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原文传递地铁智能弓网检测系统的研制

论文题名：	地铁智能弓网检测系统的研制
关键词：	电气化铁路;城市轨道交通;智能弓网检测系统;光电编码器;数据采集
摘要：	随着我国电气化铁路和城市轨道交通的快速发展，电客车的运行保障非常重要。由受电弓和接触网组成的弓网系统是电客车的关键动力来源，其故障时会直接影响电客车的正常运行，保证良好的弓网关系成为电客车安全运营的前提。国内外研究表明，弓网燃弧是评价弓网关系的重要指标，对于弓、网及时诊断和有效的处理有重要价值。目前，我国现有的弓网检测设备较为落后，只能进行基本的参数检测。此外，国内外相关的研究机构也尚无成熟的智能产品，因此，研制一套智能的弓网燃弧在线检测装置具有重要的实用价值。　　本文首先分析了国内外现有的光电转换检测技术、红外线检测技术和紫外光检测技术，通过比对各检测方式的有效性、安全性和经济性，确定紫外光检测技术更适用于深圳现有的地铁运营模式；随后，从电弧产生的机理入手，分析了燃弧发生时的外在现象和外部特征量，找出燃弧光谱中不受太阳光干扰的紫外波段部分并将其作为检测目标和诊断依据。　　本文设计的智能检测装置首先利用紫外相机和火焰探测器对燃弧信息进行捕捉，以图片的形式存储。然后，将采集到的图片进行屏蔽、灰度化和二值化处理，最后得到便于计算机处理的仅有两种信息元素的图像，其中一种信息元素代表燃弧，另一种信息元素代表非燃弧，通过计算两种信息元素所占图像比例进而得到燃弧发生与否。同时，通过分析确定有燃弧发生的图片张数和燃弧信息元素所占图像比例的最大值进而得出燃弧持续时间和燃弧能量。在确认有燃弧发生后，本系统通过测速相机和旋转光电编码器搭配使用，依靠码盘的透光变化来统计、定位出燃弧发生的具体里程，并将燃弧发生的详细地点反应在检测界面中。　　本项目组具体设计、研制出一套智能弓网检测系统样机。该系统硬件结构主要由紫外相机、高清相机、火焰探测器、测速相机、旋转光电编码器和上位机系统构成，可直接安装于电客车顶。设计了检测软件，实现了在运行中实时对弓网系统进行检测，从而实现弓网故障的提前预判。　　本文对该系统进行了实际运行试验。在深圳地铁11号线进行现场测试及数据采集表明系统稳定、可靠，能检测异常拉弧，并精确位置。此外，在深圳地铁5号线、11号线测试表明，不同接触网结构、不同列车速度、运行方向对弓网燃弧作用不同。
作者：	鲁尧
专业：	电气工程
导师：	和军平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2019