УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕРА И РЕГИСТРАЦИИ ИЗНОСА КОНТАКТНОГО ПРОВОДА Российский патент 1998 года по МПК B60M1/12 B60M1/13 B60L3/12 

Изобретение относится к транспортным средствам с электротягой и предназначено для диагностики состояния контактных проводов.

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].

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.

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.

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.

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.

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.

1. Углом обзора каждой камеры с расстояния порядка 250 мм, что определяется конструктивными размерами токоприемника и фокусным расстоянием примененного объектива.

2. Разрешающей способностью короткофокусных объективов.

3. Эквивалентным числом ячеек линейного многоэлементного фотоприемного устройства в телекамере, определяющим разрешающую способность при измерении ширины площадки износа.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг. 1 представлена компановочная схема элементов устройства, размещенных на полозе токоприемника, а на фиг. 2 - функциональная схема.

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.

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.

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.

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.

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.

Источники информации
1. Журнал (Япония) RRR, N 4, 1995, с. 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).

Устройство для замера и регистрации износа контактного провода используется в электрическом транспорте, аппаратуре для диагностики состояния контактных проводов. В устройстве на токоприемнике подвижного средства параллельно полозу установлены импульсный линейный осветитель контактного провода и приемник отраженного света, выполненный в виде линейных телевизионных камер, установленных на общем основании в один ряд параллельно полозу токоприемника и соответственно осветителю. Каждая линейная телевизионная камера, состоящая из объектива со светофильтром и расположенного в плоскости изображения линейного многоэлементного фотоприемного устройства, регистрирует ширину полосы света, отраженного от изношенной поверхности контактного провода, в отведенной для нее зоне нахождения этих проводов вдоль прямой линии, перпендикулярной оси пути, и передает выходные электрические информационные сигналы и принимает синхронизирующие сигналы через высоковольтный развязывающий преобразователь в блок обработки и индикации информации. Достигаются высокая разрешающая способность измерения ширины площадки износа, уменьшение требований по глубине резкости и светосиле объективов телекамер, низкая чувствительность к электромагнитным помехам вследствие значительного удаления активных (полупроводниковых) элементов от контактного провода и возможность их эффективного экранирования. Упрощение устройства связано с применением телекамер с линейными многоэлементными фотоприемными устройствами, резким сокращением числа каналов связи и, как следствие, уменьшение объема электронного оборудования. 2 ил.

Устройство для замера и регистрации износа контактного провода, содержащее установленные на токоприемнике подвижного средства кронштейны с линейным осветителем контактного привода, расположенным вдоль полоза токоприемника и соединенным с выходом источника питания, и сборкой светоприемников, а также блок обработки и индикации информации, отличающееся тем, что в качестве светоприемников использованы установленные в один ряд параллельно полозу токоприемника и линейному осветителю телевизионные камеры с объективами, светофильтрами и линейными многоэлементными фотоприемными устройствами со схемами управления, выходы которых через электрооптические преобразователи, оптоволоконные линии связи и оптоэлектрические преобразователи соединены с входами схем И, вторые входы которых соединены с генератором частоты считывания, а выходы - с входами счетчиков, выходы которых подключены к информационным входам блока обработки и индикации информации, при этом выход генератора частоты считывания соединен также с входом делителя частоты, выход которого соединен со входом синхронизации блока обработки и индикации информации и через элемент задержки со сбросовыми входами счетчиков импульсов, при этом выход генератора частоты считывания соединен со входом электрооптического преобразователя, выход которого через оптоволоконную линию связи соединен со входом оптоэлектрического преобразователя, выход которого соединен со входами схем управления линейных многоэлементных фотоприемных устройств.