устройство для измерения усилия прижима токосъемника

Формула изобретения

1. Устройство для измерения усилия прижима между контактным проводом (1) и токосъемником (3) электрически питаемого транспортного средства, в частности электрического рельсового тягового транспортного средства, содержащее, по меньшей мере, один волоконно-оптический датчик, предназначенный для определения усилия прижима между контактным проводом (1) и контактной накладкой (6) токосъемника (3), устройство для управления датчиком и обработки его сигналов и соединяющее их волоконно-оптическое устройство (27) для передачи сигнала с разделением потенциалов, отличающееся тем, что между контактным башмаком (8) и основанием (7) контактной накладки (6) расположены два прочно соединенных с обоими элементами упругих деформируемых тела (11), которые несут контактный башмак (8) и в которые встроено по одному волоконно-оптическому отражательному датчику (19), детектирующему эквивалентные усилию прижима деформации деформируемого тела (11) и сигнализирующему об этом упомянутое устройство (27) для управления сигналом датчика и его обработки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) содержит первую часть (12), вторую часть (13) и соединяющее обе части (12, 13) пружинящее устройство (14), которое в направлении воздействующего на часть (13) усилия (F) прижима обеспечивает эквивалентное усилию прижима движение частей (12, 13) относительно друг друга, при этом волоконно-оптический отражательный датчик (19) расположен внутри каждого упругого деформируемого тела (11) и ориентирован параллельно направлению его движения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) содержит первую часть (12), вторую часть (13) и соединяющее обе части (12, 13) пружинящее устройство (14), которое в направлении воздействующего на часть (13) усилия (F) прижима обеспечивает эквивалентное усилию прижима движение частей (12, 13) относительно друг друга, при этом волоконно-оптический отражательный датчик (19) расположен внутри каждого упругого деформируемого тела (11) и ориентирован перпендикулярно направлению его движения.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что волоконно-оптический отражательный датчик (19) содержит первую вставку (20), которая закреплена в первой части (12) и направляет передающий световод (22) для переданного светового луча (24) и приемный световод (23) для принятого светового луча (25), и вторую вставку (21), которая аксиально отстоит от первой вставки (20) на расстоянии (а), закреплена во второй части (13) и несет отражательную поверхность (26), причем выходная поверхность для света передающего световода (22) и входная поверхность для света приемного световода (23) расположены рядом друг с другом, а отражательная поверхность (26) расположена напротив.

5. Устройство по пп.2 и 4, отличающееся тем, что волоконно-оптический отражательный датчик (19) детектирует изменение отраженного светового потока, возникающее за счет эквивалентного усилию прижима изменения расстояния (а) между первой вставкой (20) и отражательной поверхностью (26).

6. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что волоконно-оптический отражательный датчик (19) детектирует изменение отраженного светового потока, возникающее за счет эквивалентного усилию прижима изменения отражающей части отражательной поверхности (26).

7. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) встроено в основание (7) контактной накладки (6).

8. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) встроено в контактный башмак (8) контактной накладки (6).

9. Устройство по одному из пп.2-6, отличающееся тем, что соединяющее обе части (12,13) пружинящее устройство выполнено в виде двойной листовой пружины (листовая пружина 15 с листовой пружиной 16).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) выполнено за одно целое с первой частью (12), второй частью (13) и пружинящим устройством (14).

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) выполнено за одно целое с основанием (7) контактной накладки (6).

12. Устройство по одному из пп.9-11, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) содержит упоры (17, 18), которые механически ограничивают максимально возможное движение частей (12, 13) относительно друг друга.

13. Устройство по одному из пп.1-12, отличающееся тем, что упругое деформируемое тело (11) защищено от атмосферных воздействий податливой и герметизирующей оболочкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для измерения усилия прижима между контактным проводом и токосъемником электрически питаемого транспортного средства, в частности, электрического рельсового тягового транспортного средства, более подробно охарактеризованному в ограничительной части формулы.

