一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，包括：光纤温度传感探头和信号采集模块，其中：光纤温度传感探头安装在电接触设备上，用于检测电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面产生的红外辐射；并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到信号采集模块；信号采集模块，包括：光电红外探测器，信号放大子模块，信号隔离子模块和信号采集子模块，其中：光电红外探测器将能量信号转换成电信号；并由信号放大子模块对电信号进行处理，得到标准电信号；标准电信号经过信号隔离子模块进行隔离处理；信号采集子模块采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定电接触表面的瞬态温度。提高了对滑动电接触表面瞬态温度进行检测的准确性。
【专利说明】一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电接触设备【技术领域】和瞬态温度检测领域，尤其涉及一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置。
【背景技术】
[0002]随着对光谱学和燃烧研究的深入，对辐射温度的检测开始由普通工业应用领域转向航空航天领域。但是在大多情况下，对辐射温度的检测只是基于一个较为稳定和持久燃烧的情况下。而对于复杂多变的情况，例如震动、强电磁场干扰，尤其是瞬态燃烧情况下的温度场测试，一直没有一个较为精准的方法。
[0003]现代动力学发射系统的发射过程，属于高速甚至超高速滑动过程，在强电磁场激发下瞬间产生的电弧或者等离子体的火焰，辐射温度极高，而且其产生是一个瞬态过程，对高速运动目标的运动状态，以及动力系统轨道烧灼情况有着重要的影响。
[0004]因此，传统的接触式测温方法不再适用，而基于光学高温计和电荷耦合元件⑴⑶，
⑶即16(1 1)6^106)成像阵列等非接触式测温方法,也无法响应瞬态过程。并且，由于强电磁场的存在，测量过程往往受到很强的干扰。
[0005]目前，多采用光纤传导技术将辐射光波传输到远离磁场环境的地方进行温度测量，实现非接触测温。然而，光纤传输信号会有损耗发生，传输距离受到一定限制。如果传输距离较近，那么在强电磁场环境中，光纤温度传感器后续的电路处理模块会受到很大干扰，导致测量结果误差大，或者温度信息不能被正常采集，甚至损坏传感器。所以，目前现有技术中还无法针对滑动电接触表面产生的瞬态温度进行准确的检测。
【发明内容】
[0006]本发明实施例提供一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，用以解决现有技术中存在无法对滑动电接触表面瞬态温度进行准确检测的问题。
[0007]本发明实施例提供一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，应用于对电接触设备的电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面瞬态温度的检测，包括:光纤温度传感探头和信号采集模块，其中:
[0008]所述光纤温度传感探头安装在所述电接触设备上，用于检测所述电接触表面产生的红外辐射；
[0009]所述光纤温度传感探头通过光纤与所述信号采集模块相连，并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到所述信号采集模块；
[0010]所述信号采集模块，包括:光电红外探测器，信号放大子模块，信号隔离子模块和信号采集子模块，其中:
[0011]所述光电红外探测器将接收的所述能量信号转换成对应的电信号；
[0012]并由所述信号放大子模块对所述电信号进行放大和线性化处理，得到标准电信号；
[0013]所述标准电信号经过所述信号隔离子模块进行隔离处理后，输出到所述信号采集子模块；
[0014]所述信号采集子模块通过采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定所述电接触表面的瞬态温度。
[0015]进一步的，所述光纤温度传感探头，包括:光学探头透镜，光纤前端，光纤和红外滤光片，其中:
[0016]所述电接触表面产生的红外辐射经所述光学探头透镜会聚，并投射到所述光纤前端，红外辐射所产生的能量信号通过光纤传输及所述红外滤光片滤光后，通过光纤被传输到所述信号采集模块。
[0017]进一步的，所述光纤温度传感探头，包括:光学探头透镜，光纤前端，光纤，耦合器和红外滤光片，其中:
[0018]所述电接触表面产生的红外辐射经所述光学探头透镜会聚，并投射到所述光纤前端，红外辐射所产生的能量信号通过光纤传输，并经过所述耦合器进行耦合及所述红外滤光片滤光后，通过光纤被传输到所述信号采集模块。
[0019]进一步的，包括:多个所述光纤温度传感探头；
[0020]所述多个光纤温度传感探头分别安装在所述电接触设备上，且所述多个光纤温度传感探头分别对应所述滑轨的不同位置。
[0021]进一步的，所述信号采集子模块的响应时间不大于208。
[0022]进一步的，所述电接触设备为电接触实验设备。
[0023]进一步的，所述电接触实验设备通以大于预设电压值的电压。
[0024]本发明有益效果包括:
