EA043333B1 - METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF ELECTRIC TRANSPORT CONTACT WIRE - Google Patents

METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF ELECTRIC TRANSPORT CONTACT WIRE Download PDF

Info

Publication number
EA043333B1
EA043333B1 EA202091163 EA043333B1 EA 043333 B1 EA043333 B1 EA 043333B1 EA 202091163 EA202091163 EA 202091163 EA 043333 B1 EA043333 B1 EA 043333B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
signal
force
information
contact wire
cable
Prior art date
Application number
EA202091163
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Сорокин
Василий Олегович Кислицын
Владимир Анатольевич Калинин
Original Assignee
Научно-Технический Центр "Радиотехнических Устройств И Систем" С Ограниченной Ответственностью
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-Технический Центр "Радиотехнических Устройств И Систем" С Ограниченной Ответственностью filed Critical Научно-Технический Центр "Радиотехнических Устройств И Систем" С Ограниченной Ответственностью
Publication of EA043333B1 publication Critical patent/EA043333B1/en

Links

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области радиотехники и дистанционного контроля контактных соединений токоведущих частей и может быть использовано для дистанционного контроля железнодорожной инфраструктуры при контроле компенсирующих устройств и обеспечения удаленного мониторинга обрывов, провисания и ускоренного износа контактного провода КП и токоприемников.The invention relates to the field of radio engineering and remote monitoring of contact connections of live parts and can be used for remote monitoring of railway infrastructure when monitoring compensating devices and providing remote monitoring of breaks, sagging and accelerated wear of the contact wire of the gearbox and pantographs.

Уровень техникиState of the art

Высокоскоростное движение поездов ставит жесткие требования к объектам и устройствам инфраструктуры железнодорожного транспорта, в частности к контактной сети, от механической прочности, геометрических параметров и технического состояния элементов которой зависит безопасность и бесперебойность движения поездов.High-speed train traffic places stringent requirements on railway transport infrastructure facilities and devices, in particular on the contact network, the mechanical strength, geometric parameters and technical condition of the elements of which determine the safety and uninterrupted operation of trains.

Широко распространенный на сегодняшний день подход по обслуживанию и ремонту контактной сети железнодорожных путей заключается в выявлении состояния элементов контактной сети путем периодических осмотров и непосредственных измерений. Измерения, выполняемые вручную, и периодические осмотры контактной сети являются экономически не эффективны, недостаточно оперативны, а зачастую требуют перепроверки.A widely used approach today for the maintenance and repair of the contact network of railway tracks is to identify the condition of the elements of the contact network through periodic inspections and direct measurements. Manual measurements and periodic inspections of the contact network are not cost-effective, are not fast enough, and often require re-checking.

Из уровня техники известна система контроля параметров контактной сети железной дороги (см. [1] патент РФ на полезную модель № 68977, МПК В60М1/12, опубл. 10.12.2007), содержащая датчик высоты подвеса контактного провода, датчик положения контактного провода в плане, датчик температуры окружающего воздуха, источник питания, блок сбора и передачи сигналов, пульт управления, устройство для определения положения контактного провода в плане с размещенными в нем n датчиками положения контактного провода, n датчиками наличия помех процессу токосъема и блоком сбора и передачи информации, блок ввода речевых комментариев, выход которого соединен с одним из входов блока обработки сигналов, а выход датчика высоты подвеса контактного провода соединен с одним из входов блока сбора и передачи информации устройства для определения положения контактного провода в плане, а источник питания системы контроля выполнен со встроенным оптическим каналом и содержит преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь постоянного напряжения бортовой сети автомотрисы в переменное напряжение высокой частоты, трансформатор с магнитопроводом, выполненным из набора тороидальных сердечников и двух витков высоковольтного провода, выводы одного витка высоковольтного провода, являющегося первичной обмоткой трансформатора, соединены с входами преобразователя постоянного напряжения бортовой сети автомотрисы в переменное напряжение высокой частоты, а выводы второго витка высоковольтного провода, являющегося вторичной обмоткой трансформатора, связаны с входами преобразователя переменного напряжения высокой частоты в постоянное, выход которого соединен оптической цепью обратной связи с входом преобразователя постоянного напряжения бортовой сети автомотрисы в переменное напряжение высокой частоты, а выход преобразователя переменного напряжения высокой частоты в постоянное соединен с входом устройства для определения положения контактного провода.A system for monitoring the parameters of the railway contact network is known from the state of the art (see [1] RF patent for utility model No. 68977, MPK V60M1/12, publ. 12/10/2007), containing a contact wire suspension height sensor, a contact wire position sensor in plan , ambient temperature sensor, power source, signal collection and transmission unit, control panel, device for determining the position of the contact wire in plan with n contact wire position sensors placed in it, n sensors for the presence of interference in the current collection process and a block for collecting and transmitting information, block input of speech comments, the output of which is connected to one of the inputs of the signal processing unit, and the output of the contact wire suspension height sensor is connected to one of the inputs of the information collection and transmission unit of the device for determining the position of the contact wire in plan, and the power supply of the control system is made with a built-in optical channel and contains an AC-to-DC voltage converter, a DC-voltage converter of the on-board network of the railcar to high-frequency AC voltage, a transformer with a magnetic core made of a set of toroidal cores and two turns of high-voltage wire, the terminals of one turn of the high-voltage wire, which is the primary winding of the transformer, are connected to the inputs converter of direct voltage of the on-board network of the railcar into alternating voltage of high frequency, and the conclusions of the second turn of the high-voltage wire, which is the secondary winding of the transformer, are connected to the inputs of the converter of high-frequency alternating voltage into direct voltage, the output of which is connected by an optical feedback circuit to the input of the DC converter of the on-board network of the railcar to high frequency alternating voltage, and the output of the high frequency alternating voltage to direct voltage converter is connected to the input of the device to determine the position of the contact wire.

К недостаткам системы следует отнести наличие источников питания чувствительных элементов, отсутствие устойчивости к внешним климатическим воздействиям компонент системы. Надежность системы здесь зависит от трансформатора, устройство которого уязвимо для повреждений в тяжелых климатических условиях эксплуатации.The disadvantages of the system include the presence of power supplies for sensitive elements and the lack of resistance to external climatic influences of the system components. The reliability of the system here depends on the transformer, the device of which is vulnerable to damage in harsh climatic operating conditions.

Известно устройство для замера и регистрации износа контактного провода (см. [2] патент РФ № 2120866, МПК В60М1/12, В60М1/13, B60L3/12, опубл. 27.10.1998), содержащее линейный источник света длиной, превышающей максимально возможное расстояние между крайними положениями зигзага контактного провода и отражатель, размещенные на крыше вагона-лаборатории, при этом источник света через контактный провод оптически связан с оптоэлектронной головкой, содержащей объектив и интегральную многоэлементную фотоприемную линейку. Выход оптоэлектронной головки связан с входом электронного блока первичной обработки информации, выход которого связан с компьютером. Устройство измеряет износ, высоту подвеса и зигзага контактного провода и позволяет повысить точность, быстродействие, упростить конструкцию и повысить надежность в эксплуатации и настройке.A device for measuring and recording the wear of a contact wire is known (see [2] RF patent No. 2120866, MPK V60M1/12, V60M1/13, B60L3/12, publ. 10/27/1998), containing a linear light source with a length exceeding the maximum possible distance between the extreme positions of the contact wire zigzag and a reflector placed on the roof of the laboratory car, while the light source through the contact wire is optically connected to an optoelectronic head containing a lens and an integrated multi-element photodetector array. The output of the optoelectronic head is connected to the input of the electronic unit for primary information processing, the output of which is connected to the computer. The device measures wear, suspension height and zigzag of the contact wire and makes it possible to increase accuracy, speed, simplify the design and increase reliability in operation and configuration.

