接触网几何参数检测仪的原理及应用

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接触网几何参数检测仪的原理及应用于志刚1吴东波1赵少鹏1翟瑞占1 李庆卓1孟令华1
( 1. 山东省科学院激光研究所 272017 ) 摘要：本文提供了一种全新的智能接触网检测系统，该系统融合激光测距，倾角、水平、光栅传感技术，以及CCD视频成像技术，并配合网络化的接触网数据管理模式，为铁路电气化接触网检测提供完美的解决方案，大大提高了检测和数据管理的工作效率。

关键词：激光接触网几何参数数字化智能网络化管理
Abstract :This article provides a new intelligent catenary measure system, which integrated laser range finder, angle, level, grating organ technology, as well as the CCD video imaging technology and cooperate the catenary network data management model, provide the perfect solution for railway electrification Catenary testing, would greatly improving the detection and data management efficiency.
Key word: laser; Geometric parameters of catenary; digital；intelligent；network management
接触网是电气化铁路的重要供电设备，列车高速运行时通过受电弓和接触网滑动接触供电。

为保证接触网供电的安全可靠，供电部门必须周期性的对接触网各项几何参数进行巡检和检修，保证行车安全。

各项参数误差一旦超出允许范围，就很有可能发生工网事故，造成严重后果。

随着列车运行速度的不断提高，列车对接触网的几何参数精度要求越来越高，传统的检测工具和管理模式已不能满足要求，急需更新换代。

1.系统概述
“DJJ-8数字化激光接触网检测仪”是山东省科学院激光研究所济南蓝动激光技术有限公司最新研制的新一代智能接触网几何参数检测管理系统。

该系统由数据采集、数据分析、数据网络管理三部分构成，在接触网工区、供电段、铁路局之间实现无缝连接,形成一个有机整体。

数据采集部分是检测仪的重要部分，利用激光测距技术和多种传感器融合技术测量接触网多种几何参数，并对数据进行初步分析和保存。

数据分析和网络管理两部分是系统的核心部分，利用基于B/S架构的网络化数据分析软件，实现数据的智能化分析和数据共享，为铁路部门搭建接触网参数数字化管理平台。

2．接触网几何参数测量基本原理
DJJ-8系统的数据采集部分由主机和测量架两部分组成。

参数测量时，先根据放置标准将测量架卡在钢轨上，主机卡在测量架固定座上，形成一个以钢轨面和钢轨中心为基准的测量平台。

测量过程中，旋转主机，或前后移动测量架，使激光点打在目标测量点中心，按“测量键”即完成测量工作。

在仪器内部，主机会根据键盘指令调动激光测距模块，光栅测角模块和内部各种传感器分别测量距离和角度，距离，水平，位移数据，按照一定的公式计算计
算参数结果，最终在显示屏上输出导高，拉出值，轨距，水平等几何参数，同时存储测量数据。

接触网几何参数原理示意图见图1。

图1：接触网几何参数原理示意图
注：o 为线路中心点
主要公式：
αsin ⨯=h H
)cos ()2
1(α⨯--=h m D L βsin ⨯=D C
式中 D ――轨距传感器测得的轨距
C ――钢轨水平高差
H ――导高
L ――拉出值
m ——主机在测量架上的固定补偿值
l ——激光测得的斜距离
α——光栅测得的旋转角度
β——水平传感器测得的倾角
H 、L 、C 、D 这四个参数是仪器测量其他所有参数的基础，其他任何所有的参数测量都可以由这四项公式简单计算而来。

3 整体光机设计结构
系统的上位机和下位机都是51单片机及其外设组成的数据处理系统。

下位机利用位移、水平、光栅、脉冲激光等传感器和测量模块采集数据，然后把处理后的数据传到上位机系
统。

上位机实现导高、拉出值、超高、轨距线岔等计算。

其原理框图见图2.
图2：系统原理框图
4.数据分析、数据网络管理
DJJ-8配套了基于B/S架构及大型数据库的计算机系统软件，用于实现测量数据的深度分析和网络化管理。

DJJ-8最大的特点就在于免去了传统接触网测量工具需要手工现场记录数据，然后再手工将所有数据录入微机的繁琐低效的工作，代之以高效快捷的自动存储和一键式数据录入功能。

海量的数据都将被有序的保存于数据库中，工作人员能以多种方式查询、检索、筛选、分析所需要的数据。

甚至提供网络权限用户在线数据库访问功能，实现了网络数据共享和数据的权限管理，从而真正意义上实现数据管理的信息化、数字化。

5．DJJ-8型数字化激光接触网检测仪和传统接触网检测工具的对比5.1 绝缘测杆
这是最早使用于接触网参数检测的简易工具。

它使用绝缘杆将重锤悬挂在接触线上，测量重锤到钢轨相关距离，求出导高与拉出值。

这种测量工具的优点是:
（1）携带方便，结实耐用。

（2）费用低。

缺点是：
（1）对带有2.7万伏电压的接触网进行接触测量，有安全隐患，操作者需穿戴绝缘靴和手套，特别是高温天气，劳动条件艰苦。

（2）绝缘器具定时检验，给操作者增加作业环节和心理压力。

（3）重锤或绝缘杆悬挂在接触线上，因重力改变了接触网工作状态，接触网张力的
不一致，测量结果不准确、下道不方便。

(4)易受风吹影响，特别是风口地区，难于测量。

(5)需辅助工具进行其它参数测量，且需要超高换算。

5.2 DJJ-7型激光接触网检测仪
DJJ-7型激光测量仪是继绝缘测杆后最成熟的更新换代产品，它采用脉冲激光进行高精度测量，配合光学投影成像测量拉出值。

这种测量工具的优点是：
(1)测量精度高，各项参数误差在3-5mm以内。

(2)非接触测量，安全快速测量，无需穿戴绝缘靴和手套。

(3)全天候作业，不受大部分天气条件影响。

(4)测量结果无需换算，测量值即为真是值。

(5)设计轻便，直观，非常适合工程单位使用。

缺点是：
(1)拉处值测量范围小，在道岔处测量比较繁琐。

(2)数据需人工记录。

5.3 DJJ-8型数字化激光接触网检测仪
DJJ-8型激光测量仪仍旧采用脉冲激光高精度测量，再配合视频成像、光栅测角、位移传感、水平准直等各种传感技术对接触网几何参数进行全数字化测量。

其优点是：
(1)秉承DJJ-7所具备的上述优点。

(2)视频成像，瞄准方便直观，视频和光学同轴专利设计，瞄准精确。

(3)整机结构模块化，性能更加稳定。

(4)配备微电脑芯片，实现测量参数全数字化，应用大容量存储器、USB接口，测量、
存储、通讯一体化。

(5)配套基于B/S架构及大型数据库的PC端数据管理软件，构建了数字化、信息化和
网络化管理模式。

6．结束语
本文所构建的智能接触网几何参数检测管理系统将为电气化铁路接触网架设、“状态修”、维护管理提供全面完善的解决方案。

随着列车速度的不断提高，对铁路钢轨铺设，接触线架设的精度要求越来越高，该系统的实用价值将逐步显现出来，并将给电气化铁路的发展带来革命性的变化。

参考文献：
[1]张道俊，陶维富.接触网运营检修与管理[M].北京：中国铁道出版社，2002.
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[3]《中国铁道电气化产品设备手册》编写组.中国铁路电气化产品设备手册[M].北京：海洋
出版社，2001.
[4]冯金柱.电气化铁路基本知识[M].北京：中国铁道出版社，2000。