[0025]采用本发明实施例提供的滑动电接触表面瞬态温度检测装置，在电接触设备的电刷与滑轨之间滑动的过程中，可以通过安装在电接触设备上的光线温度传感探头，检测电话与滑轨的电接触表面产生的红外辐射，并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到信号采集模块，信号采集模块中的光电红外探测器将接收的能量信号转换成对应的电信号，并由信号采集模块中的信号放大子模块对电信号进行放大和线性化处理，得到标准电信号，标准电信号经过信号采集模块中的信号隔离子模块进行隔离处理后，输出到信号采集模块中的信号采集子模块，信号采集子模块通过采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定电接触表面的瞬态温度，从而实现了对滑动电接触表面瞬态温度的检测。由于使用信号隔离子模块对信号采集模块进行了隔离，所以提高了检测装置在强电磁场环境中的抗干扰能力，所以不再需要通过光纤将信号进行远距离传输后再进行检测，从而提高了对滑动电接触表面瞬态温度进行检测的准确性。
[0026]本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0028]图1为本发明实施例提供的滑动电接触表面瞬态温度检测装置的结构示意图；
[0029]图2为本发明实施例提供的滑动电接触表面瞬态温度检测装置中的光纤温度传感探头的结构示意图之一；
[0030]图3为本发明实施例提供的滑动电接触表面瞬态温度检测装置中的光纤温度传感探头的结构示意图之二。
【具体实施方式】
[0031]为了给出对滑动电接触表面瞬态温度进行准确检测的实现方案，本发明实施例提供了一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0032]本发明实施例提供一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，应用于对电接触设备的电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面瞬态温度的检测，如图1所示，包括:光纤温度传感探头11和信号采集模块12，其中:
[0033]光纤温度传感探头11安装在电接触设备上，可以靠近滑轨的表面，用于检测电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面产生的红外辐射；
[0034]光纤温度传感探头11通过光纤与信号采集模块12相连，并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到信号采集模块12 ；
[0035]信号米集模块12，包括:光电红外探测器121，信号放大子模块122，信号隔离子模块123和信号采集子模块124，其中:
[0036]光电红外探测器121将接收的能量信号转换成对应的电信号；
[0037]并由信号放大子模块122对电信号进行放大和线性化处理，得到标准电信号；
[0038]标准电信号经过信号隔离子模块123进行隔离处理后，输出到信号采集子模块124 ；
[0039]信号采集子模块124通过采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定电接触表面的瞬态温度。
[0040]其中，考虑到在研究阶段直接对高铁的弓网系统的大电流载荷下的滑动电接触表面瞬态温度进行检测比较不便，所以，本发明实施例中，提出电接触设备可以采用电接触实验设备，并通以大于预设电压值的电压，从而产生大电流载荷，并控制电刷在滑轨上高速滑动，从而模拟高铁的弓网系统，并针对该电接触实验设备，进行滑动电接触表面瞬态温度的检测，从而为进一步研究材料损伤测试分析提供技术支持。
[0041]本发明实施例中，通过信号隔离子模块123使自身的电源信号、输入信号和输出信号之间隔离，并断开过程环路，使得过程信号仍正常传输，从而提高了检测装置的抗干扰性能，使得本发明实施例提出的该检测装置可应用于强电磁场环境，且能够得到准确的检测结果。
[0042]进一步的，为了实现对检测到的信号的及时采集，信号采集子模块124可以采用高速信号采集子模块，例如，其响应时间不大于208，从而满足对信号高速采集的要求，避免检测数据的遗失。
[0043]具体的，信号采集子模块124可以采用3302440处理器。
[0044]本发明实施例中，如图2所示，光纤温度传感探头11，可以包括:光学探头透镜21，光纤前端22，光纤23和红外滤光片24，其中:
[0045]电接触设备的电刷与滑轨之间的电接触表面产生的红外辐射，经光学探头透镜21会聚，并投射到光纤前端22，红外辐射所产生的能量信号通过光纤23传输及红外滤光片24滤光后，通过光纤被传输到信号采集模块12。
[0046]本发明实施例中，如图3所示，光纤温度传感探头11，也可以包括:光学探头透镜31，光纤前端32，光纤33，耦合器34和红外滤光片35，其中:
[0047]电接触设备的电刷与滑轨之间的电接触表面产生的红外辐射，经光学探头透镜31会聚，并投射到纤前端32，红外辐射所产生的能量信号通过光纤33传输，并经过耦合器34进行耦合及红外滤光片35滤光后，通过光纤被传输到信号采集模块11。
[0048]本发明实施例中，上述检测装置，可以包括:多个光纤温度传感探头11 ；
[0049]多个光纤温度传感探头11分别安装在电接触设备上，且多个光纤温度传感探头分别对应滑轨的不同位置，每个光纤温度传感探头11用于检测电接触表面自身对应位置产生的红外辐射，从而可以实现对电接触表面多个位置的瞬态温度检测。