К недостаткам системы следует отнести наличие высокой вероятности получения недостоверной информации путем получения данных от камер в условиях плохой видимости и тяжелых климатических условий эксплуатации. Также недостатками известных систем контроля состояния контактной сети с помощью вагонов-лабораторий является то, что эти измерения носят периодический характер, при этом не обеспечивается возможность наблюдения за напряженно-деформированным состоянием элементов контактной сети.The disadvantages of the system include the presence of a high probability of obtaining unreliable information by receiving data from cameras in conditions of poor visibility and harsh climatic operating conditions. Also, the disadvantages of the known systems for monitoring the state of the contact network using laboratory cars is that these measurements are periodic in nature, and it does not provide the ability to monitor the stress-strain state of the elements of the contact network.

Для обнаружения на ранней стадии изменений состояния контактной сети необходим постоянный непрерывный контроль ее элементов. Современная система текущего содержания контактной сети требует использования измерительных систем, которые делают возможным автоматический контроль состояния элементов контактной сети без больших затрат времени и с минимальным привлечением персонала.To detect changes in the state of the contact network at an early stage, constant continuous monitoring of its elements is necessary. A modern system for the current maintenance of a contact network requires the use of measuring systems that make it possible to automatically monitor the condition of contact network elements without a lot of time and with minimal involvement of personnel.

Известно устройство для контроля износа и зигзага контактного провода электрической сети железнодорожного транспорта (см. [3] патент РФ № 2155678, МПК B60M1/12, B61K9/08, опубл.A device is known for monitoring wear and zigzag of the contact wire of the electrical network of railway transport (see [3] RF patent No. 2155678, IPC B60M1/12, B61K9/08, publ.

- 1 043333- 1 043333

10.09.2000) содержащее датчик, фотоприемник, связанный с датчиком гибким кабелем из оптоволокна, блок памяти, регистратор. Датчик содержит высокочастотный генератор, измеритель на основе катушек индуктивности, блок обработки сигналов измерителя, аналого-цифровой преобразователь и светодиод.09/10/2000) containing a sensor, a photodetector connected to the sensor by a flexible fiber optic cable, a memory unit, and a recorder. The sensor contains a high-frequency generator, a meter based on inductance coils, a signal processing unit for the meter, an analog-to-digital converter and an LED.

К недостаткам устройства следует отнести наличие соединения датчика и фотоприемника оптоволоконным кабелем. Наличие высокочастотного генератора у датчика говорит о необходимости использования источников питания. Использование оптоволокна для передачи информации с датчика на фотоприемник значительно увеличивает трудоемкость использования такого устройства в железнодорожном транспорте.The disadvantages of the device include the presence of a connection between the sensor and the photodetector via a fiber optic cable. The presence of a high-frequency generator at the sensor indicates the need to use power supplies. The use of optical fiber to transmit information from the sensor to the photodetector significantly increases the complexity of using such a device in railway transport.

Известна система мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры (см. [4] патент РФ № 2584756, МПК B61K9/08, опубл. 20.05.2016), содержащая по меньшей мере одну станцию сбора и первичной обработки данных и связанные с ней и между собой посредством радиосвязи измерительные модули, размещенные в критических местах контролируемых объектов железнодорожной инфраструктуры, центральный блок сбора данных, связанный со станцией сбора и первичной обработки данных, при этом каждый измерительный модуль включает автономный источник питания, сенсорные датчики, приемопередатчик и микроконтроллер, каждая станция сбора и первичной обработки данных включает автономный источник питания, контроллер и приемопередатчик, соединенный посредством радиоканала с приемопередатчиками измерительных модулей, а центральный блок сбора данных включает вычислительный блок, базу данных, блок управления и приемопередатчик, соединенный посредством радиоканала с приемопередатчиками станций сбора и первичной обработки данных, при этом измерительные модули в одном из вариантов исполнения выполнены с возможностью осуществления измерения натяжения контактной сети, причем каждый такой модуль выполнен с возможностью его установки в подвижном ролике компенсаторной подвески контактного или несущего провода, закрепленного на контролируемой опоре, и дополнительно включает датчик измерения углов поворота подвижного ролика и датчик температуры окружающей среды.A system for monitoring railway infrastructure objects is known (see [4] RF patent No. 2584756, IPC B61K9/08, published on May 20, 2016), containing at least one station for collecting and primary data processing and measuring instruments connected to it and to each other via radio communication modules located in critical places of controlled railway infrastructure objects, a central data collection unit associated with a data collection and primary processing station, each measuring module includes an autonomous power supply, touch sensors, a transceiver and a microcontroller, each data collection and primary processing station includes an autonomous power source, a controller and a transceiver connected via a radio channel to the transceivers of the measuring modules, and the central data collection unit includes a computing unit, a database, a control unit and a transceiver connected via a radio channel to the transceivers of the data collection and primary processing stations, with the measuring modules in In one of the embodiments, they are made with the ability to measure the tension of the contact network, and each such module is configured to be installed in a movable roller of the compensating suspension of the contact or support wire, mounted on a controlled support, and additionally includes a sensor for measuring the rotation angles of the movable roller and an ambient temperature sensor environment.

К недостаткам известного решения можно отнести необходимость применения источников питания, большую трудоемкость при установке и настройке в условиях железнодорожного транспорта, отсутствие контроля температуры контактного провода.The disadvantages of the known solution include the need to use power supplies, high labor intensity during installation and configuration in railway transport, and lack of temperature control of the contact wire.

Известна система диагностики и удаленного мониторинга (СДУМ) контактной сети железной дороги (см. [5] патент РФ № 2631891, МПК В60М1/12, опубл. 28.09.2017), включающая закрепленные на анкерных опорах, контактные провода, троса и грузокомпенсирующие устройства, содержащая расположенные вдоль контактной сети по всей ее длине измерительные устройства, соединенные со стационарно размещенными вдоль контактной сети блоками сбора и передачи информации, которые соединены посредством проводной и/или беспроводной связи с размещаемым на узловой станции промежуточным концентратором информации СДУМ, соединенным посредством проводной и/или беспроводной связи с единым концентратором информации о состоянии элементов контактной сети железной дороги, при этом измерительные устройства выполнены в виде датчиков измерения усилия натяжения тросов и проводов контактной сети, расположенных на участках несущего троса и контактного провода непосредственно за роликами блоков грузокомпенсирующих устройств и/или над гирляндами грузов грузокомпенсирующих устройств и/или на тросах средней анкеровки, при этом каждое измерительное устройство соединено посредством проводной связи с близлежащим блоком сбора и передачи информации, каждый из которых содержит автономный источник питания, микропроцессорное устройство для первичной аналогоцифровой обработки информации с датчика измерения усилия натяжения тросов и проводов контактной сети, и устройство радиосвязи между блоком и промежуточным концентратором информации СДУМ.A known system for diagnostics and remote monitoring (SDUM) of the railway contact network (see [5] RF patent No. 2631891, MPK V60M1/12, published 09/28/2017), including contact wires, cables and load-compensating devices mounted on anchor supports, containing measuring devices located along the contact network along its entire length, connected to information collection and transmission units stationary located along the contact network, which are connected via wired and/or wireless communication with an intermediate information concentrator SDUM located at the hub station, connected via wired and/or wireless communication with a single hub of information about the state of the elements of the railway contact network, while the measuring devices are made in the form of sensors for measuring the tension force of cables and wires of the contact network, located on sections of the supporting cable and contact wire directly behind the rollers of the load-compensating device blocks and/or above the garlands loads of load-compensating devices and/or on middle anchorage cables, each measuring device is connected via a wire connection to a nearby information collection and transmission unit, each of which contains an autonomous power source, a microprocessor device for primary analog-digital processing of information from the sensor for measuring the tension force of the cables and contact network wires, and a radio communication device between the unit and the intermediate information concentrator SDUM.