Токосъемники современных высокоскоростных рельсовых транспортных средств должны выполняться в отношении усилия контакта между контактной накладкой их токосъемника и контактным проводом в виде активно регулируемых токосъемников с тем, чтобы независимо от относительных движений между рельсовым транспортным средством и контактным проводом, зависимых от ветра и скорости транспортного средства, воздействующих на детали токосъемника аэродинамических сил, а также характера колебаний токосъемника, контактного провода и удерживающей его цепной подвески найти и поддерживать оптимальные параметры качества энергоснабжения и износа места контакта между контактным проводом и контактной накладкой. В то время как та составляющая реального усилия контакта, которую можно определить путем измерения зависимого от скорости транспортного средства, набегающего на детали токосъемника потока воздуха и запомнить для алгоритма регулирования в качестве параметрической функции, определение усилия F прижима, являющегося результирующей от механического действия токосъемника и контактной сети, требует устройства, которое как можно ближе к упомянутому месту контакта определяло бы это усилие прижима по его величине и точке приложения и от места измерения, находящегося на уровне высокого напряжения (например, 3 кВ постоянного напряжения; 15 или 25 кВ переменного напряжения), направляло бы эквивалентные усилию прижима сигналы к установленным внутри транспортного средства устройствам обработки, имеющим противоположный потенциал. Ниже под термином "усилие F прижима" следует понимать эту составляющую реального усилия контакта между контактным проводом и контактной накладкой, являющуюся результирующей от механического действия токосъемника и контактной сети.

Родовое устройство для определения реального усилия контакта между контактным проводом и токосъемником описано в патенте США 5115405 А. При этом на контактной накладке установлен волоконно-оптический датчик усилия, который через световоды (и, тем самым, с разделением электрических потенциалов и, в основном, независимо от электрических и магнитных полей помех) соединен с установленным внутри транспортного средства устройством, от которого он питается светом и которое получает его зависимый от усилия прижима сигнал. Датчик усилия состоит из оптического волокна, которое натянуто ниже находящегося в контакте с контактным проводом контактного башмака, а его держатель подпружиненно зажат. Действующее на контактный башмак усилие контакта приводит к деформации и микроизгибу зажатого оптического волокна, которое вследствие этого изменяет свои светопередающие свойства. С помощью этого устройства должно быть обнаружено обусловленное, например, порывами ветра превышение верхнего порогового значения и/или понижение нижнего порогового значения ниже заданного реального усилия контакта между контактной накладкой и контактным проводом и посредством электронно-пневматического командного устройства и пневматического, компенсирующего демпфирование исполнительного звена должно быть скорректировано усилие прижима. Для регистрации и сигнализации превышения пороговых значений усилия контакта или их понижения ниже заданных это устройство представляется пригодным. Для измерения усилия контакта, эффективного в пределах определенного диапазона усилия, это устройство, однако, совершенно непригодно, поскольку волоконно-оптический датчик усилия имеет очень низкое отношение сигнал/шум и достаточно точное непрерывное определение измеряемого значения невозможно. Определить точку приложения усилия прижима к контактной накладке этот датчик не позволяет. Поскольку устройство проходит по всей длине контактного башмака, оно имеет значительную пространственную протяженность и массу, которые могут оказать неблагоприятное влияние на колебательную и аэродинамическую характеристики токосъемника. Техническое выполнение представляется слишком восприимчивым к нагрузкам, неизбежным при монтаже, обслуживании и транспортировке токосъемника. Поскольку со степенью механической нагрузки оптического волокна изменяется температурная зависимость светопередающих свойств, эффективная компенсация этих нагрузок и деформаций вряд ли достижима. Постоянные изменяющиеся механические нагрузки и деформации, которым подвержено оптическое волокно этого датчика усилия, ограничивают срок службы этого волоконно-оптического датчика и не обеспечивают, тем самым, эксплуатационную надежность устройства.

В европейском патенте 0697304 А2 раскрыто устройство для измерения усилия прижима активно регулируемого токосъемника, у которого под несущим головку токосъемника опорным изолятором, установленным на вертикально выдвигающейся конструкции или соответствующим контактному башмаку, предусмотрен датчик нагрузки с аналоговым измерением, который должен взаимодействовать с другими датчиками измерения длины, с тем чтобы через блок управления оказывать влияние на действие двух отдельно работающих приводов вертикального подъема. Этот датчик нагрузки должен быть также выполнен с использованием световодов, о конструкции, расположении и действии которых подробных сведений не приведено. По крайней мере, при расположении датчика нагрузки под опорным изолятором возникают значительные трудности в отношении определения величины усилия прижима, поскольку действующие между местом контакта и местом измерения ветровые нагрузки и силы инерции влияют на результат измерения. На основе приведенного на чертежах размера датчика нагрузки не представляется возможным его расположение вблизи контактного башмака, поскольку это оказало бы неблагоприятное влияние на колебательную и аэродинамическую характеристики токосъемника. С помощью этого датчика нагрузки невозможно определить место приложения усилия прижима к контактной накладке.

