一种用于监视铁路供电状况的装置 技术领域 本发明涉及一种用于在铁路输电线 ( 亦称为接触线或架空线 ) 与车辆受电弓头部 相接触以给所述车辆提供动力时监视所述输电线的状况的装置。
背景技术 由现有技术、 特别是 JP 2001-235310 中已知一种用于监视铁路输电线状况的装 置。该装置包括一台用于监视指示所述输电线操作能力的参数的摄像机。
在 JP2001-235310 中， 车辆包括带有测量元件的受电弓， 该受电弓包括支架和用 于沿输电线滑动的滑动触头。滑动触头通过弹簧与支架相连接。滑动触头和支架分别支持 红外光源， 使得摄像机用于记录光源关于垂直方向的相对位置。
因为测量元件被设置在受电弓和输电线之间， 因此， 由于安全问题， 特别是由于电 击的风险， 在商业服务期间不能使用该受电弓。
发明内容
本发明的一个目的是通过提供一种用于监视铁路输电线状况的装置来克服该缺 点， 该装置易于实施， 其使得能够在商业服务期间在监视输电线状况的同时使用受电弓。
为此， 本发明涉及一种用于当输电线与车辆的受电弓头部相接触以便为所述车辆 提供动力时监视铁路输电线状况的装置， 所述装置包括用于监视指示所述输电线的操作能 力的参数的摄像机， 其中， 该装置包括反射元件， 该反射元件设置在受电弓头部上并且包括 图案， 该摄像机设置在车辆上以便记录关于垂直方向的图案位置。
该反射元件可以被设置在受电弓头部上而对该受电弓没有任何变化， 使得所述受 电弓仍然可以用于为该车辆提供动力。因此， 本发明使得能够在铁路车辆的商业服务期间 监视铁路供电状况。
此外， 任何铁路车辆都可以装备该监视装置。 因此， 通过装备多个运行在铁路上的 服务列车， 能够连续监视铁路输电线的状况。
本发明的监视装置的其它特征如下所述 ：
- 该装置包括计算装置， 用于处理所述被监视的参数以确定所述参数是否相对于 参考值变化并确定该变化是否表明在所述输电线中故障的风险增加 ；
- 该装置包括全球定位系统， 用于当计算装置确定有故障风险时确定输电线上的 缺陷的位置 ；
- 计算装置用于通过比较连续的捕捉结果来计算受电弓头部的垂直移动的加速 度， 和基于此加速度计算受电弓施加在输电线上的力 ；
- 摄像机是线性摄像机， 其被配置为每秒传送至少 1000 个测量值 ；
- 反射元件的图案包括至少两个由反光材料制成的水平条 ；
- 摄像机包括通过倾转或移位可移动的镜头 ；
- 该装置包括指向反射元件的红外光源， 并且摄像机包括调谐为与红外光源具有相同波长的滤波器。
本发明还涉及具有用于与铁路输电线接触的头部的受电弓， 该受电弓包括具有图 案的反射元件。
本发明还涉及具有受电弓的车辆， 该受电弓包括用于与铁路输电线接触以便为所 述车辆提供动力的受电弓头部， 该车辆包括如上所述的装置。 附图说明 本发明的其它方面和优点将在阅读下面借助实例给出和参考附图的描述时变得 明显， 其中 ：
- 图 1 是装备有本发明的装置的车辆的示意图，
- 图 2 是装备图 1 的车辆的装置的示意图， 以及
- 图 3 是图 2 的装置的反射元件的前视图。
具体实施方式
参考图 1， 描述了用于在铁路 12 上运行的车辆 10。 车辆 10 是电气列车， 它包括至少一个用于从铁路 12 的输电线 16( 也称为悬链线 16) 收集电流以为电气列车 10 提供动力的受电弓 14。为此目的， 受电弓 14 包括一个受电 弓头部 14A， 用于与输电线 16 接触并沿着此输电线 16 滑动。受电弓 14 还包括一个关节杆 14B， 用于支持受电弓头部 14A。 关节杆 14B 起弹簧的作用， 用于将受电弓头部 14A 压靠在输 电线 16 上。
出于维护的原因， 尤其是为了检测输电线 16 的缺陷， 监视指示所述输电线 16 的操 作能力的参数很重要。当前监视的参数是受电弓 14 施加在输电线 16 上的力， 该参数可以 从受电弓头部 14A 关于垂直方向的移动推导出来。
为此目的， 车辆 10 装备有当所述输电线 16 与受电弓头部 14A 接触时用于监视铁 路输电线 16 状况的装置 18。
监视装置 18 包括设置在受电弓头部 14A 上的反射元件 20， 如图 2 所示。该反射元 件 20 优选地粘在受电弓头部 14A 上。例如， 反射元件 20 是一个反射粘结板。
应该注意的是， 反射元件 20 在受电弓头部 14A 上是易于安装或更换的， 且它不需 要电弓头部 14A 的结构变化。此外， 由于没有应力施加在反射元件 20 上， 所述反射元件 20 很少需要维护。