Недостатками системы является наличие источников питания, отсутствие температурного контроля контактного провода, высокую трудоемкость при установке.The disadvantages of the system are the presence of power supplies, lack of temperature control of the contact wire, and high labor intensity during installation.

Наиболее близким аналогом является способ и система диагностики и удаленного мониторинга контактной сети железной дороги (см. [6] патент РФ № 2444449, МПК В60М1/12, опубл. 10.03.2012) сбор информации о состоянии элементов контактной сети, передачу собранной информации и последующую оценку технического состояния элементов контактной сети, причем сбор и передачу информации о состоянии элементов контактной сети осуществляют посредством блоков сбора и передачи информации СДУМ, стационарно размещаемых вдоль контактной сети по всей ее длине, при этом посредством расположенных в блоках датчиков непрерывно регистрируют акустические и вибрационные характеристики, характеристики изменения магнитного поля, температуру элементов контактной сети, измеренные значения передают по каналу радиосвязи в размещаемые на узловых станциях по всей длине контактной сети промежуточные концентраторы информации, которые обеспечивают сбор и анализ информации от датчиков блоков с последующей передачей данных в единый концентратор информации о состоянии элементов контактной сети железной дороги. Система диагностики и удаленного мониторинга контактной сети железной дороги включает размещенные на анкерных опорах контактной сети консоли, несущий трос, струны, контактный провод, грузокомпенсирующие устройства несущего троса и контактного провода и содержит датчики параметров технического состояния элементов контактной сети, причем на участках несущего троса и контактного провода, расположенных непосредственно за роликами блоков грузокомпенсирующих устройств и/или над гирляндами грузов грузокомпенсирующих уст- 2 043333 ройств, которые размещены на анкерных опорах контактной сети, по всей длине контактной сети стационарно закреплены блоки сбора и передачи информации, при этом каждый блок сбора и передачи информации содержит комплект датчиков параметров технического состояния элементов контактной сети, включающий датчики виброакустики и вибродиагностики элементов контактной сети, датчик магнитного поля и датчик температуры, а также автономный источник питания, микропроцессорное устройство для первичной аналого-цифровой обработки информации с датчиков блока, устройство радиосвязи между блоком и размещаемым на узловой станции промежуточным концентратором информации СДУМ, который соединен посредством проводной и/или беспроводной связи с единым концентратором информации о состоянии элементов контактной сети железной дороги.The closest analogue is a method and system for diagnostics and remote monitoring of the railway contact network (see [6] RF patent No. 2444449, IPC V60M1/12, published 03/10/2012) collecting information about the state of the elements of the contact network, transferring the collected information and subsequent assessment of the technical condition of the elements of the contact network, and the collection and transmission of information about the state of the elements of the contact network is carried out using SDUM information collection and transmission units, permanently placed along the contact network along its entire length, while acoustic and vibration characteristics are continuously recorded using sensors located in the blocks, the characteristics of changes in the magnetic field, the temperature of the elements of the contact network, the measured values are transmitted via a radio communication channel to intermediate information concentrators located at node stations along the entire length of the contact network, which ensure the collection and analysis of information from the block sensors with subsequent transmission of data to a single concentrator of information about the state of the elements railway contact network. The system for diagnostics and remote monitoring of the railway contact network includes consoles placed on the anchor supports of the contact network, a support cable, strings, contact wire, load compensating devices for the support cable and contact wire and contains sensors for parameters of the technical condition of the elements of the contact network, and in sections of the support cable and contact wire wires located directly behind the rollers of the blocks of load-compensating devices and/or above the garlands of loads of load-compensating devices, which are placed on the anchor supports of the contact network, information collection and transmission blocks are permanently fixed along the entire length of the contact network, with each collection and transmission block information contains a set of sensors for parameters of the technical condition of the elements of the contact network, including sensors for vibroacoustics and vibration diagnostics of elements of the contact network, a magnetic field sensor and a temperature sensor, as well as an autonomous power supply, a microprocessor device for primary analog-digital processing of information from the sensors of the unit, a radio communication device between the unit and an intermediate information concentrator SDUM located at the hub station, which is connected via wired and/or wireless communication with a single concentrator of information about the state of elements of the railway contact network.

К недостаткам способа и системы следует отнести наличие источников питания, требующих обслуживания (замены), ограничение по стойкости к внешним воздействующим факторам (отрицательные температуры эксплуатации), сложность блока сбора и передачи информации и его высокая стоимость, высокая трудоемкость применения в условиях железнодорожного транспорта, отсутствие контроля натяжения контактного провода. При этом известное техническое решение не позволяет оперативно оценить усилие натяжения проводов и тросов контактной сети.The disadvantages of the method and system include the presence of power supplies that require maintenance (replacement), limited resistance to external influences (negative operating temperatures), the complexity of the information collection and transmission unit and its high cost, the high labor intensity of use in railway transport, the lack of control the tension of the contact wire. At the same time, the known technical solution does not allow one to quickly evaluate the tension force of the wires and cables of the contact network.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задачей изобретения является обеспечение оперативного, автономного, беспроводного контроля контактного провода контактной сети железнодорожного транспорта для предотвращения и своевременного предупреждения обрывов, провисания и ускоренного износа контактного провода КП и контактных соединений в широком диапазоне воздействующих факторов. Поставленная задача решается посредством опроса считывающим устройством датчиков температуры и силы натяжения контактного провода по радиоканалу. Информация от пассивных датчиков позволяет оперативно осуществить анализ динамики изменения состояния контактного провода. Полученная информация передается в мобильные системы диагностики или автоматизированные системы управления пользователя.The objective of the invention is to provide operational, autonomous, wireless control of the contact wire of the contact network of railway transport to prevent and timely prevent breaks, sagging and accelerated wear of the contact wire of the gearbox and contact connections in a wide range of influencing factors. The problem is solved by interrogating the temperature sensors and the tension force of the contact wire by the reading device via a radio channel. Information from passive sensors allows you to quickly analyze the dynamics of changes in the state of the contact wire. The received information is transferred to mobile diagnostic systems or automated user control systems.

