Устройство для измерения положения контактного провода на контактной сети электротранспорта

Полезная модель относится к автоматическим устройствам бесконтактного контроля и регистрации положения контактного провода на контактной сети электротранспорта и может быть использована для диагностики контактной сети на подвижных единицах, оборудованных и не оборудованных механизмом пантографа.
Из уровня техники (патент №7948 с приоритетом от 26.08.1997 г.) известно устройство для измерения параметров контактного провода, содержащее осветитель, оптически сопряженный через контактный провод с блоками приема, первичной обработки, анализа и отображения информации, отличающееся тем, что осветитель выполнен линейным и снабжен отражателем, блок приема информации состоит по меньшей мере из двух оптоэлектронных головок, каждая из которых содержит оптическую систему в виде объектива и интегральную многоэлементную фотоприемную матрицу (линейку), блок первичной обработки информации содержит блок выделения и усиления видиосигнала, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной линейки, а выход - с блоком формирования информационного сигнала, второй вход которого соединен с первым выходом блока развертки, вход которого соединен с выходом интегральной многоэлементной фотоприемной (матрицы) линейки, выход блока формирования информационного сигнала соединен с первым входом блока сопряжения, выход которого соединен с блоком анализа и отображения информации, в качестве которого использован компьютер.
Но данное устройство не позволяет проводить измерения положения контактного провода в тоннелях и искусственных сооружениях, поскольку не отличает изображение контактного провода от изображения потолка тоннеля или искусственного сооружения, а при яркой солнечной или облачной погоде значительно снижается достоверность результатов измерений за счет засветки, прямым или отраженным светом, специализированных телевизионных камер.
Самым близким по своей технической сущности является, известное из сети интернет (https://nd-gsi.ru/grsi/410xx/41518-09.pdf) устройство слежения за параметрами контактного провода «ВИЗИР», изготавливаемое Обществом с ограниченной ответственностью «Мобильные Системы Диагностики Холдинг» (ООО «МСД Холдинг») г. Санкт-Петербурга, содержащее блок оптико-механический, осветитель, блок электроники, блок отображения, два датчика перемещения и датчик угла поворота. Бесконтактное измерение высоты контактного провода над уровнем верха головок рельсов и смещения контактного провода относительно оси токоприемника осуществляется с помощью стереотелевизионной системы, реализующей стереоскопический метод определения положения видимого объекта в пространстве. Этот метод основан на измерении углового положения (угла визирования) объекта относительно осей оптических систем трех специализированных телевизионных камер. Два датчика перемещений, устанавливаемые справа и слева по бортам подвижной единицы, предназначены для измерения высоты правого и левого ее бортов относительно букс колесных пар. Принцип действия датчиков основан на преобразовании линейных перемещений бортов автомотрисы относительно букс колесных пар в электрический сигнал. Измерение пройденного пути и скорости ее движения осуществляется косвенным методом с помощью датчика угла поворота (энкодера) устанавливаемого на буксе колесной пары. При каждом повороте колеса формирует постоянное количество дискретных импульсов. По количеству зарегистрированных на участке пути импульсов и диаметру колеса рассчитывается длина пройденного пути.
При всех достоинствах известного устройства слежения за параметрами контактного провода, выбранного за прототип, следует отметить, что данное устройство не позволяет измерять высоту и положение контактного провода в тоннелях и путепроводах, а при яркой солнечной или облачной погоде значительно снижается достоверность результатов измерений за счет засветки, прямым или отраженным светом, специализированных телевизионных камер.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности измерения положения контактного провода на контактной сети электротранспорта в тоннелях, путепроводах и на открытой местности в условиях яркой солнечной или облачной погоде.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения положения контактного провода на контактной сети электротранспорта, содержащее корпус подвижной единицы, блок приема обработки информации, блок отображения информации, датчики перемещения и датчик угла поворота дополнительно содержит лазерный сканирующий дальномер, расположенный на крыше корпуса подвижной единицы таким образом, что вертикальные оси подвижной единицы и лазерного сканирующего дальномера совпадают, причем угловое смещение призмы и передача зондирующего лазерного импульса сканирующего дальномера синхронизированы, при этом выход лазерного сканирующего дальномера соединен с первым входом блока приема и обработки информации, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков перемещений левого и правого бортов корпуса подвижной единицы соответственно, а выход датчика угла поворота соединен с четвертым входом блока приема и обработки информации, его пятый выход соединен с входом блока отображения информации. Лазерный сканирующий дальномер, установленный на крышу подвижной единицы таким образом, что вертикальные оси подвижной единицы и лазерного сканирующего дальномера совпадают, что обеспечивает измерение расстояния до объекта при помощи принципа лазерной локации с установленной перед ним вращающейся призмой, позволяющей смещать направление луча лазера. Угол поворота призмы сканирующего дальномера определяется относительно вертикальной оси сканера с помощью датчика угла поворота призмы, причем угловое смещение призмы и передача зондирующего лазерного импульса синхронизированы. Выход лазерного сканирующего дальномера соединен с первым входом блок приема обработки информации, второй и третий входы которого соединены с датчиками перемещений левого и правого борта подвижной единицы, соответственно, выход датчика угла поворота соединен с четвертым входом блока электроники, выход блока электроники соединен с входом блок отображения информации. Блок приема и обработки информации представляет собой компьютер, осуществляющий сбор информации с периферийных датчиков, вычисление высоты и зигзага контактного провода. Блок отображения информации содержит экране монитора, где отображаются, с привязкой к геодезической и путевой координатам, измеренные значения зигзага и высоты подвеса контактного провода и принтер для распечатки тех же результатов в виде таблиц и графиков.
