趙青選　屈海洋　尚江傲

摘 要：本文介紹了一種非接觸式弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，采用基于機器視覺以及紫外光電轉(zhuǎn)換的非接觸式檢測以及數(shù)字圖像智能分析處理等技術(shù)，對弓網(wǎng)系統(tǒng)運行中常出現(xiàn)的弓網(wǎng)燃弧問題給出一種技術(shù)監(jiān)測方案，并將檢測結(jié)果用于用戶評估弓網(wǎng)受流質(zhì)量以及指導(dǎo)接觸網(wǎng)和受電弓的維護工作。

關(guān)鍵詞：弓網(wǎng)監(jiān)測;燃弧;接觸網(wǎng);非接觸式

受電弓-接觸網(wǎng)系統(tǒng)（簡稱弓網(wǎng)系統(tǒng)）是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)最重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。近年來，隨著城市軌道交通快速發(fā)展，運營要求降低設(shè)備故障率、縮短維修間隔時間，而由于之前缺乏合理的檢測手段，導(dǎo)致弓網(wǎng)系統(tǒng)運行故障診斷及事后維護問題一直未能得到有效解決。因此，采取弓網(wǎng)監(jiān)測措施，保障弓網(wǎng)系統(tǒng)的運行正常才能最終保障鐵路的可靠安全運營。

根據(jù)相關(guān)資料調(diào)研得出，弓網(wǎng)系統(tǒng)的主要故障原因是弓網(wǎng)燃弧，故障后果主要表現(xiàn)在兩個方面。

（1）弓網(wǎng)燃弧的發(fā)生，會影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量。

（2）弓網(wǎng)燃弧的發(fā)生，會磨損接觸線和碳滑板，影響弓網(wǎng)運行關(guān)系。

本文介紹的一種非接觸式紫外弓網(wǎng)燃弧裝置，采用基于機器視覺以及紫外光電轉(zhuǎn)換的非接觸式檢測、數(shù)字圖像智能分析處理、自適應(yīng)抗強電磁干擾等先進技術(shù)，對弓網(wǎng)運行關(guān)系進行監(jiān)測。

1 系統(tǒng)工作原理

本弓網(wǎng)檢測裝置的基本原理是，通過檢測弓網(wǎng)燃弧紫外特征光來實現(xiàn)弓網(wǎng)關(guān)系的監(jiān)測。

首先，通過光學(xué)采集系統(tǒng)采集弓網(wǎng)燃弧的紫外光特征量;采用紅外熱像儀實現(xiàn)對弓網(wǎng)運行狀態(tài)的全程實時監(jiān)控;同時檢測弓網(wǎng)接觸點以及受電弓弓頭、絕緣部件等區(qū)域的紅外圖像和溫度。

其次，將燃弧光信號傳輸至紫外光電傳感系統(tǒng)，通過紫外光電傳感器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。同時，利用相應(yīng)的傳感模塊同步測量列車輔助電氣量，如牽引電流信號，并通過電纜將信號傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

最后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理和綜合處理。檢測結(jié)果可通過無線方式發(fā)送至地面終端。

2 技術(shù)指標

本弓網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下表。

（1）光學(xué)采集系統(tǒng)。光學(xué)采集系統(tǒng)的功能：高效的捕捉弓網(wǎng)燃弧發(fā)出的特定譜段的紫外光，并濾除多余的雜散光，進而達到提取弓網(wǎng)燃弧特征光的作用。

（2）紫外光電傳感系統(tǒng)。紫外光電傳感系統(tǒng)集成了紫外光電傳感器、信號處理電路、電源模塊以及光纖適配器。紫外光電傳感系統(tǒng)的測量原理是：當進行弓網(wǎng)燃弧檢測時，選擇合理的紫外光電傳感器，使輸出的信號形式為模擬脈沖形式，并對燃弧模擬信號進行高速AD采樣，實現(xiàn)對弓網(wǎng)燃弧信息的量化處理。

（3）紅外測溫系統(tǒng)。紅外熱成像儀的成像波段在8～14um，屬于能很好反映物體溫度的遠紅外波段。在其緊湊的內(nèi)部集成了高速的DSP數(shù)據(jù)處理芯片和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，能夠?qū)崟r的傳遞出前端采集到的并經(jīng)過相應(yīng)數(shù)據(jù)處理的數(shù)字信號。該熱像儀可實現(xiàn)弓網(wǎng)燃弧的溫度測量，并將溫度值返回。若出現(xiàn)溫度超過閾值時，自動報警并將弓網(wǎng)燃弧信息存儲下來。