Техническим результатом является предотвращение аварийных ситуации за счет возможности спрогнозировать достижение заданных контрольных значений состояния проводов и тросов для выдачи соответствующих команд для принятия необходимых мер.The technical result is the prevention of emergency situations due to the ability to predict the achievement of specified control values for the condition of wires and cables in order to issue appropriate commands to take the necessary measures.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет способа автоматического контроля контактного провода электротранспорта, включающего формирование и отправку опросного сигнала, сбор и обработку информации о состоянии элементов контактной сети посредством устройств, для считывания информации о температуре и силе натяжения контактного провода по полученному опросному сигналу, с датчиков силы и температуры, при этом устройство для считывания информации о температуре формирует и посылает опросный сигнал к опрашиваемому датчику температуры, при этом приходящий опросный сигнал поступает на антенну встречно-штыревого преобразователя датчика температуры, который преобразует электромагнитный опросный сигнал в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки датчика температуры, частично отражается от стартовой, промежуточной и конечной отражающей структуры, и возвращается во встречно-штыревой преобразователь, где обратно преобразуется в электромагнитный сигнал в виде задержанных во времени отраженных импульсов, возвращающихся в устройство для считывания информации о температуре с помощью приемопередающей антенны; устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода формирует и посылает опросный сигнал к опрашиваемому датчику силы, представляющему собой силоизмерительную шайбу, при этом приходящий опросный сигнал поступает на приемопередающую антенну встречно-штыревого преобразователя датчика силы, который преобразует электромагнитный опросный сигнал в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрической пластины резонатора датчика силы, проходит через электроды, встречая неоднородность, и возвращается в встречно-штыревой преобразователь, где обратно преобразуется в электромагнитный сигнал в виде задержанных во времени отраженных импульсов, возвращающихся в устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода с помощью приемопередающей антенны; причем одновременно с формированием опросного сигнала устройство для считывания информации о температуре дополнительно генерирует опросный ультразвуковой сигнал, посылаемый ультразвуковым излучателем к подвесному блоку компенсаторов, который возвращается к ультразвуковому приемнику; по полученным данным устройства для считывания информации о температуре и силе натяжения контактного провода обрабатывают полученную информацию и передают её к внешним потребителям.The stated problem is solved, and the technical result is achieved through a method for automatically monitoring the contact wire of electric transport, including the formation and sending of a polling signal, collecting and processing information about the state of the elements of the contact network using devices for reading information about the temperature and tension force of the contact wire from the received polling signal , from force and temperature sensors, while the device for reading temperature information generates and sends a polling signal to the interrogated temperature sensor, while the incoming polling signal is sent to the antenna of the interdigitated transducer of the temperature sensor, which converts the electromagnetic polling signal into a surface acoustic wave, propagating along the surface of the piezoelectric substrate of the temperature sensor, is partially reflected from the starting, intermediate and final reflecting structure, and returns to the interdigital transducer, where it is converted back into an electromagnetic signal in the form of time-delayed reflected pulses returning to the device for reading temperature information from using a transceiver antenna; a device for reading information about the tension force of the contact wire generates and sends a polling signal to the interrogated force sensor, which is a force-measuring washer, while the incoming polling signal is sent to the transceiver antenna of the interdigitated force transducer, which converts the electromagnetic polling signal into a surface acoustic wave, propagating along the surface of the piezoelectric plate of the force sensor resonator, passes through the electrodes, encountering inhomogeneity, and returns to the interdigital transducer, where it is converted back into an electromagnetic signal in the form of reflected pulses delayed in time, returning to the device for reading information about the tension force of the contact wire with using a transceiver antenna; moreover, simultaneously with the generation of the interrogation signal, the device for reading temperature information additionally generates an interrogation ultrasonic signal sent by the ultrasonic emitter to the suspended compensator unit, which returns to the ultrasonic receiver; Based on the received data, devices for reading information about the temperature and tension of the contact wire process the received information and transmit it to external consumers.

Технический результат также достигается за счет системы автоматического контроля контактного провода электротранспорта, размещенной на железобетонной опоре, к которой крепится несущий трос, блок компенсатора, подвешенный на тросе при помощи роликов, контактный провод, за счет датчиков температуры и силы натяжения контактного провода, устройства для считывания информации о температуре и силе натяжения контактного провода с датчиков, ультразвуковые приемник с антенной и излучатель с антенной, при этом датчики температуры выполнены в виде беспроводных радиочастотных пассивных датчиков температуры с внешней щелевой антенной, установленные на контактном проводе, а датчики силы натяжения контактного провода выполнены в виде беспроводных радиочастотных пассивThe technical result is also achieved due to an automatic control system for the contact wire of electric transport, placed on a reinforced concrete support, to which a supporting cable is attached, a compensator block suspended on the cable using rollers, a contact wire, due to temperature and tension sensors of the contact wire, and a reading device information about the temperature and tension force of the contact wire from sensors, an ultrasonic receiver with an antenna and an emitter with an antenna, while the temperature sensors are made in the form of wireless radio frequency passive temperature sensors with an external slot antenna installed on the contact wire, and the tension force sensors of the contact wire are made in in the form of wireless radio frequency passives

- 3 043333 ных датчиков силы, установленных при помощи крепежных механизмов в разрыв троса в местах между анкерным кронштейном со штангой и подвесными изоляторами, а также в разрыв троса блока компенсатора. Беспроводные радиочастотные пассивные датчики температуры представляют собой акустоэлектронные пассивные радиочастотные датчики на поверхностных акустических волнах, содержащие чувствительный элемент в виде пьезоэлектрической подложки, на поверхности которой расположены встречно-штыревой преобразователь, соединенный с антенной, и не менее трех отражающих структур, последовательно расположенных вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки, а антенна встречноштыревого преобразователя подключена к внешней щелевой антенне. Беспроводные радиочастотные пассивные датчики силы выполнены в виде силоизмерительной шайбы, зажимаемой крепежным механизмом при натяжении троса между металлическими шайбами из нержавеющей стали, при этом силоизмерительная шайба содержит шпоночную выточку, в которую установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах, соединенные при помощи высокочастотных кабелей к приемопередающим антеннам. Каждый резонатор на поверхностных акустических волнах представляет собой пьезоэлектрическую пластину, на которой расположены встречно-штыревой преобразователь с антенной, содержащий набор электродов, а также отражатели, при этом антенна встречно-штыревого преобразователя соединена с приемопередающей антенной при помощи высокочастотного провода. К силоизмерительной шайбе прижаты две металлические шайбы из нержавеющей стали, заложенные в шайбе с буртом. Отражающие структуры выполнены в виде стартовой, промежуточной и конечной отражающей структуры.- 3 043333 force sensors installed using fastening mechanisms into the cable gap in the places between the anchor bracket with the rod and the suspension insulators, as well as into the cable gap of the compensator block. Wireless radio frequency passive temperature sensors are acoustoelectronic passive radio frequency sensors on surface acoustic waves, containing a sensitive element in the form of a piezoelectric substrate, on the surface of which there is an interdigital transducer connected to an antenna, and at least three reflective structures sequentially located along the surface of the piezoelectric substrate , and the antenna of the interdigital converter is connected to an external slot antenna. Wireless radio frequency passive force sensors are made in the form of a force-measuring washer, clamped by a fastening mechanism when the cable is tensioned between metal washers made of stainless steel, while the force-measuring washer contains a keyway in which two resonators on surface acoustic waves are installed, connected by high-frequency cables to the transceiver antennas . Each surface acoustic wave resonator is a piezoelectric plate on which an interdigitated transducer with an antenna is located, containing a set of electrodes, as well as reflectors, while the antenna of the interdigitated transducer is connected to the transmit-receive antenna using a high-frequency wire. Two metal washers made of stainless steel, embedded in a washer with a collar, are pressed to the force-measuring washer. The reflective structures are made in the form of a starting, intermediate and final reflecting structure.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Фиг. 1 - система автоматического контроля контактного провода электротранспорта (общий вид с датчиком температуры).Fig. 1 - automatic control system for the contact wire of electric transport (general view with temperature sensor).

Фиг. 2 - вид А на фиг. 1.Fig. 2 - view A in Fig. 1.

Фиг. 3 - система автоматического контроля контактного провода электротранспорта (общий вид с датчиком силы).Fig. 3 - automatic control system for the contact wire of electric vehicles (general view with a force sensor).

Фиг. 4 - вид В на фиг. 3.Fig. 4 - view B in FIG. 3.

Фиг. 5 - конструкция беспроводного радиочастотного пассивного датчика температуры.Fig. 5 - design of a wireless radio frequency passive temperature sensor.

