专利名称：用于机车过分相激光自动报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种反射式激光探测装置，尤其涉及一种用于铁路电力机车车载自动过分相系统的激光自动报警装置。
背景技术：
目前铁路电气化牵引供电网普遍采用单相工频交流电供电方式。为了使电力系统三相供电平衡和提高电网的利用率，供电接触网实行分段换相供电，两换相分段间的绝缘地带为分相区。为了避免运行中拖带电弧损坏供电设备，电力机车通过分相区时必须断电滑行。传统的电力机车通过分相区方法是依靠机车司机瞭望确认线路旁设置的断合标志牌并通过手动操作来分合机车电源主断路器。机车长时间运行和频繁通过各分相区，人员确认和操作稍有滞后或疏忽就可能带电通过而造成拉电弧烧分相绝缘器，直接危及设备及行车安全。
现有自动报警装置主要有三种依据机车轮对旋转计算里程预报分相区断标点和合标点位置的车载计程器；由固定在电力接触网承力索上的无线射频卡以及安装在电力机车顶部的识别器组成的射频识别系统；将强磁铁预埋在轨枕里的预埋地磁感应装置。各种自动报警装置虽然具备各自的优点，但车载计程器影响准确性的因素很多，累计误差不容忽视，实用性较差。射频识别系统的射频卡固定位置安全不易丢失但定期更换检修时影响行车。预埋地磁感应装置无源且不易丢失但强磁铁易吸附散落的铁磁性物质而影响探测精度和可靠性，且强磁铁铸入灰枕中检修更换时需要封锁线路及多个部门配合施工。
实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型的目的是提供无源目标不易丢失、抗干扰、响应快、易兼容、安装维修简便的用于机车过分相激光自动报警装置。
(二)技术方案为了达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案本实用新型的用于机车过分相激光自动报警装置，包括置于机车内的报警装置，还包括激光发射器、激光接收器和反射目标装置，其中，激光发射器、激光接收器置于机车内，激光接收器与报警装置连接，反射目标装置固定在机车所行驶铁道旁侧的立柱上。
所述激光发射器包括发射筒、发射器支架、红外半导体激光管、准直透镜组、激光发射电路板，其中，红外半导体激光管、准直透镜组固定在发射筒内，激光发射电路板与红外半导体激光管连接，发射筒固定在发射器支架的中部。
所述激光接收器包括接收筒、接收器支架、光电转换元件、滤光片、凸透镜、激光接收电路板，其中，光电转换元件、滤光片、凸透镜固定在接收筒内，激光接收电路板与光电转换元件连接，接收筒固定在接收器支架的中部。
所述反射目标装置为条码标志牌，其中部设有等间隔的漏光带和反光带。
所述激光发射电路板包括调制脉冲发生器、功率驱动器，其中，调制脉冲发生器与功率驱动器连接，用于产生一定频率的方波电信号；功率驱动器与红外半导体激光管连接，用于将方波电信号放大后输出，用以激励半导体激光管发出同样频率的调制光束。
所述激光接收电路板包括放大电路、检出电路、比较鉴别电路，其中，放大电路与检出电路连接，用于将反射激光转换成的电信号放大并送入检出电路；检出电路与比较鉴别电路连接，用于检出偶发的脉冲失落情况；比较鉴别电路与报警装置连接，用于对脉冲计数鉴别，并向报警装置提供报警信号。
所述反射目标装置固定在机车所用铁道一侧的立柱上。
(三)有益效果(1)反射目标为简单无源器件，不易丢失，方便推广；(2)抗光电磁干扰能力强，能够适应恶劣天气环境；(3)空间分辨率高，响应时间短，可以适应准高速运行速度；(4)输出为开关量，即无电位触点或电脉冲，与各系统均可兼容；(5)安装维修简便，不需要线路封锁和多部门配合施工。
图1为本实用新型总体结构示意图；图2为本实用新型中的激光发射器的结构示意图；图3为本实用新型中的激光接收器的结构示意图；图4为本实用新型中的激光发射电路板的示意框图；图5为本实用新型中的反射目标装置示意图；图6为本实用新型中的激光接收电路板的原理图。
