RU2138410C1

RU2138410C1 - Contact wire wear checking device

Info

Publication number: RU2138410C1
Application number: RU96123108A
Authority: RU
Inventors: Р.М. Галиулин; Ж.М. Бакиров; Д.Р. Богданов; В.В. Быданов; Д.В. Наумов; А.П. Мезенцев; Г.В. Шильников; С.С. Федотов
Original assignee: Галиулин Равиль Масгутович
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: contact systems; checking facilities. SUBSTANCE: device has line light source with length exceeding maximum distance between extreme positions of contact wire stagger, and reflector, both arranged on roof of testing car. Light source is optically coupled through contact wire with optoelectronic head 5 containing lens and integrated multiple-element photodetecting bar. Outlet of optoelectronic head is coupled with inlet of information primary processing electronic unit whose outlet is coupled with computer. Device provides checking of wear, height of hanger and stagger of contact wire. EFFECT: provision of quick response, simplified design, improved reliability in operation and adjusting. 7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения степени износа проводов контактной сети электрифицированного транспорта. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the degree of wear of the wires of the contact network of an electrified transport.

Известно устройство [1] для измерения износа контактной сети, содержащее барабан с зеркальными гранями, установленными с возможностью восприятия излучения от лазера и передачи его на контактный провод, фотоприемный тракт, выполненный в виде фотоприемника, установленного с возможностью восприятия излучения, отраженного от контактного провода, узла формирования эталонного импульса и блока деления, причем фотоприемный тракт дополнен тремя фотоприемниками, подключенными к входам сумматора, выходы которого соединены с входом блока деления. Известное устройство обладает рядом недостатков, основным из которых является низкая точность измерений, обусловленная наличием механически и кинематически связанных элементов системы, обеспечивающих сканирование лучом лазера области расположения контактного провода. Конструкция громоздка, сложна в настройке, обладает низкой надежностью, подвержена влияниям вибраций, толчков и других помех, неизбежных при движении. Кроме того, при сканировании со скоростью 1000 м/сек и при движении вагона-лаборатории со скоростью 60 км/час повторно сканирующий луч лазера вернется к крайнему проводу только через 0,002 сек. За это время вагон пройдет около 0,035 метров. Такая величина "мертвой зоны" не позволяет выявить все дефекты и считать подобный контроль достаточным. A device [1] is known for measuring wear of a contact network, comprising a drum with mirror faces mounted to receive radiation from a laser and transmitting it to a contact wire, a photodetector made in the form of a photodetector installed to receive radiation reflected from the contact wire, a unit for generating a reference pulse and a division unit, the photodetector path being supplemented with three photodetectors connected to the inputs of the adder, the outputs of which are connected to the input of the division unit . The known device has several disadvantages, the main of which is the low accuracy of the measurements, due to the presence of mechanically and kinematically connected elements of the system, providing scanning by a laser beam of the area of the contact wire. The design is cumbersome, difficult to configure, has low reliability, is subject to the effects of vibrations, shocks and other disturbances that are inevitable during movement. In addition, when scanning at a speed of 1000 m / s and moving a laboratory car at a speed of 60 km / h, the re-scanning laser beam will return to the outermost wire only after 0.002 seconds. During this time, the car will pass about 0.035 meters. This value of the "dead zone" does not allow to identify all defects and consider such a control sufficient.

Наиболее близким к заявляемому устройству является "Устройство для измерения износа контактного провода" [2], содержащее осветитель, датчик высоты подвеса проводов и телевизионную камеру, соединенную через волоконно-оптический световод с объективом, масштабный преобразователь, к входам которого подключены датчик высоты подвеса проводов и выход телекамеры, а волоконно-оптический световод представляет собой преобразователь линейного изображения в линейно-растровое. Данное устройство выбрано за прототип. Closest to the claimed device is a "Device for measuring wear of the contact wire" [2], containing a illuminator, a wire suspension height sensor and a television camera connected via a fiber optic optical fiber to the lens, a scale converter, to the inputs of which a wire suspension height sensor is connected and the output of the camera, and the optical fiber is a linear image to linear raster converter. This device is selected for the prototype.

