背景
隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的提高，鐵路在我國(guó)國(guó)民出行中扮演角色越來越重要，特別近些年來動(dòng)車組、高鐵技術(shù)的愈加成熟，它們成為了越來越多人的出行選擇。現(xiàn)在大部分的客運(yùn)鐵路均采用電能作為能源，使用電力機(jī)車牽引客運(yùn)車廂。受電弓是電力牽引機(jī)車從接觸網(wǎng)取得電能的電氣設(shè)備，通常安裝在電力牽引機(jī)車的車頂上。受電弓的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到機(jī)車能否穩(wěn)定、可靠地從接觸網(wǎng)取電，受電弓上的滑板長(zhǎng)期與接觸網(wǎng)摩擦，其自身的磨損情況是一個(gè)重點(diǎn)，它運(yùn)行時(shí)的溫度則是另一個(gè)判斷其是否正常工作的重要依據(jù)。
目標(biāo)
列車運(yùn)行時(shí)，受電弓的滑板會(huì)與接觸網(wǎng)直接接觸摩擦，也會(huì)有大電流通過，產(chǎn)生大量熱量，使滑板溫度上升。但是對(duì)于普通客運(yùn)列車來說，溫度上升地不會(huì)很高，一旦監(jiān)測(cè)到溫度上過限制值，那么就可能是受電弓或者那一段接觸網(wǎng)出現(xiàn)了故障。通過監(jiān)測(cè)溫度便可以判斷受電弓或者線路有沒有出現(xiàn)故障。但是列車運(yùn)行時(shí)速超過100km/h，用人力登上車頂檢測(cè)受電弓滑塊溫度的安全風(fēng)險(xiǎn)巨大，而且列車運(yùn)行時(shí)接觸網(wǎng)與鐵軌間的電壓能達(dá)到25kV甚至更高，人員登頂檢測(cè)不現(xiàn)實(shí)；采用傳統(tǒng)點(diǎn)測(cè)溫的方式進(jìn)行測(cè)溫可以規(guī)避列車運(yùn)行中人員登頂產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，但是測(cè)溫點(diǎn)移動(dòng)困難，只能傳回受電弓滑塊上一個(gè)點(diǎn)的溫度信息，即使使用其他儀器實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫點(diǎn)的移動(dòng)，但是車頂情況復(fù)雜，移動(dòng)困難，滑塊與接觸網(wǎng)直接接觸，稍有不慎測(cè)溫點(diǎn)便有可能擦碰到接觸網(wǎng)造成設(shè)備的損壞，甚至導(dǎo)致整個(gè)輸電線路的故障。選用紅外熱像儀對(duì)受電弓進(jìn)行監(jiān)測(cè)的話就避免了很多問題，紅外熱像儀采用的是非接觸式測(cè)溫，免去了人力登頂測(cè)溫；不受雨雪、大霧等惡劣天氣影響；工作人員可以通過軟件直接觀測(cè)到鏡頭范圍內(nèi)所有物體的溫度信息，而非僅僅是某一點(diǎn)的溫度；測(cè)溫精度高，能達(dá)到±2℃或者2%；設(shè)備體積小，能耗低，不會(huì)影響其他部件的正常工作。
設(shè)計(jì)原理
受電弓主要由底架、阻尼器、升弓裝置、下臂、弓裝配、下導(dǎo)桿、上臂、上導(dǎo)桿、弓頭、滑板及升弓氣源控制閥板等機(jī)構(gòu)組成。升弓裝置安裝在底架上，通過鋼絲繩作用于下臂?；逯杏袣馇唬袎嚎s空氣，如果滑板出現(xiàn)磨損到限或斷裂時(shí)，自動(dòng)降弓裝置發(fā)生作用，受電弓會(huì)迅速自動(dòng)降下。接觸網(wǎng)上的輸電線與鐵軌呈“之”字形架設(shè)，避免受電弓某處持續(xù)與高壓線摩擦造成單點(diǎn)溫度過高或者磨損不均。輪流摩擦可讓受電弓未摩擦部分散熱，從而磨損變得更均勻，使用壽命也更長(zhǎng)。一旦受電弓上出現(xiàn)了故障，會(huì)使得某一點(diǎn)或一個(gè)區(qū)域持續(xù)摩擦通電，溫度上升超過警戒值，導(dǎo)致受電弓部分組件或接觸網(wǎng)電路出現(xiàn)故障。
需求分析
- 系統(tǒng)要求：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要準(zhǔn)確覆蓋受電弓的滑板，特別是在列車運(yùn)行中，能夠持續(xù)準(zhǔn)確觀測(cè)到滑塊的溫度，實(shí)現(xiàn)全天候、全方位、實(shí)時(shí)、非接觸、精準(zhǔn)測(cè)溫要求，可以對(duì)感興趣點(diǎn)進(jìn)行快速的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)獲取，要配備紅外熱像儀及其全套組件，系統(tǒng)各構(gòu)件要達(dá)到相關(guān)參數(shù)要求。
- 數(shù)據(jù)要求：可以實(shí)時(shí)查看并且存儲(chǔ)溫度視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式符合參數(shù)要求。
- 監(jiān)控范圍：通過紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，工作人員可在監(jiān)視器上對(duì)受電弓滑板部分（2m×1.5m×2m）的溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
- 報(bào)警要求：在出現(xiàn)溫度超過報(bào)警值的時(shí)候，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并及時(shí)報(bào)警、存儲(chǔ)超溫區(qū)域的圖像，使工作人員盡早發(fā)現(xiàn)隱患、及時(shí)處理。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)受電弓滑板的位置及工作特點(diǎn)，我們考慮在車頂?shù)氖茈姽安吭O(shè)立監(jiān)控點(diǎn)，與車廂內(nèi)的主機(jī)采用網(wǎng)線連接，通過主機(jī)能夠?qū)χ付▍^(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)對(duì)最高溫點(diǎn)進(jìn)行搜索并進(jìn)行溫度異常報(bào)警。實(shí)施調(diào)看各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的紅外圖像和錄像資料。監(jiān)控中心可自動(dòng)或手動(dòng)切換出各監(jiān)控點(diǎn)的圖象。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）和監(jiān)控中心（主機(jī)）。
系統(tǒng)暫設(shè)若干個(gè)監(jiān)控前端（監(jiān)控點(diǎn)）。在各監(jiān)控點(diǎn)制高點(diǎn)架設(shè)紅外熱成像儀一臺(tái)，監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站等設(shè)備組成，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)充性，可隨時(shí)增加撤減監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)控中心主要的功能就是：預(yù)警、顯示、控制、錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。
