高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于監測高速鐵路電氣化接觸網在供電過程中可能出現斷線故障的自動報警裝置，包括由太陽能供電模塊、攝像頭、通信發射接收模塊、位移傳感監控模塊、嵌入式ARM計算機控制處理模塊、結構件、電纜、插座、殼體、安裝支架，直接將安放有高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置的安裝支架固定在電氣化接觸網墜砣上即可，安裝非常方便，克服了現場環境改造困難的問題，實現高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警并及時快速準確地確定斷線故障位置，還可隨時隨地對接觸網進行定期或不定期的巡查巡檢，將大幅度提高電氣化接觸網日常檢修維護以及搶修搶通工作的效率，確保電力機車在線路上安全可靠地高速運行。
【專利說明】高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬于交通運輸高速鐵路的自動檢測領域，具體涉及一種用于監測高速鐵路電氣化接觸網在供電過程中可能出現斷線故障的自動報警裝置。

【背景技術】
[0002]高速鐵路電氣化接觸網是牽弓丨供電系統中的重要組成部分，擔負著把從牽弓I變電所獲得的電能直接輸送給電力機車使用的重要任務，因此接觸網的質量和工作狀態將直接影響著電氣化鐵路的運輸能力。由于接觸網是露天設置且沒有備用，線路上的負荷又是隨著電力機車的運行而沿接觸網移動和變化的，若發生故障將會直接影響牽引供電系統的正常運行甚至會中斷電氣化鐵路的行車功能，所以要求接觸網無論在任何條件下都要保證能良好地供給電力機車電能以確保電力機車在線路上安全可靠地高速運行，因此日常的檢修與維護工作必不可少。一旦高速鐵路電氣化接觸網的墜砣滑脫或掉落將造成接觸網斷線故障而中斷行車，給鐵路運輸帶來巨大損失，因而接觸網斷線故障位置的定位查找必將是日常檢修維護以及搶修搶通工作中至關重要的一環。
[0003]目前，在接觸網斷線故障位置快速查找和準確定位方面還嚴重缺乏相應的有效手段，有時甚至要進行人工瞭望才能最終確定斷線故障位置，導致日常檢修維護以及搶修搶通工作的效率低下并耗費大量的時間和人力物力，大大影響了搶修搶通工作的進度，從而直接影響了電氣化鐵路的正常運輸能力，因此急需解決高速鐵路電氣化接觸網斷線故障位置的快速查找和準確定位的難題。


【發明內容】

[0004]本發明針對目前高速鐵路電氣化接觸網斷線故障的具體位置難以及時快速查找并準確定位以及日常檢修維護工作效率低的難題，精心設計了一款高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，將太陽能供電模塊、攝像頭、通信發射接收模塊、位移傳感監控模塊、嵌入式ARM計算機控制處理模塊、安裝結構件等綜合于一體，進行實時監控以實現高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警并及時快速準確地確定斷線故障位置，隨時隨地可對接觸網進行定期或不定期的巡查巡檢，極大地提高了電氣化接觸網日常檢修維護以及搶修搶通工作的效率。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，包括嵌入式ARM計算機控制處理器模塊、位移傳感監控模塊、攝像頭以及通信發射接收模塊，其特征在于:所述位移傳感監控模塊包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場的位移傳感器以及與之電纜連接的信號調理電路，所述信號調理電路的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊；所述攝像頭的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊；所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊的輸出端連接至通信發射接收模塊；還包括太陽能供電模塊，所述太陽能供電模塊包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場太陽能電池板以及與之連接的鋰電池及其充電放電管理電路，該模塊給ARM計算機控制處理器模塊、位移傳感監控模塊、攝像頭以及通信發射接收模塊供電。