Прототип обладает рядом недостатков. При использовании телевизионной камеры с двухмерными многострочными фотоприемниками полностью воспринимается общая картина. Однако она несет много избыточной информации и для выделения нужной информации необходима ЭВМ с большим объемом памяти и высоким быстродействием. Необходима быстродействующая память с объемом от единиц и более мегабайт. Низкая скорость опроса кадра распространенных телевизионных преобразователей с частотой, равной 50 Гц (период 0,02 сек), приводит к большой динамической погрешности, т.е. к большому шагу измерений вдоль контактного провода - до 300 мм при скорости вагона-лаборатории 60 км/час. Это не позволяет выявить все дефекты и считать подобный контроль достаточным. Кроме того, ввиду естественного разброса темновых сигналов и фоточувствительности вдоль строк и между строками телевизионной камеры, также снижается точность полученных результатов. Известное устройство позволяет определять только износ контактного провода и высоту его подвеса, но не дает информации об угле отклонения контактного провода от продольной оси плоскости вагона-лаборатории - зигзаге. The prototype has several disadvantages. When using a television camera with two-dimensional multi-line photodetectors, the overall picture is fully perceived. However, it carries a lot of redundant information, and a computer with a large memory capacity and high speed is needed to extract the necessary information. You need a high-speed memory with a volume of units or more than megabytes. The low frame rate of common television converters with a frequency equal to 50 Hz (period 0.02 sec) leads to a large dynamic error, i.e. to a large measurement step along the contact wire - up to 300 mm at a speed of a laboratory car of 60 km / h. This does not allow to identify all defects and consider such a control sufficient. In addition, due to the natural spread of dark signals and photosensitivity along the lines and between the lines of the television camera, the accuracy of the results is also reduced. The known device allows you to determine only the wear of the contact wire and the height of its suspension, but does not provide information about the angle of deviation of the contact wire from the longitudinal axis of the plane of the laboratory car - zigzag.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности, расширение функциональных возможностей и производительности устройства, упрощение его конструкции и повышение надежности эксплуатации. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, namely improving accuracy, expanding the functionality and productivity of the device, simplifying its design and improving reliability.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения износа контактного провода, содержащем осветитель, установленный на крыше вагона-лаборатории и оптически сопряженный через контактный провод с блоком приема, блоки первичной обработки, анализа и отображения информации и устройство для определения высоты подвеса контактного провода, осветитель выполнен линейным и снабжен отражателем, в качестве блока приема информации использована оптоэлектронная головка, содержащая оптическую систему в виде объектива и интегральную многоэлементную фотоприемную матрицу (линейку), в качестве блока анализа и отображения информации использован компьютер, причем длина источника света превышает максимально возможное расстояние между крайними положениями (зигзага) контактного провода. This goal is achieved by the fact that in a device for measuring wear of a contact wire containing a illuminator mounted on the roof of a laboratory car and optically coupled through a contact wire to a receiving unit, primary processing units, information analysis and display units, and a device for determining a suspension height of a contact wire, the illuminator is linear and equipped with a reflector; an optoelectronic head containing an optical system in the form of a lens and an integral one is used as an information receiving unit nogoelementnuyu photodetector array (line) as an analysis unit and the computer display is used, wherein the light source is longer than the greatest possible distance between the extreme positions (zigzag) of the trolley wire.

Для достижения поставленной цели фотоприемная матрица выполнена одномерной, в виде линейки. To achieve this goal, the photodetector is made one-dimensional, in the form of a ruler.

Поставленная цель достигается также тем, что в качестве устройства для определения высоты подвеса контактного провода использованы эталоны, жестко закрепленные на пантографе вагона-лаборатории, причем эталоны представляют собой фрагменты контактного провода с заранее заданной величиной площадки износа. This goal is also achieved by the fact that, as a device for determining the suspension height of the contact wire, standards are used that are rigidly fixed to the pantograph of the laboratory car, and the standards are fragments of the contact wire with a predetermined wear pad.

