RU2120866C1

RU2120866C1 - Contact wire wear checking and recording device

Info

Publication number: RU2120866C1
Application number: RU97105267A
Authority: RU
Inventors: В.А. Арсеньев; В.П. Герасимов; С.С. Репин
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-10-27

Abstract

FIELD: electric transport contact wire diagnostic equipment. SUBSTANCE: impulse linear illuminator of contact wire and reflected light receiver are installed in device on vehicle current collector parallel to its pan. Reflected light receiver is made in form of linear TV cameras installed on common base in one row parallel to current collector pan and, consequently, to illuminator. Each linear TV camera consisting of objective with light filter and linear multielement photoreceiving device arranged in plane of image register width of band of light reflected from worm surface of contact wire in wire zone covered by camera along straight line square to axis of path and transmits output electric information signals and receives synchronizing signals through high-voltage decoupling converter in information processing and indication unit. Device is simplified owing to use of TV cameras with linear multielement photoreceiving device, reduction of number of communication channels and resulting reduction of amount of required electronic equipment. EFFECT: high resolution in measuring wear area width, reduced requirements to focal depth and rapidity of objectives of TV cameras, reduced sensitivity to electromagnetic interferences owing to considerable space between active (semiconductor) elements and contact wire and possibility of effective screening, simplified design of device. 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам с электротягой и предназначено для диагностики состояния контактных проводов. The invention relates to vehicles with electric traction and is intended to diagnose the condition of contact wires.

Известны устройства для измерения ширины площадки износа контактного провода с уровня крыши подвижного состава (вагона) с помощью телевизионной камеры, построенной на основе линейных многоэлементных фотоприемных устройств с объективом [1]. Known devices for measuring the width of the area of wear of the contact wire from the level of the roof of the rolling stock (car) using a television camera built on the basis of linear multi-element photodetectors with a lens [1].

Недостатки известного устройства - невысокая точность измерения ввиду противоречий между требуемой светосилой оптики и большой глубиной резкости, необходимой ввиду быстрых изменений расстояния между контактным проводом и крышей вагона во время его движения, а также из-за постоянных перемещений объекта (контактного провода), обусловленных зигзагообразным профилем его подвески в горизонтальной плоскости. The disadvantages of the known device is the low measurement accuracy due to contradictions between the required aperture optics and a large depth of field, necessary due to rapid changes in the distance between the contact wire and the car roof during its movement, as well as due to the constant movements of the object (contact wire) due to the zigzag profile its pendants in the horizontal plane.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является устройство для замера и регистрации износа контактного провода [2], содержащее линейный осветитель и светоприемное устройство, установленные на кронштейнах, укрепленных на раме токоприемника на некотором расстоянии от контактного провода (при поднятом токоприемнике), причем светоприемное устройство выполнено в виде оптических волокон, верхняя часть которых закреплена в специальное приспособление, обеспечивающее регулярность образующегося плоского оптического жгута шириной порядка 1000 мм, количество волокон в котором для обеспечения требуемой разрешающей способности равно 2000 при расстоянии между волокнами 0,5 мм. The closest in technical essence to the claimed is a device for measuring and recording wear of the contact wire [2], containing a linear illuminator and a light receiving device mounted on brackets mounted on the frame of the current collector at a certain distance from the contact wire (when the current collector is raised), and the light receiving device made in the form of optical fibers, the upper part of which is fixed in a special device that ensures the regularity of the formed flat optical shea different order of 1000 mm, number of filaments in which to provide the required resolution is equal to 2000, when a distance between the fibers of 0.5mm.

Недостатками указанного устройства являются его сложность и дороговизна, обусловленные следующими причинами:
1) технологической сложностью изготовления регулярного плоского оптического жгута из нескольких тысяч волокон, расположенных в один или ограниченное число рядов (для выполнения требований высокого разрешения вдоль контактного провода), с шагом порядка 0,5 мм при ширине жгута не менее 1 м, а также армирования такого количества волокон оптическими соединителями, эта сложность еще более усугубляется нецелесообразностью изготовления специальной оснастки из-за малой потребности в данных уникальных изделиях и, как следствие, необходимостью использования ручного труда;
2) большим объемом электронной аппаратуры оптоэлектрического преобразования и предварительной обработки сигналов.The disadvantages of this device are its complexity and high cost, due to the following reasons:
1) the technological complexity of manufacturing a regular flat optical bundle of several thousand fibers arranged in one or a limited number of rows (to meet the high resolution requirements along the contact wire), with a step of the order of 0.5 mm with a bundle width of at least 1 m, as well as reinforcement of such a number of fibers with optical connectors, this complexity is further exacerbated by the inappropriateness of manufacturing special equipment due to the small need for these unique products and, as a consequence, the need and the use of manual labor;
2) a large volume of electronic equipment for optoelectric conversion and signal preprocessing.

