[发明专利]一种非接触式激光铁路接触网检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光电测量领域，涉及一种非接触式激光铁路接触网检测装置及方法。

背景技术

随着我国近些年经济的飞速增长，铁路运输交通的运输能力也在不断提升，无论是普通铁路建设和高速铁路建设，都已进入世界前列。但同时，对铁路建设质量的监管需要进一步加强，对各个环节的检测能力需要更高的要求。

接触网是铁路沿线上空架设备向电力机车供电的输电线路，电气化机车(包含高速电气化机车)运行时需要的电流全部依赖于接触网。接触网是铁路系统的重要组成部分，也是铁路电气工程的主架构。因此，在铁路建设过程中和日常运行维护中，需要对接触网进行准确有效的检测，包括导线高度、拉出值、导线接近距离、导线厚度等关键指标。国内外对接触网的检测技术研究也在不断更新，就目前阶段，主要有多功能接触网检测车、成像法和多点激光偏移量等方法，这些方法有着各自的一些特点：

(1)多功能接触网检测车

以瑞士OPTIMESS多功能检测车为例，该检测车近似于一个完整的车头，在车头的顶部装有激光扫描测量装置，扫描角度为60°-270°；在机车底部装有2纬激光传感器，可在动态运行检测时提供车身补偿数据；系统检测点间距为0.3-0.4m，系统测量精度为3mm。该多功能检测车的检测精度较高，但售价非常昂贵，大量采购比较困难。

(2)成像法

因为需要测量线缆距离车顶或者轨面的垂直距离，有人提出了应用双目视觉3D成像法来完成对接触网的测量。该方法需要使用两个成像器件，并提前标定好两个成像器件的光轴夹角，两个成像器件同时对目标成像，利用三角形测距法得到目标的深度信息(即距离)。但这种方法有一定的局限性，首先是距离和分辨率的关系，在一定的距离内，由于成像探测器的分辨率较高，因此能够得到较高的分辨率，但是随着距离的加大，分辨率会逐渐降低；其次，两片探测器的夹角需要预先精确标定，否则会引起严重误差；另外，该仪器一般需要该仪器竖直朝上对空拍摄测量，在白天户外使用时较强的背景阳光会引起探测器的饱和，严重时会烧毁成像器件靶面。

(3)多点激光偏移量法

在专利(申请公布号为CN 104019741 A)提出了一种激光器与四象限光电池板结合应用的接触网检测装置和方法。该方法中心原理是激光固定在接触网支架上，四象限光电池板固定在接触网导线上，当接触网导线未发生偏移时，激光光斑位于四象限光电池板的中心，当接触网导线发生偏移时，根据激光光斑在四象限光电池板的偏移量可计算出导线的偏移程度。该方法简单易行，但只能在固定位置测量接触网导线偏移，当需要对某一段铁路进行检测时，需要大量布点测量；其次，由于激光器和四象限光电池板均为固定状态，实际有效测量范围为四象限光电池板探测靶面的最大尺寸，当导线偏移已经超出此范围时，将无法测量；另外，测量内容单一，仅能测量导线是否偏移，无法完成导线高度、导线接近和导线厚度等关键指标。

发明内容

为了解决技术背景中现有技术产品所存在不足和局限性，实现了对铁路(含高速铁路)接触网中各导线高度、拉出值、导线接近和导线厚度的快速、实时、准确的测量，本发明提出了一种基于线阵扫描式相位激光测距法与陀螺仪相结合对铁路(含高速铁路)接触网参数进行检测的装置及方法。

本发明采用的技术解决方案如下：

本发明提供了一种非接触式激光铁路接触网检测装置，包括固定壳体、数据处理单元，导电环，调制电路，激光驱动电路，光学系统，接收电路，解调及相位测量电路，转盘、直流电机、陀螺仪和绝对式编码器；

其中，调制电路、激光驱动电路、光学系统、接收电路、解调及相位测量电路以及半导体激光管均安装在转盘的上方；

导电环与调制电路连接，调制电路通过激光驱动电路驱动半导体激光管发射出射激光，出射激光经过光学系统向铁路接触网发射；铁路接触网的反射光通过光学系统后会聚于接收电路，接收电路在将光信号转换为电信号传输至解调及相位测量电路；解调及相位测量电路通过导电环与数据处理单元电连接；

转盘与导电环的转子同轴安装，且导电环位于转盘的下方；导电环的定子与固定壳体连接固定；直流电机的定子与固定壳体连接固定，直流电机的转子穿过导电环与转盘的中心轴连接固定；绝对式编码器的定子与直流电机的定子固定连接，其转子与直流电机的转子同轴连接；

直流电机、导电环、陀螺仪和绝对式编码器均与数据处理单元电连接；

导电环、数据处理单元、直流电机、陀螺仪和绝对式编码器均位于固定壳体内。

具体的说，数据处理单元包括DSP处理电路、数据输出电路以及直流驱动电路；