[0006]還包括殼體以及電源指示燈、狀態指示燈、太陽能電池板電纜插座、位移傳感器的電纜插座、攝像頭電纜插座、通信發射接收模塊的天線插座以及電路板一和電路板二 ；所述鋰電池的充放電管理電路和位移傳感器信號調理電路固定安裝電路板一上，所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路以及通信發射接收模塊電路固定安裝在電路板二上，所述電路板一和電路板二固定在殼體的上蓋；所述殼體內置有鋰電池，所述殼體上固定安裝電源指示燈、狀態指示燈、太陽能電池板電纜插座、位移傳感器的電纜插座、攝像頭電纜插座、通信發射接收模塊的天線插座，所述太陽能電池板電纜插座在殼體外連接太陽能電池板，在殼體內連接至鋰電池充電放電管理電路；所述攝像頭電纜插座在殼體外連接有攝像頭，在殼體內連接嵌入式ARM就算機控制處理器模塊電路；通信發射接收模塊的天線插座在殼體外連接外接天線，在殼體內連接通信發射接收模塊電路；所述電源指示燈、狀態指示燈連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路。
[0007]所述太陽能供電模塊采用特殊的低功耗設計配以獨特的最大功率點跟蹤MPPT技術，降低功耗并充分高效地利用太陽能，滿足野外長期穩定可靠工作的要求；
所述攝像頭完成視頻拍攝、圖像信息采集、數據壓縮、編碼處理等功能，附加的紅外補光功能保證在各種光照條件下清晰成像；
所述通信發射接收模塊采用SMT工業裝配，在硬件布局上采用3個獨立屏障罩分別屏蔽基帶、射頻功放、射頻收發器，保證射頻性能指標優良，該模塊內嵌TCP/IP協議和彩信協議，支持數據透明傳輸，用于發送斷線故障報警信息、斷線故障準確的位置信息和現場情況的圖片信息；
所述位移傳感監控模塊一直實時監測接觸網墜砣位置的位移變化情況，采用精心設計的精密穩定的信號調理電路，保證位移傳感模塊具有極高的靈敏度和穩定性，一旦位移發生變化則位移傳感監控模塊將向嵌入式ARM計算機控制處理模塊發送報警觸發信息；
所述嵌入式ARM計算機控制模塊是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤32位ARM的CPU，超小型LQFP包裝，內置了寬范圍的串行通信接口和大容量的片內SRAM，并帶有嵌入的大容量高速Flash存儲器、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，為實際應用提供了大規模的緩沖區和強大的處理功能，特有的低功耗工作模式可顯著降低系統運行功耗，較小的安裝尺寸和很低的功耗特別適用于該裝置的控制應用，該模塊負責協調控制整個系統的正常運行。
[0008]該裝置在使用過程中一旦接觸網發生斷線故障時監控點接觸網墜砣滑脫或掉落，導致接觸網墜砣發生位移變化，實時監測該點的位移傳感監控模塊就向嵌入式ARM計算機控制處理模塊發送報警觸發信號，啟動攝像頭拍攝現場圖片，通過通信發射接收模塊發出斷線故障報警信息、斷線故障位置信息以及現場圖片信息。另外也可通過發送特定命令代碼，觸發位于各監控點的高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置及時發送該處位置信息和現場情況的圖片信息，從而實現了隨時隨地對接觸網進行定期或不定期巡查巡檢的功倉泛。
[0009]本發明的有益效果是:
將太陽能供電模塊、攝像頭、通信發射接收模塊、位移傳感監控模塊、嵌入式ARM計算機控制處理模塊、安裝結構件等綜合于一體，安裝方便可直接固定在接觸網墜砣上，克服了現場環境改造困難的問題。采用特殊的低功耗設計配以獨特的最大功率點跟蹤MPPT技術，降低功耗并充分高效地利用太陽能，滿足野外長期穩定可靠工作的要求；附加的紅外補光功能保證攝像頭在各種光照條件下清晰成像；通信發射接收模塊采用SMT工業裝配，在硬件布局上采用3個獨立屏障罩分別屏蔽基帶、射頻功放、射頻收發器，保證射頻性能指標優良；精心設計的精密穩定的信號調理電路，保證位移傳感監控模塊具有極高的靈敏度和穩定性；嵌入式ARM計算機控制處理模塊特有的低功耗工作模式可顯著降低系統運行的功耗，有效延長該裝置野外持續工作的時間。精心設計的該款高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置切實解決了目前接觸網斷線故障的具體位置難以及時快速查找并準確定位以及日常檢修維護工作效率低的難題，實現了接觸網斷線自動報警并及時快速發送接觸網斷線故障的準確位置信息和現場圖片信息，可隨時隨地對接觸網進行定期或不定期的巡查巡檢，以便有關部門隨時了解掌握現場的實際情況，還可利用計算機進行相關信息的歸檔查詢處理，極大地提高了電氣化接觸網日常檢修維護以及搶修搶通工作的效率，確保電力機車在線路上安全可靠地高速運行。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】:
