四川都睿感控科技有限公司

电话:028-87686694

都睿感控欢迎您!—— 传感器专注中国第一

首页 >> 新闻动态 >>行业资讯 >> 位移传感器在电气化铁道接触线导线测量中的应用
详细内容

位移传感器在电气化铁道接触线导线测量中的应用

    随着社会对铁路运输需求的日益增长,如何满足安全、优质、高效的供电要求,成了我们一切工作的出发点和落脚点。作为铁路供电部门,确保供电质量是首要职责,尤其是确保牵引供电质量,则是重中之重。然而,作为接触网主要部件的接触网导线,由于长期承受机电负荷、日晒雨淋、受电弓摩擦等作用,导致部分接触网导线出现过度磨损等现象,这对牵引供电安全构成了极大威胁。另外,由于接触网导线的特殊性,用传统方式检测存在工作量大、停电困难等实际情况,致使安全隐患未能有效检测出来。所以,采用合适的传感器组成检测装置对接触网导线磨损情况进行有效的检测有着十分重要的意义。传感器的类型很多种,常见的传感器有:电流传感器,温度传感器、湿度传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器等等。

本文介绍位移传感器在电气化铁道接触线导线磨耗测量的应用。

一、位移传感器在接触网导线磨耗测量的方案

    目前国外开发的几种接触导线磨耗检测系统可分为图像检测法、激光扫描法、残高测量法三大类。其中图像检测法基于光源照明接触导线下部磨耗面,高速摄像机采集接触面图像,经过数字图像处理后得到导线磨耗面宽度值,并保存和实时显示;激光扫描法是激光束通过旋转反射镜反复扫描整个接触导线,当激光束遇到导线磨耗面时,引起激光漫反射,部分光被反射回光源处,可通过光电转换器件接收反射光。以上两种方法存在检测成本高不能带电检测的缺点。

残高测量法,该方法通过机械架构使用位移传感器直接检测导线的残存高度从而检测导线的磨损程度。该种方法不用停电具有检测成本低,精确度高,容易操作等优点。

    位移传感器又称为线性传感器,把位移转换为电量的传感器。测量过程中有许多物理量常常需要先变换为位移,然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中,位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。位移传感器分为电位器式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,电感式电感,霍尔式位移传感器等等。现在我就上述几种传感器作比较。


四、位移传感器技术方案的确定

4.1电位器式位移传感器 

    电位器式位移传感器通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是,为实现测量位移目的而设计的电位器,要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值,阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压,以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化,其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件,则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是:结构简单,输出信号大,使用方便,价格低廉。 

4.2霍尔位移传感器

霍耳式位移传感器的测量原理是保持霍耳元件(见半导体磁敏元件)的激励电流不变,并使其在一个梯度均匀的磁场中移动,则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大,灵敏度越高;梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性。霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长,因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。 

4.3光电式位移传感器

光电式位移传感器根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量,并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置控制系统中用作边缘位置传感器。光电电位器最大的优点是非接触型,不存在磨损问题,它不会对传感器系统带来任何有害的摩擦力矩,从而提高了传感器的精度、寿命、可靠性及分辨率。光电电位器的缺点是接触电阻大,线性度差。由于它的输出阻抗较高,需要配接高输入阻抗的放大器。尽管光电电位器有着不少的缺点,但由于它的优点是其它电位器所无法比拟的,因此在许多重要场合仍得到应用。

4.4电感式位移传感器

电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,但不易在高电厂环境下使用。 

4.5电容式位移传感器

以电容器为敏感元件,将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容传感器的形式很多,常使用变极距式电容传感器和变面式电容传感器进行位移测量。随着电容式传感器应用问题的完善解决,它的应用优点十分明显:(1)分辨力极高,能测量低达10-7的电容值或0.01μm的绝对变化量和高达(ΔC/C)=100%~200%的相对变化量,因此尤适合微信息检测;(2)动极质量小,可无接触测量;自身的功耗、发热和迟滞极小,可获得高的静态精度和好的动态特性;(3)结构简单,不含有机材料或磁性材料,对环境(除高湿外)的适应性较强;(4)过载能力强。

通过上述比较,电容式电位器它具有非接触测量、低频增益高、结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、稳定性好等优点更适合用于接触网导线磨耗的带电检测。