[0050]本发明实施例中，信号采集子模块124采集经过隔离处理的标准电信号，相当于是对标准电信号进行模数转换，从而得到表示温度的温度电信号，后续进一步的，还可以基于这些温度电信号，根据实际的该温度检测数据，并结合传热学和有限元的基本原理，对接电触面的温度场进行热分析，从而确定出电刷与滑轨之间滑动过程中的电接触表面的温度分布情况，例如，得到电接触表面在各个时刻的温度分布及不同位置的温度变化曲线。
[0051]具体的，可以通过热源理论分析，确定电接触表面热载荷及材料参数、热传递方式，建立有限元模型，定义单元类型，定义材料性能参数，创建几何立体模型，对模型分配属性划分网格，设置分析类型，施加形影的温度载荷，计算求解，通过仿真结果分析得到电接触表面同一位置处不用时刻温度场分布情况，以及电接触表面上不同位置同一时刻温度场分布情况。
[0052]其中，所基于的热传学和有限元基本原理，可参照现有技术，在此不再进行详细描述。
[0053]综上所述，本发明实施例提供的滑动电接触表面瞬态温度检测装置，应用于对电接触设备的电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面瞬态温度的检测，包括:光纤温度传感探头和信号采集模块，其中:光纤温度传感探头安装在电接触设备上，可以靠近滑轨的表面，用于检测电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面产生的红外辐射；光纤温度传感探头通过光纤与信号采集模块相连，并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到信号采集模块；信号采集模块，包括:光电红外探测器，信号放大子模块，信号隔离子模块和信号采集子模块，其中:光电红外探测器将接收的能量信号转换成对应的电信号；并由信号放大子模块对电信号进行放大和线性化处理，得到标准电信号；标准电信号经过信号隔离子模块进行隔离处理后，输出到信号采集子模块；信号采集子模块通过采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定电接触表面的瞬态温度。从而实现了对滑动电接触表面瞬态温度的检测，并且提高了检测装置在强电磁场环境中的抗干扰能力，从而提高了对滑动电接触表面瞬态温度进行检测的准确性。
[0054]并且，本发明实施例提供的方案，适用于瞬态测量，检测灵敏度高，检测系统抗强电磁场干扰，工作可靠，自成一体，便于推广。
[0055]并且，针对大电流载荷下的高速滑动接触场景，对电接触表面的温度采用非接触方法进行多点瞬态温度检测，利用有限元分析手段对瞬态温度场进行热载荷和热传导分析，得到不同位置处的电接触表面的内部温度变化，从而为进一步研究材料的损伤测试和分析提供技术依据。
[0056]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种滑动电接触表面瞬态温度检测装置，应用于对电接触设备的电刷与滑轨之间滑动过程中电接触表面瞬态温度的检测，其特征在于，包括:光纤温度传感探头和信号采集模块，其中: 所述光纤温度传感探头安装在所述电接触设备上，用于检测所述电接触表面产生的红外福射; 所述光纤温度传感探头通过光纤与所述信号采集模块相连，并通过光纤将检测到的红外辐射所产生的能量信号传输到所述信号采集模块； 所述信号采集模块，包括:光电红外探测器，信号放大子模块，信号隔离子模块和信号采集子模块，其中: 所述光电红外探测器将接收的所述能量信号转换成对应的电信号； 并由所述信号放大子模块对所述电信号进行放大和线性化处理，得到标准电信号； 所述标准电信号经过所述信号隔离子模块进行隔离处理后，输出到所述信号采集子模块； 所述信号采集子模块通过采集接收的经过隔离处理的标准电信号，确定所述电接触表面的瞬态温度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤温度传感探头，包括:光学探头透镜，光纤前端，光纤和红外滤光片，其中: 所述电接触表面产生的红外辐射经所述光学探头透镜会聚，并投射到所述光纤前端，红外辐射所产生的能量信号通过光纤传输及所述红外滤光片滤光后，通过光纤被传输到所述信号采集模块。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤温度传感探头，包括:光学探头透镜，光纤前端，光纤，耦合器和红外滤光片，其中: 所述电接触表面产生的红外辐射经所述光学探头透镜会聚，并投射到所述光纤前端，红外辐射所产生的能量信号通过光纤传输，并经过所述耦合器进行耦合及所述红外滤光片滤光后，通过光纤被传输到所述信号采集模块。
4.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，包括:多个所述光纤温度传感探头； 所述多个光纤温度传感探头分别安装在所述电接触设备上，且所述多个光纤温度传感探头分别对应所述滑轨的不同位置。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号采集子模块的响应时间不大于2ms ο
6.如权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述电接触设备为电接触实验设备。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电接触实验设备通以大于预设电压值的电压。
【文档编号】G01J5/10GK104390708SQ201410795064
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月18日 优先权日:2014年12月18日
【发明者】王振春, 张玉燕, 温银堂, 战再吉, 程洁冰 申请人:燕山大学