УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА И ЗИГЗАГА КОНТАКТНОГО ПРОВОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2000 года по МПК B60M1/12 B61K9/08 

Изобретение относится к бесконтактным устройствам диагностики технического состояния контактного провода электрической сети наземного железнодорожного транспорта и может быть использовано в передвижных электроизмерительных вагонах-лабораториях.

Известны устройства для контроля износа и зигзага контактного провода электрической сети железнодорожного транспорта, содержащие последовательно соединенные датчик, выполненный в виде тепловизорной камеры, вычислительное средство, связанное с датчиком кабелем, и регистратор [1].

Точность, чувствительность и разрешающая способность известных технических решений ограничены и зависят от индивидуальных возможностей оператора, так как контроль осуществляется визуально, поэтому такие устройства не используются в автоматизированных системах контроля.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является устройство для контроля износа и зигзага контактного провода электрической сети железнодорожного транспорта, содержащее последовательно включенные датчик, закрепленный на пантографе, например вагона-лаборатории, и выполненный в виде высокочастотного генератора с источником питания, матричного вихретокового измерителя и блока обработки информационных сигналов измерителя, блок памяти, связанный с выходом датчика информационным кабелем, и регистратор [2].

Oсновным недостатком известного технического решения является большая жесткость информационного кабеля, вызванная увеличением толщины его электроизоляционного покрытия для обеспечения помехозащищенности устройства от электрического пробоя высоковольтным напряжением сети. Большая жесткость кабеля, связывающего датчик, закрепленный на пантографе, с аппаратурой памяти и воспроизведения, находящейся в салоне вагона-лаборатории, резко ухудшает динамические свойства амортизаторов пантографа, подпружинивающих токосъемную лыжу пантографа к контактному проводу и обеспечивающих непрерывный их контакт в динамике. Это в свою очередь приводит к разрыву электрического контакта между лыжей и проводом, и как следствие к нарушению скоростного режима вагона-лаборатории.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что устройство содержит датчик, закрепленный на пантографе и выполненный в виде последовательно включенных высокочастотного генератора с источником питания, матричного вихретокового измерителя, блока обработки информационных сигналов измерителя, аналого-цифрового преобразователя и оптоэлектронного излучателя информационных сигналов, фотоприемник, связанный с выходом излучателя кабелем, блок памяти и регистратор, при этом кабель выполнен эластичным в виде световода, а измеритель выполнен в виде катушек индивидуальности, сгруппированных в линейку, состоящую из двух параллельных рядов и размещен в них дискретно через равные промежутки, причем ряды катушек смещены относительно друг друга так, что катушки одного ряда вписаны в промежутки между смежными катушками другого ряда, а генератор, измеритель, блок обработки, аналого-цифровой преобразователь и излучатель соединены последовательно.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения электропоездов за счет повышения помехозащищенности устройства от электрического пробоя напряжением сети, не нарушая динамики работы пантографа вагона-лаборатории.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - конструкция матричного вихретокового измерителя, закрепленного на пантографе.

Устройство на фиг. 1 содержит последовательно соединенные датчик 1, эластичный кабель 8, выполненный из оптоволокна, фотоприемник 9, блок памяти 10 и регистратор 11.

Датчик 1 выполнен в виде последовательно соединенных высокочастотного генератора 2, питаемого напряжением источника 3, матричного вихретокового измерителя 4, блока 5 обработки электрических информационных сигналов измерителя 4, аналого-цифрового преобразователя 6 и оптоэлектронного излучателя 7, выход которого является выходом датчика 1 и закреплен на пантографе 13, например вагона-лаборатории (не показано), непосредственно вблизи токосъемной лыжи 14 (фиг. 2). Датчик 1 обращен к контактному проводу 15 рабочей (чувствительной) стороной матричного вихретокового измерителя 4 и размещен ниже поверхности токосъемной лыжи 14, контактирующей с проводом 15 на фиксированном зазоре, который всегда постоянен. Элементы 2, 3, 5, 6 и 7 датчика 1 смонтированы на отдельной плате, размещенной под измерителем (не показано). Измеритель 4 выполнен в виде линейки, ориентированной вдоль токосъемной лыжи 14 пантографа 13. Катушки 12 индуктивности измерителя 4 идентичны, сгруппированы в линейку, состоящую из двух параллельных рядов, и размещены в них дискретно через равные промежутки в пределах от 0,4 до 1,6 радиуса катушек 12, радиус катушек 12 выбирается такой величины, чтобы количество катушек в ряду не превышало 24-30 шт., укладываемых в линейке на длину, гарантирующую контроль зигзага провода 15 до предельно допустимых значений. Ряды катушек 12 смещены относительно друг друга так, что катушки 12 одного ряда вписаны в промежутки между смежными катушками другого ряда. Рекомендуемые количества катушек 12, значения промежутков между катушками 12 и рядами обеспечивают стабилизацию чувствительности и непрерывность контроля измерителем 4 узкопрофильного контактного провода 15. В качестве источника 3 питания использован автономный аккумулятор постоянного напряжения. Несущая частота генератора 2 выбрана на один, два порядка выше частоты напряжения контактного провода 15, что в сочетании с оптоволоконным кабелем 8 передачи информационных сигналов от датчика 1 в фотоприемник 9, размещенного совместно с блоком 10 памяти и регистратором 11 в салоне вагона лаборатории, обеспечивают устройству помехоустойчивость от высокого напряжения электрической сети.

