申请/专利权人：南京铁道职业技术学院

申请日：2018-07-04

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109030581B

主分类号：G01N27/24

分类号：G01N27/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.01.11#实质审查的生效;2018.12.18#公开

摘要：本发明公开了一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器，包括由立柱和支撑基板组成的变换器机架；变换器机架上装有静极板，支撑基板上设有多个动极板单元，每一动极板单元均由动极板和动极板导柱组成；每一动极板由导线依次相连形成一个等电位的整体，静极板与动极板构成了以空气为介质的电容器；支撑基板上加工有导孔，动极板导柱与导孔滑动相配合；动极板导柱的底面连接有探头装置；探头装置将碳滑板表面的低凹深度变化产生的上下位移量转化为动极板的上下运动，多个动极板上下运动产生的高低变化改变了静极板与动极板间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化，形成综合反映碳滑板表面磨损或损伤程度测量所需的电信号。

主权项：1.一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器，包括在移动装置的带动下能沿碳滑板9导向移动的变换器机架1，所述的变换器机架1由呈长方形四角位置处设置的四根立柱11和四角与相应角处立柱11的中下部固定相连的长方形支撑基板12组成；每根所述的立柱11的下端均安装有与碳滑板9的侧面滑动导向配合的滑靴13，其特征是：所述的变换器机架1安装有用于作为正负电极中一极的静极板2，该静极板2为四角与相应角处立柱11的顶端电绝缘固定相连的长方形金属板；所述的支撑基板12上设置有多个高度不同的动极板单元3，每一所述的动极板单元3均由用于作为正负中另一极的动极板31和电绝缘固定连接在动极板31底面中心的动极板导柱32组成，所述的动极板导柱32的长度与动极板单元3的高低成正比，所述的动极板31和静极板2间的间距大小与动极板单元3的高低成反比；高度不同的每一动极板31由导线D依次相连形成一个等电位的整体，所述的静极板2与多个高度不同的动极板31相对应构成了一个以空气为介质的电容器；所述的支撑基板12上纵向贯通加工有多个用于为动极板单元3的上下运动提供稳定和导向作用的导孔，每一所述的动极板导柱32均与其相应位置处的导孔滑动穿设相配合；每一所述的动极板导柱32的底面均钢性连接有能与碳滑板的表面以特定接触压力滑动接触的探头装置4；每一所述的探头装置4均将其所在位置处碳滑板9表面因裂缝及损伤所引起的低凹深度变化产生的上下位移量通过动极板导柱32转化为动极板31的上下运动，多个动极板31在不同位置上下运动产生的高低变化改变了静极板2与动极板31间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化，形成综合反映碳滑板9表面磨损或损伤程度测量所需的电信号；所述的探头装置4由探头杆41和钢性连接安装在探头杆41下端的探针42组成；所述的探头杆41的上端与动极板导柱32的底端钢性相连接，所述的探针42与碳滑板9的表面紧密滑动相接触；所述的动极板31的底面与支撑基板12的顶面间留有动极板组3上下运动的空间；所述的动极板31的底面与支撑基板12的顶面间以动极板导柱32为对称轴安装有二个用于产生拉力或压力使探针42与碳滑板9表面间保持55克cm2-65克cm2特定接触压力的极板张力器51；所述的极板张力器51的上端与动极板31的底面电绝缘钢性相连接，该极板张力器51的下端与支撑基板12的顶面固定相连接；所述的动极板导柱32的底面与探头基座7的底板71内壁间以探头杆41为对称轴安装有两个使探针42与碳滑板9保持紧密滑动接触的探头张力调节器52；所述的探头张力调节器52的上端与动极板导柱32的底面钢性相连接，该探头张力调节器52的下端与探头基座7的底板71内壁钢性相连接；当探针42在碳滑板9表面运动时,随着碳滑板9表面的低凹变化,动极板31被推向上方或在极板张力器51和探头张力调节器52的力作用下向下运动；动极板31的运动改变动极板31和静极板2间的间隙，从而改变电容器两端的电容，最后使极板电荷发生相应变化；多个动极板31在不同位置产生不同的高低变化，综合反映出碳滑板9表面的磨损或损伤程度。

