【正文】 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)： 對(duì)高壓設(shè)備中的模擬量信號(hào)，可通過(guò)高壓數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行信號(hào)采集，采集完成的數(shù)據(jù)傳送給前置通信單元接收緩存，然后才傳給主機(jī)，其接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究 四 結(jié)論 21 中電路間必須采取一定隔離措施來(lái)確保安全可靠；低壓環(huán)境下的信號(hào)，可經(jīng)調(diào)理電路后直接送入主機(jī)，由主機(jī)完成采集和轉(zhuǎn)換；另外，如果有觀察窗，主機(jī)還需把結(jié)果及時(shí)地發(fā)送到觀察窗上，以便顯示裝置顯示結(jié)果。 軟件設(shè)計(jì)是根據(jù)系統(tǒng)功能進(jìn)行總體設(shè)計(jì) , 即建立軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (程序結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) )，然后利用模塊技術(shù) , 進(jìn)行模塊劃分和聯(lián)結(jié)。接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信模塊及抗干擾的設(shè)計(jì)；接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括采集單元、控制模塊、主機(jī)通信模塊及上位機(jī)界面，系統(tǒng)原理如圖 所示。海量的數(shù)據(jù)都將被有序的保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，工作人員能以多種方式查詢、檢索、篩選、分析所需要)c os()21( ????? hmDL接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究 三 參數(shù)檢測(cè)方法 19 的數(shù)據(jù)。 2 數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理 DJJ8 配套了基于 B/S 架構(gòu)及大型數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的深度分析和網(wǎng)絡(luò)化管理。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)高、拉出值、超高、軌距線岔等計(jì)算。 接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究 三 參數(shù)檢測(cè)方法 18 圖 接觸網(wǎng)幾何參數(shù)原理示意圖 主要公式： ?sin??hH ?sin??DC 式中 D ――軌距傳感器測(cè)得的軌距 C ――鋼軌水平高差 H ――導(dǎo)高 L ――拉出值 m—— 主機(jī)在測(cè)量架上的固定補(bǔ)償值 l—— 激光測(cè)得的斜距離 α —— 光柵 測(cè)得的旋轉(zhuǎn)角度 β —— 水平傳感器測(cè)得的傾角 整體光機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)都是 51 單片機(jī)及其外設(shè)組成的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 在儀器內(nèi)部，主機(jī)會(huì)根據(jù)鍵盤指令調(diào)動(dòng)激光測(cè)距模塊，光柵測(cè)角模塊和內(nèi)部各種傳感器分別測(cè)量距離和角度，距離，水平，位移數(shù)據(jù)，按照一定的公式計(jì)算計(jì)算參數(shù)結(jié)果，最終在顯示屏上輸出導(dǎo)高，拉出值，軌距，水平等幾何參數(shù)，同時(shí)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。參數(shù)測(cè)量時(shí)，先根據(jù)放置標(biāo)準(zhǔn)將測(cè)量架卡在鋼軌上，主機(jī)卡在測(cè)量架固 定座上，形成一個(gè)以鋼軌面和鋼軌中心為基準(zhǔn)的測(cè)量平臺(tái)。數(shù)據(jù)分析和網(wǎng)絡(luò)管理兩部分是系統(tǒng)的核心部分，利用基于 B/S 架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)分析軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化分析和數(shù)據(jù)共享，為鐵路部門搭建接觸網(wǎng)參數(shù)數(shù)字化管理平臺(tái)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理三部分構(gòu)成，在接觸網(wǎng)工區(qū)、供電段、鐵路局之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，形成一個(gè)有機(jī)整體。 一種全新的智能接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng) 系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)融合激光測(cè)距，傾角、水平、光柵傳感技術(shù)，以及 CCD 視頻成像技術(shù)，并配合網(wǎng)絡(luò)化的接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)管理模式，為鐵路電氣化接觸網(wǎng)檢測(cè)提供完美的解決方案，大大提高了檢測(cè)和數(shù)據(jù)管理的工作效率。