Задачей изобретения является упрощение и, как следствие, удешевление устройства при сохранении основных его достоинств:
1) высокой поперечной и продольной разрешающей способности при измерении износа контактного провода;
2) упрощение требований к оптике по глубине резкости;
3) гальванической развязке части устройства, вынесенной на токоприемник от кузова подвижного средства.The objective of the invention is to simplify and, as a result, reduce the cost of the device while maintaining its main advantages:
1) high transverse and longitudinal resolution when measuring wear of the contact wire;
2) simplification of the requirements for optics by depth of field;
3) galvanic isolation of the part of the device placed on the current collector from the body of the mobile vehicle.

Для решения указанной выше задачи в устройстве для замера и регистрации износа контактного провода, содержащем установленный на токоприемнике подвижного средства кронштейн с линейным осветителем и светоприемником, в качестве которого использованы линейные телевизионные камеры, установленные в один ряд на балке, укрепленной на кронштейнах рамы токоприемника параллельно и ниже уровня линейного осветителя контактного провода, который, в свою очередь, установлен на этих же кронштейнах параллельно полозу токоприемника ближе к контактному проводу. Оптические оси светоизлучающих элементов линейного осветителя и объективов телекамер ориентированы друг относительно друга таким образом, чтобы получить в телекамеры максимальный уровень света, отраженного от площадки износа контактного провода. Объектом наблюдения каждой телекамеры при движении подвижного средства является светящаяся полоса на контактном проводе, перемещающаяся в поперечном движению направлении вместе с "зигзагом" контактного провода, причем зоны наблюдения телекамер несколько перекрываются, а изображение передается "по эстафете". Каждая телекамера связана с помощью электрооптических преобразователей и оптоэлектрических преобразователей и оптоволоконных линий связи с системой обработки сигналов и регистрации сигналов. To solve the above problem, in a device for measuring and recording wear of a contact wire containing a bracket mounted on a current collector of a movable means with a linear illuminator and a light receiver, which are used linear television cameras mounted in a row on a beam mounted on the brackets of the frame of the current collector in parallel and below the level of the linear illuminator of the contact wire, which, in turn, is mounted on the same brackets parallel to the current collector runner closer to the contact at the wire. The optical axis of the light emitting elements of the linear illuminator and the camera lenses are oriented relative to each other so as to obtain the maximum level of light reflected from the wear area of the contact wire in the camera. The object of observation of each camera when the vehicle is moving is a luminous strip on the contact wire, moving in the transverse direction along with the “zigzag” of the contact wire, and the observation zones of the cameras are somewhat overlapping, and the image is transmitted “on the baton”. Each camera is connected using electro-optical converters and optoelectric converters and fiber-optic communication lines with a signal processing and signal recording system.

1. Углом обзора каждой камеры с расстояния порядка 250 мм, что определяется конструктивными размерами токоприемника и фокусным расстоянием примененного объектива. 1. The viewing angle of each camera from a distance of the order of 250 mm, which is determined by the design dimensions of the current collector and the focal length of the applied lens.

2. Разрешающей способностью короткофокусных объективов. 2. The resolution of short-focus lenses.

3. Эквивалентным числом ячеек линейного многоэлементного фотоприемного устройства в телекамере, определяющим разрешающую способность при измерении ширины площадки износа. 3. The equivalent number of cells of a linear multi-element photodetector in a television camera, which determines the resolution when measuring the width of the wear area.

Из этих соображений оптимальное число телекамер для перекрытия зоны перемещения контактного провода в 1 м составит 4, что при использовании линейных многоэлементных фотоприемных устройств с количеством ячеек 1024 в каждой телекамере составит их эквивалентное количество 4096. Это число вдвое превышает количество физических каналов светопередачи в прототипе. For these reasons, the optimal number of cameras for blocking the zone of movement of the contact wire of 1 m is 4, which, when using linear multi-element photodetectors with the number of cells 1024 in each camera, will be equivalent to 4096. This number is twice the number of physical light transmission channels in the prototype.