五、电容式位移传感器在磨耗测量仪中的具体实现

   我们根据电容式位移传感器的特点,利用位移传感器对接触线的残存高度进行精密的测量,然后将残存高度值进行显示,并通过无线发送到接收端进行计算。我们将磨耗测量仪设计如下:

 

1.png

   在使用时,我们将接触导线卡在定位块和线卡之间,由于接触导线的进入,推动了电容式位移传感器的轴杆向下移动,由于轴杆的移动,引起了内部电容的变化,从而计算出了接触导线的残存高度。在单片机的编程代码如下:


   根据上面的单片机对电容式位移传感器的数据采集处理,下面我们提出了对接触导线磨耗测量仪的设计目标如下:它是用于电气化铁道接触网导线磨耗智能型带电测量设备,能实时收集当前各锚段关节各定位点及跨中导线磨损,从而指导作业人员进行及时检修和分析事故原因。该仪器适用于当前电气化铁道接触网任一导线,并运用Zigbee技术进行数据传输,不受电磁波等干扰,稳定性强,可以保存测量数据、计算磨损度,并且配备较专业软件,易于操作。它上面的卡具与接触导线外轮廓相对应以确定测量的基准零点和测量时的精确定位。内部测量传感器为电容式位移传感器,其测量分辨率为0.001mm。为测量和运算精度提供了保障。

其主要技术要求:

适应接触线导线型:  CT85、CT100、CT110、CT120、CT150、铝包钢线195、铝包钢线250、铝包钢线260

适用高度:0-10m

工作温度:-5℃-40℃

位移传感器分辨率:0.001mm


六、电容式位移传感器在磨耗测量仪应用出现的问题和解决方案

    在接触网导线磨耗测量仪的设计中,我们采用了利用绝缘杆将测量头举上接触线,对导线进行卡锁,再利用电容式位移传感器进行测量。由于地面到接触线的距离一般为6米左右,所以当测量头被举上之后,需要精确操作对导线进行卡锁,往往会出现一次卡锁不成功的情况。而由于电容式位移传感器本身的特点,和由于弹簧机构对电容式位移传感器的快速多次移动,往往容易早上电容式位移传感器归零错误。也就是说在机械回到零点的位置,由于弹簧机械运动速度过快,超过了电容式位移传感器的反应速度,就容易造成了电子电路上不能归零的现象发生。往往会达到几个毫米,这对于精确度要求在0.01毫米的测量中是绝对不允许的。所以我们在地面的接收端设置了远距离的清零装置,也就是当接触网导线脱了磨耗测量仪的卡锁之后,其电容式位移传感器已经实现了机械归零,我们可以通过地面接收端观察位移传感的数据是否实现了同步归零,如果没有归零,我们可以通过地面发送清零信号在,在测量端的清零电路将实现对位移传感器的清零操作,从而有效地保证测量的准确性。


七、电容式位移传感器在磨耗测量仪应用总结

    利用电容式位移传感器为测量基础传感器设计的接触线导线磨耗测量仪,已经在部分铁路线路上进行推广使用,根据测量人员反馈的现场情况,其具有测量速度快,操作人性化、携带方便,功耗低,精度高,数字化处理等优点,很适合对接触网导线磨耗的测量,其核心元件电容式位移传感器更是功不可没,接触线的残存高度就是由其完成了测量,正是有这第一手的精确测量数据,后面的单片机才能对数据进行处理,专用软件才能对数据进行分析,通过残存高度,换算出磨耗面积,磨耗百分比等等。对于导线磨耗测量过程中,仪器需要偶尔人工干预进行位移传感器的数据归零的问题还需要我们进一步地去研究,虽然我们现在采用了折中的方案来解决,但是如何改变电容式位移触感器的响应速度还值得我们去研究,我们将争取可以能够做出更稳定的电容式位移传感器从而更加精确地测量接触线导线磨耗数据。


最新评论
请先登录才能进行回复登录

CULTURE MEDIA

Copyright  2014-2025,All rights reserved

网站导航

腾讯qq

新浪微博

腾讯微信

资讯分享

联系我们

四川省成都市高新西区校园路822号

028-87686694

2435226521@qq.com

周一到周五10:00—18:00

霍尔传感器淘宝店二维码

二维码

扫码进入淘宝购买