（4）輔助電氣參量測量。通過采集車輛速度、電流等信號，實時監(jiān)測列車運行時的運行速度以及機車牽引電流等參數(shù)。通過對牽引電流的檢測，可有效的發(fā)現(xiàn)當燃弧發(fā)生時牽引電流的變化情況，并將數(shù)據(jù)記錄下來。

（5）綜合定位系統(tǒng)。檢測裝置速度里程信息通過車輛通訊端口提供，信號協(xié)議中的主要信號如表4所示。

（6）數(shù)據(jù)無線傳輸設(shè)備。設(shè)備通過車載無線傳輸裝置將檢測的異常點信息發(fā)送至無線終端監(jiān)控中心（DCC調(diào)度中心）。檢測異常信息如表5所示。

（7）數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)。①硬件電路。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要由小信號調(diào)理電路、AD轉(zhuǎn)換及發(fā)送電路、弓網(wǎng)監(jiān)控圖像采集四部分構(gòu)成。AD轉(zhuǎn)換及發(fā)送電路主要由小信號調(diào)理電路、AD采集電路、FPGA模塊電路構(gòu)成。②軟件系統(tǒng)裝置軟件系統(tǒng)主要包括四個方面，分別為曲線顯示窗口，弓網(wǎng)監(jiān)控顯示窗口、參數(shù)顯示窗口以及工作狀態(tài)顯示窗口。曲線顯示窗口主要實時顯示燃弧分布曲線。弓網(wǎng)監(jiān)控顯示窗口主要實現(xiàn)實時顯示弓網(wǎng)運行狀態(tài)以及回放監(jiān)控畫面。參數(shù)顯示窗口主要實現(xiàn)各參數(shù)的顯示，如燃弧率、燃弧時間、牽引電流等。工作狀態(tài)顯示窗口主要實現(xiàn)每個傳感器的工作狀態(tài)。

4 技術(shù)特性

本弓網(wǎng)檢測裝置運用非接觸式的檢測技術(shù)，具有以下主要技術(shù)特性和功能：①實時在線檢測弓網(wǎng)燃弧狀態(tài)功能。②對受電弓和接觸網(wǎng)拍攝區(qū)域的測溫功能。③實時檢測機車牽引電流信息。④實時定位弓網(wǎng)燃弧發(fā)生點。⑤實時定位接觸網(wǎng)或受電弓發(fā)熱點。⑥數(shù)據(jù)存儲功能（基于檢測日期進行循環(huán)保存，用戶可以通過離線拷貝到移動硬盤中）。⑦上電自啟動功能。⑧全程回放弓網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測過程功能。⑨將檢測結(jié)果通知調(diào)度或運營工程師。⑩檢測結(jié)果方便用戶用于評估弓網(wǎng)受流質(zhì)量以及指導(dǎo)接觸網(wǎng)和受電弓的維護作業(yè)。

5 結(jié)語

通過本弓網(wǎng)檢測裝置，可以確保受電弓與接觸網(wǎng)的良好匹配性，減少弓網(wǎng)故障率的發(fā)生，有效保證受電弓及接觸網(wǎng)設(shè)備使用周期。

參考文獻：

[1]鄂永.基于圖像處理的鐵路接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng)的研究[D].遼寧：大連理工大學(xué)，2009.

[2]蔡學(xué)敬.基于圖像處理技術(shù)的高速接觸網(wǎng)動態(tài)檢測系統(tǒng)研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2008.

[3]張韜.基于圖像處理的接觸網(wǎng)檢測系統(tǒng)研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2008.

[4]吳積欽.受電弓——接觸網(wǎng)系統(tǒng) 電接觸特性研究[D].四川：西南交通大學(xué)，2009.

[5]GB/T 20908.城市軌道交通接觸網(wǎng)檢測車通用技術(shù)條件[S].2007.

[6]EN 50317.鐵路應(yīng)用——受流系統(tǒng)——弓網(wǎng)關(guān)系測試要求及確認[S].2012.