全文数据：一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器技术领域[0001]本发明涉高铁受电弓碳滑板磨损检测设备，特别是具有位移电荷转换功能的一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器。背景技术[0002]受电弓是电力牵引机车从接触网取得电能的电气设备，安装在机车或动车车顶上。使用时，电网的电流由装在机车上的受电弓碳滑板和电网的反馈电路铜导线紧密接触高速滑动而传输至电力牵引机车，由于长期的紧密接触和高速滑动，受电弓上的碳滑板十分容易磨损。而碳滑板在磨损超过一定程度后，就会造成接触不良，因此就必须更换，不然会存在较大的安全隐患。[0003]但是怎样更高效准确的判断碳滑板的磨损程度，保证对碳滑板缝隙的精密测量，仍是本行业最关心的课题之一。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供能大幅提高碳滑板检测智能化程度以及检测的可靠性和检测效率的一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器。[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：[0006]—种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器，包括在移动装置的带动下能沿碳滑板导向移动的变换器机架，变换器机架由呈长方形四角位置处设置的四根立柱和四角与相应角处立柱的中下部固定相连的长方形支撑基板组成;每根立柱的下端均安装有与碳滑板的侧面滑动导向配合的滑靴，变换器机架安装有用于作为正负电极中一极的静极板，该静极板为四角与相应角处立柱的顶端电绝缘固定相连的长方形金属板;支撑基板上设置有多个高度不同的动极板单元，每一动极板单元均由用于作为正负中另一极的动极板和电绝缘固定连接在动极板底面中心的动极板导柱组成，动极板导柱的长度与动极板单元的高低成正比，动极板和静极板间的间距大小与动极板单元的高低成反比；高度不同的每一动极板由导线依次相连形成一个等电位的整体，静极板与多个高度不同的动极板相对应构成了一个以空气为介质的电容器;支撑基板上纵向贯通加工有多个用于为动极板单元的上下运动提供稳定和导向作用的导孔，每一动极板导柱均与其相应位置处的导孔滑动穿设相配合;每一动极板导柱的底面均钢性连接有能与碳滑板的表面以特定接触压力滑动接触的探头装置;每一探头装置均将其所在位置处碳滑板表面因裂缝及损伤所引起的低凹深度变化产生的上下位移量通过动极板导柱转化为动极板的上下运动，多个动极板在不同位置上下运动产生的高低变化改变了静极板与动极板间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化，形成综合反映碳滑板表面磨损或损伤程度测量所需的电信号。[0007]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：[0008]上述的变换器机架的立柱上电绝缘安装有用于与外部线路对接相连的接线端子；接线端子包括静极板接线端子和动极板接线端子;静极板接线端子通过第一内部导线与静极板相连接，动极板接线端子通过第二内部导线与动极板相连接。[0009]上述的动极板导柱为采用非导电材料制作的圆柱体，动极板为长方形或正方形的金属板;支撑基板的导孔中安装有与动极板导柱滑动套装配合的导向滑套。[0010]上述的探头装置由探头杆和钢性连接安装在探头杆下端的探针组成;探头杆的上端与动极板导柱的底端钢性相连接，探针与碳滑板的表面紧密滑动相接触。[0011]上述的动极板的底面与支撑基板的顶面间留有动极板组上下运动的空间；动极板的底面与支撑基板的顶面间以动极板导柱为对称轴安装有二个用于产生拉力或压力使探针与碳滑板表面间保持55克cm2-65克cm2特定接触压力的极板张力器;极板张力器的上端与动极板的底面电绝缘钢性相连接，该极板张力器的下端与支撑基板的顶面固定相连接。[0012]上述的支撑基板的底面对应每根动极板导柱均固定安装有与动极板导柱的下端滑动相套配的探头基座，该探头基座的底面中心安装有与探头杆滑动穿套配合用于为探针的滑动运动起导向和限位作用的限位器。[0013]上述的探头基座为具有上开口的桶柱形体，该探头基座的底板的中心开有使探头杆穿过的通孔，探头基座的开口端加工有用于通过螺栓与支撑基板固定相连的法兰盘，所述的动极板导柱的下端能上下滑动地位于探头基座的桶腔中。[0014]上述的动极板导柱的底面与探头基座的底板内壁间以探头杆为对称轴安装有两个使探针与碳滑板保持紧密滑动接触的探头张力调节器;所述的探头张力调节器的上端与动极板导柱的底面钢性相连接，该探头张力调节器的下端与探头基座的底板内壁钢性相连接。