устройство для измерения износа контактного провода

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.

Описание изобретения к патенту

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).