一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器及監測系統的制作方法

本發明涉及高鐵懸掛供電技術領域，具體為一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器及監測系統。

背景技術：

隨著我國高速鐵路迅猛發展，電力機車的供電系統安全穩定運行極其重要，若產生故障，將給人們的生命、財產造成嚴重威脅；電力機車懸掛供電系統的承力索、接觸線的索力異常、甚至產生故障，將直接導致電力機車的供電系統故障，因此，承力索、接觸線的索力監測將至關重要，高鐵由于其穿越大江南北，沿線的環境氣候非常復雜，傳統的承力索、接觸線的索力監測方式很難滿足高鐵管理數字化、智能化的要求。

近年來，隨著光纖傳感技術的發展，由光纖光柵制作的傳感器已經在許多大型涉及國計民生的重大項目的安全監測領域得到廣泛運用。光纖bragg光柵(fbg)傳感器除具有普通光纖傳感器重量輕，耐腐蝕，抗電磁干擾，使用安全可靠等優點外，還具有傳感器尺寸小，波長調制抗干擾能力強，集傳感與傳輸于一體，具有較強的復用能力，易于構成傳感網絡，測量對象廣泛，易于實現多參數同步傳感測量等獨特優點。

目前國內關于鐵路懸掛供電索力監測，目前基本采用人工辦法，主要是通過牽引繩(補償繩)經過滑輪組下掛墜砣進行控制，如此存在如下問題：

1、需要大量人力，造成大量人力資源浪費，同時對人身安全不能起到完全的保障；

2、人到現場只是查看補償繩、墜砣、限界架等是否狀態正常，只能靠人眼進行定性查看，不能定量了解索力具體參數，存在安全隱患；

3、由于補償繩、墜砣、限界架等長期置于自然環境，金屬材料又容易引起生銹等，往往會導致工作狀態異常，甚至有限界架卡死墜砣情況，這都存在巨大安全隱患；

4、由于氣候環境異常(雨、雪等)導致行動不便，往往不能及時到達現場進行監視。

鑒于上述提到的問題，本發明設計一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器及監測系統，以解決上述提到的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器及監測系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器，包括杵環桿，所述杵環桿的外壁頂部卡接有兩組上固定件，所述杵環桿的外壁底部卡接有兩組下固定件，所述下固定件的底部設置有六角螺釘，所述下固定件通過六角螺釘與上固定件連接，所述上固定件的頂部設置有夾套，左側所述夾套的左壁和右側夾套的右壁均設置有封裝套件，左側所述封裝套件的內腔設置有光線光柵應力傳感器，且光線光柵應力傳感器的右端貫穿右側封裝套件，左側所述夾套的右壁和右側夾套的左壁均設置有固定塊，所述固定塊套接在光線光柵應力傳感器的外壁，所述光線光柵應力傳感器的內腔封裝有溫度補償光線光柵傳感器。

優選的，所述光線光柵應力傳感器和溫度補償光線光柵傳感器均為銅質結構。

優選的，所述上固定件的底部和下固定件的頂部均開設有弧形槽，所述杵環桿插接在兩組弧形槽的內腔。

一種高鐵懸掛供電索力在線監測系統，包括工控機主機，所述工控機主機電性輸入連接光學采集子系統，所述光學采集子系統電性輸入連接光學環路子系統，所述工控機主機分別電性雙向連接標定子系統、震動試驗臺、數據分析子系統和互聯網，所述互聯網分別電性輸入連接移動終端和綜合網管子系統，所述移動終端電性輸入連接權限登錄子系統。

優選的，所述光學環路子系統包括掃描式激光器、光耦合器、光分路器、環形器和熱穩定標準具，所述掃描式激光器電性輸出連接光耦合器，所述光耦合器電性輸出連接光分路器，所述光分路器電性輸出連接環形器，所述環形器電性輸出連接熱穩定標準具。

優選的，所述標定子系統包括應力控制臺和高低溫試驗箱。

優選的，所述綜合網管子系統包括分區管理單元、歷史數據庫、報警單元和大數據分析單元，所述分區管理單元分別電性輸出連接歷史數據庫和報警單元，所述歷史數據庫電性輸出連接大數據分析單元。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：該種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器及監測系統，該感應器采用抱裝式結構設計，確保不破壞原有結構，零件不脫落設計，可直接抱裝在承力索和接觸線上，在光線光柵應力傳感器內植入溫度補償光線光柵傳感器，對溫度引起的光學參量變化進行溫度補償，將光纖布拉格光柵傳感器進行并聯，并將該傳感器器安裝在待測點，完成對該點信號的采集工作，采集到的信號通過后端的光電轉換和信號處理單元，傳送至工控主機，通過對應力信號的解調和智能分析，實現對各測量點的溫度及應力的實時精確檢測，并通過補償法得到實際應力值。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明系統原理框圖；

