一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器，包括中部带有接触线放置内孔的环形传感器本体，所述环形传感器本体包括从内向外依次布置的弹性导电环、绝缘管道和屏蔽罩，所述弹性导电环和绝缘管道之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极。本发明专利技术利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，来实现高铁接触线磨损检测，可有效解决高铁接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。保障高速铁路的安全运营。保障高速铁路的安全运营。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器


[0001]本专利技术涉及高铁接触线磨损的检测传感器技术，具体涉及一种用于高铁接触线磨损检测的ERT(Electrical Resistance Tomography，电阻层析成像)传感器。

技术介绍

[0002]接触线作为电气化铁路系统的重要组成部分，由于受电弓和接触线之间的不断摩擦，长时间的使用将会导致接触线表面产生磨损，依据《高铁接触网检修作业指导书》的规定，一旦磨损量达到15％时需要给出警示，当磨损量超过20％时需要对接触线进行更换，这就需要利用合理的方法对接触线的磨损进行精准而有效的检测。
[0003]针对接触线磨损量的检测，研究最多的是图像处理法和激光检测法。基于图像处理的磨面宽度检测法主要是采用照明
‑
摄像的检测原理，这种检测方式的优点是检测精度高，可以实现接触线的带电检测，最高可以达到
±
0.2mm，但是图像检测很容易受到天气、光照等环境因素的影响，需要进行光补偿，且图像处理具有延后性，所以时效性较低。激光检测法主要是利用磨耗面宽度与激光反射持续时间成正比，通过反射激光的持续时间来计算出接触网磨损面的宽度,测量误差约为
±
0.2mm，激光检测的方法非常简单直接，但是激光发射装置的稳定性会影响到结果的准确性，所以没有被广泛应用。还有基于光纤的报警式检测系统，利用带光纤检测线的接触导线和光时域反射仪，检测不同时段在光纤内部产生的雷利散射光的强度变化计算出接触线的磨损状态，利用雷利散射光的反向传播时间计算出光纤断开的位置，这种方法可以更可靠、更高效地了解接触线的磨损情况，实现连续监控和集中监测，但是需要事先在接触线中加入光纤，制作成本较高，不能实现对已有接触线的检测。此外，同济大学的红外射线技术也可以检测接触线的磨耗量，对缺陷处进行温升分析，利用缺陷处的温度来计算横截面积，这种方法的误差在10％以内，这种方法克服了测量设备会与接触线碰触所造成的接触式测量难免产生的误差。但是忽略考虑了因实际环境下太阳光照射引起的附加温升，接触线磨耗定位难等困难和缺点，测量技术仍需进一步完善。中国铁道科学研究院还利用拉出值、导线高度等以目前技术手段相对容易测量获取且测量精度较高的参数，利用人工神经网络进行训练从而推断得到接触线磨耗量的预测值，测量误差在10％以内，这种方法可以减少磨耗量检测的工作量，提高检测效率，保障轨道交通线路的正常运营，但是还只是在初步理论验证阶段，还需要利用大量的数据来训练预测模型，提高模型的准确度。
[0004]ERT层析成像技术就是在被测对象上按照一定的规律排列若干电极，在场域边界处的电极上施加电流激励，当敏感场内的各相介质的分布情况发生变化时，场域中的各相介质电导率也会发生相应的改变。ERT传感器主要应用在医学领域、流体检测领域、工业监控领域以及材料领域等方向，具有非侵入、安全、简单便携、造价低等特点。但是，由于ERT传感器的电极必须要接触连续导电相，而高铁接触线的磨损会产生空气域，产生电极和导电相的接触性问题，所以不能够高铁接触线磨损的检测。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于高铁接触线磨损检测的ERT传感器，本专利技术利用接触线磨损导致的电导率变化，能够直接对接触线截面进行成像，来实现高铁接触线磨损检测，可有效解决高铁接触线检测效率和可靠性低的问题，降低工作强度，保障高速铁路的安全运营。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于接触线磨损检测的ERT传感器，包括中部带有接触线放置内孔的环形传感器本体，所述环形传感器本体包括从内向外依次布置的弹性导电环、绝缘管道和屏蔽罩，所述弹性导电环和绝缘管道之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极。
[0008]可选地，所述电极均匀对称地分布在弹性导电环外壁的一半圆周以内。
[0009]可选地，所述电极焊接有带屏蔽层的激励/测量导线，所述激励/测量导线与电极相连后再经过绝缘管道上的过孔后从绝缘管道和屏蔽罩之间的空隙引出；或者所述激励/测量导线与电极伸出绝缘管道上的过孔的部分相连并从绝缘管道和屏蔽罩之间的空隙引出。
[0010]可选地，所述环形传感器本体为开合式结构，所述开合式结构是指所述环形传感器本体由两个半环组成，且两个半环一端通过转轴转动连接、另一端通过可拆卸的连接件相连。
[0011]可选地，所述电极为铜电极，所述绝缘管道为塑料管道。
[0012]本专利技术还提供一种用于接触线磨损的检测系统，包括开关单元、信号采集调理电路、处理单元、微控制器、DDS正弦波发生器以及所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，所述开关单元包括测量电极选通开关和激励电极选通开关，所述测量电极选通开关、激励电极选通开关以及DDS正弦波发生器的控制端分别与微控制器相连，所述DDS正弦波发生器的输出端通过激励电极选通开关与所述ERT传感器的各个电极相连，且所述ERT传感器的各个电极分别通过测量电极选通开关、信号采集调理电路与处理单元相连。
