устройство для измерения параметров контактного провода

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров контактного провода, содержащее осветитель, оптически сопряженный через контактный провод с блоками приема, первичной обработки, анализа и отображения информации, отличающееся тем, что осветитель выполнен линейным и снабжен отражателем, блок приема информации состоит по меньшей мере из двух оптоэлектронных головок, каждая из которых содержит оптическую систему в виде объектива и интегральную многоэлементную фотоприемную матрицу, блок первичной обработки информации содержит блок выделения и усиления видеосигнала, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной матрицы, а выход - с блоком формирования информационного сигнала, второй вход которого соединен с первым выходом блока развертки, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной матрицы, выход блока формирования информационного сигнала соединен с первым входом блока сопряжения, выход которого соединен с блоком анализа и отображения информации, в качестве которого использован компьютер.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между оптоэлектронными головками определяется из соотношения

L = D/N,

где D - максимально возможный диапазон отклонения положения контактного провода от продольной оси;

N - число оптоэлектронных головок.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что осветитель расположен на крыше вагона-лаборатории, а оптоэлектронные головки расположены на крыше вагона-лаборатории или внутри него.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оптоэлектронные головки и осветитель располагаются на пантографе токоприемника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров: степени износа, зигзага и высоты подвеса как одинарного, так и двойного контактного провода сети электрифицированного транспорта.

Известно устройство [1] для измерения износа контактного провода, 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/с и при движении вагона-лаборатории со скоростью 60 км/ч повторно сканирующий луч лазера вернется к крайнему проводу только через 0,002 с. За это время вагон пройдет около 0,035 м. 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 сложная обработка на ЭВМ с большим объемом памяти и высоким быстродействием. Необходима быстродействующая память с объемом от десятков и более мегабайт. Низкая скорость опроса кадра распространенных телевизионных преобразователей с частотой, равной 50 Гц (период 0,02 с), приводит к большой динамической погрешности, т.е. к большому шагу измерений вдоль контактного провода - до 0,3 м при скорости вагона-лаборатории 60 км/ч. 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, причем для определения последней в устройстве-прототипе предусмотрен дополнительный датчик высоты, связанный с токоприемником. Это усложняет конструкцию и снижает ее надежность.

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 при трении контактным проводом. Величина зигзага доходит до 600 мм относительно центра между рельсами. Прототип не позволяет измерять эту величину.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности, расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения износа, зигзага и высоты подвеса контактного провода, повышение производительности устройства и надежности эксплуатации, упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения параметров контактного провода, содержащем осветитель, оптически сопряженный через контактный провод с блоками приема, первичной обработки, анализа и отображения информации, осветитель выполнен линейным и снабжен отражателем, блок приема информации состоит по меньшей мере из двух оптоэлектронных головок, каждая из которых содержит оптическую систему в виде объектива и интегральную многоэлементную фотоприемную матрицу (линейку), в качестве блока анализа и отображения информации использован компьютер.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что расстояние между оптоэлектронными головками определяется из соотношения

L = D/N,

где D - максимально возможный диапазон оклонения положения контактного провода от продольной оси (зигзаг), N - число оптоэлектронных головок.

Для достижения поставленной цели в заявляемом устройстве осветитель может быть расположен на крыше вагона-лаборатории, а оптоэлектронные головки расположены на крыше вагона - лаборатории или внутри него.

В другом варианте исполнения заявляемого устройства оптоэлектронные головки и осветитель располагаются на пантографе токоприемника.

Теоретически, для горизонтально висящего провода достаточно одной оптоэлектронной головки. Однако на практике положение контактного провода в пространстве не определено. Во-первых, имеет место значительный разброс положения контактного провода по высоте - на железной дороге в пределах 5500-6800 мм (в диапазоне 1300 мм).

Во-вторых, в процессе измерения относительно движущегося вагона контактный провод не висит неподвижно, а совершает сложное колебательное движение. На это оказывают влияние многие факторы - состояние рельсового пути и полотна дороги, неравномерность износа контактного провода, направление и сила ветра при измерениях, скорость вагона-лаборатории Это в свою очередь оказывает влияние на освещенность площадки износа контактного провода в каждый момент времени. Кроме того, для устойчивого приема отраженного от площадки износа контактного провода светового потока и проведения измерений необходимо это делать с разных ракурсов поперек железнодорожного пути и обрабатывать эти сигналы.