图中1、红外半导体激光管；2、发射筒；3、准直透镜组；4、发射器支架；5、垂直调整螺丝；6、固定螺丝；7、发射器支架固定轴；8、水平调整螺丝；9、发射器底板；10、水平调整支架；11光电转换元件；12、滤光片；13、聚光凸透镜；14、接收筒；15、接收器支架；16、固定螺丝；17、垂直调整螺丝；18、水平调整支架；19、水平调整螺丝；20、接收器支架固定轴；21、接收器底板；22、激光接收器；23、激光发射器；24、报警装置；25、反射目标装置；26、立柱；27机车；28、调制脉冲发生器；29、功率驱动器；30、反光带；31、漏光带；R1-R8、电阻；C1-C5、电容；IC1-IC2、运算放大器；IC3、双单稳态触发器；IC4、计数/分配器；IC5、与非门；F1、F2、反相器；F3、斯密特触发器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型包括激光发射器23、激光接收器22、报警装置24、反射目标装置25。激光发射器23、激光接收器22、报警装置24同置于机车27内的一侧，反射目标装置25固定在铁道一侧的供电立柱26或其它立柱上。
如图2所示，激光发射器23由发射筒2内的红外半导体激光管1和它前端的准直透镜组3，以及激励它发出脉冲调制光束的激光发射电路板组成。调整准直透镜组3可以改变激光束的发散角。激光发射电路板内的调制脉冲发生器28产生一定频率的方波电信号，经功率驱动器29放大后输出，用以激励红外半导体激光管1发出同样频率的调制激光束。发射筒2被固定在发射器支架4的中心，通过调整发射器支架4上的垂直调整螺丝5可以使发射筒2改变其垂直方向，而调整固定在发射器底板9和水平调整支架10上的水平调整螺丝8可以带动发射筒2改变其水平方向，从而将激光束射向反射目标。
如图3所示，激光接收器22由接收筒14内的光电转换元件11、限制杂散光的滤光片12和它前面用于会聚光信号的凸透镜13，以及用于电信号放大和鉴别的激光接收电路板组成。由此将反射目标上反射回来的调制脉冲激光转换成同频率电脉冲信号，再由激光接收电路板内的滤波、放大、检出、比较鉴别电路进行鉴别处理。接收筒14被固定在接收器支架15的中心，通过调整接收器支架15上的垂直调整螺丝17可以使接收筒改变其垂直方向，而调整固定在接收器底板21和水平调整支架18上的水平调整螺丝19可以带动接收筒14改变其水平方向，以使其基本对正反射目标上的光斑。
如图4所示，激光发射电路板内的调制脉冲发生器28与功率驱动器29电连接，功率驱动器29通过电信号输出线与红外半导体激光管1相连接。调制脉冲发生器28产生出一定频率的方波电信号，经功率驱动器29放大后输出，用以激励红外半导体激光管1发出同样频率的调制光束，调制幅度和占空比可调。
如图5所示，反射目标装置25为条码标志牌，由非金属材料制成，中间部位按等间隔设有漏光带31和反光带30。
如图6所示，所述激光接收电路板包括放大电路、检出电路、比较鉴别电路。其中，由光电转换元件11接收激光并转换成电信号，直接输入到激光接收电路板中电阻R1至R5和电容C1，C2及运算放大器IC1组成的单级放大带通滤波器。当电阻R1＝R2＝R3＝R，电容C1＝C2＝C时，其带通滤波器中心频率fo=1/2πRC]]>电路的谐振值Q由电阻R4和R5决定，满足下式Q=2R5/4R5-R4]]>该信号再经斯密特触发器F3整形，然后经运算放大器IC2高倍放大，再经二只反相器F1、F2送到一个按再触发方式连接的双单稳态触发器IC3中。IC3及相关附件组成常见的脉冲漏失检出电路，该电路的作用是检出偶发的脉冲失落现象。由F1、F2输出的信号送到双单稳态触发器之一IC3第4脚进行脉冲展宽。当脉冲调制频率为f时，调节外接元件电阻R7和电容C4，使展宽后的脉冲宽度tw(tw≈0.69 R7 C4)大于1/f而小于2/f。如果脉冲没有丢失，由于tw大于1/f所以该双单稳态触发器的IC3第6脚输出保持为高电平，但当漏失脉冲时则该输出变为低电平。因此在条码标志牌的漏光带处和反光带处分别对应输出低电平和高电平信号，将其输入到计数/分配器IC4第14脚对脉冲计数鉴别。计数同时向双单稳态触发器之二IC3第12脚输入脉冲进行脉冲展宽，再经IC3第10脚向与非门IC5第2脚输出。脉冲展宽同时如计数/分配器IC4第7脚向与非门IC5第1脚有输出脉冲，则表示特征标志一致，与非门IC5第3脚即输出低电平报警信号。由此，平时高电平表示为未过分相点，出现低电平时则表示通过分相点。用该信号即可触发常见的声光报警装置24和其它控制电路。