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0011]圖1為本發明的原理框圖。
[0012]圖2為本發明的結構側視圖；其中圖中1為上蓋、2為電源指示燈、3為太陽能電池板電纜插座、4為狀態指示燈、5為攝像頭電纜插座、6為通信發射接收模塊的天線插座、7為位移傳感器的電纜插座、8為殼體；
圖3為本發明的結構正視圖；其中9為內部鋰電池、10為電路板一包括鋰電池的充電放電管理電路和位移傳感的信號調理電路、11為電路板二包括嵌入式ARM計算機控制處理模塊和通信發射接收模塊等電路。

【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，包括嵌入式ARM計算機控制處理器模塊20、位移傳感監控模塊21、攝像頭22以及通信發射接收模塊23，所述位移傳感監控模塊21包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場的位移傳感器24以及與之電纜連接的信號調理電路25，所述信號調理電路25的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊20 ;所述攝像頭22的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊20 ;所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊20的輸出端連接至通信發射接收模塊23 ;還包括太陽能供電模塊26，所述太陽能供電模塊26包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場太陽能電池板27以及與之連接的鋰電池9及其相連的充電放電管理電路28，所述太陽能供電模塊26給ARM計算機控制處理器模塊20、位移傳感器模塊21以及通信發射接收模塊23供電。
[0014]如圖2和如3所示，還包括殼體8以及電源指示燈2、狀態指示燈4、太陽能電池板電纜插座3、位移傳感器的電纜插座7、攝像頭電纜插座5、通信發射接收模塊的天線插座6以及電路板一 10和電路板二 11 ;所述鋰電池的充放電管理電路28和位移傳感器信號調理電路25固定安裝電路板一 10上，所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路20以及通信發射接收模塊電路23固定安裝在電路板二 11上，所述電路板一 10和電路板二 11固定在殼體的上蓋1 ;所述殼體8內置有鋰電池9，所述殼體8上固定安裝電源指示燈2、狀態指示燈4、太陽能電池板電纜插座3、位移傳感器的電纜插座7、攝像頭電纜插座5以及通信發射接收模塊的天線插座6 ;所述電路板一 10上分布有鋰電池的充放電管理電路28和位移傳感器信號調理電路25，所述電路板二 11上分布有嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路20以及通信發射接收模塊電路23 ;所述太陽能電池板電纜插座3在殼體外連接太陽能電池板27，在殼體內連接至鋰電池充電放電管理電路9 ;所述攝像頭電纜插座5在殼體8外連接攝像頭22，在殼體內連接嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路20和通信發射接收模塊電路23 ;通信發射接收模塊的天線插座6在殼體8外連接外接天線，在殼體內連接通信發射接收模塊電路23 ;所述電源指示燈2、狀態指示燈4電連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路20。
[0015]所述太陽能供電模塊26采用特殊的低功耗設計配以獨特的最大功率點跟蹤MPPT技術，降低功耗并充分高效地利用太陽能，滿足野外長期穩定可靠工作的要求；