反射元件 20 包括无源图案 22， 且不包括发射元件。 例如， 图案 22 包括至少两个由 反光材料制成的水平条 24， 即， 该反光材料是能够反射入射光线使得每条被反射的光线近 似地沿着对应的入射光线的相反方向反射的材料。
水平条 24 关于垂直方向的移动与受电弓头部 14A 关于该垂直方向的移动相同。 因 此， 可以通过监视图案 22 的移动来监视受电弓头部 14A 的移动。
为此， 监视装置 18 也包括一台设置在车辆 10 上的摄像机 26。摄像机 26 聚焦于受 电弓头部 14A 以记录图案 22 关于垂直方向的位置。
有利地， 摄像机 26 是线性摄像机， 即， 传感器沿垂直方向排列的摄像机， 使得捕捉 结果仅是线性的。
摄像机 26 是高分辨率摄像机， 使得它能够检测图案 22 小于 1mm 的增量的移动。 因 此， 对受电弓头部 14A 的移动的监视是十分精确的。
摄像机被配置为每秒传送至少 1000 个捕捉结果。因为每个捕捉结果对应于输电 线 16 的一部分， 每秒大量的捕捉结果使得即使在高速车辆 10 上也能够监视到输电线 16 上 彼此非常接近的各部分。所以， 由于高采样频率， 监视装置 18 可以用在高速车辆 10 上。
此外， 摄像机 26 包括一个可移动的倾转移位式镜头。倾转是移动镜头使得镜头的 平面相对于摄像机的传感器的平面倾转。移位是镜头与传感器的平面平行的移动。倾转和 移位运动保证拥有足够的景深以便获得图案 22 的清晰图像。
有利地， 监视装置 18 包括一个设置在摄像机 26 附近且指向反射元件 20 的红外光 源 27。 在该情况下， 摄像机 26 包括一个调谐为与红外光源 27 具有相同波长的滤波器， 以消 除可见光。优选地， 红外光源 27 的波长大约为 960nm。
因此， 摄像机 26 只检测在反射元件 20 上反射的来自红外光源 27 的光。所以， 摄 像机的捕捉结果不受环境光的影响， 尤其是只有少量该波长的太阳光的影响。
此外， 监视装置 18 包括计算装置 28， 例如， 带有一些专用硬件、 连接至摄像机 26 的 计算机。计算装置 28 用于处理所述监视参数， 也就是， 受电弓头部 14A 的移动， 以确定所述 参数是否相对于参考值变化， 并确定变化是否表明在所述输电线中故障的风险增加。
在任何计算以前， 通过使用界定测量值的工作范围和所述工作范围的边界的基准 图案校准计算装置 28。工作范围通常等同于输电线 16 的运动范围， 也就是， 大约 1500mm， 并且工作范围的边界对应于输电线 16 的较低和较高位置。
一旦限定工作范围和边界， 关于基准图案测量受电弓头部 14A 的垂直位置。当该 列车 10 运动时， 该位置随时间变化。
把测得的位置对时间求导数， 得到受电弓头部 14A 在垂直方向的速度。
遵循相同的过程， 对速度求导数、 得到所述受电弓头部 14A 在垂直方向的加速度。 借助该参数， 遵循牛顿第二定律， 通过将所述加速度乘以与所述输电线相互作用的受电弓 头部的等效质量可以获得由受电弓头部 14A 施加在输电线 16 上的力 (F ＝ m ＊ a)。这个等 效质量传统上由受电弓静止的上举力获得。
当输电线 16 和受电弓头部 14A 之间的相互作用已知且已建立模型时可以使用另 外一种计算方法。事实上， 可以获得受电弓头部 14A 的动态特性的微分方程， 并将该方程作 为参考。所述方程上的三个导数等同于垂直位置、 速度和加速度。
借助来自在线测量的三个样本， 可以实时地计算出微分方程的三个参数。比较这 些参数， 如果这些参数在容许边界之内， 则可获得高精度的监视。
有利地， 通过监视这些参数由输电线和受电弓磨损引起的渐进偏差， 可以建立一 个故障预测模型。这意味着有许多方法建立该模型。
有利地， 摄像机 26 还被配置成检测当受电弓 14 和输电线 16 间的接触被断开时所 述受电弓 14 与所述输电线 16 之间产生的电火花。
有利地， 监视装置 18 包括连接至计算装置 28 的全球定位系统 (GPS)30。因此， 当 计算装置 28 确定有故障风险时， 该全球定位系统 30 确定车辆 10 在铁路 12 上的位置， 从而 告知维修部门输电线 16 上的缺陷位置。
因此， 维修部门可以在输电线 16 上被检测到有缺陷的部分上进行预防性的维修动作， 以避免输电线 16 的这些有缺陷的部分发生故障。
需要注意的是， 因为监视装置 18 可以被安装在任何车辆 10 上， 所以将该监视装置 18 安装在多个服务车辆上以在商业服务期间连续地监视输电线 16 的状态是十分有利的。
本发明允许在没有接触的情况下监视输电线 16 的状况， 因此避免了电气问题。
本发明不限制于上述的实施例。特别地， 反射元件 20 可以包括不同于两个水平条 的图案。