Более точное описание устройства со специальным световодным датчиком, с помощью которого в области железнодорожной техники, например в смонтированных на пути устройствах счета осей, измеряют механические сжимающие усилия, раскрыто в патенте ФРГ 19518123 С2. Этот датчик содержит внутреннюю трубку и коаксиальную ей наружную трубку, которая разделена в продольном направлении и образует две соприкасающиеся между собой получаши. Светопроводящее стекловолокно уложено в виде винтовой линии между внутренней трубкой и чашами наружной трубки в эластичную массу и при односторонней механической сжимающей нагрузке датчика, при которой сходятся обе получаши наружной трубки, приобретает обратимый изгиб в определенном диапазоне радиуса изгиба, в результате чего проходящий через стекловолокно сигнал демпфируется с возможностью его измерения. Конструкция такого датчика сложна. Он подходит только для одного направления нагрузки, однако не может быть встроен в токосъемник в качестве конструктивно самостоятельно несущей детали и при чрезмерной механической нагрузке разрушился бы. Переменная механическая нагрузка и деформация оптического волокна снижает эффективность мероприятий по компенсации температуры и также приводит к ограничению срока службы и эксплуатационной надежности. Такой датчик представляется поэтому непригодным для измерения усилия прижима токосъемника с целью активного регулирования последнего.

Другое устройство для измерения усилия прижима активно регулируемого токосъемника предложено в патенте ФРГ 19540913 С1. При этом датчик усилия должен быть расположен на несущей одну контактную накладку амортизационной стойке, а датчик ускорения - на несущем две параллельные контактные накладки балансире полупантографа. Оба сигнала датчиков подают на входы регулирующего устройства, управляющего особыми актуаторами кручения, которые расположены вокруг оси между нижним и верхними плечами полупантографа и дополнительно к обычному подъемному устройству токосъемника обеспечивают усилие прижима контактных накладок к контактному проводу. Судя по фигурам, можно предположить, что усилие прижима контактной накладки к контактному проводу определяют через измерение перемещения по пружинению амортизационной стойки или датчик усилия измеряет усилие, передаваемое через амортизационную стойку. Недостатком является относительно большое удаление между датчиками и собственно местом контакта между контактным проводом и контактной накладкой, поскольку действующие между местом контакта и соответствующим датчиком силы инерции и ветровые нагрузки влияют на результаты измерения и могут исказить результат регулирования. О выполнении и принципе действия датчиков в этом источнике информации, однако, ничего не сказано.

Во французской журнальной публикации "Delfosse, P.; Sauvestre, В.: Measurement of contact pressure between pantograph and catenary". Revue Generate des Chemins de Fer", VOL. 1, 6, 1983, стр. 497-506 представлено устройство для измерения усилия прижима, служащее для оценки состояния контактной сети из контактного провода и цепной подвески и использующее особым образом выполненный измерительный токосъемник, у которого каждая из двух расположенных параллельно друг другу контактных накладок заменена специальной контактной планкой, опирающейся на две гибкие траверсы, которые посредством тензодатчиков и потенциометрического измерения позволяют по оказываемым на односторонне зажатую гибкую траверсу крутящим моментам определить действующее на каждую контактную планку усилие прижима как по его величине, так и по точке приложения. Расположенные в зоне балансира токосъемника и имеющие потенциал высокого напряжения датчики должны быть с высокими аппаратурными затратами отделены по потенциалу от их встроенных в систему управления транспортного средства устройств энергоснабжения, обработки сигналов и управления и с помощью особых мер защищены от электрических и магнитных полей помех. Изображенное расположение датчиков усилия не обладает защитой от механических и атмосферных влияний. Конструктивная привязка этого устройства к пригодному для эксплуатации токосъемнику представляется сложной и трудоемкой, дополнительная масса гибкой траверсы неблагоприятно повлияла бы на колебательную и аэродинамическую характеристики токосъемника, так что такое устройство с подобными датчиками непригодно для активного регулирования или для измерения качества контакта реального токосъемника при эксплуатации.