[0015]与现有技术相比，本发明在变换器机架的立柱顶端安装有作为正负电极中一极的静极板，在变换器机架的支撑基板安装有多个高度不同的动极板单元，每个动极板单元均由作为正负电极中另一极的动极板和动极板导柱组成。各个动极板通过导线依次相连成为一个等电位的整体，静极板与多个高度不同的动极板相对应构成了一个以空气为介质的电容器。动极板导柱的底面钢性安装有与碳滑板的表面以特定接触压力滑动接触的探头装置;探头装置将高速铁路列车用受电弓碳滑板裂缝及损伤所引起的表面低凹深度的变化转化为电容器的多个极板间间距变化，从而使得电容器的电荷发生相应变化，形成精密测量碳滑板表面深度所需的电信号。本发明的特点在于，通过不同高度的动极板单元的设置，能够便利地调节探针的间距，增大动极板的有效面积，从而适用于不同要求的检测精度。本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。附图说明[0016]图1是本发明的结构示意图；[0017]图2是本发明不同形状的动极板与静极板的设置示意图；[0018]图3是本发明图1中I处的局部放大示意图。具体实施方式[0019]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。[0020]其中的附图标记为:静极板接线端子A、动极板接线端子B、导线D、变换器机架1、立柱11、支撑基板12、滑靴13、静极板2、动极板单元3、动极板31、动极板导柱32、探头装置4、探头杆41、探针42、极板张力器51、探头张力调节器52、导向滑套6、探头基座7、底板71、法兰盘72、限位器8、碳滑板9。[0021]图1至图3为本发明的结构示意图。如图所示，本发明公开了一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器，该电荷变换器具有位移-电荷转换功能，即电荷变换器具有将上下运动的位移量转化为电容器的电荷变化的功能。本发明的电荷变换器包括变换器机架1，变换器机架1由呈长方形四角位置处设置的四根立柱11和四角与相应角处立柱11的中下部固定相连的长方形支撑基板12组成;变换器机架1能固定安装在移动装置上，由移动装置带动沿碳滑板9导向移动。为了保证变换器机架1不会偏离碳滑板9,每根立柱11的下端均安装有与碳滑板9的侧面滑动导向配合的滑靴13。四个滑靴13形成两对，对应与碳滑板9的两侧面滑动配合。[0022]本发明在变换器机架1上安装有用于作为正负电极中一极的静极板2,该静极板2为一块长方形的金属铜板，静极板2的四角与相应角处立柱11的顶端电绝缘固定相连，静极板2由立体11支撑固定在变换器机架1上。本发明在支撑基板12上设置有多个高度不同的动极板单元3,每一动极板单元3均由用于作为正负中另一极的动极板31和电绝缘固定连接在动极板31底面中心的动极板导柱32组成。动极板单元3的高低由动极板导柱32的长短决定，动极板导柱32的长度与动极板单元3的高低成正比，动极板导柱32的长度越大，则动极板31相对于支撑基板12的顶面的高度则越高，同理也可以理解为动极板导柱32的长度越大，动极板31与静极板2的间距越小。即动极板31和静极板2间的间距大小与动极板单元3的高低成反比。高度不同的各个动极板31由导线D依次相连形成一个等电位的整体。静极板2与多个高度不同的动极板31相对应构成了一个以空气为介质的电容器。[0023]由图1可以看出，本发明在支撑基板12的不同位置上纵向贯通加工有多个用于为动极板单元3的上下运动提供稳定和导向作用的导孔，每个动极板单元3的动极板导柱32均与其相应位置处的导孔滑动穿设相配合;动极板导柱32的下端穿过支撑基板12的底面向下延伸。每一动极板导柱32的底面均钢性连接有能与碳滑板的表面以特定接触压力滑动接触的探头装置4。每一探头装置4均将其所在位置处碳滑板9表面因裂缝及损伤所引起的低凹深度变化产生的上下位移量通过动极板导柱32转化为动极板31的上下运动，多个动极板31在不同位置上下运动产生的高低变化改变了静极板2与动极板31间的距离，使得由静极板2与动极板31构成的电容器的电荷发生相应变化，形成综合反映碳滑板9表面磨损或损伤程度测量所需的电信号。本明由于设有多个探头装置4和动极板单元3,通过多个不同高度的动极板单元的设置能够便利地调节探头装置4间的间距，从而增大动极板的有效面积，以适用于不同要求的检测精度。本发明用于高速铁路列车受电弓碳滑板表面磨损程度检测，可以提高碳滑板检测的智能化程度，提高检测的可靠性与效率。