當(dāng) USB 設(shè)備插入計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)對(duì) USB 設(shè)備進(jìn)行枚舉。在USB 接口中，支持低速和全速 2 種傳輸方式，在低速方式下其最大傳輸速度已達(dá) bps，在全速方式下其傳輸速度可達(dá) 12M bps。 DSP(TMS320C621 1)是整個(gè)硬件系統(tǒng)的 信號(hào)處理核心，它從 FIFO里面讀取 CCD 傳來(lái)的光強(qiáng)數(shù)據(jù)信號(hào)，調(diào)用相應(yīng)算法計(jì)算接觸網(wǎng)圖像在 CCD 上的分布，經(jīng)解算處理后通過(guò) USB 口將結(jié)果傳給下位機(jī)。為保證系統(tǒng)中各芯片時(shí)序的協(xié)調(diào)性，進(jìn)一步提高整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的速度，整個(gè)電路的時(shí)序由 CPLD 來(lái)精確控制， CCD 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、積分時(shí)間控制、地址譯碼、 A/D 轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)緩存及數(shù)據(jù)采集等時(shí)序驅(qū)動(dòng)邏輯全部集成在 CPLD 中，使整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)可靠。 為解決 DSP 與 A/D 速度的協(xié)調(diào)問(wèn)題，通過(guò) FIFO 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)渡和緩沖。 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 Analog公司出品的納秒級(jí) (ns)轉(zhuǎn)換器件 ADC08200。 （ 1） 圖像芯片采集速度 圖像芯片采集速度是關(guān)鍵指標(biāo)，為了滿足該指標(biāo)，線陣 CCD 采用 TOSHIBA的 TCDl209D，該線陣芯片的分辨率高達(dá) 2048 像素，其驅(qū)動(dòng)頻率可高達(dá) 20 MHz，特別適用于高速條件下尺寸的測(cè)量和動(dòng)態(tài)分析。該芯片時(shí)鐘速度可大于 100M，讀寫周期小于 10 ns，且片上資源豐富。 基于 DSP 和 DDC 的接觸網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：①利用高速線陣 CCD 實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)圖像的數(shù)字化；②利用數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320C6211 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的采集和處理；③利用PDIUSBDl2 USB 接口芯片完成整個(gè)系統(tǒng)與 PC 機(jī)之 間的數(shù)據(jù)通信，如圖 所示。 、里程的檢測(cè) 速度傳感器是一種光電旋轉(zhuǎn)編碼器，將它配置于檢測(cè)車上，和車軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)一周輸出 1000 個(gè)脈沖，用一個(gè)計(jì)數(shù)器專門用來(lái)計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值除以 1000，再乘以車輪直徑，即可得到車行走的距離。與檢測(cè)弓網(wǎng)撞擊加速度不同，檢測(cè)弓網(wǎng)撞擊壓力需要綜合考慮受電弓滑板質(zhì)量、支架的支撐力、空氣氣動(dòng)力和受電弓的加速度，這樣能比較 全面的反映弓網(wǎng)的運(yùn)行狀況，是一種更合理的檢測(cè)方法 [16]。 國(guó)際上先進(jìn)的檢測(cè)方法是基于檢測(cè)弓網(wǎng)的接觸壓力。根據(jù)式 (5），弓網(wǎng)撞擊時(shí)受電弓滑板的加速度不僅與弓網(wǎng)撞擊力有關(guān)，而且與滑板的質(zhì)量以及受電弓支架的支撐力有關(guān)，而目前用加速度判別硬點(diǎn)的方法只測(cè)試了受電弓滑板的垂向加速度，至于滑板自重和受電弓支架支撐力都沒(méi)有被考慮。如果給出其它變化量的范圍，就能確定加速度的取值范圍。式（ 31）可以改寫為式（ 32） a=(P+GTN)/m （ 32） 加速度 a 的值與受電弓滑板的質(zhì)量成反比。其所受力之間的相互關(guān)系為： maP+GTM （ 31） 式（ 31）中 m 為受電弓滑板歸算質(zhì)量； a 為受電弓滑板質(zhì)心垂向加速度； P為弓網(wǎng)接觸壓力； G 為受電弓滑板重力； T 為受電弓滑板所受的彈簧支撐力； N 為受電弓滑板所受的空氣抬升力。假設(shè)動(dòng)車組勻速運(yùn)行，受電弓不存在 沿運(yùn)行方向的加速度，只有沿垂向的加速度。 目前，傳統(tǒng)用于評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)硬點(diǎn)的加速度就是受電弓滑板質(zhì)心的垂向加速度。在此情況下，受電弓在通過(guò)定位器時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生變化，即每個(gè)定位點(diǎn)都成為 “速度硬點(diǎn) ”。從理論上來(lái)講 ，彈性硬點(diǎn)的信息是能夠全部采集到的。