专利名称：中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁悬浮列车技术领域，特别涉及一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备。
背景技术：
中低速磁悬浮列车主要采用三、四轨供电和侧式接触受流，即在沿车轨附近设置受流轨(供电轨)，列车设置的受流器与受流轨侧面接触，受流轨将电流导入受流器，以达到实时为列车提供电能的目的。受流器与受流轨的良好接触为该类磁悬浮列车正常安全运行的必要条件。由于外部因素(比如受流轨接头错位、不平顺)、或受流器的受流靴不均匀磨耗、或受流器前后接触不平衡，均容易导致受流器和受流轨接触不良，轻则引起供电不稳，重则造成停运等重大事故。因此，对受流器的运动状态和受流状态进行有效监测后，可以提前发现漏洞防止事故发生，且状态监测也有助于评价和改进受流器，以推进受流器的安全性能。因此，对受流器的运动状态进行有效监测是保障中低速磁悬浮列车安全运营的重要手段。然而，中低速磁悬浮列车所采用的受流器为一种新产品，目前并未建立有效的监测系统，使得受流器的具体工作状况和性能提升均无法得到可靠的数据支持。有鉴于此，如何提供一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备。该监测设备能够有效监测受流器的运动状态和受流状态信息，从而为受流器的评价和改进提供数据支持。为达上述目的，本发明提供一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，包括数据采集系统，用于采集检测受流器运动状态和受流状态信息；图像采集系统，用于采集受流器运动图像；数据存储处理系统，用于存储并综合处理数据采集系统采集的受流器运动状态信息和受流状态信息，以及图像采集系统采集的受流器运动图像，以输出受流器状态数据。优选地，所述数据采集系统和所述图像采集系统由同一位置脉冲信号同步触发采样。优选地，中低速磁悬浮列车设有轨枕测速定位装置，所述数据采集系统和所述图像采集系统根据轨枕测速定位装置的脉冲信号触发采样。优选地，所述数据采集系统包括检测受流器运动状态和受流状态信息的检测元件，以及采集检测元件检测的信息的数据采集卡；所以图像采集系统包括检测受流器运动图像的检测相机，以及采集检测相机检测的图像的图像采集卡；所述数据采集卡、所述图像采集卡、所述检测相机的快门均由同一位置脉冲信号同步触发采样。优选地，所述监测设备由独立电源供电。优选地，所述检测元件与电源连接的电源线、与数据采集卡连接的信号线均作电磁防护处理；所述数据采集卡通过数据接口卡传输受流器运动状态和受流状态信息至所述数据存储处理系统；还包括电磁防护机箱，所述数据采集卡和所述数据接口卡均设置于所述电磁防护机箱内。优选地，监测设备电 源的滤波中设有共模吸收电路，且电源正负极间引入反接二极管，以防止闻频电流串入。优选地,所述检测元件包括安装于受流器接触靴的固定座上并用于检测受流器横向振动的加速度计；分别检测受流器供电电压和供电电流的电流互感器和电压互感器；安装于受流器接触靴固定座和接触靴之间并用于检测受流器和受流轨之间压力的压力传感器；检测接触靴温度的温度传感器。优选地，所述检测元件均通过绝缘安装座安装。优选地，所述数据存储处理系统中设有三阶IIR数字低通滤波器，所述数据存储处理系统通过该滤波器对接收的受流器运动状态和受流状态信息进行滤波处理。优选地，所述数据存储处理系统采用小波函数对受流器运动状态和受流状态信息进行数据分析。优选地，所述图像采集系统采集受流器的视频图像，所述数据存储处理系统分析特定位置的受流器运动状态和受流状态信息时，同时提取与该特定位置对应的视频图像，所述数据存储处理系统将与该特定位置对应的视频图像和受流器运动状态和受流状态信息进行比较分析。本发明提供的受流器状态监测设备中的数据存储处理系统同时获取受流器的运动状态和受流状态信息和受流器的运动图像，从而能够对采集的数据和获取的图像综合进行处理，图像能够对检测的数据进行验证，且根据采集数据反应出的受流器的状态能够在图像上直观地看出，便于技术人员理解，进而能够对受流器的选材、结构设计、安装规格等因素进行优化，即对受流器的改进提供有效地数据支持。


图I为本发明所提供监测设备中数据采集系统设置于受流器上一种具体实施方式
的结构示意图；图2为本发明所提供监测设备中图像采集系统设置于受流器上一种具体实施方式
的结构示意图；图3为图2中图像采集系统的安装侧视图；图4为轨枕测速定位装置的结构示意图。图1-4 中I电接软线、2接触靴固定座、3接触靴、4压力传感器、5加速度计、6温度传感器、7摆杆机构、8弹簧拉杆机构、9绝缘底座、IO瓷瓶、11受流器安装底座、12温度传感器连线、13加表连线、14压力传感器连线、15机箱、15a数据接口卡、15b数据采集卡、16电压表连线、17电压表、18电流表连线、19电流表、20电缆、21受流轨、22安装托臂、23检测相机、24图像采集卡、25图像接口卡、31安装固定座、32接近开关、33测速定位接口、34安装梁、35测速定位装置。