Устройство обладает высокой разрешающей способностью по ширине площадки износа контактного провода при нахождении последнего в любой части полоза при движении вагона, что обеспечивается установкой в один ряд четырех линейных телекамер на основе фотоприемных устройств с эквивалентным числом ячеек 4096, благодаря чему достижимая дискретность измерения составляет 0,25 мм при перемещении контактного провода поперек движению на 1 м. The device has a high resolution across the width of the area of wear of the contact wire when the latter is located in any part of the runner while the car is moving, which is ensured by the installation of four linear television cameras on the basis of photodetectors with an equivalent number of cells 4096, due to which the achievable measurement resolution is 0.25 mm when moving the contact wire across the movement by 1 m.

Неизменность расстояния между фотоприемным устройством телекамер и контактным проводом, обусловленная расположением телекамер и осветителя на полозе токоприемника, уменьшает требования к глубине резкости и светосиле объективов, исключая необходимость применения быстродействующих устройств автофокусировки и проведения последующих корректировок результатов измерения из-за изменения масштаба передачи объектива. The constancy of the distance between the photodetector of the cameras and the contact wire, due to the location of the cameras and the illuminator on the current collector, reduces the requirements for depth of field and lens aperture, eliminating the need for high-speed autofocus devices and subsequent adjustments to the measurement results due to a change in the transmission scale of the lens.

Повышенная помехозащищенность от электромагнитных помех со стороны системы контактный провод - токосъемник подвижного состава обусловлена нахождением активных элементов (полупроводниковых устройств) на относительном удалении от контактного провода (более 250 мм) и возможностью их эффективного экранирования. Кроме этого, воздействие помех общего вида уменьшается применением гальванического разделения устройства от кузова вагона с помощью оптоэлектрических и электрооптических преобразователей и оптоволоконными линиями связи. The increased noise immunity from electromagnetic interference from the side of the contact wire - current collector of the rolling stock is due to the location of active elements (semiconductor devices) at a relative distance from the contact wire (more than 250 mm) and the possibility of their effective shielding. In addition, the effect of general disturbances is reduced by the use of galvanic separation of the device from the car body using optoelectric and electro-optical converters and fiber optic communication lines.

Упрощение устройства обусловлено резкими сокращением числа измерительных каналов и, как следствие, сокращением объема электронного оборудования, исключением сложных технологий при изготовлении, а применение стандартных устройств, таких как телекамеры на основе линейных многоэлементных фотоприемных устройств, позволило значительно сократить объемы работ с применением ручного труда. The simplification of the device is due to a sharp reduction in the number of measuring channels and, as a consequence, a reduction in the volume of electronic equipment, the exception of complex manufacturing technologies, and the use of standard devices, such as cameras based on linear multi-element photodetectors, significantly reduced the amount of work using manual labor.

На фиг. 1 представлена компановочная схема элементов устройства, размещенных на полозе токоприемника, а на фиг. 2 - функциональная схема. In FIG. 1 shows a layout diagram of the elements of the device located on the runner of the current collector, and in FIG. 2 is a functional diagram.