元器件型号IC1、IC2为741；IC3为CC4098；IC4为CC4017、IC5为CC4011；F1、F2为CC4069；F3为CC40106。
权利要求1.一种用于机车过分相激光自动报警装置，包括置于机车(27)内的报警装置(24)，其特征在于还包括激光发射器(23)、激光接收器(22)、反射目标装置(25)，其中，激光发射器(23)、激光接收器(22)置于机车(27)内，激光接收器(22)与报警装置(24)连接，反射目标装置(25)固定在机车(27)所行驶铁道的旁侧。
2.如权利要求1所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述激光发射器(23)包括发射筒(2)、发射器支架(4)、红外半导体激光管(1)、准直透镜组(3)、激光发射电路板，其中，红外半导体激光管(1)、准直透镜组(3)固定在发射筒(2)内，激光发射电路板与红外半导体激光管(1)连接，发射筒(2)固定在发射器支架(4)的中部。
3.如权利要求1所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述激光接收器(22)包括接收筒(14)、接收器支架(15)、光电转换元件(11)、滤光片(12)、凸透镜(13)、激光接收电路板，其中，光电转换元件(11)、滤光片(12)、凸透镜(13)固定在接收筒(14)内，激光接收电路板与光电转换元件(11)连接，接收筒(14)固定在接收器支架(15)的中部。
4.如权利要求1所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述反射目标装置(25)为条码标志牌，其中部设有等间隔的漏光带(31)和反光带(30)。
5.如权利要求2所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述激光发射电路板包括调制脉冲发生器(28)、功率驱动器(29)，其中，调制脉冲发生器(28)与功率驱动器(29)连接，用于产生一定频率的方波电信号；功率驱动器(29)与红外半导体激光管(1)连接，用于将方波电信号放大后输出，用以激励半导体激光管(1)发出同样频率的调制光束。
6.如权利要求3所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述激光接收电路板包括放大电路、检出电路、比较鉴别电路，其中，放大电路与检出电路连接，用于将反射激光转换成的电信号放大并送入检出电路；检出电路与比较鉴别电路连接，用于检出偶发的脉冲失落情况；比较鉴别电路与报警装置连接，用于对脉冲计数鉴别，并向报警装置提供报警信号。
7.如权利要求1所述的一种用于机车过分相激光自动报警装置，其特征在于所述反射目标装置(25)固定在机车(27)行驶铁道旁侧的立柱(26)上。
专利摘要本实用新型涉及一种反射式激光探测装置。本实用新型公开的一种用于机车过分相激光自动报警装置，包括置于机车内的报警装置、激光发射器、激光接收器、反射目标装置，其中，激光发射器、激光接收器置于机车内，激光接收器与报警装置连接，反射目标装置固定在机车行驶铁道的旁侧。本实用新型的优点(1)反射目标为简单无源器件，不易丢失方便推广；(2)抗光电磁干扰能力强，能够适应恶劣天气环境；(3)空间分辨率高，响应时间短，可以适应准高速运行速度；(4)输出为开关量，即无电位触点或电脉冲，与各系统均可兼容；(5)安装维修简便不需要线路封锁和多部门配合施工。
文档编号G06K7/10GK2871335SQ20062002278
公开日2007年2月21日 申请日期2006年2月23日 优先权日2006年2月23日
发明者王启华 申请人:北京北奥东华激光技术有限公司