Блок 5 обработки предназначен для:
- детектирования высокочастотных сигналов, снимаемых с матричного измерителя 4 в виде высокочастотных напряжений,
- компенсации начальных напряжений U_oi, где i - номер катушки, продетектированных сигналов напряжением U_э, эквивалентным выходному напряжению катушек (катушки) 12 измерителя 4, нагруженной контактным проводом 15 эталонных размеров,
- коммутации выхода нагруженной (работающей) катушки индуктивности измерителя 4,
- усиления информационного сигнала об износе контактного провода 15 до уровня, обеспечивающего нормальную работу аналого-цифрового преобразователя 6.

Под термином "работающая катушка" следует понимать ту катушку 12 измерителя 4, которая перекрывается контактным проводом 15, т.е. электромагнитного взаимодействует с этим проводом 15, поэтому целесообразно с помощью коммутации снимать информационный сигнал только с работающей катушки, так как на выходах других катушек информационные сигналы равны нулю ввиду отсутствия над ними провода 15.

Аналого-цифровой преобразователь 6 предназначен для оцифровывания информационного сигнала из аналоговой формы, поступающего с блока 5, в цифровую.

Излучатель 7 построен на инфракрасном светодиоде и предназначен для преобразования электрического сигнала из цифровой формы в световой сигнал и передачи его по эластичному кабелю 8 на вход фотоприемника 9, построенного, например, на инфракрасном фотодиоде.

Фотоприемник 9 предназначен для приема информационного светового сигнала и преобразования его в электрический сигнал в цифровой форме. Этот сигнал поступает на вход блока 10 памяти, где информация запоминается. На регистраторе 11 информацию можно воспроизводить. В качестве блока 10 памяти и регистратора 11 могут быть персональный компьютер с монитором.

Предложенное устройство позволяет обеспечить непрерывность контроля износа контактного провода и его зигзага, т.е. перемещения провода вдоль токосъемной лыжи пантографа, с постоянной чувствительностью и уменьшить с учетом коммутации электромагнитное взаимовлияние близколежащих друг к другу катушек измерителя.

Работа устройства.

Вокруг каждой из катушек 12 индуктивности измерителя 4 при возбуждении их высокочастотным напряжением генератора 1 создается электромагнитное поле. При нахождении контактного провода 15 над соответствующей работающей катушкой 12 ее поле наводит в электропроводящем материале провода 15 вихревые токи, создающие вторичное электромагнитное поле, величина которого зависит от степени износа поверхности скольжения провода. По изменению выходного сигнала работающей катушки 12 измерителя 4 от электромагнитного взаимодействия первичного и вторичного полей судят об износе контактного провода 15, а по номеру текущей работающей катушки - с местоположения провода 15 относительно поперечного сечения токосъемной лыжи 14.

Функционально напряжение U_i катушки измерителя 4 промодулировано параметрами провода 15, детектируется в блоке 5 обработки, затем начальный ее уровень напряжения компенсируется напряжением U_oi с одновременной коммутацией выхода работающей катушки, и текущее выходное напряжение U_p работающей катушки усиливается.

Далее напряжение U_p оцифровывается в аналого-цифровом преобразователе 6 и поступает в оптоэлектронный излучатель 7 для преобразования электрического информационного сигнала в световой и передачи его по гибкому оптоволоконному кабелю 8 в фотоприемник 9, соединенный выходом с входом блока 10 памяти, где информация запоминается, текущие значения износа и местоположения провода 15 над токосъемной лыжей 15 наблюдаются оператором на экране регистратора 11. Превышение предельно допустимых значений износа и зигзага провода 15 сигнализируется световым и звуковым сигналами на рабочем месте оператора.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения электропоездов за счет качественной измерительной информации, получаемой с помехозащищенного устройства контроля износа и зигзага контактного провода на ходу вагона-лаборатории или поезда.

Источники информации
1. Патент РФ N 2066645, кл. В 61 К 9/08, 1996, БИ N 26.

2. Патент РФ N 2108936, кл. В 61 К 9/08, В 60 М 1/12, 1998.

Устройство для контроля и зигзага контактного провода электрической сети железнодорожного транспорта относится к бесконтактным средствам диагностики технического состояния контактного провода электрической сети наземного железнодорожного транспорта и может быть использовано в передвижных электроизмерительных вагонах-лабораториях. Устройство содержит датчик, фотоприемник, связанный с датчиком гибким кабелем из оптоволокна, блок памяти, регистратор. Датчик содержит высокочастотный генератор, измеритель на основе катушек индуктивности, блок обработки сигналов измерителя, аналого-цифровой преобразователь и светодиод. Технический результат изобретения - повышение помехозащищенности устройства достигается за счет конструкции, обеспечивающей, в частности, коммутацию близколежащих друг к другу катушек измерителя, улучшение динамических свойств контактов за счет применения светоизлучателя и фотоприемника, соединенных гибким кабелем из оптоволокна. 2 ил.

Устройство для контроля износа и зигзага контактного провода электрической сети железнодорожного транспорта, содержащее датчик, закрепленный на пантографе и выполненный в виде последовательно соединенных высокочастотного генератора с источником питания, матричного вихретокового измерителя и блока обработки информационных сигналов, кабель связи, блок памяти и регистратор, отличающееся тем, что в устройство введены аналого-цифровой преобразователь, оптоэлектронный излучатель и фотоприемник, кабель связи выполнен из оптоволокна, а измеритель выполнен в виде катушек индуктивности, сгруппированных в линейку, состоящую из двух параллельных рядов, и размещенных в них дискретно через равные промежутки, причем ряды катушек смещены друг относительно друга так, что катушки одного ряда вписаны в промежутки между сложными катушками другого ряда, при этом вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом блока обработки, а выход - с входом излучателя, вход излучателя является выходом датчика, связанного с входом фотоприемника кабелем из оптоволокна, вход фотоприемника подключен к входу блока памяти.