Кроме того, цель достигается тем, что отражатель имеет в сечении форму параболы. Поставленная цель может быть достигнута тем, что отражатель имеет в сечении сложную форму, состоящую из полуокружности, переходящей в параболу. Устройство может быть снабжено плоским зеркальным отражателем, оптически сопряженным с контактным проводом и оптоэлектронной головкой. In addition, the goal is achieved in that the reflector has a parabolic shape in cross section. This goal can be achieved in that the reflector has a complex shape in cross section, consisting of a semicircle turning into a parabola. The device can be equipped with a flat mirror reflector, optically paired with a contact wire and an optoelectronic head.

Ha фиг.1 представлена схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - один из вариантов выполнения заявляемого устройства; на фиг. 3 - схема движения оптических лучей; на фиг. 4 - вид В фиг. 3 в увеличенном масштабе. Ha figure 1 presents a diagram of the inventive device; in FIG. 2 - one of the embodiments of the inventive device; in FIG. 3 is a diagram of the movement of optical rays; in FIG. 4 is a view In FIG. 3 on an enlarged scale.

Устройство для измерения износа контактного провода размещается в вагоне-лаборатории 1. На крыше вагона размещается линейный источник света 2, в качестве которого может быть использована галогенная лампа. Длина источника света 2 превышает максимально возможное расстояние между крайними положениями (зигзага) контактного провода 3. Отражатель 4 линейного источника света 2 установлен таким образом, что световой поток падает на площадку износа контактного провода 3 под углом, близким к прямому. С этой целью отражатель может иметь в сечении параболическую форму и соответственно ориентирован. Данная форма дает хорошую направленность светового потока и проста в изготовлении. Однако она имеет значительные габариты. Отражатель 4 может иметь в сечении сложную форму - полуокружность, переходящую в параболу. Данная форма имеет меньшие габариты и более оптимальную диаграмму направленности светового потока. Однако она менее технологична. Источник света 2 через контактный провод 3 оптически связан с оптоэлектронной головкой 5, представляющей собой оптическую систему, выполненную в виде объектива 6 и интегральную многоэлементную фотоприемную линейку 7. Оптическая связь контактного провода 3 и оптоэлектронной головки 5 может быть непосредственной, (в случае установления ее внутри вагона, через отверстие в крыше вагона) или через зеркальный отражатель 8, установленный на оптическом пути светового пучка от контактного провода до оптоэлектронной головки 5 (в случае размещения последней на крыше вагона-лаборатории 1). Выход оптоэлектронной головки 5 связан со входом электронного блока первичной обработки информации 9, выход которого связан с компьютером 10. Конкретная реализация электронного блока первичной обработки информации 9 является известной и описана, например, в [3]. На пантографе 11 вагона 1 закреплены два выносных кронштейна 12 на каждом из которых жестко закреплены эталонные элементы 13, представляющие собой фрагменты контактного провода с заранее заданной величиной площадки износа. Электронный блок первичной обработки информации 9 содержит блок выделения и усиления видеосигнала 14, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной линейки 7, а выход - со входом блока формирования информационного сигнала 15, второй вход которого соединен с первым выходом блока развертки 16, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной линейки 7. Выход блока формирования информационного сигнала 15 соединен с первым входом блока сопряжения 17, выход которого соединен с компьютером 10. A device for measuring the wear of the contact wire is located in the laboratory car 1. A linear light source 2 is placed on the car roof, which can be used as a halogen lamp. The length of the light source 2 exceeds the maximum possible distance between the extreme positions (zigzag) of the contact wire 3. The reflector 4 of the linear light source 2 is installed so that the light flux falls on the wear area of the contact wire 3 at an angle close to the straight line. To this end, the reflector may have a parabolic shape in cross section and is accordingly oriented. This form gives a good directivity of the light flux and is easy to manufacture. However, it has significant dimensions. The reflector 4 may have a complex shape in cross section - a semicircle turning into a parabola. This form has smaller dimensions and a more optimal radiation pattern. However, it is less technological. The light source 2 through the contact wire 3 is optically connected to the optoelectronic head 5, which is an optical system made in the form of a lens 6 and an integrated multi-element photodetector 7. The optical connection of the contact wire 3 and the optoelectronic head 5 can be direct (if installed inside the car, through an opening in the car roof) or through a mirror reflector 8 mounted on the optical path of the light beam from the contact wire to the optoelectronic head 5 (if the last on the roof of the laboratory car 1). The output of the optoelectronic head 5 is connected to the input of the electronic information processing unit 9, the output of which is connected to the computer 10. The specific implementation of the electronic information processing unit 9 is known and is described, for