一种火车受电弓的结构健康监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种火车受电弓的结构健康监测系统，包括至少一个安装到火车受电弓或与其集成的传感器，一个用于从传感器接收信号或数据的数据采集单元；一个处理单元，用于在其所接收到的信号和数据基础上判断受电弓的结构健康状况；结构健康监测系统在火车运行时连续或周期性的执行检查；在火车停用时，进行离线检查；检测方法可以是被动式的，传感器在没有产生激励信号的情况下收集信号；检测方法可以是主动式的，使用一些传感器作为激励器向结构发送激励信号，其它传感器接收结构响应信号，或者激励器本身收集结构响应信号；数据采集单元从传感器接收信号或数据；数据处理单元从数据采集单元获取传感器数据，确定是否结构改变或损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种火车受电弓的结构健康监测系统
本专利技术涉及火车受电弓的结构健康监测
，具体涉及一种火车受电弓的结构健康监测系统。
技术介绍
受电弓是安装在电力机车、有轨电车或电动公交车车顶上的装置，通过与架空线接触来收集电力，通过受电弓与接触网取电是目前现代电力火车和电力机车获取动力的主要形式。因此，受电弓是现代火车和电力机车安全运行的关键结构，受电弓结构失效会导致严重事故。当受电弓受到损坏或磨损时可能会导致电缆断裂，这将产生昂贵的维修费用，且维修需要耗费很多时间，并可能会导致相当长的停机时间；断裂的高压电缆也会对附近乘客和人员产生危险。因此，确保受电弓处于健康的工作状态至关重要。目前，受电弓的结构健康状况主要通过视检系统的离线检查来确定。视检系统拍摄受电弓图像，并使用图像分析算法确定受电弓结构是否有损坏。视检系统可以发现碳滑板的厚度变化和结构的外部损伤，但是它无法有效检测到焊点失效、金属疲劳、内部损伤或者位于相机盲区的损伤，这些结构损伤均需要进一步的人工检查来确定。因此，当前市场需要行之有效的检测方法来检查受电弓的结构健康状况，以节省劳动力成本、提高效率和监测的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种火车和电力机车受电弓结构的健康监测系统，该系统使用至少一个传感器来监测火车受电弓的结构完整性，该系统能够探测焊接失效、金属疲劳和框架裂纹的结构损坏情况。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种火车受电弓的结构健康监测系统，包括至少一个安装或集成到所述火车受电弓上的传感器；数据采集单元，用于从所述传感器接收信号或数据；数据处理单元，用于基于所接收的信号或数据确定火车受电弓的结构健康状况。其中，所述数据采集单元通过至少一个所述传感器向所述火车受电弓发送激励信号，并通过至少一个所述传感器收集来自所述火车受电弓的响应信号。其中，多个所述传感器通过环氧树脂、夹具、焊接、胶水或者螺钉安装到所述火车受电弓上。其中，所述火车受电弓为高压火车受电弓，所述数据采集单元安装在火车受电弓上，所述数据处理单元安装在火车受电弓的低压位置处，所述数据采集单元和所述数据处理单元无线通信连接。其中，还包括远程管理控制台，所述火车受电弓为高压火车受电弓，所述数据采集单元和所述数据处理单元被安装到所述火车受电弓上，并且所述数据处理单元与所述远程管理控制台无线通信连接。其中，多个所述传感器包括压电传感器、加速传感器、陀螺仪传感器、温度传感器、力传感器、扭矩传感器、振动传感器、光纤和应变片传感器。其中，多个所述传感器和所述数据采集单元被集成为一个设备。其中，所述数据采集单元和所述数据处理单元被集成为一个设备。其中，多个所述传感器由所述数据采集单元供电。其中，多个所述传感器、所述数据采集单元和所述数据处理单元中的至少一个由内置电池供电。其中，所述内置电池由能量采集电路充电。其中，当其检测到所述火车受电弓的结构损坏时发出警报。其中，所述远程管理控制台通过网络向所述数据采集单元和所述处理单元发送控制指令并获取数据和火车受电弓的结构健康监测结果。本专利技术具有如下优点：本专利技术的火车受电弓的结构健康监测系统包括一个或多个安装或集成在火车受电弓上的传感器、一个用于接受所述传感器信号或数据的数据采集单元，以及一个基于所收集到的信号和数据来进行火车受电弓结构健康分析的数据处理单元；所述结构健康监测系统可以在火车运行时实时连续地执行或周期性执行检测，也可以在火车停止使用时离线执行检测。所述火车受电弓结构健康监测系统的监测方式可以是被动式的，所述传感器收集信号而不对火车受电弓结构产生激励信号；监测方式也可以是主动式的，其中一些所述传感器被用作激励器，主动发送激励信号到火车受电弓结构和其他传感器，或者激励器本身收集结构响应信号；或者也可以采取主动式传感器和被动式传感器相结合的方式。所述数据采集单元从所述传感器接收信号或数据。在主动模式下，所述数据采集单元还向激励器发送激励信号。所述数据处理单元对所获取的传感器数据进行处理，以确定是否存在结构改变或损伤。附图说明图1是本专利技术的火车受电弓的结构健康监测系统的功能模块图。图2是本专利技术的火车受电弓的结构健康监测系统的数据采集单元的功能模块图。