具体实施例方式本发明的核心为提供一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备。该监测设备能够有效监测受流器的运动状态和受流状态信息，从而为受流器的评价和改进提供数据支持。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请参考图1，图I为本发明所提供监测设备中数据采集系统设置于受流器上一种具体实施方式
的结构示意图；图2为本发明所提供监测设备中图像采集系统设置于受流器上一种具体实施方式
的结构示意图，其中受流器为图I中受流器的俯视图。中低速磁悬浮列车的受流器包括电接软线I、接触靴固定座2、接触靴3、摆杆机构
7、绝缘底座9、弹簧拉杆机构8、瓷瓶10以及电缆20组成，受流器一般通过受流器安装底座11安装在列车转向架上，接触靴3与受流轨21接触时，如图2所示，受流轨21的高压电能够通过电缆20传输至磁悬浮列车，即受流器和受流轨21的良好接触能够为列车供电，具体工作原理可以参照现有技术。该实施例中，设置了数据采集系统、采集受流器运动图像的图像采集系统，以及数据存储处理系统，数据采集系统包括检测受流器运动状态和受流状态信息的检测元件。检测元件包括传感器组，主要有压力传感器4、加速度计5、温度传感器6、电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器分别为图I中所示的电流表19和电压表17。如图I所示，压力传感器4安装在接触靴固定座2和接触靴3之间，当接触靴3与受流轨21作用时，压力传感器4产生变形从而测量接触靴3与受流轨21之间的接触力，并将该压力信号传输至数据存储处理系统。压力能够表征受流器和受流轨21的接触状态，因此，压力信号能够反映出不同工况下受流器和受流轨21的供电可靠性。加速度计5安装在接触靴固定座2上，用于检测运动过程中接触靴3的横向振动，横向振动能够反映出受流轨21的侧向平顺度以及受流器的动态跟随能力。温度传感器6也安装在接触靴固定座2上，用于检测运动过程中接触靴3的温度，受流器的功能主要依靠接触靴3与受流轨21的接触，在接触过程中，接触靴3的温度会升高，而温度与通流能力有关，故检测的接触靴3的温度能够反映出接触靴3的通流能力，可以为接触靴3的材料优化选型提供参考。电压表17和电流表19均安装在受流器安装底座11上方的电缆20处，分别用于检测供电电压和供电电流，供电电压和供电电流能够直接反映出受流器在整个运行过程中，不同工况下受流器的通流状态。以上列举的仅是受流器的一部分状态信息参数，为了更好且全面地掌握受流器的工作状态，还可以检测其他信息参数，但上述列举的参数为受流器主要特征参数，实际上已经可以满足监测的需求。检测元件的安装方式和安装位置也并不限于此，本领域技术人员使用该类检测元件时，保证其能够获得所需的参数即可，本实施例中的装方式和采取的传感器组件能够使检测设备较为紧凑，且易于拆卸，可移植性较好。上述检测元件检测的状态信息需传输至数据存储处理系统，以便处理，数据存储处理系统包括存储单元和处理单元，用于存储输入的数据和图像并进行分析。该实施例中，均采用线路连接，并设置了数据采集卡15b和数据接口卡15a。数据采集卡15b用于采集检测元件中各传感器采集的信号，并将传感器的信号数字化后经数据接口卡15a传输至数据存储处理系统(可以是通常采用的上位机)。如图I所示，各类传感器均通过连线接至数据采集卡15b，可以想到，此处并不限于线路连接，也可以是无线连接，考虑到生产成本和与数据存储处理系统的距离，通过线路连接更为合适，且在受流器与受流轨21的特殊环境下，电磁干扰较为严重，比如受流器和受流轨21接触不良时放电产生的电磁干扰为瞬时高能量脉冲信号，对电源和信号能够产生较大的电磁干扰，此时，线路传递信号也更为可靠。如上所示，上述监测设备置于电磁干扰较为严重的环境下，为了进一步提高信号采集的质量，保证数据分析的正确性，可以对各传感器与数据采集卡15b之间的连接线路进行电磁防护处理，同时还可以将各传感器均通过绝缘安装座安装于相应位置，以降低电磁干扰，提高信号传输的质量。进一步地，可以将数据采集卡15b和数据接口卡15a置于电磁防护机箱15内，确保传输至数据采集卡15b的信号能够在无电磁干扰的情况下传输至数据存储处理系统。如图I所示，绝缘处理后的压力传感器4、加速度计5、温度传感器6、电压表17、电流表19分别经压力传感器4连线、加速度计5连线、温度传感器连线12、电压表连线16、电流表连线18连接至数据采集卡15b，其中，压力传感器连线14、加速度计连线13、温度传感器连线12、电压表连线16、电流表连线18均作了电磁防护处理。