弓网故障动态检测装置 本发明涉及电气化铁路安全检测技术领域。
我国电气化铁路运营中，弓网故障较多，特别是在线岔、定位点、小曲线半径、软横跨、分段及分相等处，时常发生由于拉出值超限和接触导线硬点引起的钻网、刮弓、刮网等故障。这些故障是在机车运行中发生的，这种动态情况下发生的故障有一定的随机性，与机车运行速度、风速、气候等因素有关。无论故障原因发生在接触网还是受电弓，拉出值超限和硬点打碰弓是弓网故障的前兆。目前，在电力机车运行中，司机只能辽望前方目标，看不到弓网运行状态，如：拉出值大小、打碰弓等，以至有时机车在受电弓打坏的情况下仍然继续运行，造成了更大的恶性事故。目前使用的接触网检测车，制造成本高，而且，其结构、轴重、转向架、振动特性、弓头跟随性及牵引特性等与实际电力机车有所不同，因此，只能部分模拟机车情况，与机车实际运行状况存在一定差异，需对结果作进一步修正；另外，由于受到检测时间和条件的限制，检测车只能挂在列车尾部定期检测，检测成本高，在防止和减少弓网故障方面，还不能完全满足铁路运输的需要。
本发明的目的是提供一种弓网故障动态检测装置，它直接安装在电力机车上，能有效地检测出接触网的拉出值和受电弓受到硬点冲击的加速度，并实时监视接触网和受电弓的运行状态，及时发现和准确找到弓网故障隐患的位置，为机务和供电部门提供确实的数据结果，可防止或减少弓网故障的发生。
本发明的目的由以下技术方案实现，在机车受电弓上安装拉出值传感器和硬点冲击传感器，当导线拉出值或受电弓受到的冲击加速度超过设定极限时，通过光电信号传输和数据处理系统，可以自动报警、记录、打印超限信息，并提醒司机注意。用微型摄象机和监视器，实时监视弓网运行状态，一旦发现问题可及时降弓，防止事故进一步扩大，并可进行图象存储、编辑。本发明主要由拉出值超限检测传感器，硬点检测传感器，高低电压隔离光电信号传输通道(包括光发射机和光接收机)，计算机数据系统、打印装置和微型摄像机、监视器等组成。其特征是：拉出值传感器安装在受电弓两端侧面，硬点冲击检测传感器安装在受电弓中央侧面，传感器通过导线与高低电压隔离数据传输通道的光发射机相连，高低电压隔离数据传输通道的光接收机通过导线与驾驶室内的数据处理装置相连；微型摄象机安装在受电弓下方地车顶上，镜头对准受电弓弓头，微型摄象机的输出端通过电缆与监视器的输入端连接，监视器安装在机车驾驶室内。拉出值超限传感器和硬点冲击传感器检测到超限信号后，送到高低电压隔离数据传输通道光发射机，经空气传输，送到高低电压隔离数据传输通道的光接收机，再经馈线引至司机室控制柜内的数据处理系统，由数据系统进行识别判断和记录，最后由打印机打印故障点信息。由摄像机和监视器组成的弓网运行状态观测系统，可对运行中的受电弓和接触网的工作状态进行实时监测。待感器测量到的电信号首先进入高低电压隔离数据传输通道的光发射机(高电压端)，在光发射机内，超限信号首先送入编码调制器，被调制的信号经电容器和电阻耦合送到三极管的基极，三极管的作用是驱动发光二极管，最后由红外发光二极管通过透镜向数据接收机发射调制的红外超限信号。位于低电压端的高低电压隔离数据传输通道的光接收机，在接收到信号以后，进行光电转换变成电信号。其中，光电二极管接收光信号，由三极管和电阻组成前置放大器，由高精度、低噪声运算放大器及电阻、电位器组成主放大器，输出信号经调制解调器送到计算机。无超限信号时，光电二极管的暗电流极小，当有超限信号时，光电二极管经聚焦透镜接收来自发光二极管的红外光，这时光电二极管有一定的光电流，经前置放大器和主放大器放大后，送入编码调制解调器进行解码，分别检出拉出值超限和冲击超限信号。信号经导线进入机车驾驶室内的计算机智能识别和数据处理装置，进行自动记录、打印和报警。高低电压隔离数据传输通道的光发送机，安放在受电弓支持瓷瓶的上部，数据接收机安放在车顶。微型摄象机安装在机车受电弓下方，镜头对准受电弓，实时监视弓网运行状态，监视器安装在机车驾驶室，由乘务员观察弓网状态图象。
本发明与现有技术相比所具有的效果优点在于：直接在运营机车上检测，完全符合实际情况；可每天不间断地进行检测，时时刻刻监视受电弓的状态和接触网的状态；乘务员在驾驶室即可观察弓网运行状态；当导线拉出值或受电弓受到的冲击加速度超过设定极限时，通过光电信号传输和数据处理系统，可以自动报警、记录、打印超限信息；高低电压光电隔离数据传输通道，采用空气隔离，使用安全可靠；数据处理装置与机车运行监控装置配套，能准确地给出故障点的信息；该装置结构简单，成本低，安装方便，系统操作容易，通电即可工作；检测传感器重量轻，不影响受电弓的正常工作性能；拉出值检测、硬点检测参数可调，适合现场的不同需要；检测传感器采用非接触检测，无磨损。特别是弓网图象监视系统的应用，可直接防止受电弓打偏后连续刮网等重大事故，保障铁路运输安全。
本发明的附图说明如下：
图1是本发明结构示意图
图2是本发明数据传输通道光发射机电路图
图3是本发明数据传输通道光接收机电路图
图4是本发明的数据传输通道在机车顶部的安装示意图
实施例
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，拉出值超限传感器1和冲击超限传感器2检测到拉出值超限和冲击超限信号后，送到高低电压隔离数据传输通道发射机3，经空气传输，送到高低电压隔离数据传输通道的接收机4，再经馈线引至司机室控制柜内的数据处理系统5，由数据系统进行识别判断和记录，最后由打印机6打印故障点信息。由摄像机7和监视器8组成的弓网观测系统，可对运行中的受电弓和接触网的工作状态进行实时监测。
图2是数据传输通道光发射机电路图，结点9与拉出值超限检测传感器1和接触网导线硬点冲击检测传感器2相联。在光发射机内，超限信号首先送入编码调制器10，被调制的信号经电容器11和电阻12耦合送到三极管17的基极，三极管17、电阻14、电阻16的作用是驱动外发光二极管16，红外发光二极管15通过透镜向数据接收机发射调制的红外超限信号，电解电容13作为电源滤波用，结点18是电源正极，结点19是信号地。
图3是数据传输通道光接收机电路图。光电二极管20接收调制的超限红外光信号，由电阻21、22、23和三极管24组成前置放大器，由高精度、低噪声运算放大器27及耦合电阻26、反馈电阻28和分压电位器25组成主放大器。无超限信号时，光电二极管20的暗电流极小，当有超限信号时，光电二极管20经聚焦透镜接收来自发光二极管15的红外光，这时光电二极管20有一定的光电流，经前置放大器和主放大器放大后，送入编码调制解调器29进行解码，分别检出拉出值超限和冲击超限信号，光接收机的输出端32与计算机相联，电解电容30是退耦电容，结点31接电源正极。
如图4所示，高低电压隔离数据传输通道的光发射机3，安放在受电弓支持瓷瓶的上部，数据接收机4安装在电力机车的车顶的低电压端，距发射机距离大于500毫米。