圖3為本發明光學采集子系統原理框圖；

圖4為本發明光學環路子系統原理框圖；

圖5為本發明綜合網管子系統原理框圖。

圖中：1杵環桿、2上固定件、3下固定件、4六角螺釘、5夾套、6封裝套件、7光線光柵應力傳感器、8固定塊、9溫度補償光線光柵傳感器、10工控機主機、11光學采集子系統、12光學環路子系統、13標定子系統、14震動試驗臺、15數據分析子系統、16互聯網、17移動終端、18綜合網管子系統、19掃描式激光器、20光耦合器、21光分路器、22環形器、23熱穩定標準具、24光電轉換模塊、25信號放大器、26數據采集卡、27分區管理單元、28歷史數據庫、29報警單元、30大數據分析單元、31權限登錄子系統。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-5，本發明提供一種技術方案：一種高鐵懸掛供電索力監測用張力傳感器，包括杵環桿1，所述杵環桿1的外壁頂部卡接有兩組上固定件2，所述杵環桿1的外壁底部卡接有兩組下固定件3，所述下固定件3的底部設置有六角螺釘4，所述下固定件3通過六角螺釘4與上固定件2連接，采用抱裝式結構設計，確保不破壞原有結構，零件不脫落設計，該傳感器是直接抱裝在承力索和接觸線上，所述上固定件2的頂部設置有夾套5，左側所述夾套5的左壁和右側夾套5的右壁均設置有封裝套件6，左側所述封裝套件6的內腔設置有光線光柵應力傳感器7，且光線光柵應力傳感器7的右端貫穿右側封裝套件6，左側所述夾套5的右壁和右側夾套5的左壁均設置有固定塊8，所述固定塊8套接在光線光柵應力傳感器7的外壁，所述光線光柵應力傳感器7的內腔封裝有溫度補償光線光柵傳感器9，由于光纖光柵對應力應變敏感的同時，對環境溫度也同樣敏感，因此，需對傳感器溫度特性進行研究，并在光線光柵應力傳感器7內植入溫度補償光線光柵傳感器9，并對溫度引起的光學參量變化進行溫度補償。

其中，所述光線光柵應力傳感器7和溫度補償光線光柵傳感器9均為銅質結構，確保有良好的溫度和張力系數，所述上固定件2的底部和下固定件3的頂部均開設有弧形槽，所述杵環桿1插接在兩組弧形槽的內腔。

一種高鐵懸掛供電索力在線監測系統，包括工控機主機10，所述工控機主機10電性輸入連接光學采集子系統11，所述光學采集子系統11電性輸入連接光學環路子系統12，所述工控機主機10分別電性雙向連接標定子系統13、震動試驗臺14、數據分析子系統15和互聯網16，所述互聯網16分別電性輸入連接移動終端17和綜合網管子系統18，所述移動終端17電性輸入連接權限登錄子系統31。

其中，所述光學環路子系統12包括掃描式激光器19、光耦合器20、光分路器21、環形器22和熱穩定標準具23，所述掃描式激光器19電性輸出連接光耦合器20，所述光耦合器20電性輸出連接光分路器21，所述光分路器21電性輸出連接環形器22，所述環形器22電性輸出連接熱穩定標準具23，掃描式激光器19經過光耦合器20將光分成95:5的兩路光，95％經過光分路器21后再經過環形器22至末端傳感器，5％光給熱穩定標準具23用來標定絕對波長，實驗研究表明，外界應力的變化會引起光纖布拉格光柵中心波長的漂移，在一定的應力范圍內，中心波長的漂移量與溫度及應力的變化呈線性關系，所述光學采集子系統11包括光電轉換模塊24、信號放大器25和數據采集卡26，所述光電轉換模塊24電性輸出連接信號放大器25，所述信號放大器25電性輸出連接信號放大器26，光電轉換模塊24主要由高精度光電二極管組成，信號放大器25的作用為將光電二極管輸出小信號進行放大，以便于給數據采集卡26進行采集，數據采集卡26主要采集經過小信號放大器放大過的電信號，再傳輸至工控機主機10，經過光學分析子系統15得到精確溫度及應力值，光學分析子系統15由工控機主機10組成，是一種基于windows平臺下的java環境，通過優化算法，能準確解調出波長值，所述標定子系統13包括應力控制臺和高低溫試驗箱，應力控制臺用來標定傳感器在不同應力下反射波長，高低溫試驗箱用來標定傳感器在不同溫度下反射波長，震動試驗臺14主要用來檢測傳感器在不同強度的震動下對反射波長影響程度，得出一個可預知的參考數據庫，滿足在高強度震動的使用環境下可以得到準確的索力值，同時，震動試驗臺14還將為傳感器安裝安全狀態服務，要保證在高強度震動環境下，傳感器與被測點之間的連接穩定可靠，不出現脫落事故，所述綜合網管子系統18包括分區管理單元27、歷史數據庫28、報警單元29和大數據分析單元30，所述分區管理單元27分別電性輸出連接歷史數據庫28和報警單元29，所述歷史數據庫28電性輸出連接大數據分析單元30，綜合網管子系統18通過分區管理單元17可以實現對在網多個區域、多個站點、多臺設備進行管理，對不同的測試點可以根據客戶需求進行分區管理，通過報警單元29對每個測試點設置不同的報警參數，精確甄別出真正的危險隱患，消除誤報和漏報，通過互聯網16，遠程用戶可以根據不同權限登錄子系統，查看或修改設置，此外綜合網管子系統18還包括歷史數據庫28，儲存各點健康狀態及當前告警、歷史告警、歷史索力數據，通過大數據分析單元30可分析各點歷史狀態等多項數據，提前預知一些可能會發生的事故。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。