所述攝像頭22完成視頻拍攝、圖像信息采集、數據壓縮、編碼處理等功能，附加的紅外補光功能保證在各種光照條件下清晰成像；
所述通信發射接收模塊23采用SMT工業裝配，在硬件布局上采用3個獨立屏障罩分別屏蔽基帶、射頻功放、射頻收發器，保證射頻性能指標優良，該模塊內嵌TCP/IP協議和彩信協議，支持數據透明傳輸，用于發送斷線故障報警信息、斷線故障準確的位置信息和現場情況的圖片信息；
所述位移傳感監控模塊21采用精心設計的精密穩定的信號調理電路，保證該模塊具有極高的靈敏度和穩定性，一直實時監測接觸網墜砣位置的位移變化情況，一旦位移發生變化則向嵌入式ARM計算機控制處理模塊發送報警觸發信息；
所述嵌入式ARM計算機控制模塊20是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤32位ARM的CPU，超小型LQFP包裝，內置了寬范圍的串行通信接口和大容量的片內SRAM，并帶有嵌入的大容量高速Flash存儲器、128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行，為實際應用提供了大規模的緩沖區和強大的處理功能，特有的低功耗工作模式可顯著降低系統運行功耗，較小的安裝尺寸和很低的功耗特別適用于該裝置的控制應用，該模塊負責協調控制整個系統的正常運行。
[0016]本發明在使用前，先將電源指示燈2、太陽能電池板電纜插座3、狀態指示燈4、攝像頭電纜插座5、通信發射接收模塊的天線插座6、位移傳感器的電纜插座7和內部鋰電池9固定在殼體8上；接著依次把電路板二 11和電路板一 10固定在上蓋1上；然后用電纜或導線把太陽能電池板電纜插座3、位移傳感器的電纜插座7和內部鋰電池9連接到電路板一 10上，用電纜或導線把電源指示燈2、狀態指示燈4、攝像頭電纜插座5、通信發射接收模塊的天線插座6連接到電路板二 11上；通過螺釘將上蓋1和殼體8固定到一起；通過電纜分別把太陽能電池板、攝像頭、外接天線、位移傳感器依次連接到太陽能電池板電纜插座3、攝像頭電纜插座5、通信發射接收模塊的天線插座6和位移傳感器的電纜插座7上；最后將小巧緊湊的高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置集中在安裝支架上，至此組裝實施完畢。
[0017]本發明在使用過程中一旦接觸網發生斷線故障時監控點接觸網墜砣滑脫或掉落，導致接觸網墜砣發生位移變化，實時監測該點的位移傳感監控模塊就向嵌入式ARM計算機控制處理模塊發送報警觸發信號，啟動攝像頭拍攝現場圖片，通過通信發射接收模塊發出斷線故障報警信息、斷線故障位置信息以及現場圖片信息。另外也可通過發送特定命令代碼，觸發位于各監控點的高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置及時發送該處位置信息和現場情況的圖片信息，從而實現了隨時隨地對接觸網進行定期或不定期巡查巡檢的功倉泛。
[0018]本發明將太陽能供電模塊26、攝像頭22、通信發射接收模塊23、位移傳感監控模塊21、嵌入式ARM計算機控制處理模塊20、安裝結構件等綜合于一體，安裝方便可直接固定在接觸網墜砣上，克服了現場環境改造困難的問題。采用特殊的低功耗設計配以獨特的最大功率點跟蹤MPPT技術，降低功耗并充分高效地利用太陽能，滿足野外長期穩定可靠工作的要求；附加的紅外補光功能保證攝像頭在各種光照條件下清晰成像；通信發射接收模塊采用SMT工業裝配，在硬件布局上采用3個獨立屏障罩分別屏蔽基帶、射頻功放、射頻收發器，保證射頻性能指標優良；精心設計的精密穩定的信號調理電路，保證位移傳感監控模塊具有極高的靈敏度和穩定性；嵌入式ARM計算機控制處理模塊特有的低功耗工作模式可顯著降低系統運行的功耗，有效延長該裝置野外持續工作的時間。精心設計的該款高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置切實解決了目前接觸網斷線故障的具體位置難以及時快速查找并準確定位以及日常檢修維護工作效率低的難題，實現了接觸網斷線自動報警并及時快速發送接觸網斷線故障的準確位置信息和現場圖片信息，可隨時隨地對接觸網進行定期或不定期的巡查巡檢，以便有關部門隨時了解掌握現場的實際情況，還可利用計算機進行相關信息的歸檔查詢處理，極大地提高了電氣化接觸網日常檢修維護以及搶修搶通工作的效率，確保電力機車在線路上安全可靠地高速運行。