Из европейского патента 0363623 известно устройство для измерения усилия прижима между контактным проводом и токосъемником электрически питаемого транспортного средства, в частности электрического тягового транспортного средства, содержащее, по меньшей мере, один волоконно-оптический датчик, предназначенный для определения усилия прижима между контактным проводом и контактной накладкой токосъемника, устройство для управления датчиком и обработки его сигнала и соединяющее их волоконно-оптическое устройство передачи сигнала с разделением потенциалов, причем между основанием и держателем контактной накладки расположены два прочно соединенных с ними деформируемых тела, которые несут контактную накладку и в каждое из которых встроен волоконно-оптический датчик, детектирующий эквивалентные усилию прижима деформации деформируемых тел и сигнализирующий об этом упомянутое устройство для управления датчиком и обработки его сигнала, в котором детектированные деформации преобразуют в эквивалентные усилию прижима сигналы и выдают их или из которых выводят и выдают нужные, эквивалентные изменению усилия прижима команды.

Задачей изобретения является создание родового устройства, которое использовало бы преимущества, в целом, ожидаемые, согласно уровню техники, для волоконно-оптических датчиков с волоконно-оптической передачей сигнала для измерения усилия под высоким напряжением и описанные для определенных волоконно-оптических датчиков, а также исключало бы его недостатки. При этом волоконно-оптический датчик такого устройства должен быть расположен как можно ближе к фактическому месту контакта между токосъемником и контактным проводом и должен непосредственно измерять действующие между деталями усилия без больших относительных перемещений между ними. Решение должно обеспечивать такие форму, величину, массу и расположение упомянутого измерительного устройства с волоконно-оптическим датчиком, чтобы колебательная и аэродинамическая характеристики токосъемника оставались как можно более ненарушенными. Это устройство должно обеспечивать определение усилия прижима как по его величине, так и по месту приложения к контактному башмаку, создавать эквивалентные усилию прижима сигналы и выдавать их или создавать и выдавать изменяющие усилие прижима команды, используемые для активно регулируемого токосъемника.

Эта задача решается посредством устройства родового вида с отличительными признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования и выполнения приведены в зависимых пунктах.

С помощью устройства, согласно изобретению, можно вырабатывать такие эквивалентные усилию прижима сигналы или выводить из них и выдавать такие эквивалентные изменению усилия прижима команды, которые необходимы для непрерывного регулирования усилия прижима токосъемника посредством привода его подъема и устройства управления приводом, причем используются преимущества, известные, в принципе, для волоконно-оптических датчиков и передачи их сигналов с разделением электрических потенциалов.

Решение, согласно изобретению, позволяет определять усилие прижима как по его величине (путем суммирования сигналов обоих волоконно-оптических датчиков, несущих контактную накладку или контактный башмак), так и по точке приложения (путем сравнения сигналов отдельных усилий обоих волоконно-оптических датчиков, несущих контактную накладку или контактный башмак, и математического применения законов рычага). Поскольку известно, что пики усилия прижима регулярно возникают там, где контактный провод и цепная подвеска подвешены на опорах контактной сети, знание изменяющейся точки приложения усилия прижима в алгоритме регулирования может быть использовано для обнаружения зигзагообразного прохождения контактного провода, определения интервалов между опорами контактной сети, а также ее первого и второго отводов и использовать для регулирования усилия прижима, с тем чтобы предотвратить появление его пиков.

Существенное преимущество изобретения состоит в том, что устройства, согласно изобретению, можно легко модифицировать также для применения в других областях техники, где необходимо измерять усилия, а также давления и ускорения между деталями, имеющими потенциал высокого напряжения. По сравнению с обычными до сих пор методами измерений с помощью тензодатчиков и путем потенциометрического образования данных измерений или с помощью пьезоэлектрических датчиков усилия достигается существенное уменьшение затрат на измерительное устройство, а также на преобразование, передачу и обработку сигнала.

Другое существенное преимущество изобретения состоит в том, что детали измерительного устройства с волоконно-оптическим датчиком выполнены и соединены так, что они имеют минимально возможные размеры и массу и могут быть встроены между деталями токосъемника с возможностью передачи усилия.

Другое преимущество состоит в том, что детали измерительного устройства, необходимые для устройств, согласно изобретению, выполнены с возможностью их изготовления экономично и с воспроизводимыми свойствами.