example, in [3]. On the pantograph 11 of the car 1, two remote brackets 12 are fixed on each of which reference elements 13 are rigidly fixed, which are fragments of a contact wire with a predetermined wear pad size. The primary information processing electronic unit 9 contains a video signal extraction and amplification unit 14, the input of which is connected to the output of the integrated multi-element photodetector line 7, and the output is connected to the input of the information signal generation unit 15, the second input of which is connected to the first output of the scanner 16, the input of which is connected with the output of the integrated multi-element photodetector 7. The output of the information signal generating unit 15 is connected to the first input of the interface unit 17, the output of which is connected to the computer 10.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При движении вагона-лаборатории 1 световой поток от источника света 2 освещает нижнюю поверхность (площадку износа) контактного провода 3. Лучи света, отразившись зеркально от блестящей изношенной поверхности контактного провода 3, пройдя через отверстие в крыше вагона, попадают через оптическую систему 6 оптоэлектронной головки 5 на интегральную многоэлементную фотоприемную линейку 7 и "засвечивают" определенный ее участок. В одном из вариантов исполнения заявляемого устройства возможно применение зеркального отражателя 8, направляющего световой поток на оптоэлектронную головку 5, расположенную на крыше вагона-лаборатории 1. В этом случае отпадает необходимость в выполнении отверстия в крыше вагона. Электронный блок первичной обработки сигналов 9 обеспечивает развертку интегральной многоэлементной фотоприемной линейки 7 и соответствующую обработку видеосигнала для выделения необходимой информации о положении и величине проекции световых пучков, отраженных от контактного провода (или проводов) и эталонов. После преобразования в блоке сопряжения 17 электрического сигнала в цифровой код, последний поступает в компьютер 10 для вычисления необходимых данных. Так, по величине проекции светового пучка, отраженного контактным проводом, получают информацию о величине (L_к.п. площадки износа. Информацию о высоте подвеса контактного провода 3 получают по величине проекции светового пучка, отраженного эталоном (L_э), либо по расстоянию между проекциями световых пучков, отраженных эталонами (L_э 1,2), в случае использования 2-х и более эталонов. Известно, что подвеска контактного провода между опорами осуществляется под углом к плоскости, проходящей через продольную ось таким образом, что проекция подвески на железнодорожное полотно представляет собой зигзаг. Это делается с целью уменьшения износа токосъемника электровоза контактным проводом. Угол отклонения контактного провода от направления движения в горизонтальной плоскости (угол зигзага), на каждом конкретном участке, определяется по величине отклонения центра проекции светового пучка, отраженного контактным проводом от нулевого положения, соответствующего центральной продольной оси вагона-лаборатории.The inventive device operates as follows. When the laboratory car 1 moves, the light flux from the light source 2 illuminates the lower surface (wear pad) of the contact wire 3. The light rays, reflected specularly from the shiny worn surface of the contact wire 3, passing through the hole in the car roof, pass through the optical system 6 of the optoelectronic head 5 to the integrated multi-element photodetector line 7 and “illuminate” a certain portion thereof. In one embodiment of the inventive device, it is possible to use a mirror reflector 8 directing the light flux to the optoelectronic head 5 located on the roof of the laboratory car 1. In this case, there is no need to make an opening in the car roof. The primary signal processing electronic unit 9 provides a scan of an integrated multi-element photodetector line 7 and corresponding video processing to extract the necessary information about the position and magnitude of the projection of light beams reflected from the contact wire (or wires) and standards. After converting the electrical signal into a digital code in the interface unit 17, the latter enters the computer 10 to calculate the necessary data. So, according to the magnitude of the projection of the light beam reflected by the contact wire, information is obtained on the value (L _{c.p. of} the wear area. Information on the suspension height of the contact wire 3 is obtained by the magnitude of the projection of the light beam reflected by the standard (L _e ), or by the distance between projections of light beams reflected by the standards (L _e 1,2), in the case of using 2 or more standards. It is known that the suspension of the contact wire between the supports is carried out at an angle to the plane passing through the longitudinal axis so that the projection of the suspension the railroad track is a zigzag, this is done in order to reduce wear of the electric locomotive current collector by the contact wire.The angle of deviation of the contact wire from the direction of movement in the horizontal plane (zigzag angle), in each specific section, is determined by the deviation of the center of projection of the light beam reflected by the contact wire from the zero position corresponding to the central longitudinal axis of the laboratory car.