Фиг. 6 - условная топология беспроводного радиочастотного пассивного датчика температуры.Fig. 6 - conventional topology of a wireless radio frequency passive temperature sensor.

Фиг. 7 - силоизмерительная шайба с крепежным механизмом.Fig. 7 - force-measuring washer with a fastening mechanism.

Фиг. 8 - конструкция датчика силы.Fig. 8 - design of the force sensor.

Фиг. 9 - схема резонатора.Fig. 9 - resonator diagram.

Фиг. 10 - структурная блок-схема считывающего устройства датчиков температуры.Fig. 10 - block diagram of a temperature sensor reading device.

Фиг. 11 - структурная блок-схема считывающего устройства датчиков силы.Fig. 11 is a block diagram of a force sensor reading device.

На фигурах обозначены следующие позиции:The figures indicate the following positions:

поз. 1 - устройство для считывания информации о температуре с датчиков температуры;pos. 1 - device for reading temperature information from temperature sensors;

поз. 2 - контактный провод;pos. 2 - contact wire;

поз. 3 - беспроводной радиочастотный пассивный датчик температуры;pos. 3 - wireless radio frequency passive temperature sensor;

поз. 4 - железобетонная опора;pos. 4 - reinforced concrete support;

поз. 5 - устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода;pos. 5 - device for reading information about the tension force of the contact wire;

поз. 6 - подвесной изолятор;pos. 6 - suspension insulator;

поз. 7 - анкерный кронштейн;pos. 7 - anchor bracket;

поз. 8 - несущий трос;pos. 8 - support cable;

поз. 9 - блок компенсатора;pos. 9 - compensator block;

поз. 10 - трос блока компенсатора;pos. 10 - compensator block cable;

поз. 11 - датчик силы;pos. 11 - force sensor;

поз. 12 - крепежный механизм;pos. 12 - fastening mechanism;

поз. 13 - ультразвуковой приемник с антенной;pos. 13 - ultrasonic receiver with antenna;

поз. 14 - ультразвуковой излучатель с антенной;pos. 14 - ultrasonic emitter with antenna;

поз. 15 - крепежные болты с гайками;pos. 15 - mounting bolts with nuts;

поз. 16 - чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах;pos. 16 - sensitive element on surface acoustic waves;

поз. 17 - контакты чувствительного элемента;pos. 17 - contacts of the sensitive element;

поз. 18 - щелевая антенна;pos. 18 - slot antenna;

поз. 19 - крепежная прокладка;pos. 19 - fastening gasket;

поз. 20 - основание;pos. 20 - base;

поз. 21 - антенна;pos. 21 - antenna;

поз. 22 - встречно-штыревой преобразователь;pos. 22 - interdigital converter;

поз. 23 - стартовая отражающая структура;pos. 23 - starting reflective structure;

поз. 24 - промежуточная отражающая структура;pos. 24 - intermediate reflective structure;

поз. 25 - конечная отражающая структура;pos. 25 - final reflective structure;

поз. 26 - пьезоэлектрическая подложка датчика температуры;pos. 26 - piezoelectric substrate of the temperature sensor;

поз. 27 - пластина;pos. 27 - plate;

поз. 28 - крепеж к тросу;pos. 28 - fastening to the cable;

поз. 29 - металлическая шайба из нержавеющей стали;pos. 29 - metal washer made of stainless steel;

- 4 043333 поз. 30 - крепежный механизм для зажима силоизмерительной шайбы;- 4 043333 pos. 30 - fastening mechanism for clamping the force-measuring washer;

поз. 31 - силоизмерительная шайба;pos. 31 - force-measuring washer;

поз. 32 - резонаторы на ПАВ;pos. 32 - surfactant resonators;

поз. 33 - приемопередающие антенны;pos. 33 - transceiver antennas;

поз. 34 - пьезоэлектрическая пластина резонатора;pos. 34 - piezoelectric resonator plate;

поз. 35 - отражатели;pos. 35 - reflectors;

поз. 36 - электроды встречно-штыревого преобразователя;pos. 36 - electrodes of the interdigital converter;

поз. 37 - встречно-штыревой преобразователь;pos. 37 - interdigital converter;

поз. 38 - антенна;pos. 38 - antenna;

поз. 39 - шайба с буртом;pos. 39 - washer with collar;

поз. 40 - шпоночная выточка;pos. 40 - keyway groove;

поз. 41 - высокочастотный кабель;pos. 41 - high-frequency cable;

поз. 42 - ЛЧМ генератор;pos. 42 - chirp generator;

поз. 43 - блок разделения приема и передачи;pos. 43 - block for separating reception and transmission;

поз. 44 - приемопередающая антенна;pos. 44 - transceiver antenna;

поз. 45 - смеситель;pos. 45 - mixer;

поз. 46 - фильтр;pos. 46 - filter;

поз. 47 - АЦП;pos. 47 - ADC;

поз. 48 - сигнальный процессор;pos. 48 - signal processor;

поз. 49 - блок преобразователя интерфейса;pos. 49 - interface converter block;

поз. 50 - генератор;pos. 50 - generator;

поз. 51 - усилитель;pos. 51 - amplifier;

поз. 52 - ЛЧМ генератор;pos. 52 - chirp generator;

поз. 53 - блок разделения приема и передачи;pos. 53 - block for separating reception and transmission;

поз. 54 - приемопередающая антенна;pos. 54 - transceiver antenna;

поз. 55 - смеситель;pos. 55 - mixer;

поз. 56 - фильтр;pos. 56 - filter;

поз. 57 - АЦП;pos. 57 - ADC;

поз. 58 - сигнальный процессор;pos. 58 - signal processor;

поз. 59 - блок преобразователя интерфейса.pos. 59 - interface converter block.

В условиях увеличения требований к надежности эксплуатации железнодорожного транспорта актуальна проблема серьезных повреждений (обрывов) в электротяговых сетях (ЭТС). Обрывы могут быть вызваны в том числе образованием гололеда, падением опор, снижением качества токосъема. Система мониторинга состояния контактного провода должна оценивать динамику процесса изменения состояния контактного провода на основе информации от датчиков температуры контактного провода и датчиков силы натяжения тросов и контактных проводов, что делает возможным прогнозирование пользователем достижения контрольных значений состояния проводов и тросов для выдачи соответствующих возможных команд на принятие необходимых мер (профилактический подогрев контактного провода или плавка отложений).In the context of increasing requirements for the reliability of railway transport operation, the problem of serious damage (breaks) in electric traction networks (ETN) is relevant. Breaks can be caused, among other things, by the formation of ice, falling supports, and a decrease in the quality of current collection. The contact wire condition monitoring system must evaluate the dynamics of the process of changing the condition of the contact wire based on information from contact wire temperature sensors and tension force sensors of cables and contact wires, which makes it possible for the user to predict the achievement of control values for the condition of wires and cables in order to issue appropriate possible commands to accept the necessary measures (preventive heating of the contact wire or melting of deposits).

Заявленное решение применяется для мониторинга температуры и натяжения контактного провода.The claimed solution is used to monitor the temperature and tension of the contact wire.