[0013]此外，本专利技术还提供一种所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，包括：
[0014]1)在接触线放置内孔中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵V
m
；
[0015]2)将目标场的电压矩阵V
m
减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；
[0016]3)对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。
[0017]可选地，步骤1)中在接触线放置内孔中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵V
m
时，获得空场域的边界电压值V0和目标场的电压矩阵V
m
的步骤包括：
[0018]S1)在电极组件中选择2n个电极，以不重叠的两个相邻的电极作为一组相邻电极对构成相邻电极对集合；
[0019]S2)按照指定的旋转方向，从相邻电极对集合遍历选择一组相邻电极对作为当前
相邻电极对，将当前相邻电极对作为激励电极，对激励电极注入恒定激励电流以建立敏感场，并分别测量相邻电极对集合中尚未遍历的其余各组相邻电极对的电势差；
[0020]S3)判断相邻电极对集合是否遍历完毕，如果尚未遍历完毕，则跳转至步骤S2)；将所有测量得到的电势差组成得到的空场域的边界电压值V0或目标场的电压矩阵V
m
。
[0021]可选地，步骤3)之前还包括确定ERT传感器的灵敏度矩阵S的步骤：建立与ERT传感器同样结构参数的仿真模型进行电场强度仿真计算，并基于下式计算ERT传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，包括中部带有接触线放置内孔(10)的环形传感器本体(1)，所述环形传感器本体(1)包括从内向外依次布置的弹性导电环(11)、绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)，所述弹性导电环(11)和绝缘管道(12)之间设有电极组件，所述电极组件包括沿弹性导电环(11)外壁周向间隔布置的数量为六个以上的电极(14)。2.根据权利要求1所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)均匀对称地分布在弹性导电环(11)外壁的一半圆周以内。3.根据权利要求2所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)焊接有带屏蔽层的激励/测量导线(15)，所述激励/测量导线(15)与电极(14)相连后再经过绝缘管道(12)上的过孔(121)后从绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)之间的空隙引出；或者所述激励/测量导线(15)与电极(14)伸出绝缘管道(12)上的过孔(121)的部分相连并从绝缘管道(12)和屏蔽罩(13)之间的空隙引出。4.根据权利要求3所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述环形传感器本体(1)为开合式结构，所述开合式结构是指所述环形传感器本体(1)由两个半环组成，且两个半环一端通过转轴(2)转动连接、另一端通过可拆卸的连接件(3)相连。5.根据权利要求1所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，其特征在于，所述电极(14)为铜电极，所述绝缘管道(12)为塑料管道。6.一种用于接触线磨损的检测系统，包括开关单元(4)、信号采集调理电路(5)、处理单元(6)、微控制器(7)、DDS正弦波发生器(8)以及权利要求1～5中任意一项所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器，所述开关单元(4)包括测量电极选通开关(41)和激励电极选通开关(42)，所述测量电极选通开关(41)、激励电极选通开关(42)以及DDS正弦波发生器(8)的控制端分别与微控制器(7)相连，所述DDS正弦波发生器(8)的输出端通过激励电极选通开关(42)与所述ERT传感器的各个电极(14)相连，且所述ERT传感器的各个电极(14)分别通过测量电极选通开关(41)、信号采集调理电路(5)与处理单元(6)相连。7.一种权利要求1～5中任意一项所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，包括：1)在接触线放置内孔(10)中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔(10)中放入被测接触线后测量目标场的电压矩阵V
m
；2)将目标场的电压矩阵V
m
减去空场域的边界电压值V0得到边界电压值矩阵V；3)对边界电压值矩阵V，结合ERT传感器的灵敏度矩阵S，利用Landweber图像重建算法进行电导率的迭代反演，得到最终的电导率重建图像，并根据最终的电导率重建图像计算出最终所需的磨损面积参数。8.根据权利要求7所述的用于接触线磨损检测的ERT传感器的应用方法，其特征在于，步骤1)中在接触线放置内孔(10)中不放入接触线的情况下测量空场域的边界电压值V0，在接触线放置内孔(10)中放入...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽辉，宋汐，陈棣湘，潘孟春，周卫红，胡佳飞，张琦，任远，唐莺，邱晓天，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：