Устройство для замера и регистрации износа контактного провода 1 содержит закрепленные на полозе 2 токоприемника 3 кронштейны 4, на которых в верхней части параллельно полозу располагается блок линейного осветителя 5, а в нижней также параллельно - балка 6 с расположенными на ней в один ряд телевизионными камерами 7 с объективами со светофильтрами 8 и линейными многоэлементными фотоприемными устройствами со схемами управления 9. В состав устройства входят электрооптические преобразователи 10, оптоволоконные линии связи 11, оптоэлектрические преобразователи 12, схемы И 13, генератор частоты считывания 14, счетчики импульсов 15, блок обработки и индикации сигналов 16, делитель частоты 17, элемент задержки 18, источник питания 19 линейного осветителя. При этом информационные выходы линейных многоэлементных фотоприемник устройств 9 соединены с входами электрооптических преобразователей 10, выходы которых через оптоволоконные линии связи 11 соединены с входами оптоэлектрическими преобразователями 12, а выходы последних - со входами схем И 13, вторые входы которых соединены с выходом генератора считывания 14. Выходы схем И 13 соединены с входами двоичных счетчиков 15, выходы которых соединены со входами блока обработки и регистрации 16. Выход генератора 14 считывания соединен со входом электрооптического преобразователя 10, выход которого через линию оптоволоконной связи 11 соединен с входом преобразователя 12, выход которого соединен со считывающими входами линейных многоэлементных фотоприемных устройств 9. Выход генератора 14 также соединен со входом делителя частоты 17, выход которого соединен со входом тактов устройства обработки и индикации информации 16 и через элемент задержки 18 с входами сброса счетчиков 15. Источник питания 19 соединен с входом линейного осветителя 5. The device for measuring and recording the wear of the contact wire 1 contains brackets 4 mounted on the runner 2 of the current collector 3, on which the linear illuminator block 5 is located in the upper part parallel to the runner, and the beam 6 with television cameras 7 located on it in parallel with the runner with lenses with optical filters 8 and linear multi-element photodetectors with control circuits 9. The device includes electro-optical converters 10, fiber-optic communication lines 11, optoelectric converters 12, circuits And 13, a read frequency generator 14, pulse counters 15, a signal processing and indication unit 16, a frequency divider 17, a delay element 18, a power supply 19 of a linear illuminator. In this case, the information outputs of the linear multi-element photodetector of the devices 9 are connected to the inputs of the electro-optical converters 10, the outputs of which are connected via the fiber-optic communication lines 11 to the inputs of the optoelectric converters 12, and the outputs of the latter are connected to the inputs of the circuits And 13, the second inputs of which are connected to the output of the read generator 14. The outputs of circuits And 13 are connected to the inputs of the binary counters 15, the outputs of which are connected to the inputs of the processing and registration unit 16. The output of the read generator 14 is connected to the input of the electric optical converter 10, the output of which through the fiber-optic communication line 11 is connected to the input of the converter 12, the output of which is connected to the reading inputs of the linear multi-element photodetectors 9. The output of the generator 14 is also connected to the input of the frequency divider 17, the output of which is connected to the input of the clocks of the processing and indication device information 16 and through the delay element 18 with the inputs of the reset counters 15. The power source 19 is connected to the input of the linear illuminator 5.

Устройство работает следующим образом. Отраженный от изношенной площадки контактного провода 1 свет, создаваемый линейным осветителем 5, запитываемым от источника 19, попадает в одну из четырех телекамер 7 и через объектив со светофильтром 8, в створе которого находится исследуемый контактный провод 1, попадает на линейное многоэлементное фотоприемное устройство 9, в котором возбуждается часть ячеек, количество которых соответствует ширине изображения светящейся полосы, а следовательно, и ширине площадки износа. По количеству засвеченных ячеек определяется ширина изношенной части провода, по которой вычисляется его остаточное сечение. Опрос ячеек фотоприемного устройства со схемой управления 9 производится с частотой генератора 14 считывания, а длительность цикла (развертки) определяется полным числом ячеек в фотоприемном устройстве и равно периоду повторения импульсов с выхода делителя 17. The device operates as follows. The light reflected from the worn area of the contact wire 1, created by a linear illuminator 5, fed from a source 19, enters one of four cameras 7 and, through a lens with a light filter 8, in the alignment of which the studied contact wire 1 is located, enters a linear multi-element photodetector 9, in which part of the cells is excited, the number of which corresponds to the image width of the luminous strip, and therefore the width of the wear area. By the number of illuminated cells, the width of the worn part of the wire is determined by which its residual cross section is calculated. The cells of the photodetector with the control circuit 9 are interrogated with the frequency of the read generator 14, and the cycle (sweep) duration is determined by the total number of cells in the photodetector and is equal to the pulse repetition period from the output of the divider 17.

Информационный сигнал в виде прямоугольного видеоимпульса, длительность которого соответствует ширине изношенной части контактного провода, с выхода линейного фотоприемного устройства 9 поступает через электрооптический преобразователь 10, оптоволоконную линию связи 11 и оптоэлектрический преобразователь 12 на вход схемы И 13, на второй вход которой подаются импульсы частоты опроса ячеек с генератора 14. С выхода схемы И пачка импульсов, число которых соответствует ширине износа, поступает на счетчик 15, с выхода которого параллельный двоичный код поступает на соответствующий порт блока обработки и индикации информации 16 (ЭВМ), где производится преобразование кода в физическую величину (мм) и определяется во времени местонахождения измеряемой площадки на развертке линейного фотоприемного устройства, что дает возможность контролировать дополнительно величину "зигзага" провода. Кроме этого, блок обработки и индикации производит разделение информационных сигналов при нахождении в створе объектива одной телекамеры нескольких измеряемых проводов, а также производит коррекцию результатов измерений при нахождении провода на границах створов соседних телекамер. The information signal in the form of a rectangular video pulse, the duration of which corresponds to the width of the worn part of the contact wire, is output from the output of the linear photodetector 9 through an electro-optical converter 10, an optical fiber communication line 11 and an optoelectric converter 12 to the input of circuit I 13, to the second input of which the polling frequency pulses are fed cells from the generator 14. From the output of the circuit And a packet of pulses, the number of which corresponds to the width of the wear, goes to the counter 15, the output of which is parallel to two The primary code is sent to the corresponding port of the information processing and display unit 16 (computer), where the code is converted into a physical quantity (mm) and is determined by the location of the measured site on the scan of a linear photodetector, which makes it possible to control the zigzag value of the wire. In addition, the processing and indication unit separates the information signals when several measured wires are in the target section of the lens of the camera, and also corrects the measurement results when the wire is located at the borders of neighboring cameras.

