日盲式弓网燃弧监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及弓网燃弧监测技术领域，尤其涉及一种日盲式弓网燃弧监测装置。


背景技术：

2.在高速铁路中，接触网是主供电线路，列车通过接触网获得电能，电力牵引时，强大的动力所需要的电流能量必须通过机车或者动车组顶部安装的受电弓从接触网上受流，受流的方式主要采用列车或动车组的受电弓通过一对接触面与接触网的接触线在滑动接触中实现电流传递，弓网关系若出现问题，使得接触线的接触面产生异常，就可能产生异常电弧和大火花，如果线路不平顺，列车发生振动或者摇摆，影响到受电弓的稳定性造成接触不良，瞬间会发生弓网大分离，常态离线状态是一种非常危险的运行状态，离线的同时也会产生电弧和火花，既会直接烧伤和融化受电弓滑板面及接触线接触面，也会造成瞬间过电压或低电压，使得列车受流电流出现较大波动，严重时会让整个列车运行出现冲撞失稳，影响列车运行安全性。
3.弓网燃弧监测设备目前已在监测车、运营车进行了大量的装车使用，但目前弓网燃弧监测设备均基于高成本紫外燃弧相机设计实现，或者采用紫外传感器配合监控相机实现，实现方案成本高，使用要求高，且容易受到日光、各种灯光干扰，监测灵敏度较低。