Следующее преимущество изобретательской идеи состоит в том, что, например, у изображенного в примере выполнения варианта необходимы лишь очень небольшие изменения в конструкции уже опробованных и находящихся в эксплуатации типов токосъемников, так что возможно также экономичное дооборудование устройствами, согласно изобретению, множества находящихся в эксплуатации электрических рельсовых тяговых транспортных средств.

Эквивалентные усилию прижима сигналы, выработанные выполненными, согласно изобретению, устройствами, пригодны также для особых измерений, с помощью которых можно, например, проверить качество контакта токосъемника или оценить состояние контактного провода и его цепной подвески на участке пути.

Изобретение на примере устройства для передачи энергии с контактного провода на рельсовое тяговое транспортное средство, который не следует понимать как ограничивающий, пояснено и описано ниже с помощью чертежей, на которых изображают:

фиг.1 - общий вид расположения устройства, согласно изобретению, для токосъемника рельсового тягового транспортного средства;

фиг. 2 - разрез части расположения и конструкции устройства согласно изобретению;

фиг.3 - принцип работы волоконно-оптического отражательного датчика;

фиг. 4 - характеристика р=р(а) уровня сигнал/расстояние волоконно-оптического отражательного датчика устройства, согласно изобретению.

На фиг. 1 рельсовое тяговое транспортное средство 2 содержит со стороны крыши изолированный от высокого напряжения контактного провода 1 токосъемник 3 типа полупантограф, который на своем верхнем конце упруго направляет балансир 4, несущий посредством своей рамы 5 пару параллельных контактных накладок 6 и направляющий их по контактному проводу 1. Контактные накладки 6 состоят при этом, в основном, из основания 7 и контактного башмака 8, прочно соединенного с ним и поддерживающего контакт с контактным проводом 1. К нижнему концу токосъемника 3 присоединен привод его подъема, который управляем от управляющего устройства 10 и должен прижимать контактную накладку 6 к контактному проводу 1 с определенным усилием прижима. Возникающее усилие прижима не является, однако, постоянной величиной, а вследствие скорости транспортного средства, интенсивности и направления ветра, неподвижного положения направляющей контактный провод цепной подвески и ее вызванных токосъемником, трением и ветром колебаний, а также вследствие относительного перемещения электрического тягового транспортного средства вдоль пути его движения подвержено постоянным изменениям. Поддержание усилия прижима в пределах как можно более узкого диапазона является, однако, существенным для бесперебойной передачи энергии на электрическое тяговое транспортное средство и минимально возможного износа контактного башмака и контактного провода и становится более важным и более трудным с возрастанием скорости и мощности транспортного средства. Активное регулирование токосъемника с целью поддержания усилия прижима в пределах как можно более узкого задаваемого поля допусков предполагает его, по возможности, точное и непрерывное определение, причем место измерения следует расположить, по возможности, в непосредственной близости от фактического места контакта между контактным проводом 1 и контактным башмаком 8.

Согласно предлагаемому изобретению упругое деформируемое тело 11 должно быть расположено между основанием 7 и контактным башмаком 8. Измеренное таким устройством усилие гораздо ближе к реальному усилию контакта, поскольку действующие на основание 7 в качестве положительной или отрицательной подъемной силы составляющие усилия от зависимого от скорости ветра и транспортного средства воздушного потока также учитываются измерительным устройством.

В упругое деформируемое тело встроен известный сам по себе волоконно-оптический отражательный датчик 19, который соединен с разделением электрических потенциалов с соответствующим, модифицированным обычным образом по сравнению с известными сами по себе случаями применения, устройством 27 для управления сигналом датчика и его обработки. В то время как рама 5 балансира, оба упругих деформируемых тела 11 и контактная накладка 6 находятся под высоким напряжением контактного провода 1, устройство 27 для управления сигналом датчика и его обработки посылает и принимает волоконно-оптическим путем сигналы с разделением электрических потенциалов и может быть поэтому установлено в любом месте с противоположным потенциалом в систему управления электрического тягового транспортного средства 2 и может снабжать управляющее устройство 10 привода 9 подъема токосъемника эквивалентными усилию прижима сигналами 28 или нужными, изменяющими усилие прижима командами 29 с обычным потенциалом управляющего сигнала.