Таким образом, в каждый момент времени на интегральной многоэлементной фотоприемной линейке 7 имеется информация о степени износа контактного провода: И_к.п. = f(L_к.п.), о высоте повеса контактного провода H_к.п.= f(L_э), о величине загзага: Т_з= f(t_з). Кроме того, по величине проекции светового пучка, отраженного эталоном, происходит постоянный самоконтроль системы и коррекция данных, в случае отклонения значения L_э от заданной.Thus, at any given time on the integrated multi-element photodetector 7 lineup information is available about the extent of the contact wire wear: And _KP = f (L _k.p. ), on the height of the contact wire H _k.p. = f (L _e ), about the size of the zagzag: T _s = f (t _s ). In addition, according to the magnitude of the projection of the light beam reflected by the standard, there is a constant self-monitoring of the system and data correction in case of deviation of the value of L _e from the given.

Информация с фотоприемной линейки 7 после обработки и преобразования в электронном блоке первичной обработки сигналов 9 поступает на компьютер 10, где производятся вычисления указанных величин. Результаты вычислений записываются в память, в базу данных, а также выводятся на дисплей и на печать. Происходит постоянный визуальный контроль с экрана дисплея текущего состояния контактного провода, внесение результатов измерения в базу данных и выдача полученных результатов на бумажном носителе в виде протоколов. Information from the photodetector line 7 after processing and conversion in the electronic unit for the primary processing of signals 9 is transmitted to a computer 10, where the indicated values are calculated. The results of the calculations are recorded in memory, in the database, and also displayed and printed. There is a constant visual control from the display screen of the current state of the contact wire, the measurement results are entered into the database and the results are output on paper in the form of protocols.

Благодаря применению заявляемого устройства возможно осуществление полного контроля состояния контактного провода, т.е. величины его износа, высоты подвеса и зигзага. Устройство просто по конструкции и в эксплуатации. Отсутствие кинематически связанных и движущихся элементов повышает его надежность и точность. Повышению точности измерения способствует также постоянная самокоррекция системы по величине проекции светового пучка, отраженного эталоном (эталонами). Thanks to the use of the inventive device, it is possible to fully monitor the state of the contact wire, i.e. the magnitude of its wear, suspension height and zigzag. The device is simple in design and operation. The absence of kinematically coupled and moving elements increases its reliability and accuracy. Improving the accuracy of measurement also contributes to the constant self-correction of the system according to the projection of the light beam reflected by the standard (standards).

Claims

1. A device for measuring wear of a contact wire, comprising a illuminator mounted on the roof of a laboratory car, optically coupled through a contact wire to a receiving unit, primary processing units for analyzing and displaying information, and a device for determining a suspension height of a contact wire, characterized in that the illuminator is made linear and equipped with a reflector; an optoelectronic head containing an optical system in the form of a lens and an integrated multi-element photographic element is used as an information receiving unit opriemnuyu matrix, and as the unit of analysis and display of the information used by the computer, wherein the light source is longer than the greatest possible distance between the extreme positions (zigzag) of the trolley wire.

2. The device according to p. 1, characterized in that the photodetector is made one-dimensional in the form of a ruler.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that as a device for determining the height of the suspension of the contact wire, standards are used that are rigidly fixed to the pantograph of the laboratory car.

4. The device according to any one of paragraphs. 1 to 3, characterized in that the standards are fragments of a contact wire with a predetermined wear pad.

5. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reflector of the illuminator has a parabolic shape in cross section.

6. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the illuminator reflector has a complex shape in cross section, consisting of a semicircle turning into a parabola.

7. The device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is additionally equipped with a flat mirror reflector, optically paired with a contact wire and an optoelectronic receiving head.