0
0
H
При сканировании положение до контактного провода относительно вертикальной - Z и горизонтальной -  осей лазерного сканирующего дальномера определяется по формулам
,
где α - угол отклонения лазерного луча от вертикальной оси дальномера при измерении расстояния до контактного провода;
L
- расстояние до контактного провода, измеренное лазерным сканирующим дальномером.
Для корректировки измеренного положения контактного провода относительно уровня головки рельса и оси пути при наклоне корпуса подвижной единицы используются измеренные значения расстояния от левого и правого бортов корпуса подвижной единицы до букс колесной пары, полученные от датчиков перемещений (2) и (3) (фиг. 3(В)).
Z
-
Н
Положение контактного провода относительно уровня головок рельсов и вертикальной оси пути по зигзагу -  и высоте  рассчитываются по формуле:
,
h
0
где  - расстояние от букс колесной пары до уровня головок рельсов;
h
h
1
2
и  - расстояния от левого и правого бортов подвижной единицы до букс колесных пар;
k
H - высота кузова.
Суть технического решения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 размещена структурная схема системы контроля положения контактного провода, блок приема и обработки информации 1, датчик перемещения левого борта подвижной единицы 2, датчик перемещения правого борта подвижной единицы 3, датчик угла поворота 4, блок отображения информации 5, лазерный сканирующий дальномер 6, корпус подвижной единицы 1.;
на фиг.2 проиллюстрирован принцип измерения положения контактного провода лазерным сканирующим дальномером 6, лазерный диод 7, вращающаяся призма 8, датчик угла поворота призмы 9, ось лазерного сканирующего дальномера 10, зона сканирования 11, угол сканирования от - α до + α относительно вертикальной оси лазерного сканирующего дальномера, контактный провод 12;
на фиг.3 проиллюстрировано размещение датчиков на подвижной единице и расчет положения контактного провода относительно вертикальной оси пути и уровня головок рельсов, датчик перемещения левого борта подвижной единицы 2, датчик перемещения правого борта подвижной единицы 3, лазерный сканирующий дальномер 6, ось лазерного сканирующего дальномера 10, корпус подвижной единицы 13, ось подвижной единицы 14, буксы колесной пары 15, уровень головок рельсов 16.
Устройство для измерения положения контактного провода на контактной сети электротранспорта работает следующим образом.
В исходном состоянии вертикальные оси подвижной единицы 14 и лазерного сканирующего дальномера 10 совпадают (фиг. 3(А)). Лазерный луч сканирующего лазерного дальномера 6 постоянно сканирует зону в пределах от -αmax до +αmax относительно оси лазерного сканирующего дальномера 10, совпадающую с осью подвижной единицы 14, при этом измеряется расстояние до объектов в зоне сканирования и датчиком 4 фиксируется угол отклонения луча в каждом измерении. Измеренные значения расстояния до контактного провода и угол сканирования от лазерного сканирующего дальномера 6 передаются для дальнейшей обработки в блок приема и обработки информации 1. В реальных условиях в процессе движения (фиг. 3(В)) корпус подвижной единицы 13 в вертикальной плоскости поперек пути постоянно изменяет свое положение относительно буксовых узлов колесной пары 15, что приводит к изменению расстояния правого и левого бортов подвижной единицы 13 относительно буксовых узлов колесных пар 15, а, следовательно, и относительно уровня головок рельсов 16. Расстояние от левого и правого бортов корпуса подвижной единицы 13 до букс колесных пар 15 измеряются датчиками перемещений 2 и 3. Вся измерительная информация от датчиков перемещений 2 и 3 передается в блок приема и обработки информации 1. В блоке приема и обработки информации 1 по данным полученным от датчиков перемещений 2 и 3 и лазерного сканирующего дальномера 6 по формулам (1)-(5) рассчитываются высота и зигзаг контактного провода относительно головок рельсов 16 в точках измерений. Перемещение корпуса подвижной единицы 13 вдоль пути определяется по датчику угла поворота 4, данные с которого поступают в блок приема и обработки информации 1. В блоке приема и обработки информации 1 каждой точке смещения подвижной единицы 13 вдоль путь соответствуют расчетные значения зигзага и высоты контактного провода, тем самым образуется трек изменения положения контактного провода вдоль пути. Результаты всех вычислений из блока приема и обработки информации 1 поступают в блок отображения информации 5, где вся измерительная информация визуализируется на экране монитора и в виде таблиц или графиков.