Устройство для измерения износа контактного провода

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля проводов контактной сети. Устройство содержит линейный источник света длиной, превышающей максимально возможное расстояние между крайними положениями зигзага контактного провода и отражатель, размещенные на крыше вагона-лаборатории, при этом источник света через контактный провод оптически связан с оптоэлектронной головкой 5, содержащей объектив и интегральную многоэлементную фотоприемную линейку. Выход оптоэлектронной головки связан с входом электронного блока первичной обработки информации, выход которого связан с компьютером. Устройство измеряет износ, высоту подвеса и зигзага контактного провода и позволяет повысить точность, быстродействие, упростить конструкцию и повысить надежность в эксплуатации и настройке. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения степени износа проводов контактной сети электрифицированного транспорта.

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.

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.

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.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности, расширение функциональных возможностей и производительности устройства, упрощение его конструкции и повышение надежности эксплуатации.

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.

Для достижения поставленной цели фотоприемная матрица выполнена одномерной, в виде линейки.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Формула изобретения

1. Устройство для измерения износа контактного провода, содержащее осветитель, установленный на крыше вагона-лаборатории, оптически сопряженный через контактный провод с блоком приема, блоки первичной обработки анализа и отображения информации и устройство для определения высоты подвеса контактного провода, отличающееся тем, что 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, а в качестве блока анализа и отображения информации использован компьютер, причем длина источника света превышает максимально возможное расстояние между крайними положениями (зигзага) контактного провода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотоприемная матрица выполнена одномерной в виде линейки.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в качестве устройства для определения высоты подвеса контактного провода использованы эталоны, жестко закрепленные на пантографе вагона-лаборатории.

4. Устройство по любому из пп. 1 - 3, отличающееся тем, что эталоны представляют собой фрагменты контактного провода с заранее заданной величиной площадки износа.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что отражатель осветителя имеет в сечении форму параболы.

6. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что отражатель осветителя имеет в сечении сложную форму, состоящую из полуокружности, переходящей в параболу.

7. Устройство по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено плоским зеркальным отражателем, оптически сопряженным с контактным проводом и оптоэлектронной приемной головкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4