На фиг. 1 и 3 показана схема установки компонентов системы, позволяющая реализовать автоматический беспроводной мониторинг контактной сети и осуществить прогноз состояния контактного провода. Беспроводной радиочастотный пассивный датчик температуры (3) закреплен на контактном проводе (2). Устройство для считывания информации о температуре с датчика температуры (1) установлено на железобетонную опору (4) вместе с ультразвуковым приемником (13) и ультразвуковым излучателем (14). Также на железобетонной опоре (4) закреплено устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода (2) с пассивного датчика силы (11). Пассивные датчики силы (11), с помощью крепежного механизма (12) установлены в разрыв несущего троса (8) между подвесным изолятором (6) и анкерным кронштейном (7), а также в разрыв троса (10) блока компенсатора (9).In fig. 1 and 3 show a diagram of the installation of system components, which makes it possible to implement automatic wireless monitoring of the contact network and predict the condition of the contact wire. A wireless radio frequency passive temperature sensor (3) is attached to the contact wire (2). A device for reading temperature information from a temperature sensor (1) is installed on a reinforced concrete support (4) together with an ultrasonic receiver (13) and an ultrasonic emitter (14). Also mounted on the reinforced concrete support (4) is a device for reading information about the tension force of the contact wire (2) from the passive force sensor (11). Passive force sensors (11), using a fastening mechanism (12), are installed in the gap in the supporting cable (8) between the suspension insulator (6) and the anchor bracket (7), as well as in the gap in the cable (10) of the compensator block (9).

На фиг. 5 показана конструкция пассивного датчика температуры. Чувствительный элемент (16) на поверхностных акустических волнах содержит внутри себя пьезоэлектрическую подложку (26), на которой расположен встречно-штыревой преобразователь (22), соединенный с антенной (21), а также последовательно расположенные: стартовая отражающая структура (23), промежуточная отражающая структура (24), конечная отражающая структура (25) (фиг. 6). Антенна (21) внутри чувствительного элемента (16) соединена с его выводными контактами (17), которые в свою очередь соединены со щелевой антенной (18). Щелевая антенна (18), чувствительный элемент (16), основание (20), прокладка (19), пластина (27) соединены, как показано на фиг. 5, с помощью болтов с гайками (15) так, что зажимают контактный провод (2).In fig. Figure 5 shows the design of a passive temperature sensor. The sensitive element (16) on surface acoustic waves contains inside a piezoelectric substrate (26), on which an interdigital transducer (22) is located, connected to an antenna (21), as well as sequentially located: a starting reflective structure (23), an intermediate reflective structure structure (24), final reflective structure (25) (Fig. 6). The antenna (21) inside the sensitive element (16) is connected to its output contacts (17), which in turn are connected to the slot antenna (18). The slot antenna (18), sensing element (16), base (20), spacer (19), plate (27) are connected as shown in FIG. 5, using bolts and nuts (15) so that the contact wire (2) is clamped.

На фиг. 7-9 показана конструкция беспроводного радиочастотного пассивного датчика силы (11), представляющего собой силоизмерительную шайбу (31) зажимаемую крепежным механизмом (30). К силоизмерительной шайбе (31) прижимаются две металлические шайбы из нержавеющей стали (29), закладываемые в шайбу с буртом (39). Крепежный механизм (30) устанавливается в разрыв троса (8), заIn fig. 7-9 show the design of a wireless radio frequency passive force sensor (11), which is a force measuring washer (31) clamped by a fastening mechanism (30). Two stainless steel metal washers (29) are pressed against the force-measuring washer (31), placed in a washer with a collar (39). The fastening mechanism (30) is installed in the cable gap (8), behind

- 5 043333 крепляемого с помощью крепежа (28). В шпоночной выточке (40) силоизмерительной шайбы (31) установлены два резонатора на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (32) с высокочастотными кабелями (41) прикрепляемыми к приемопередающим антеннам (33). Каждый резонатор (32) представляет собой пьезоэлектрическую пластину (34), на которой расположены встречно-штыревой преобразователь (37) с антенной (38), содержащий набор электродов (36), а также отражатели (35). Антенна (38), в свою очередь, соединена с приемопередающей антенной (33) с помощью высокочастотного кабеля (41).- 5 043333 secured using fasteners (28). In the keyway groove (40) of the force-measuring washer (31) there are two resonators on surface acoustic waves (SAW) (32) with high-frequency cables (41) attached to the transceiver antennas (33). Each resonator (32) is a piezoelectric plate (34), on which an interdigitated transducer (37) with an antenna (38) containing a set of electrodes (36), as well as reflectors (35) are located. The antenna (38), in turn, is connected to the transmit-receive antenna (33) using a high-frequency cable (41).

На фиг. 10 показана структурная схема устройства, используемого для считывания датчиков температуры. Считыватель содержит приемопередающую антенну (44), соединенную с блоком разделения приема и передачи (43), который, в свою очередь, соединен с генератором линейно-частотномодулированного (ЛЧМ) сигнала (42). Генератор ЛЧМ (42) соединен со смесителем (45), смеситель (45) подключен к фильтру (46), а фильтр подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) (47), соединенному с сигнальным процессором (48), подключенный к блоку преобразователя интерфейсов (49), имеющему разъемы для подключения внешнего потребителя информации. Считывающее устройство датчиков температуры дополнительно содержит ультразвуковой излучатель с антенной (14), соединенный с генератором (50), управляющим разрешающим сигналом от сигнального процессора (48), и ультразвуковой приемник с антенной (13), соединенный с усилителем (51), сигнал с которого поступает в сигнальный процессор и передается далее к пользователям (операторам) через блок преобразователя интерфейса (49).In fig. 10 shows a block diagram of a device used for reading temperature sensors. The reader contains a transceiver antenna (44) connected to a reception and transmission separation unit (43), which, in turn, is connected to a linear frequency modulated (chirp) signal generator (42). The chirp generator (42) is connected to the mixer (45), the mixer (45) is connected to the filter (46), and the filter is connected to the analog-to-digital converter (ADC) (47), connected to the signal processor (48), connected to the converter block interfaces (49), which has connectors for connecting an external information consumer. The temperature sensor reading device additionally contains an ultrasonic emitter with an antenna (14) connected to a generator (50) that controls the enabling signal from the signal processor (48), and an ultrasonic receiver with an antenna (13) connected to an amplifier (51), the signal from which enters the signal processor and is further transmitted to users (operators) through the interface converter block (49).

На фиг. 11 показано считывающее устройство датчиков силы, содержащее приемопередающую антенну (54), соединенную с блоком разделения приема и передачи (53), который в свою очередь соединен с генератором линейно-частотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала (52). Генератор ЛЧМ (52) соединен со смесителем (55), смеситель (55) подключен к фильтру (56), а фильтр подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) (57), соединенному с сигнальным процессором (58), подключенный к блоку преобразователя интерфейсов (59), имеющему разъем для подключения внешнего потребителя информации (оператор).In fig. 11 shows a force sensor reading device containing a transceiver antenna (54) connected to a reception and transmission separation unit (53), which in turn is connected to a linear frequency modulated (chirp) signal generator (52). The chirp generator (52) is connected to the mixer (55), the mixer (55) is connected to the filter (56), and the filter is connected to the analog-to-digital converter (ADC) (57), connected to the signal processor (58), connected to the converter block interfaces (59), which has a connector for connecting an external information consumer (operator).

Описанная система работает следующим образом.The described system works as follows.