Для устойчивого приема световой информации от площадки износа КП при любом ее положении в пространстве, повышения точности и исключения дополнительного датчика высоты подвеса контактного провода в заявляемое устройство введено N оптоэлектронных головок (по меньшей мере две).

На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - схема оптических лучей; на фиг. 3 - один из вариантов исполнения заявляемого устройства.

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 контактного провода 3. Источник света 2 снабжен отражателем 4. Источник света 2 через контактный провод 3 оптически связан с N (ноне менее двух) оптоэлектронными головками 5, представляющими собой оптическую систему, выполненную в виде объектива 6 и интегральной фотоматрицы 7. Выход оптоэлектронной головки 5 связан со входом электронного блока первичной обработки сигналов 8, выход которого связан с компьютером 9. Электронный блок первичной обработки сигналов 8 содержит блок выделения и усиления видеосигнала 10, вход которого соединен с выходом фотоматрицы (линейки) 7, а выход - со входом блока формирования информационного сигнала 11, второй вход которого соединен с первым выходом блока развертки 12, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной матрицы (линейки) 7. Выход блока формирования информационного сигнала 11 соединен с первым входом блока сопряжения 13, выход которого соединен с компьютером 9.

Оптоэлектронные головки могут быть жестко связаны с вагоном-лабораторией 1 (располагаться на крыше или внутри вагона), как показано на фиг.1. Другим вариантом исполнения заявляемого устройства является случай, когда оптоэлектронные головки располагаются на пантографе 14, как показано на фиг.3. Оба варианта исполнения обладают своими достоинствами и недостатками.

При расположении оптоэлектронных головок 5 на крыше или внутри вагона 1 для определения высоты подвеса контактного провода не требуется дополнительный датчик высоты подвеса как в аналогах. Информация о высоте выделяется с сигналов двух и более оптоэлектронных головок, используемых одновременно и для определения износа и зигзага. Однако необходимо проводить коррекцию величины износа контактного провода при изменениях высоты подвеса что, несколько усложняет программу обработки информации.

При расположении оптоэлектронных головок на пантографе (токоприемнике) 14 происходит автоматическое отслеживание изменений высоты подвеса контактного провода, что исключает необходимость введения поправок, однако, оптоэлектронные головки находятся под высоким напряжением, что требует организации высоковольтной гальванической развязки между ними и блоками обработки и регистрации результатов, включая последние, с которыми взаимодействует оператор-контролер. Для определения всех параметров контактного провода, включая высоту, требуется дополнительный датчик высоты подвеса.

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, попадают через оптическую систему 6 оптоэлектронных головок 5 на фотоматрицы 7 и "засвечивают" определенный их участок. Электронный блок первичной обработки сигналов 8 обеспечивает развертку фотоматриц 7 и соответствующую обработку видеосигнала для выделения необходимой информации о положении и величине проекции световых пучков, отраженных от контактного провода (или проводов). После преобразования в блоке сопряжения 13 электрического сигнала в цифровой код последний поступает в компьютер 9 для вычисления необходимых данных.

В случае двух оптоэлектронных головок (N=2) измеряемые параметры контактного провода: площадка износа, высота и зигзаг контактного провода определяются из соотношений (см. фиг. 3, 4):







где L_и - площадка износа (по величине площадки износа L_и определяют износ контактного провода); L_кп1, L_кп2 - величина проекций светового пучка, отраженного контактным проводом, на интегральную фотоприемную матрицу; H - высота подвеса контактного провода относительно фотоматрицы; F - фокусное расстояние оптических систем 6 оптоэлектронных головок 5; Z - зигзаг; B - базовая линия (расстояние между центрами осей оптических систем 6); X₁ и X₂ - расстояния между крайними точками проекции контактного провода на фотоматрицу и оптическими осями оптических систем 6.

Источники информации, принятые во внимание

1. Авторское свидетельство СССР N 1766727.

2. Авторское свидетельство СССР N 921900 - прототип.

3. Системы технического зрения. Справочник (В.И. Сырямкин, В.С.Титов, Ю. Г.Якушенков, Р.М.Галиулин и др.) Под общ. ред. В.И. Сырямкина и В.С.Титова - Томск. МГП " Раско". 1993. с 36 - 132.