针对上述实施例，为了进一步克服电磁干扰的影响，数据存储处理系统可以设置三阶IIR数字低通滤波器，则数据存储处理系统在存储检测元件检测的受流器运动状态和受流状态信息信号之前，可以通过三阶IIR数字低通滤波器对接收的信号进行滤波，从而有效防止复杂电磁环境对信号传输的干扰。此外，也可以在电源滤波中，设置共模吸收电路，且电源正负极间引入反接二极管，以防止高频电流串入，从而消除接触不良时放电对电源的高频干扰。此外，还可以使整个受流器状态监测设备采用独立电源供电，设置独立电源能够提高在高压、大电流工作环境下，监测设备的安全性和可靠性。监测设备中的图像采集系统，可以继续参考图2并结合图3理解，图3为图2中图像采集系统的安装侧视图。该实施例中，图像采集系统主要包括检测相机23、相机安装托臂22、图像采集卡24以及图像接口卡25。相机安装托臂22的一端连接磁悬浮列车的转向架，一端安装检测相机23，安装于该位置处能够使检测相机23的视野覆盖整个受流器，则在列车整个运行过程中，受流器运动图像均能够被有效获取，根据采集的受流器运动图像能够较为直观地分析受流器各部件的运行状态。与数据采集系统类似，图像采集卡24将检测相机23获取的图像信号处理后传输至图像接口卡25，图像接口卡25再将图像信号输出至数据存储处理系统。同样，图像采集系统可以采用其他信号传输方式，也可以采用摄像机获取受流器的视频图像。由上述内容可知，数据存储处理系统同时获取受流器的运动状态和受流状态信息，以及受流器的运动图像，从而能够对采集的数据和获取的图像综合进行处理，通过采集的数据能够分析出受流器运动状态和受流状态。虽然根据单独的数据采集系统即可获取受流器运动状态和受流状态信息，但当信号传递存在误差或其他外在因素干扰时，受流器真实工作状态分析可能出现偏差，而图像采集系统采集的图像能够对数据采集系统检测的数据进行验证，即数据存储处理系统在综合处理图像采集系统和数据采集系统的数据图像时，能够精准地获取受流器的真实工作状态；且由采集数据反应出的受流器的状态很大一部分能够在图像上直观地看出，便于技术人员理解。根据上述分析结果，能够实现对受流器的选材、结构设计、安装规格等因素进行优化，即为受流器的改进提供有效地数据支持。此外，上 述实施例中的受流器状态监测设备还具备下述优势结构简单、体积小、重量轻，且其操作、维护、拆装方便，并具有较强的电磁防护功能；能够连续检测并显示受流器供电状态以及与受流轨21的接触状态。监测设备的数据存储处理系统接收数据采集系统和图像采集系统输出的信号后，可以自动将接收的电流、电压、温度、压力、图像等信号存储，且可以具备断电数据自动保存功能；综合分析该类数据和图像时，可以实时绘制各检测项目的波形图、线路曲线图，并可对波形进行缩放、平移、选段等处理，以便技术人员查看和理解。数据存储处理系统还可以具备超限报警、运行总里程累计及显示、里程误差修正等功倉泛数据存储处理系统在综合处理数据采集系统采集的数据和图像采集系统采集的图像时，需要比较分析同一位置的数据信号和图像信号。数据采集卡15b和图像采集卡24均可以由同一位置脉冲信号触发采样，从而确保能够采集同一位置的数据和图像，以便对比分析。数据采集卡15b采集多个传感器的信号，故数据采集卡15b上可以设置多个采集通道，各通道均由同一位置脉冲信号触发采样。图像采集系统中检测相机23的快门也可以与图像采集卡24由同一位置脉冲信号触发采样，从而保证图像采集系统和数据采集系统均由同一位置脉冲信号实现同步控制。同一位置脉冲信号可以通过列车车轨上一般会设置的轨枕测速定位装置实现。如图4所示，图4为轨枕测速定位装置35的结构示意图。该测速定位装置35包括安装固定座31，安装固定座31上固定有安装梁34，接近开关32和测速定位接口 33均安装于安装梁34上，工作时，通过接近开关32感应轨枕并通过计数通过相邻轨枕时间计算当前列车速度，且通过速定位接口 33输出速度位置脉冲信号。此时，该位置脉冲信号可以控制数据采集卡15b和图像采集卡24进行同步采样。进一步地，由于受流器与受流轨间接触不良等现象持续的时间较短，常规数据分析方法很难有效提取数据特征，为此，数据存储分析系统在作数据处理时，可以采用小波函数进行数据分析，以便提取相关现象特征。当图像采集系统采用摄像机获取受流器的视频图像时，数据存储处理系统分析数据采集系统在某特定位置采集的数据时，可以对该数据的位置坐标进行有效定位，同时提取与该特定位置对应的视频图像，进行现象确认和进一步原因分析，提高了数据分析的效率。上述实施例中，数据存储处理系统中的存储单元可以与计算机接口兼容，从而能够离线将数据导入至计算机作进一步分析处理，为改进受流器设计的仿真计算提供数据支撑。以上对本发明所提供的一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮 助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，包括 数据采集系统，用于采集检测受流器运动状态和受流状态信息； 图像采集系统，用于采集受流器运动图像； 数据存储处理系统，用于存储并综合处理数据采集系统采集的受流器运动状态信息和受流状态信息，以及图像采集系统采集的受流器运动图像，以输出受流器状态数据。
