超声波测距原理在受电弓磨耗检测中的运用

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1、超声波测距原理在受电弓磨耗检测中的运用PrincipleofUltrasonicRangingUtilizedinMonitoringAbrasionofPantographSlider摘要：为了准确方便地检测出电力机车受电弓的磨耗状况，本文针对我国主型电力机车受电弓的弓而曲线特征，设计了一种利用超声波传感器作为检测元件的新型受电弓磨耗检测装置，阐述了该装置的检测原理、总体结构以及下位机的电路工作过程和上位机的数据处理方法。关键词：电力机车；受电弓；滑板；磨耗；超声波测量Abstract:Inordertomeasureabrasionofpantographsliderofel

2、ectriclocomotiveaccuratelyandexpediently,accordingtotheoutsidecurveofpantographsliderofourcountry'sprimaryelectriclocomotive,thispaperdesignsanewmonitoringdeviceofabrasionforpantographslider,whichusesultrasonicsensorsasdetectingelements.Thedetectingprincipleandthegrossstructureoftheequipmenta

3、rediscussed,atthesametime,theoperatingprocessofthelowercomputerandtheprocessingmethodofthedataintheuppercomputerareelaborated・KeyWords:electriclocomotive；pantograph；slideplate；abrasion；ultrasonicmeasurement0引言从1997年4月1日至2007年4月18日，我国铁路先后进行了六次大提速，随着铁路系统电气化程度的不断提高及电力机车速度的不断加快，为了保证电力机车安全与稳定的运行，对

4、电力机车各关键部位的状态监测就显得尤为重要了。其屮对受电弓与接触网之间接触状态的检测就是一个非常重要的环节。为了确保受电弓与接触网之间的良好接触，就必须对受电弓滑板的表面状态进行检测。目前铁路系统中，对电力机车受电弓磨耗的检测，大多采用人工目测，这是电力机车入库检修的一个工序，采用此方法必须停车，且费时费力。有少数地方采用一些检测装置，如移动激光传感器检测，此方法能够做到精确测量，但仍需入库停车检测；还有CCD摄像检测、车载光纤检测都能做到机车在线检测，但这些方法成本较高、计算复杂、受环境因素影响较大。针对这些原因，文章设计一种基于DSP技术的超声波传感器测量系统。以超声波传感器

5、作为检测元件优点较多，如超声波指向性强，能量消耗缓慢，本身波形不易受外界干扰，反射、折射及衍射性质与光波接近。使用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、抗干扰能力强、易于做到实时控制。近年來，随着超声波技术的日趋成熟，超声波测量日益精确，使得超声波传感器能够达到受电弓检测的精度要求。1系统结构及工作原理1.1超声波测距的原理超声波测距的原理与蝙蝠通过声波來确定物体的方位和距离的原理基本是相同的。利用发射与接收脉冲声波的时间间隔，来计算到目标物体的距离。计算公式为：S=VxaT/2其川：V为常温下声音的传播速度；AT为从超声波传感器发射超声波至接收到第•个回波信号所用的时间；S即

6、为超声波传感器到被测物间的距离。1.2装置的工作原理由于装置是在机车的行驶过程中对受电弓进行检测，为了便于控制及保证测量精度，设计中超声波传感器采取定点多点陈列排列，垂直向下发射，对受电弓表面进行多点测量，通过超声波测距的计算公式就可以得到各传感器距离受电弓滑板表面对应点的实际距离。当机车经过检测装置时，首先由框架前端的两个垂直向下发射的光电传感器测量出机车的行驶速度，以得到超声波传感器依次开启的时间间隔，这样在机车向前行驶过程中，受电弓每经过一个超声波传感器时就会有一个被打开。当接收到回波信号时，则关闭此传感器，并保存传感器从触发到接收冋波所用的时间。在测量完成以后，将保存的数

7、据通过串口传送给上位机，这部分的工作由下位机来完成。上位机接收到数据后，先对声速进行温度补偿，再将超声波传感器测得的声音计数值转换为距离，然后对各被测点进行磨耗值计算，最终生成三维图形及数据存储。1.3装置的结构设计随着超声波传感器制造工艺的成熟，超声波传感器的体积也不断减小，这样就可以将多个超声波传感器安装在一•起工作。但是因为超声波的声朿有发散角，超声波传感器的声压以锥体的形式向外发散，为了避免相互干扰，在设计中将儿十个超声波传感器水平等距地安装在一根与机车行驶方向呈一定夹角