Каждое упругое деформируемое тело 11 содержит при этом жестко соединенную с контактным башмаком первую часть 12, жестко соединенную с основанием 7 контактной накладки 6 вторую часть 13 и соединяющее обе части 12, 13 пружинящее устройство 14, которое в направлении приложения усилия F прижима обеспечивает движение частей 12, 13 относительно друг друга.

Пружинящее устройство 14 выполнено таким образом, что это движение между частями 12, 13 является свободным в пределах нужного диапазона измерения передаваемой от контактного башмака 8 на основание 7 составляющей усилия F прижима, действующей через отдельные упругие деформируемые тела.

Вмонтированный в качестве примера в каждое упругое деформируемое тело 11 волоконно-оптический отражательный датчик 19 состоит, в основном, из двух пространственно отделенных друг от друга элементов. Первая вставка 20, прочно ввинченная в первую часть 12 упругого деформируемого тела 11, содержит два параллельных друг другу и расположенных на определенном расстоянии друг от друга световода, из которых передающий световод 22 направляет идущий от устройства 27 переданный световой луч 24 и обеспечивает его выход из своей торцовой поверхности в пределах определенного угла излучения. Этот свет падает на пространственном расстоянии а на отражательную поверхность 26 второй вставки 21, которая закреплена во второй части 13 упругого деформируемого тела 11, и отражается отражательной поверхностью 26 в направлении первой вставки 20.

Как видно из фиг.3, зависимый от расстояния а между обеими вставками 20, 21 частичный световой поток улавливается приемным световодом 23 и в качестве принятого светового луча 25 подается к устройству 27 для управления сигналом датчика и его обработки.

Если волоконно-оптический отражательный датчик 19 ориентирован внутри упругого деформируемого тела 11 так, что отражательная поверхность 26 проходит перпендикулярно направлению приложения усилия F прижима, то волоконно-оптический отражательный датчик 19 детектирует изменение отраженного светового потока, которое возникает за счет изменения расстояния а между первой вставкой 20 и отражательной поверхностью 26 вследствие изменения усилия F прижима, так что устройство 27 для управления сигналом датчика и его обработки после соответствующей калибровки обнаруживает по изменению разности световых потоков между переданным 24 и принятым 25 световыми лучами изменение расстояния а между вставками 20, 21 соответствующего волоконно-оптического отражательного датчика 19 и по сумме сигналов обоих волоконно-оптических отражательных датчиков 19, несущих каждый контактную накладку 6, определяет воздействующее усилие F прижима. При этом упругое деформируемое тело 11 выполнено в отношении материала и геометрии так, что волоконно-оптический отражательный датчик 19 работает в одном из обоих диапазонов M1 или М2 измерения его характеристики р=р(а) уровень сигнала/расстояние, изображенной на фиг.4 с обеих сторон от максимума Р уровня сигнала.

Параллельные друг другу и расположенные на определенном расстоянии друг от друга передающие и приемные световоды 22, 23 выполнены целесообразно в виде световодных волоконных жгутов, которые могут быть однократно (как, например, на фиг.3) или многократно отделены друг от друга или расположены концентрично вокруг друг друга или могут проходить в виде статистически смешанного волоконного жгута.

Согласно другой форме выполнения изобретения (не показана), волоконно-оптический отражательный датчик 19 ориентирован внутри упругого деформируемого тела 11 так, что отражательная поверхность 26 проходит не перпендикулярно, а параллельно направлению приложения усилия F прижима, так что деформация упругого деформируемого тела 11 вызывает боковое смещение отражательной поверхности 26 с прежним расстоянием а от первой вставки 20. При этом отражательная поверхность 26 должна быть расположена, например, так, чтобы ее край перемещался через изображенную на фиг.3 зону наложения переданного 24 и принятого 25 световых лучей. Таким образом, волоконно-оптический отражательный датчик 19 детектирует изменение отраженного светового потока, возникающее за счет изменения отражающей части отражательной поверхности 26 вследствие изменения усилия F прижима.