2.根据权利要求I所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述数据采集系统和所述图像采集系统由同一位置脉冲信号同步触发采样。
3.根据权利要求2所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，中低速磁悬浮列车设有轨枕测速定位装置，所述数据采集系统和所述图像采集系统根据轨枕测速定位装置的脉冲信号触发采样。
4.根据权利要求2或3所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述数据采集系统包括检测受流器运动状态和受流状态信息的检测元件，以及采集检测元件检测的信息的数据采集卡；所以图像采集系统包括检测受流器运动图像的检测相机，以及采集检测相机检测的图像的图像采集卡；所述数据采集卡、所述图像采集卡、所述检测相机的快门均由同一位置脉冲信号同步触发采样。
5.根据权利要求2或3所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述监测设备由独立电源供电。
6.根据权利要求5所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述检测元件与电源连接的电源线、与数据采集卡连接的信号线均作电磁防护处理；所述数据采集卡通过数据接口卡传输受流器运动状态和受流状态信息至所述数据存储处理系统；还包括电磁防护机箱，所述数据采集卡和所述数据接口卡均设置于所述电磁防护机箱内。
7.根据权利要求5所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，监测设备电源的滤波中设有共模吸收电路，且电源正负极间引入反接二极管，以防止高频电流串入。
8.根据权利要求1-3任一项所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述检测元件包括 安装于受流器接触靴的固定座上并用于检测受流器横向振动的加速度计； 分别检测受流器供电电压和供电电流的电流互感器和电压互感器； 安装于受流器接触靴固定座和接触靴之间并用于检测受流器和受流轨之间压力的压力传感器； 检测接触靴温度的温度传感器。
9.根据权利要求1-3任一项所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述检测元件均通过绝缘安装座安装。
10.根据权利要求1-3任一项所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述数据存储处理系统中设有三阶IIR数字低通滤波器，所述数据存储处理系统通过该滤波器对接收的受流器运动状态和受流状态信息进行滤波处理。
11.根据权利要求1-3任一项所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述数据存储处理系统采用小波函数对受流器运动状态和受流状态信息进行数据分析。
12.根据权利要求11所述的中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，其特征在于，所述图像采集系统采集受流器的视频图像，所述数据存储处理系统分析特定位置的受流器运动状态和受流状态信息时，同时提取与该特定位置对应的视频图像，所述数据存储处理系统将与该特定位置对应的视频图像和受流器运动状态和受流状态信息进行比较分析。
全文摘要
本发明公开一种中低速磁悬浮列车受流器状态监测设备，包括数据采集系统、图像采集系统，以及数据存储处理系统；数据采集系统、图像采集系统将检测运动状态和受流状态信息以及运动图像均传输至数据存储处理系统，数据存储处理系统存储并综合处理受流器运动状态和受流状态信息和运动图像，以输出受流器状态数据。该监测设备中数据存储处理系统同时获取受流器的运动状态和受流状态信息和运动图像，从而能够对采集的数据和获取的图像综合进行处理，图像能够对检测的数据进行验证，进而能够对受流器的选材、结构设计、安装规格等因素进行优化，即对受流器的改进提供有效地数据支持。
文档编号G01D21/02GK102620771SQ20121007470
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者吴峻, 周文武, 张兴华, 李中秀 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学, 北京控股磁悬浮技术发展有限公司