101-传感器；102-数据采集单元；103-数据处理单元；104-远程管理控制台；201-多路复用器；202-信号调节电路；203-A/D转换器；204-数字处理模块；205-数字信号转换器；206-激励模块；207-存储器模块；208-通信模块；209-多路复用器；210-电源。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1本专利技术公开了一种火车受电弓的结构健康监测系统。实施例1，如图1所示，所述火车受电弓的结构健康监测系统包括至少一个传感器101、数据采集单元102和数据处理单元103。所述传感器101可以是一个激励器(即主动传感器)、一个接收器(即被动式传感器)或两者的组合。所述火车受电弓的结构健康监测系统可以在火车运行时连续或周期性地执行检查，也可以在火车停止使用时执行离线检查。检查方法可以是被动式、主动式，或两者相结合。在被动模式下，所述传感器101收集信号而不向结构产生激励信号。在主动模式下，其中一些所述传感器101可以用作激励器主动向所述火车受电弓结构发送激励信号，而其它所述传感器101或激励器本身收集所述火车受电弓结构的响应信号。所述数据采集单元102接收来自所述传感器101的信号或数据。在主动模式下，所述数据采集单元102也向激励器发送激励信号。所述数据处理单元103处理由所述数据采集单元102所采集的所述传感器101的数据，并判断是否存在结构改变或损伤。所述传感器101既可以安装在所述火车受电弓上，也可以直接作为所述火车受电弓的一部分内嵌其中；所述传感器101的安装方法包括用环氧树脂安装法，胶水安装法，焊接，螺丝安装法和夹子安装法。所述传感器101具备不同的感测能力，所述传感器101可以是压电传感器、EMAT(电磁超声换能器)、加速器传感器、陀螺仪传感器、温度传感器、光纤或应变仪传感器；所述传感器101也可以是具有不同传感能力的传感器组合，有些传感器也可以用作主动模式下的激励器。所述传感器101、所述数据采集单元102和/或所述数据处理单元103可以是集成在一起的设备或分开的设备。例如，所述数据采集单元102可以与一些所述传感器101集成为单个设备。作为另一个例子，所述数据采集单元102可以作为单个设备与所述数据处理单元103集成在一起。但是，当要处理的数据量巨大或需要某种复杂的数据处理算法(例如：人工智能、机器学习)时，可以使用远程(例如：基于云)更强大的所述处理单元103来代替。实施例2在实施例2中，所述火车受电弓的结构健康监测系统还包括一个远程管理控制台104，其用于向所述数据采集单元102和/或所述数据处理单元103发送指令以协调这些单元，并通过有线或无线网络从这些单元接收数据和/或结构健康诊断结果。所述远程管理控制台104可以安装在火车上或火车之外的控制中心处。由于所述火车受电弓上的高电压，可能难以通过有线方式将安装在所述火车受电弓上的单元连接到装在火车的受电弓的结构健康监测系统其它单元。在这种情况下，将采用无线通信的方式。解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，包括至少一个安装或集成到所述火车受电弓上的传感器(101)；数据采集单元(102)，用于从所述传感器(101)接收信号或数据；数据处理单元(103)，用于基于所接收的信号或数据确定火车受电弓的结构健康状况。

【技术特征摘要】
2017.01.23 US 62/449,126;2018.01.17 US 15/873,8201.一种火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，包括至少一个安装或集成到所述火车受电弓上的传感器(101)；数据采集单元(102)，用于从所述传感器(101)接收信号或数据；数据处理单元(103)，用于基于所接收的信号或数据确定火车受电弓的结构健康状况。2.根据权利要求1所述火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，所述数据采集单元(102)通过至少一个所述传感器(101)向所述火车受电弓发送激励信号，并通过至少一个所述传感器(101)收集来自所述火车受电弓的响应信号。3.根据权利要求1所述火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，多个所述传感器(101)通过环氧树脂、夹具、焊接、胶水或者螺钉安装到所述火车受电弓上。4.根据权利要求1所述火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，所述火车受电弓为高压火车受电弓，所述数据采集单元(102)安装在火车受电弓上，所述数据处理单元(103)安装在火车受电弓的低压位置处，所述数据采集单元(102)和所述数据处理单元(103)无线通信连接。5.根据权利要求1所述火车受电弓的结构健康监测系统，其特征在于，还包括远程管理控制台(104)，所述火车受电弓为高压火车受电弓，所述数据采集单元(102)和所述数据处理单元(103)被安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昶，刘磊，
申请(专利权)人：嘉兴博感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33