[0024]实施例中，本发明的变换器机架1的立柱11上电绝缘安装有用于与外部线路对接相连的接线端子;接线端子包括静极板接线端子A和动极板接线端子B;静极板接线端子A通过第一内部导线与静极板2相连接，动极板接线端子B通过第二内部导线与动极板31相连接。接线端子为快接式母插，能与外部线路上的快接式公插采用插拔式快速电连接。这样方便拆卸和安装。[0025]实施例中，本发明的动极板导柱32为圆柱体，动极板导柱32采用非导电材料加工制成。动极板31为长方形或正方形的金属板;为了保证动极板单元3上下移动的顺畅性，本发明在支撑基板12的导孔中安装有与动极板导柱32滑动套装配合的导向滑套6。[0026]实施例中如图3所示，本发明的探头装置4由探头杆41和钢性连接安装在探头杆41下端的探针42组成;探头杆41的上端与动极板导柱32的底端钢性相连接，探针42与碳滑板9的表面紧密滑动相接触。[°027]实施例中，动极板31的底面与支撑基板12的顶面间留有动极板组3上下运动的空间；动极板31位于支撑基板12的顶面之上，并且动极板31与支撑基板12相平行。动极板31的底面与支撑基板12的顶面间安装有二个极板张力器51，极板张力器51利用内部安装的弹簧产生拉力或压力使探针42与碳滑板9表面间保持55克cm2-65克cm2特定接触压力，极板张力器51使探针42与碳滑板9表面紧密滑动相配合。为了保证动极板组3运动的平衡，二个极板张力器51以动极板导柱32为对称轴设置。极板张力器51的上端与动极板31的底面电绝缘钢性相连接，极板张力器51的下端与支撑基板12的顶面固定相连接。[0028]实施例中，本发明的支撑基板12的底面对应每根动极板导柱32均固定安装有与动极板导柱32的下端滑动相套配的探头基座7,该探头基座7的底面中心安装有与探头杆41滑动穿套配合用于为探针42的滑动运动起导向和限位作用的限位器8。限位器8和导向滑套6相配合保证了动极板组3和探头装置4运动的平稳性。[0029]实施例中，本发明的探头基座7为具有上开口的桶柱形体，该探头基座7的底板71的中心开有使探头杆41穿过的通孔，探头基座7的开口端加工有用于通过螺栓与支撑基板12固定相连的法兰盘72,动极板导柱32的下端能上下滑动地位于探头基座7的桶腔中。[0030]实施例中，本发明的动极板导柱32的底面与探头基座7的底板71内壁间以探头杆41为对称轴安装有两个使探针42与碳滑板9保持紧密滑动接触的探头张力调节器52;探头张力调节器52的上端与动极板导柱32的底面钢性相连接，该探头张力调节器52的下端与探头基座7的底板71内壁钢性相连接。[0031]本发明的极板张力器51和探头张力调节器52的内部均安装有弹簧，都是利用弹簧产生拉力或压力，使探针42与碳滑板9间保持55克cm2-65克cm2紧密接触压力。极板张力器51和探头张力调节器52的端部均安装有调节螺栓，通过调节螺栓能螺旋调节安装在内部的弹簧的预紧压力，从而实现探针42与碳滑板9表面间接触压力的调节。[0032]本发明的工作原理如下：[0033]高速铁路列车的受电弓碳滑板9长时间使用或受到损伤后，碳滑板9的表面会产生缝隙或一定程度的凹凸。本发明的静极板2和动极板31构成了一个以空气为介质的电容器。电容器电压、极板间电容和极板上的电荷三者之间存在着确定的关系。当电容器的极板间被施加恒定电压时，极板上的电荷随极板间电容的变化而变化。当静极板和动极板间被施加恒定电压时，如果探针42在碳滑板9表面滑动，探针42会将碳滑板9表面高低不平的距离变化通过动极板31的上下运动变现出来。动极板31的运动改变了动极板31和静极板2两极板间的间距，使得极板间电容发生变化，而电容的改变又引起极板上电荷发生相应的变化，最终实现了将受电弓表面的不平状态转化为电荷的变化变现出来，起到电荷变换器的作用。[0034]如图3所示，当探针42在碳滑板9表面运动时，随着碳滑板9表面的低凹变化，动极板31或被推向上方或在极板张力器51和探头张力调节器52的力作用下向下运动。动极板31的运动，改变了动极板31和静极板2间的间隙，从而改变了电容器两端的电容，最后使极板电荷发生相应变化。多个动极板31在不同位置产生不同的高低变化，综合反映出碳滑板9表面的磨损或损伤程度。[0035]本发明的应用：[0036]将本发明水平置于被检测碳滑板9上，保持探针似与碳滑板9间具有不小于50克以上的接触压力。第一次使用时应先将本发明置于理想状态的碳滑板9上，目的是采集对应良好状态碳滑板9的电荷信息作为比较基准。如果在动静极板上施加恒定的电压，将检测到的极板上的电荷和与基准电荷进行比较，即测得碳滑板表面的低凹或缝隙的深浅。[0037]本发明适用于对碳滑板表面的低凹或缝隙高灵敏度检测的情况。本发明能够显著提高工作效率可用于高速铁路列车的自动化检测维护作业。[0038]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

