频监控、电流检测、靴轨燃弧监测、靴轨硬点监测、靴轨接触压力监测。

3.根据权利要求2所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：

所述接触轨几何参数检测为2D激光位移传感器；

所述车体振动补偿模块固定在接触轨几何参数检测上，并将采集的振动信号输送至接触轨几何参数检测；

所述靴轨关系视频监控为对靴轨运行情况进行实时拍摄的高清相机；

所述电流检测为采集车辆牵引电流的开口电流传感器；

所述靴轨燃弧监测为配有紫外镜头和紫外滤光片的紫外光电传感器；

所述靴轨硬点监测为固定在受流器支撑杆上的模块，该模块设有采集硬点加速度的加速度传感器、连接加速度传感器的采集电路板、用于供电的供电单元；

所述靴轨接触压力监测为安装在受流器弹簧间的测压元件、或者为与碳滑板连接的金属板贴应变片、或者为安装在集电靴上的压力传感器。

4.根据权利要求3所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：

所述2D激光位移传感器通过2D传感器安装支架安装在裙板立柱上；

所述视频高清相机通过视频监控安装支架安装在裙板立柱上；

所述紫外光电传感器通过紫外光电传感器安装支架安装在裙板立柱上对燃弧进行精确抓拍；

所述电流传感器安装在受流器高压母线上进行电流采样；

所述加速度传感器安装在受流器连接臂上用于检测冲击加速度；

所述压力传感器安装在受流器滑板与金属支架之间，采集靴轨之间的压力。

5.根据权利要求3或4所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：所述高清相机连接车辆的存储设备，并将拍摄信息存储在存储设备上，所述存储设备预设有下载接口。

6.根据权利要求5所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：所述靴轨燃弧监测配有采集接触轨与受电靴之间电流信号的传感器，所述传感器连接靴轨燃弧监测并将感应信号作为触发相机工作的触发信号输送至靴轨燃弧监测。

7.根据权利要求6所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：所述车内设备包括分析服务器和光纤分析仪，所述触轨几何参数检测、靴轨关系视频监控、电流检测、靴轨燃弧监测通过网线连接分析服务器，所述靴轨硬点监测、靴轨接触压力监测通过网线连接光纤分析仪，所述光纤分析仪连接并输出分析信号至分析服务器。

8.根据权利要求7所述的跨座式单轨靴轨监测系统，其特征在于：所述地面监控终端包括服务器、显示器、机柜。

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