Устройство для считывания информации о температуре с датчиков температуры (1) формирует сигнал опроса, передаваемый по радиоканалу с помощью приемопередающей антенны (44), который приходит к опрашиваемому датчику температуры (3), устанавливаемого на контактный провод (2). Приходящий опросный сигнал поступает на щелевую антенну (18) и далее на антенну (21) встречноштыревого преобразователя (ВШП) (22), который преобразует электромагнитный опросный сигнал в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки датчика температуры (26), на которой последовательно расположены отражающие структуры (23)-(25). Акустическая волна частично отражается от каждой структуры (23)-(25) и возвращается в ВШП (22), где обратно преобразуется в электромагнитный сигнал в виде задержанных во времени отраженных импульсов, возвращающихся к считывающему устройству датчиков температуры (1) с помощью приемопередающей антенны (44). Изменение температуры контактного провода ведет к изменению времени задержки между отраженными от структур импульсами, что пропорционально изменению температуры контактного провода. Полученные отраженные импульсы приходят на приемопередающую антенну (44). Полученный сигнал поступает на блок разделения приема и передачи (43), переключенного в режим приема и далее сигнал поступает в блок смесителя (45), к которому также подключен ЛЧМ генератор (42). С помощью блока смесителя принимаемого и передаваемого сигнала получается сигнал на резонансной частоте, который проходит через фильтр (46) к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) (47), где оцифровывается и поступает к сигнальному процессору (48), осуществляющему обработку полученного сигнала и вычисляющего значение температуры. Одновременно с этим, в считывающем устройстве датчиков температуры генератор (50), управляемый сигнальным процессором (48) и соединенный с ультразвуковым излучателем (14), непрерывно генерирует опросный ультразвуковой сигнал, посылаемый к подвесному блоку компенсатора (9). Отраженный сигнал, поступает на ультразвуковой приемник с антенной (13) и далее через усилитель к сигнальному процессору, в котором вычисляется расстояние от считывающего устройства до блока компенсатора.The device for reading temperature information from temperature sensors (1) generates a polling signal transmitted over a radio channel using a transceiver antenna (44), which comes to the polled temperature sensor (3), installed on the contact wire (2). The incoming interrogation signal arrives at the slot antenna (18) and then to the antenna (21) of the interdigital transducer (IDT) (22), which converts the electromagnetic interrogation signal into a surface acoustic wave propagating along the surface of the piezoelectric substrate of the temperature sensor (26), on which the reflective structures (23)-(25) are located. The acoustic wave is partially reflected from each structure (23)-(25) and returns to the IDT (22), where it is converted back into an electromagnetic signal in the form of time-delayed reflected pulses returning to the temperature sensor reader (1) using a transceiver antenna ( 44). A change in the temperature of the contact wire leads to a change in the delay time between the pulses reflected from the structures, which is proportional to the change in the temperature of the contact wire. The received reflected pulses arrive at the transceiver antenna (44). The received signal is supplied to the reception and transmission separation block (43), switched to the reception mode, and then the signal enters the mixer block (45), to which a chirp generator (42) is also connected. Using a mixer block of the received and transmitted signal, a signal is obtained at a resonant frequency, which passes through a filter (46) to an analog-to-digital converter (ADC) (47), where it is digitized and sent to a signal processor (48), which processes the received signal and calculates temperature value. At the same time, in the temperature sensor reading device, a generator (50), controlled by a signal processor (48) and connected to an ultrasonic emitter (14), continuously generates an interrogation ultrasonic signal sent to the compensator suspension unit (9). The reflected signal is sent to an ultrasonic receiver with an antenna (13) and then through an amplifier to a signal processor, in which the distance from the reading device to the compensator block is calculated.

Изменение расстояния от ультразвукового излучателя до подвесного блока компенсатора говорит об изменении натяжения троса (10), а значит об изменении натяжения контактного провода (2). Полученная информация с датчика температуры (3) и об изменении расстояния от ультразвукового излучателя до подвесного блока компенсатора, позволяет также спрогнозировать обрыв кабеля и предупредить оператора, путем передачи информации через блок преобразователя интерфейса (49) ко всем внешним потребителям информации (операторам).A change in the distance from the ultrasonic emitter to the compensator suspension unit indicates a change in the tension of the cable (10), and therefore a change in the tension of the contact wire (2). The information received from the temperature sensor (3) and about the change in the distance from the ultrasonic emitter to the compensator pendant block also makes it possible to predict a cable break and warn the operator by transmitting information through the interface converter block (49) to all external information consumers (operators).

Устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода (5) формирует опросный сигнал, передаваемый по радиоканалу с помощью приемопередающей антенны (54), который приходит к опрашиваемому датчику силы (11), представляющему собой силоизмерительную шайбу (31), содержащую два резонатора (32) в шпоночной выточке (40), каждый из резонаторов представляет собой пьезоэлектрическую пластину (34), на поверхности которой расположен ВШП (37) с антенной (38), содержащий электроды (36). Частота резонаторов на ПАВ определяется расстоянием между электродамиThe device for reading information about the tension force of the contact wire (5) generates a polling signal transmitted over a radio channel using a transceiver antenna (54), which arrives at the polled force sensor (11), which is a force measuring washer (31) containing two resonators (32 ) in the keyway groove (40), each of the resonators is a piezoelectric plate (34), on the surface of which there is an IDT (37) with an antenna (38) containing electrodes (36). The frequency of SAW resonators is determined by the distance between the electrodes

--

Claims (1)