而當(dāng)兩者之一受到某種因素的干擾，使其振動(dòng)頻率發(fā)生變化，兩者的協(xié)調(diào)關(guān)系被破壞，受電弓與接觸線之間即發(fā)生沖撞而產(chǎn)生沖擊力，經(jīng)傳感器檢出即為“硬點(diǎn) ”。受電弓與接觸線在高速運(yùn)動(dòng)中的接觸，是在振動(dòng)條件下實(shí)現(xiàn)的。反射波與發(fā)射波相疊加使振動(dòng)更加復(fù)雜化。 彈性硬點(diǎn)：弓網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性很復(fù)雜，受電弓對(duì)接觸線的作用，可以看作是一個(gè)隨坐標(biāo)和時(shí)間變化的動(dòng)荷載。凡有此類硬點(diǎn)的地方，易造成受電弓和接觸線機(jī)械損傷和電弧燒傷，嚴(yán)重時(shí)可能誘發(fā)弓網(wǎng)故障。 接觸網(wǎng)不但存在 “固有硬點(diǎn) ”，而且還存在 “彈性硬點(diǎn) ”和 “速度硬點(diǎn) ” 固有硬點(diǎn)：接觸網(wǎng)硬點(diǎn)是由于某些部件的自重過(guò)大或安裝不良造成的。這些所謂的硬點(diǎn)在車速不高時(shí)，一般不會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。 硬點(diǎn)的產(chǎn)生原因主要有以下幾個(gè)方面：（ 1）線夾傾斜過(guò)大，會(huì)對(duì)受電弓滑板造成較大沖擊 。 接觸導(dǎo)線呈 ?之 ?字形布置，接觸力的作用點(diǎn)在滑板的工作范圍內(nèi)左右的移動(dòng)，加之車體的晃動(dòng)，不僅接觸力的作用位置隨機(jī)變化，而且接觸力的方向也是變化的，這無(wú)疑增加了測(cè)量的難度，但任何方向的接觸力都可以分解為 2 個(gè)相互垂直的力，其中一個(gè)力與滑板面垂直。當(dāng)接觸壓力過(guò)大接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究 三 參數(shù)檢測(cè)方法 13 時(shí)，會(huì)增加受電弓和接觸線的異常 磨損，縮短其使用壽命；接觸壓力過(guò)小時(shí)，會(huì)使它們之間接觸不良，使供電時(shí)斷時(shí)續(xù)，甚至引起火花或電弧，以致燒損接觸線。 檢測(cè)接觸壓力的意義：在高速鐵路中，與列車速度直接相關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)是受流質(zhì)量。 （ 3） 懸掛調(diào)整后的測(cè)量：核實(shí)懸掛點(diǎn)處承力索的實(shí)際高度與相對(duì)于線路中心線的偏移值，檢查懸掛 調(diào)整結(jié)果是否符合要求。 接觸網(wǎng)導(dǎo)高與拉出值作為接觸網(wǎng)的基本參數(shù)，工程上有著重要作用，具體表現(xiàn)在： （ 1） 承力索架設(shè)后的測(cè)量：核實(shí)懸掛點(diǎn)處承力索的實(shí)際高度與相對(duì)于線路中心線的偏移值，檢查支柱裝配的結(jié)果是否符合要求，為接觸線架設(shè)創(chuàng)造條件。就整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)而論，可以分為檢測(cè)信號(hào)、補(bǔ)償信號(hào)和定位信號(hào) 3 種。該車具有特殊功能的檢測(cè)裝置及設(shè)備，能夠檢測(cè)接觸線的拉出值、導(dǎo)線高度、定位管坡度、線岔狀態(tài)、接觸網(wǎng)供電電壓、接觸網(wǎng)供電壓力、接觸懸掛硬點(diǎn)（沖擊）、離線、桿位（桿號(hào)）和速度（里程）等諸多項(xiàng)機(jī)械及電氣技術(shù)參數(shù)。接觸網(wǎng)的調(diào)整與維護(hù)最終是由現(xiàn)場(chǎng)的工人完成的，合成了檢測(cè)結(jié)果的弓網(wǎng)視頻圖像對(duì)他們來(lái)說(shuō)更直觀、更有說(shuō)服力 [10,11]。這就要求檢測(cè)設(shè)備先進(jìn)的同時(shí)，要使用方便且易維護(hù)。 為使檢測(cè)的結(jié)果更能反映實(shí)際情況，除采用定位點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出方式外， 還可接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究 二 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11 以用曲線方式輸出檢測(cè)結(jié)果。如檢測(cè)拉出值使用的接近傳感器、檢測(cè)定位點(diǎn)位置的紅外光電傳感器、檢測(cè)弓網(wǎng)沖擊的加速度傳感器、檢測(cè)接觸線高度的絕對(duì)編碼器等。接觸檢測(cè)與非接觸檢測(cè)各有優(yōu)缺點(diǎn)。 接觸網(wǎng)參數(shù)有接觸與非接觸兩種檢測(cè)方法。這就要求接觸網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)速度能滿足高速運(yùn)行的要求。高速情況下的弓網(wǎng)接觸壓力、弓網(wǎng)沖擊、受電弓的高度變化、接觸網(wǎng)的彈性及其均勻系數(shù)等是反映弓網(wǎng)運(yùn)行狀況的重要參數(shù)。不同的檢測(cè)設(shè)備其配置、檢測(cè)速度、檢測(cè)參數(shù)的數(shù)量也不同。在我國(guó)，接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)里程長(zhǎng)、車流密度大、車速相對(duì)較低，維修接觸網(wǎng)的天窗點(diǎn)少且時(shí)問(wèn)短，對(duì)接觸網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備的要求如下。 接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)研究