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1、(10)申请公布号 CN 102295015 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102295015 A *CN102295015A* (21)申请号 201110135334.6 (22)申请日 2011.05.24 B61L 1/20(2006.01) (71)申请人 成都唐源电气有限责任公司 地址 610000 四川省成都市武侯区武青南路 33 号 (72)发明人 于龙 李昌峻 赵文军 金光 张士奎 杨佳 (74)专利代理机构 北京中海智圣知识产权代理 有限公司 11282 代理人 曾永珠 (54) 发明名称 非接触式弓网燃弧检测系统 (57) 摘要 本发明公开了一种非接。
2、触式弓网燃弧检测系 统， 包括光学成像测量装置、 紫外光电传感装置和 数据分析处理系统， 光学成像测量装置采集弓网 燃弧的光信号， 紫外光电传感装置将光信号转化 为脉冲电流信号， 数据分析处理系统将脉冲电流 信号解析成燃弧持续的时间、 强度以及每个跨距 燃弧发生的次数， 同时结合既有数据库中的信息， 对发生燃弧的区域进行精确定位。本发明首次将 紫外光电检测原理应用于弓网燃弧检测技术上， 将弓网燃弧发出的特定波长作为其检测特征。通 过对发生弓网燃弧时发出的紫外光进行检测， 从 而判断是否有弓网燃弧的产生， 并根据相应算法 计算出燃弧时间及强度等参数， 并且通过既有数 据库对燃弧地点进行定位， 方。
3、便以后线路的维护 和改造。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102295018 A1/1 页 2 1. 一种非接触式弓网燃弧检测系统， 其特征在于 ： 包括光学成像测量装置 (1)、 紫外光 电传感装置和数据分析处理系统 (2)， 光学成像测量装置 (1) 采集弓网燃弧的光信号， 紫外 光电传感装置将光信号转化为脉冲电流信号， 数据分析处理系统 (2) 将脉冲电流信号解析 成燃弧持续的时间、 强度以及每个跨距燃弧发生的次数， 同时结合既有数据库中的信息， 对 发生燃弧的区域进行精确定位。。
4、 2. 根据权利要求 1 所述的非接触式弓网燃弧检测系统， 其特征在于 ： 所述光学成像测 量装置 (1) 为能够将燃弧的光信号放大数十倍的紫外线采集透镜组， 该紫外线采集透镜组 安装在列车车顶外。 3. 根据权利要求 1 所述的非接触式弓网燃弧检测系统， 其特征在于 ： 所述紫外光电传 感装置主要由紫外传感器 (3) 和驱动电路组成， 紫外传感器 (3) 安装在列车车内。 4. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的非接触式弓网燃弧检测系统， 其特征在于 ： 所述光学 成像测量装置 (1) 与紫外光电传感装置通过 UV 光纤 (4) 连接。 5. 根据权利要求 1 所述的非接触式弓网燃弧检测。
5、系统， 其特征在于 ： 所述数据分析处 理系统 (2) 主要由基于 FPGA 的采集电路 (5) 和基于 DSP 的嵌入式系统 (6) 组成。 权 利 要 求 书 CN 102295015 A CN 102295018 A1/3 页 3 非接触式弓网燃弧检测系统 技术领域 0001 本发明涉及一种非接触式弓网燃弧检测系统。 背景技术 0002 在电气化铁路中， 电力机车的运行需要通过其顶部的受电弓与接触线的接触来获 取电能。受电弓与接触线接触状态直接影响着机车的受流质量， 同时也是接触网几何特征 值的综合反映。实际工况的接触线硬点或者不均匀磨耗将直接导致不良的弓网接触， 从而 产生燃弧并导致以。
6、下情况发生 ： (1) 造成电力机车不稳定运行 ； (2) 引起弓网之间异常磨 耗 ； (3) 产生电磁干扰 ； (4) 使牵引电机整流条件恶化 ； (5) 在主电路中引起过电压。因此， 需要检测弓网之间的燃弧情况， 从而保障电力机车安全可靠运行， 指导相应维护工作。 0003 目前国内外还没有专门针对弓网燃弧检测装置问世， 现阶段主要是检测弓网离 线状态， 当弓网之间发生离线时， 便会产生弓网燃弧， 但这种方法测量参数不具体， 不能检 测出离线时是否发生了弓网燃弧现象， 更不能提供燃弧时间、 强度等参数， 具有一定的局限 性。 0004 检测弓网离线状态的方法主要有 ： 0005 (1) 电。
7、流法 0006 该方法将受电弓电流及其微分值两者都为零的情形作为发生弓网离线的判定依 据， 电流沿接触网 - 受电弓 - 变流器 - 电动机 - 钢轨流动， 若发生弓网离线， 流过受电弓的 电流便会变为零， 但因此电流为交流电， 不离线时也有可能为零， 但此时其微分值也为零， 故可以检测出弓网离线状态。 0007 (2) 电阻法 0008 该方法根据弓网离线时导线间电阻突然变大的原理进行检测， 一旦发生离线现 象， 弓网间电阻变大， 电流变小， 进而检测到离线信号。 0009 (3) 电容电阻法 0010 该方法是在测量时， 在受电弓和地之间接入两个电容器和一个电阻， 利用电容器 测量受电弓电。