(36). При деформации силоизмерительной шайбы резонаторы изменяют свои резонансные частоты, и поскольку между частотой и фазой существует интегрально-дифференциальная связь, то любые изменения частоты приводят к изменению фазы. Поэтому целесообразно использовать фазовые набеги, связанные с изменением силы сжатия силоизмерительной шайбы (31). Опросный сигнал от устройства для считывания информации о силе натяжения контактного провода поступает через приемопередающую антенну (33) подключенную с помощью высокочастотного кабеля (41) к резонаторам на антенну (38) резонатора (32), соединенную с ВШП (37). Опросный сигнал с помощью ВШП преобразуется из электромагнитного в акустическую поверхностную волну, распространяющуюся вдоль пьезоэлектрической пластины (34). Встречая неоднородность на своем пути в виде электродов (36), волна отражается обратно в ВШП с антенной. Резонансная частота определяется расстоянием между электродами ВШП (37). Деформация шайбы (31) ведет к деформации пьезоэлектрической пластины резонатора (34) и к изменению расстояния между электродами встречно-штыревого преобразователя (36), что, в свою очередь, изменяет резонансную частоту. Это изменение пропорционально силам деформации, прикладываемым к шайбе (31), и фиксируется в считывающем устройстве для датчика силы (5). Натяжение троса (8) ведет к сдавливанию крепежного механизма (30), что говорит о натяжении. Полученные отраженные импульсы приходят на приемопередающую антенну (54). Полученный сигнал поступает на блок разделения приема и передачи (53), переключенный в режим приема, и далее сигнал поступает в блок смесителя (55), к которому также подключен ЛЧМ генератор (52). С помощью блока смесителя принимаемого и передаваемого сигнала получается сигнал на резонансной частоте, который проходит через фильтр (56) к аналогоцифровому преобразователю (АЦП) (57), где оцифровывается и поступает к сигнальному процессору (58), осуществляющему обработку полученного сигнала и вычисляющему значение силы натяжения контактного провода. Полученные значения передаются через блок преобразователя интерфейса (59) ко всем внешним потребителям информации (операторам). Считывающее устройство (5) передает информацию о критических значениях натяжения троса и прогнозирует обрыв троса (8). Датчик силы, устанавливаемый в местах натяжения троса блока компенсатора (10) и троса между анкерным кронштейном (7) и подвесным изолятором (6), измеряет силу натяжения троса. Сам трос натягивается или ослабляется от натяжения или ослабления контактного кабеля (2).(36). When the force-measuring washer is deformed, the resonators change their resonant frequencies, and since there is an integral-differential relationship between frequency and phase, any changes in frequency lead to a change in phase. Therefore, it is advisable to use phase shifts associated with changes in the compression force of the force-measuring washer (31). The interrogation signal from the device for reading information about the tension force of the contact wire arrives through the transceiver antenna (33) connected via a high-frequency cable (41) to the resonators to the antenna (38) of the resonator (32) connected to the IDT (37). Using an IDT, the interrogation signal is converted from electromagnetic to an acoustic surface wave propagating along the piezoelectric plate (34). Encountering an inhomogeneity along its path in the form of electrodes (36), the wave is reflected back into the IDT with the antenna. The resonant frequency is determined by the distance between the IDT electrodes (37). Deformation of the washer (31) leads to deformation of the piezoelectric resonator plate (34) and to a change in the distance between the electrodes of the interdigital transducer (36), which, in turn, changes the resonant frequency. This change is proportional to the deformation forces applied to the washer (31) and is recorded in the force sensor reader (5). The tension of the cable (8) leads to compression of the fastening mechanism (30), which indicates tension. The received reflected pulses arrive at the transceiver antenna (54). The received signal is supplied to the reception and transmission separation block (53), switched to the reception mode, and then the signal enters the mixer block (55), to which a chirp generator (52) is also connected. Using a mixer block of the received and transmitted signal, a signal is obtained at a resonant frequency, which passes through a filter (56) to an analog-to-digital converter (ADC) (57), where it is digitized and sent to a signal processor (58), which processes the received signal and calculates the strength value tension of the contact wire. The obtained values are transmitted through the interface converter block (59) to all external information consumers (operators). The reading device (5) transmits information about the critical values of the cable tension and predicts a cable break (8). A force sensor installed in the tension areas of the compensator block cable (10) and the cable between the anchor bracket (7) and the suspension insulator (6) measures the tension force of the cable. The cable itself is tensioned or loosened by the tension or loosening of the contact cable (2). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ автоматического контроля контактного провода электротранспорта, включающий формирование и отправку опросного сигнала, сбор и обработку информации о состоянии элементов контактной сети посредством устройств, для считывания информации о температуре и силе натяжения контактного провода по полученному опросному сигналу, с датчиков силы и температуры, отличающийся тем, что устройство для считывания информации о температуре формирует и посылает опросный сигнал к опрашиваемому датчику температуры, при этом приходящий опросный сигнал поступает на антенну встречно-штыревого преобразователя датчика температуры, который преобразует электромагнитный опросный сигнал в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрической подложки датчика температуры, частично отражается от стартовой, промежуточной и конечной отражающей структуры и возвращается во встречно-штыревой преобразователь, где обратно преобразуется в электромагнитный сигнал в виде задержанных во времени отраженных импульсов, возвращающихся в устройство для считывания информации о температуре с помощью приемопередающей антенны;A method for automatically monitoring the contact wire of an electric vehicle, including generating and sending a survey signal, collecting and processing information about the state of the elements of the contact network using devices for reading information about the temperature and tension force of the contact wire from the received survey signal, from force and temperature sensors, characterized in that that the device for reading temperature information generates and sends a polling signal to the interrogated temperature sensor, while the incoming polling signal is sent to the antenna of the interdigitated temperature sensor transducer, which converts the electromagnetic interrogating signal into a surface acoustic wave propagating along the surface of the piezoelectric substrate of the temperature sensor, partially reflected from the starting, intermediate and final reflecting structure and returned to the interdigital converter, where it is converted back into an electromagnetic signal in the form of time-delayed reflected pulses, returning to the device for reading temperature information using a transceiver antenna; устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода формирует и посылает опросный сигнал к опрашиваемому датчику силы, представляющему собой силоизмерительную шайбу, при этом приходящий опросный сигнал поступает на приемопередающую антенну встречноштыревого преобразователя датчика силы, который преобразует электромагнитный опросный сигнал в поверхностную акустическую волну, распространяющуюся вдоль поверхности пьезоэлектрической пластины резонатора датчика силы, проходит через электроды, расстояние между которыми зависит от деформации пьезоэлектрической пластины, влияющей на резонансную частоту, где, встречая неоднородность, акустическая волна возвращается во встречно-штыревой преобразователь и обратно преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовым сдвигом, пропорциональным силе деформации, возвращающийся в устройство для считывания информации о силе натяжения контактного провода через приемопередающую антенну;a device for reading information about the tension force of the contact wire generates and sends a polling signal to the interrogated force sensor, which is a force-measuring washer, while the incoming polling signal is sent to the transceiver antenna of the interdigitated force transducer, which converts the electromagnetic polling signal into a surface acoustic wave propagating along surface of the piezoelectric plate of the force sensor resonator, passes through the electrodes, the distance between which depends on the deformation of the piezoelectric plate, affecting the resonant frequency, where, encountering inhomogeneity, the acoustic wave returns to the interdigital transducer and is converted back into an electromagnetic signal with a phase shift proportional to the force deformation, returning to the device for reading information about the tension force of the contact wire through the transceiver antenna; причем одновременно с формированием опросного сигнала устройство для считывания информации о температуре дополнительно генерирует опросный ультразвуковой сигнал, посылаемый ультразвуковым излучателем к подвесному блоку компенсаторов, который возвращается к ультразвуковому приемнику;moreover, simultaneously with the generation of the interrogation signal, the device for reading temperature information additionally generates an interrogation ultrasonic signal sent by the ultrasonic emitter to the suspended compensator unit, which returns to the ultrasonic receiver; по полученным данным устройства для считывания информации о температуре и силе натяжения контактного провода обрабатывают полученную информацию и передают её оператору.Based on the received data, devices for reading information about the temperature and tension force of the contact wire process the received information and transmit it to the operator. --
EA202091163 2017-12-19 METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF ELECTRIC TRANSPORT CONTACT WIRE EA043333B1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043333B1 true EA043333B1 (en) 2023-05-15

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR0148342B1 (en) Abnormality system and its method for a high voltage power supply apparatus
CN103149568B (en) Radar-imaging-based wobbling state monitoring system for overhead line system
RU2444449C1 (en) Method and system of diagnostics and remote monitoring of railway overhead contact system
US6240783B1 (en) Bridge monitoring system
CN101954916B (en) Track on-line monitoring method and track on-line monitoring system
JP6297280B2 (en) Rail break detection device
RU2750823C1 (en) Method and system for automatic control of the contact wire of electric vehicles
RU2287883C1 (en) Method for ice detection on power transmission line conductors
JP5681512B2 (en) Rail break detection device
CN106949930A (en) Contact net and power supply unit monitoring system and method based on automatic power supply and network
Ivanov et al. Portable complex for remote control of high-voltage insulators using wireless data collection and transmission module
RU2631891C1 (en) System of diagnostics and remote control of wire tension force and cables of railway overhead system
KR100853100B1 (en) Remote monitoring system for catenary and tensioning device
RU2620021C1 (en) Device (versions) and procedure for determination of condition insulator sets
RU100967U1 (en) DIAGNOSTIC AND REMOTE MONITORING SYSTEM OF THE RAILWAY CONTACT NETWORK
KR102309381B1 (en) Monitoring apparatus for damper of overhead power line
EA043333B1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATIC CONTROL OF ELECTRIC TRANSPORT CONTACT WIRE
KR102242459B1 (en) Failure prediction system for trolley line and pantograph
CN110127484B (en) Elevator bridge box operation position monitoring and early warning system and method
CN109334715A (en) A kind of optical fiber orbit occupancy monitoring system and method based on vibration measurement
CN103498790B (en) Based on group of pump state monitoring method and the device of optical fiber grating sensing
CN205300803U (en) Cable metallic layer temperature measurement system
WO2019160434A1 (en) Automatic monitoring of the condition of an overhead transmission conductor
KR20090114296A (en) Remote monitoring system for catenary
CN105067964A (en) Safety protection detecting method and device based on electrical pulse