Синхронизация работы линейных фотоприемных устройств со схемой управления 9 производится от генератора считывания 14, с выхода которого импульсы через преобразователи 10, 11, 12 одновременно поступают на все схемы управления линейных фотоприемных устройств 9. Также от генератора 14 с помощью делителя частоты 17 формируется длительность развертки, т.е. время опроса всех ячеек линейного фотоприемного устройства. Выходные импульсы управляют записью информации в блоке обработки 16 и сбросом счетчиков 15 через элемент задержки 18. Опрос ячеек линейных фотоприемных устройств и передача информации в блок обработки регистрации производится одновременно и параллельно по всем четырем каналам, поэтому время измерения определяется длительностью развертки только одной телекамеры. The synchronization of the linear photodetector devices with the control circuit 9 is carried out from the read generator 14, from the output of which pulses through the converters 10, 11, 12 simultaneously arrive at all control circuits of the linear photodetector devices 9. Also, the scan duration is formed from the generator 14 using the frequency divider 17, those. polling time of all cells of a linear photodetector. The output pulses control the recording of information in the processing unit 16 and the reset of the counters 15 through the delay element 18. The cells of the linear photodetector devices are polled and the information is transmitted to the registration processing unit simultaneously and simultaneously across all four channels, so the measurement time is determined by the scan duration of only one camera.

Линейный осветитель 5, состоящий из цепочки последовательно соединенных светодиодов, запитывается от источника питания 19. Для уменьшения засветки ячеек линейных многоэлементных фоточувствительных устройств дневным светом светодиоды применены с инфракрасным спектром излучения, а объективы телевизионных камер закрыты светофильтрами с соответствующей полосой пропускания. A linear illuminator 5, consisting of a chain of series-connected LEDs, is powered from a power source 19. To reduce the illumination of cells of linear multi-element photosensitive devices with daylight, the LEDs are used with an infrared spectrum of radiation, and the lenses of television cameras are closed by optical filters with an appropriate passband.

Источники информации
1. Журнал (Япония) RRR, N 4, 1995, с. 15 - 18.Sources of information
1. Journal (Japan) RRR, N 4, 1995, p. 15-18.

2. Патент России N 2000225C, кл. B 60 M 1/12, B 60 L 3/12, заявл. 04.07.91, опубл. 07.09.96 (прототип). 2. Patent of Russia N 2000225C, cl. B 60 M 1/12, B 60 L 3/12, claimed 07/04/91, publ. 09/07/96 (prototype).

Claims

A device for measuring and recording wear of a contact wire, comprising brackets mounted on a current collector of a movable device with a linear illuminator of a contact drive located along the current collector runway and connected to the output of the power source, and assembly of light receivers, as well as an information processing and display unit, characterized in that the quality of the light receivers used in one row parallel to the current collector runner and the linear illuminator television cameras with lenses, light filters and linear multielement photodetectors with control circuits, the outputs of which are connected through the electro-optical converters, optical fiber communication lines and optoelectric converters to the inputs of the I circuits, the second inputs of which are connected to the readout frequency generator, and the outputs to the inputs of the counters, the outputs of which are connected to the information inputs of the processing unit and information display, while the output of the read frequency generator is also connected to the input of the frequency divider, the output of which is connected to the input onization of the information processing and display unit and through a delay element with discharge inputs of pulse counters, while the output of the readout frequency generator is connected to the input of the electro-optical converter, the output of which is connected through the fiber-optic communication line to the input of the optoelectric converter, the output of which is connected to the inputs of linear multi-photodetector control circuits devices.