【權利要求】
1.高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，包括嵌入式ARM計算機控制處理器模塊、位移傳感監控模塊、攝像頭以及通信發射接收模塊，其特征在于:所述位移傳感監控模塊包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場的位移傳感器以及與之電纜連接的信號調理電路，所述信號調理電路的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊；所述攝像頭的輸出端連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊；所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊的輸出端連接至通信發射接收模塊；還包括太陽能供電模塊，所述太陽能供電模塊包括位于高速鐵路電氣化接觸網現場太陽能電池板以及與之連接的鋰電池及其充電放電管理電路，該模塊給ARM計算機控制處理器模塊、位移傳感監控模塊、攝像頭以及通信發射接收模塊供電。
2.根據權利要求1所述的一種高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，其特征在于:還包括殼體以及電源指示燈、狀態指示燈、太陽能電池板電纜插座、位移傳感器的電纜插座、攝像頭電纜插座、通信發射接收模塊的天線插座以及電路板一和電路板二 ；所述鋰電池的充放電管理電路和位移傳感器信號調理電路固定安裝電路板一上，所述嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路以及通信發射接收模塊電路固定安裝在電路板二上，所述電路板一和電路板二固定在殼體的上蓋；所述殼體內置有鋰電池，所述殼體上固定安裝電源指示燈、狀態指示燈、太陽能電池板電纜插座、位移傳感器的電纜插座、攝像頭電纜插座、通信發射接收模塊的天線插座，所述太陽能電池板電纜插座在殼體外連接太陽能電池板，在殼體內連接至鋰電池充電放電管理電路；所述攝像頭電纜插座在殼體外連接攝像頭，在殼體內連接嵌入式ARM就算機控制處理器模塊電路；通信發射接收模塊的天線插座在殼體外連接外接天線，在殼體內連接通信發射接收模塊電路；所述電源指示燈、狀態指示燈連接至嵌入式ARM計算機控制處理器模塊電路。
3.根據權利要求1所述的一種高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，其特征在于:所述太陽能供電模塊采用低功耗設計以及最大功率點跟蹤MPPT技術，實現其它部件的供電。
4.根據權利要求1所述的一種高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，其特征在于:所述通信發射接收模塊采用SMT工業裝配，在硬件布局上采用3個獨立屏障罩分別屏蔽基帶、射頻功放、射頻收發器，該模塊內嵌TCP/IP協議和彩信協議，支持數據透明傳輸，發送斷線故障報警信息、斷線故障準確的位置信息和現場情況的圖片信息。
5.根據權利要求1所述的一種高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，其特征在于:所述位移傳感監控模塊采用信號調理電路，實時監測接觸網墜砣位置的位移變化情況，一旦位移發生變化則向嵌入式ARM計算機控制處理模塊發送報警觸發信息。
6.根據權利要求1所述的一種高速鐵路電氣化接觸網斷線自動報警裝置，其特征在于:所述嵌入式ARM計算機控制模塊是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤32位ARM的CPU,小型LQFP包裝，內置串行通信接口和片內SRAM，并帶有嵌入的高速Flash存儲器、128位寬度的存儲器接口和加速結構，使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。
【文檔編號】G01R31/02GK104391215SQ201410648992
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月14日 優先權日:2014年11月14日
【發明者】李曉丹 申請人:李曉丹