8、压， 电阻测量受电弓电流， 通过检测在弓网离线时电压电流波形的变化来检 测离线状态。 0011 (4) 压力检测法 0012 该方法是通过在受电弓上安装压力传感器， 对弓网接触压力进行检测， 从而判断 是否发生离线。 0013 在电气化铁路中， 受电弓和接触网会由于种种因素发生弓网燃弧现象， 对受电弓、 接触线均造成较大损害， 影响弓网受流质量， 并会产生过电压， 影响电气化铁路的运行质 量。现阶段对弓网燃弧现象的检测还没有具体设备问世， 主要是由于弓网燃弧发生的随机 性、 瞬时性等诸多不确定因素的存在。 发明内容 说 明 书 CN 102295015 A CN 102295018 A2/3 。
9、页 4 0014 本发明要解决的技术问题是提供一种具备较高精度和可靠性的非接触式弓网燃 弧检测系统。 0015 为解决上述技术问题， 本发明是通过以下技术方案实现的 ： 一种非接触式弓网燃 弧检测系统， 包括光学成像测量装置、 紫外光电传感装置和数据分析处理系统， 光学成像测 量装置采集弓网燃弧的光信号， 紫外光电传感装置将光信号转化为脉冲电流信号， 数据分 析处理系统将脉冲电流信号解析成燃弧持续的时间、 强度以及每个跨距燃弧发生的次数， 同时结合既有数据库中的信息， 对发生燃弧的区域进行精确定位。 0016 进一步地， 所述光学成像测量装置为能够将燃弧的光信号放大数十倍的紫外线采 集透镜组，。
10、 该紫外线采集透镜组安装在列车车顶外。 0017 更进一步地， 所述紫外光电传感装置主要由紫外传感器和驱动电路组成， 紫外传 感器安装在列车车内。 0018 更进一步地， 所述光学成像测量装置与紫外光电传感装置通过 UV 光纤连接。 0019 更进一步地， 所述数据分析处理系统主要由基于FPGA的采集电路和基于DSP的嵌 入式系统组成。 0020 与现有技术相比， 本发明的有益效果是 ： 首次将紫外光电检测原理应用于弓网燃 弧检测技术上， 将弓网燃弧发出的特定波长作为其检测特征。通过对发生弓网燃弧时发出 的紫外光进行检测， 从而判断是否有弓网燃弧的产生， 并根据相应的算法计算出燃弧时间 及强度。
11、等具体参数， 并且通过既有数据库对燃弧地点进行定位， 方便以后线路的维护和改 造。使用 UV 光纤传输紫外光信号， 从而可将紫外传感器安放至车体内， 大大减少了传感器 安装在车顶受到强电压、 强磁场、 噪声以及其他气候条件的影响， 具有较高的检测精度和可 靠性。另外， 设备的后端数据处理采用嵌入式系统， 代替了传统的工控机系统， 使设备使用 起来更加便携和可靠， 具有较强的便携性和设备可靠性， 功能扩展及维护也更加方便。 采用 紫外线采集透镜组采集微弱紫外光， 能最大程度收集到燃弧发射出的紫外光子。结合既有 数据库定位信息， 能将燃弧发生地点精确定位。 附图说明 0021 图 1 为本发明非接。
12、触式弓网燃弧检测系统的原理方框图。 0022 图中 ： 1- 光学成像测量装置， 2- 数据分析处理系统， 3- 紫外传感器， 4-UV 光纤， 5- 采集电路， 6- 嵌入式系统。 具体实施方式 0023 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 0024 实施例 ： 0025 如图 1 所示， 一种非接触式弓网燃弧检测系统， 包括光学成像测量装置 1、 紫外光 电传感装置和数据分析处理系统 2， 光学成像测量装置 1 采集弓网燃弧的光信号， 紫外光电 传感装置将光信号转化为脉冲电流信号， 数据分析处理系统 2 将脉冲电流信号解析成燃弧 持续的时间、 强度以及每个跨距燃弧发生的次。
13、数， 同时结合既有数据库中的信息， 对发生燃 弧的区域进行精确定位。所述光学成像测量装置 1 为能够将燃弧的光信号放大数十倍的紫 外线采集透镜组， 该紫外线采集透镜组安装在列车车顶外。所述紫外光电传感装置主要由 说 明 书 CN 102295015 A CN 102295018 A3/3 页 5 紫外传感器 3 和驱动电路组成， 紫外传感器 3 安装在列车车内。所述光学成像测量装置 1 与紫外光电传感装置通过 UV 光纤 4 连接。所述数据分析处理系统 2 主要由基于 FPGA 的采 集电路 5 和基于 DSP 的嵌入式系统 6 组成。 0026 上述实施例的主要工作过程如下 ： 0027 为。
14、了能够检测弓网燃弧， 最重要的是提取弓网燃弧的特征。弓网燃弧的特征主要 包括光特征、 热特征及电磁特征。其中， 光特征最为明显。 0028 根据高电压理论， 容易发现 ： 两个具有不同电位的导体相距比较近的时候， 当电场 场强大于一定值则空气间隙被击穿， 导体之间产生燃弧， 同时伴随着弧光。 0029 通过实验发现， 弓网产生的弧光包含一些特定波长的紫外光 ( 波峰为 280nm， 半波 宽度为 5nm)， 我们把这一特定的紫外光波段作为弓网燃弧的特征， 通过探测这一特征存在 来检测弓网燃弧。 0030 在图 1 中， 通过光学成像测量装置 1 设计的光路， 捕捉燃弧辐射出的紫外光子， 然 后利用 UV 光纤 4 将光信号从车顶传送至车内的紫外传感器 3 及驱动电路， 这样便可以有效 避免紫外传感器 3 中的探测器受电磁以及热效应影响的问题。紫外光电传感装置中的探测 器将紫外光子转换为脉冲电流信号， 通过驱动电路送至数据分析处理系统 2， 再通过嵌入式 系统 6 对脉冲电流信号进行分析处理， 从而判断出燃弧强度， 最后结合既有数据库线路信 息， 定位燃弧发生地点， 同时将处理结果传至上位机， 进行显示、 存储以及打印报表等工作。 说 明 书 CN 102295015 A CN 102295018 A1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102295015 A 。