技术实现要素：

4.针对上述存在的问题，本实用新型提供一种日盲式弓网燃弧监测装置，无需增加相机，就能够通过紫外光电倍增管配合低成本的单片机和dsp处理器实现弓网燃弧的监测，避免可见光及各种灯光的干扰，具有成本低、体积小和精确度高的优点。
5.本实用新型提供的技术方案为：
6.本实用新型提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，包括用于监测弓网燃弧的紫外探测单元、用于给所述紫外探测单元供电并进行脉冲计数的驱动电路和用于处理燃弧参数的数据处理单元；所述紫外探测单元包括用于监测185～260nm的中紫外光波段的紫外光电倍增管；所述驱动电路的电压为400vdc；所述紫外光电倍增管和所述驱动电路电性连接；所述驱动电路和所述数据处理单元电性连接。
7.优选地，所述驱动电路包括高压电源分压电路，信号放大器、脉冲信号比较器、脉冲整形器和闪烁计数器；所述高压电源分压电路与所述紫外光电倍增管电性连接，所述信号放大器与所述紫外光电倍增管电性连接；所述脉冲信号比较器与所述信号放大器电性连接；所述脉冲整形器与所述脉冲信号比较器电性连接；所述闪烁计数器与所述脉冲整形器电性连接；所述闪烁计数器与所述数据处理单元电性连接。
8.优选地，所述数据处理单元包括单片机和dsp处理器，所述单片机用于接收所述闪烁计数器处理后的数据并计算弓网燃弧发生的时间；所述dsp处理器用于计算弓网燃弧发生的强度。
9.优选地，所述数据处理单元与一上位机网络连接。
10.优选地，所述紫外探测单元、所述驱动电路和所述数据处理单元均集成在一设备壳体中，所述数据处理单元预留有与所述上位机通信的数据通信接口，所述设备壳体对应所述数据通信接口开设有网络接口。
11.优选地，所述设备壳体可拆卸地安装在列车上。
12.上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
13.本实用新型提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，采用监测波长为185～260nm的紫外光电倍增管监测燃弧，通过高压400vdc的驱动电路给紫外光电倍增管供电，然后通过脉冲计算的方式对燃弧时间和燃弧强度进行监测，最后将燃弧探测结果通过网络传输给上位机。使用日盲式弓网燃弧监测装置可避免可见光及各种灯光的干扰，提高燃弧监测的精度，和传统的利用紫外燃弧相机、可见光相机监测燃弧进行相比，具有集成化、成本低、监测精度高、方便维护、软件配置维护方便，使用寿命长等优点。
附图说明
14.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更佳明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。
15.图1是本实用新型实施例1提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置的简要结构示意图。
具体实施方式
16.在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要注意的是，本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。当在本说明书中如使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
17.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
18.实施例1
19.本实用新型实施例1提供一种日盲式弓网燃弧监测装置，参照图1进行理解，包括用于监测弓网燃弧的紫外探测单元1、用于给紫外探测单元1供电并进行脉冲计数的驱动电路2和用于处理燃弧参数的数据处理单元3；紫外探测单元1包括用于监测185～260nm的中紫外光波段的紫外光电倍增管11；驱动电路2的电压为400vdc；紫外光电倍增管11和驱动电路2电性连接；驱动电路2和数据处理单元3电性连接。
20.由于弓网发生燃弧时会产生电气磨耗，弓网间燃弧产生的电弧极易热侵蚀接触线线面及受电弓工作面,使得接触线出现严重的局部磨耗,受电弓工作面凹凸不平,使弓网关系形成恶性循环。燃弧还会影响列车取流质量,并使得牵引设备及机车本体设备工作条件变化,如牵引变电设备中的整流器和整流变压器等；燃弧产生的热效应烧蚀接触网零部件,破坏架空式刚性接触悬挂紧固性,对列车运营形成安全隐患。若弓网间燃弧极其严重,电弧持续时间长,电弧能量强,易延伸到刚性接触悬挂接地体上,引起牵引供电系统馈线开关跳闸,严重影响供电安全及行车运营。因此，燃弧的监测与即时处理是十分重要的。现有的燃弧监测技术包括使用紫外相机实现紫外光燃弧监测、使用定制的紫外光传感器配合监测相机进行紫外光监测、使用工业相机对弓网运行区域成像后通过图像算法实现对打火的报警和使用光学透镜搭配滤光镜进行监测等方式。但是紫外相机帧率低、成本高、难以满足燃弧监测要求；定制的紫外光传感器成本高、体积大、无法大批量使用；工业相机容易受到日光及灯光干扰，无法准确实现燃弧的准确监测，存在较大的局限性；光学透镜搭配滤光镜装配工艺复杂且精确度不够高，燃弧监测结果不准确。本实用新型实施例1提供的日盲式弓网燃弧监测装置主要通过光谱响应范围为185～260nm的中紫外光波段的紫外光电倍增管11进行燃弧监测，具体地，采用的是型号为r9533或r9454的紫外光电倍增管11。由于弓网和受电弓之间接触不良发生燃弧时释放的特定波段的紫外光除大部分波长280～400nm之间外，还有230～280nm波长的紫外光波段，而可见光波长为400～700nm，日光中的紫外光再通过大气层时由于大气平流层中的臭氧层对紫外光有强烈的吸收作用，实际上辐射到地面上的太阳紫外线波长多在280nm以上，低于280nm的波长区间即日盲区，因此我们通过电压为400vdc的驱动电路驱动光谱响应范围为185～260nm的紫外光电倍增管11单独对燃弧中的中紫外光波段进行监测，监测后的数据传输给数据处理单元3进行运算分析，最终得出燃弧的监测结果，避免了可见光与280～400nm波长的紫外光的干扰，使对燃弧的监测更加精准，除此之外紫外光电倍增管还具有成本低、体积小、配置简单的优点，能够大面积投入到列车的燃弧监测的实际应用中。
21.优选地，参照图1，在本实用新型实施例1提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，驱动电路2包括高压电源分压电路21，信号放大器22、脉冲信号比较器23、脉冲整形器25和闪烁计数器24；高压电源分压电路21与紫外光电倍增管11电性连接，信号放大器22与紫外光电倍增管11电性连接；脉冲信号比较器23与信号放大器22电性连接；脉冲整形器25与脉冲信号比较器23电性连接；闪烁计数器24与脉冲整形器25电性连接；闪烁计数器24与数据处理单元3电性连接。
22.本实用新型实施例1提供的日盲式弓网燃弧监测装置在实施时，驱动电路2中的高压电源分压电路21给紫外光电倍增管11供电，燃弧产生的日盲型紫外光辐射进入紫外光电倍增管11中，使得紫外光电倍增管11导通，紫外光电倍增管11利用金属和气体倍增的光电
效应能够将微弱的紫外光信号转化成电信号，紫外光电倍增管11导通后由信号放大器22将光信号放大，产生脉冲电压，并形成充放电振荡电路，并将脉冲信号比较器23作为高速开关，控制对驱动电路2中的电容充放电，充电结束后，振荡电路开始放电，期间由脉冲整形器25过滤干扰性电磁波，以保证监测结果的准确性，由闪烁计数器24计算放电完所需的脉冲次数，最终计算出的结果发送至数据处理单元3，由数据处理单元3进行进一步地分析处理。
23.进一步地，参照图1，本实用新型实施例1提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，数据处理单元3包括单片机31和dsp处理器32，单片机31用于接收闪烁计数器24处理后的数据并计算燃弧时间；dsp处理器32通过微积分原理分析计算弓网燃弧发生的强度。单片机31接收由闪烁计数器24计算出的脉冲次数，统计放电脉冲出现的相位分布，寻求反应电晕强弱的特征量，分析燃弧时长与燃弧率，通过单片机31与dsp处理器32的配合能够实现对燃弧的准确监测，提高燃弧监测结果的可靠性与精确性。在本实施例1中，单片机31具体采用stm3f407型号，stm32系列型号的单片机配合dsp处理器能够满足高性能、低成本、低功耗的应用设计需求，方便软件的配置与维护，为企业减少生产成本，带来更大收益。
24.本实用新型提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，优选地，数据处理单元3与一上位机4网络连接。依据不同工作情形的需求，数据处理单元3可通过多种形式，例如有线网络、wifi网络、4g网络等形式将燃弧监测结果发送至上位机4，上位机4的具体形式可依据需求决定，例如警报器或显示器，本实用新型实施例1不作具体的限定。
25.进一步地，本实用新型提供的一种日盲式弓网燃弧监测装置，紫外探测单元1、驱动电路2和数据处理单元3均集成在一设备壳体(附图未示出)中，数据处理单元3预留有与上位机4通信的数据通信接口(附图未示出)，设备壳体对应数据通信接口开设有网络接口(附图未示出)。将紫外探测单元1、驱动电路2和数据处理单元3集成在一设备壳体中，使得日盲式弓网燃弧监测装置结构更加紧凑，集成度高，能够压缩体积，避免装置体积过大给列车的运行造成不良影响。设备壳体内部数据处理单元3通过壳体上开设的网络接口与上位机进行网络连接，能够实现即插即用，降低装配难度，方便工作人员安装与维护。
26.优选地，本实用新型实施例1提供的一种能够日盲式弓网燃弧监测装置，设备壳体可拆卸地安装于列车受电弓的附近，能够监测到离设备壳体3m到8m之间的弓网燃弧数据，监测范围较为广泛。同时靠近受电弓区域，便于紫外光电倍增管11进行燃弧监测，获取监测数据，实时监测受电弓与弓网之间的拉弧现象，以进行准确的燃弧监测。此外，设备壳体可拆卸地安装在列车上，不仅便于维护，提高日盲式弓网燃弧监测装置的实用寿命，还便于根据不同列车运行环境，适应性地调整受电弓与设备壳体的位置，以便更好的保证本实用新型实施例1提供的日盲式弓网燃弧监测装置在不同的运行环境、不同的装配条件下都能达到良好的燃弧监测效果。
27.本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。
28.以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，
凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。