Особенно предпочтительным для пружинящего устройства 14 оказалось изображенное на фиг.2 устройство с двойной листовой пружиной, листовые пружины 15 и 16 которой на одном конце посредством первой части 12 сообща зажаты и сообща нагружаются, а на другом конце посредством второй части 12 также сообща зажаты и сообща нагружаются. Такое упругое деформируемое тело, с одной стороны, является упругим и имеет в направлении измеряемого, вертикально действующего усилия F прижима относительно большой, приблизительно линейно направленный ход пружинения и высокую упругость, благодаря чему достигаются высокое разрешение с крутой характеристикой уровень сигнала/усилие прижима и высокое отношение сигнал/шум, эффективно подавляющее помеховые сигналы из мест соединения деформируемого тела и детали, собственных колебаний детали и фрикционных колебаний между контактным проводом и контактным башмаком. С другой стороны, оно имеет в перпендикулярных измеряемому усилию F прижима направлениях высокую жесткость и устойчивость к поперечным и продольным усилиям, которые, например, с ветровой нагрузкой до 1000 Н воздействуют в горизонтальной плоскости на контактную накладку, так что контактная накладка стабильно направляется при любых условиях.

В другом варианте выполнения изобретения упругое деформируемое тело 11 (например, за счет применения механической абразивной или электроэрозионной обработки провода или лазерной резки) может быть изготовлено со своей первой частью 12, второй частью 13 и двойной листовой пружиной 15/16 за одно целое из названного материала с высокой точностью и воспроизводимыми свойствами.

При усовершенствовании изобретения обе части 12, 13 могут быть уменьшены, а упругое деформируемое тело может быть выполнено еще более компактным и с еще меньшей массой, если обе вставки 20, 21 волоконно-оптического отражательного датчика 19 встроены непосредственно в соседние детали токосъемника (т.е. в 5 и 7 или в 7 и 8) (не показано).

Согласно другому усовершенствованию изобретения (также не показано), можно разместить подобное упругое деформируемое тело не на основании 7 контактной накладки, а встроить его в основание 7 или даже в контактный башмак 8 контактной накладки 6, поместив его, например, в соответствующие выемки. В особом выполнении такого рода упругое деформируемое тело 11 изготовлено названными выше способами обработки в материале основания 7 и выполнено за одно целое с ним.

Для защиты упругого деформируемого тела 11 от разрушения слишком высокими сжимающими, а также растягивающими усилиями, которые могут возникнуть, например, при транспортировке и монтаже токосъемника или при неисправностях контактных сетей, согласно усовершенствованию изобретения в упругом деформируемом теле 11 выполнены особые упоры 17 и 18 (фиг.2).

Вместо двойной листовой пружины 15/16 для упругого деформируемого тела 11 возможны также такие пружинящие устройства 14, которые содержат зажатые с одной или двух сторон гибкие траверсы или используют диафрагменные пружины, имеющие сплошные поверхности или несколько частичных поверхностей.

Для защиты восприимчивых деталей устройства, согласно изобретению, от механических и атмосферных воздействий, согласно другому усовершенствованию изобретения (не показано), упругое деформируемое тело снабжено герметичной относительно этих атмосферных воздействий оболочкой, выполненной так, что она не препятствует движению обеих частей 12, 13 относительно друг друга и действию пружинящего устройства 14. Преимущественно эта оболочка нанесена в виде эластомерной пленки, например, путем облива или приклеивания.

Изобретение не ограничено рельсовыми электрическими тяговыми транспортными средствами и полупантографами и пантографами с балансиром и без него, а также с одной или двумя контактными накладками описанного вида, а применимо и в токосъемниках с совершенно иной конструкцией, например, контактного башмака, контактной накладки, держателя контактной накладки и/или привода подъема.

Принцип решения, согласно изобретению, не ограничен далее только определением вертикально действующего усилия прижима. Измерительное устройство с такого же рода деформируемым телом и волоконно-оптическим отражательным датчиком может использоваться для измерения усилий, действующих на токосъемник вдоль транспортного средства, или усилий, действующих на токосъемник поперек транспортного средства, за счет того, что, например, деформируемые тела в описанном примере выполнения опрокидывают каждое на 90^o с возможностью поворота плоскости листовых пружин из горизонтального положения в вертикальную плоскость поперек транспортного средства и параллельно контактной накладке или в вертикальную плоскость вдоль транспортного средства и закрепляют в соответствии с этим положением. Можно комбинировать два или три измеряющих перпендикулярно друг другу измерительных устройства для определения действующих усилий в отношении величины, места и направления приложения полностью в качестве векторов усилия.

Кроме того, изобретение не ограничено измерением усилий, а может легко применяться для измерения ускорений и давлений, а также в других областях техники, где речь идет о подобного рода измерениях в конструкционных деталях, контактирующих с высоким напряжением.