权利要求：1.一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器，包括在移动装置的带动下能沿碳滑板9导向移动的变换器机架（1，所述的变换器机架（1由呈长方形四角位置处设置的四根立柱（11和四角与相应角处立柱（11的中下部固定相连的长方形支撑基板12组成;每根所述的立柱（11的下端均安装有与碳滑板9的侧面滑动导向配合的滑靴13，其特征是:所述的变换器机架⑴安装有用于作为正负电极中一极的静极板2，该静极板2为四角与相应角处立柱（11的顶端电绝缘固定相连的长方形金属板;所述的支撑基板12上设置有多个高度不同的动极板单元3，每一所述的动极板单元⑶均由用于作为正负中另一极的动极板31和电绝缘固定连接在动极板（31底面中心的动极板导柱32组成，所述的动极板导柱（32的长度与动极板单元3的高低成正比，所述的动极板31和静极板2间的间距大小与动极板单元3的高低成反比；高度不同的每一动极板31由导线⑼依次相连形成一个等电位的整体，所述的静极板⑵与多个高度不同的动极板31相对应构成了一个以空气为介质的电容器;所述的支撑基板12上纵向贯通加工有多个用于为动极板单元3的上下运动提供稳定和导向作用的导孔，每一所述的动极板导柱32均与其相应位置处的导孔滑动穿设相配合;每一所述的动极板导柱32的底面均钢性连接有能与碳滑板的表面以特定接触压力滑动接触的探头装置4;每一所述的探头装置4均将其所在位置处碳滑板9表面因裂缝及损伤所引起的低凹深度变化产生的上下位移量通过动极板导柱32转化为动极板31的上下运动，多个动极板31在不同位置上下运动产生的高低变化改变了静极板2与动极板31间的距离，使得电容器的电荷发生相应变化，形成综合反映碳滑板9表面磨损或损伤程度测量所需的电信号。2.根据权利要求1所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的变换器机架（1的立柱（11上电绝缘安装有用于与外部线路对接相连的接线端子;所述的接线端子包括静极板接线端子A和动极板接线端子B;所述的静极板接线端子A通过第一内部导线与静极板2相连接，所述的动极板接线端子B通过第二内部导线与动极板31相连接。3.根据权利要求2所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的动极板导柱32为采用非导电材料制作的圆柱体，所述的动极板31为长方形或正方形的金属板;所述的支撑基板12的导孔中安装有与动极板导柱32滑动套装配合的导向滑套⑹。4.根据权利要求3所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的探头装置4由探头杆41和钢性连接安装在探头杆41下端的探针42组成;所述的探头杆41的上端与动极板导柱32的底端钢性相连接，所述的探针42与碳滑板9的表面紧密滑动相接触。5.根据权利要求4所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的动极板31的底面与支撑基板（12的顶面间留有动极板组3上下运动的空间；所述的动极板31的底面与支撑基板（12的顶面间以动极板导柱32为对称轴安装有二个用于产生拉力或压力使探针42与碳滑板9表面间保持55克cm2-65克cm2特定接触压力的极板张力器51;所述的极板张力器51的上端与动极板31的底面电绝缘钢性相连接，该极板张力器51的下端与支撑基板12的顶面固定相连接。6.根据权利要求5所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的支撑基板12的底面对应每根动极板导柱32均固定安装有与动极板导柱32的下端滑动相套配的探头基座7，该探头基座7的底面中心安装有与探头杆41滑动穿套配合用于为探针42的滑动运动起导向和限位作用的限位器8。7.根据权利要求6所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的探头基座C7为具有上开口的桶柱形体，该探头基座C7的底板71的中心开有使探头杆41穿过的通孔，探头基座7的开口端加工有用于通过螺栓与支撑基板（12固定相连的法兰盘72，所述的动极板导柱32的下端能上下滑动地位于探头基座⑺的桶腔中。8.根据权利要求7所述的高铁列车受电弓碳滑板磨损精密自动检测装置，其特征是:所述的动极板导柱32的底面与探头基座的底板71内壁间以探头杆41为对称轴安装有两个使探针42与碳滑板9保持紧密滑动接触的探头张力调节器52;所述的探头张力调节器52的上端与动极板导柱32的底面钢性相连接，该探头张力调节器52的下端与探头基座00的底板71内壁钢性相连接。

百度查询： 南京铁道职业技术学院 一种复合结构的受电弓碳滑板表面损伤检测用电荷变换器

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