[发明专利]一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法及系统

说明书

本申请公开了一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法及系统，包括：本申请技术基于接触网动力学响应的光纤测量和优化反演计算实现弓网接触力的反演测量，是一种新颖的弓网接触力测量技术，较传统的基于受电弓动力学响应的间接测量技术具有所测结构及其受力简单(无气动力作用)、所需传感器种类单一、传感系统抗电磁干扰并对所测结构的动力学特性影响小、轨道振动对测量的噪声干扰小等优点，因而可提高弓网接触力的间接测量精度。

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法及系统。

背景技术

列车受电弓网系统是实现从变电所向列车输送电能而驱动列车运行的装置，包括架空接触网和安装在车顶上的受电弓，其安全性和可靠性是决定列车平稳运行的重要保障。接触网分为柔性接触网和刚性接触网。柔性接触网主要用于高铁等快速轨道交通；刚性接触网是架空梁结构，相比柔性接触网刚性大，它由周期性布置的固定悬挂机构支撑，具有结构相对简单、抗风、建设和维护成本低等优点，适合城轨线路包括地铁和城际轨道交通，也适于隧道占比较高的干线铁路。

目前刚性接触网的列车车速受到制约，其关键影响因素是弓网接触力的波动，它是弓网耦合振动的体现。随着列车速度的提高弓网接触力的波动也增加，导致列车的受流脉动增加降低受流质量，严重时出现弓网脱离并产生拉弧放电现象，导致受电弓碳滑板和接触网局部烧蚀，进一步降低受流品质。因此，弓网接触力的波动(方差及最大、最小值)是刚性弓网系统的一个主要性能指标。

弓网接触力的准确测量是对其控制的前提技术条件。传统的弓网接触力测量都是通过列车车顶上的受电弓碳滑板的支撑力和动力学响应测量来间接获得，通过附加安装在碳滑板两端的的测力传感器和其中的加速度或应变传感器测量碳滑板的受力和动力学响应信号，由碳滑板的所受的支撑力、气动力、惯性力、弓网接触力之间的平衡关系间接测得弓网接触力。一般将碳滑板视为刚体或弹性体，需同步测量碳滑板上接触点位置的变化，所以需测量的力学量及其传感系统种类较多。同时碳滑板受到的气动力为分布力难于直接测量需采用经验公式估算，所以弓网接触力的测量存在一定的力学近似。此外，轨道振动通过车顶传导到受电弓，使得弓网接触力的测量受到较为显著的轨道振动噪声干扰。并且所用传感器一般采用电学传感器，易于受到受电弓网高压电磁工作环境的影响，所以这些传感器需要屏蔽封装才能在受电弓上正常工作，这势必对碳滑板及受电弓附加了额外的质量，从而导致其动力学特性改变、结构动力学响应失真。

发明内容

为了克服上述传统弓网接触力测量方法存在的力学、传感器、轨道振动干扰的问题，本申请提供了一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法及系统，可应用于实验室或实际线路检测段的刚性弓网系统接触力的测量。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种列车刚性弓网接触力全光纤测量方法，包括：

应用光纤传感器串测量接触网离散点的弯曲应变动力学响应；

确定当前列车弓网的预设接触力参数；

依据所建立的列车弓网系统中接触力激励下接触网的动力学方程计算所述预设接触力参数对应的接触网的挠度动力学响应；

基于所述计算所得接触网挠度动力学响应计算接触网测点处的弯曲应变，并与光纤应变传感器所测到的测点弯曲应变动力学响应比较，计算弓网接触力反演误差；

根据优化算法从上述弓网接触力反演误差对弓网接触力参数进行修正，得到当前列车弓网的候选接触力参数，将当前候选接触力参数作为新的预设接触力参数重复上述反演计算。在所述候选接触力参数满足弓网接触力反演的预设误差条件的情况下，将所述候选接触力参数确定为目标接触力参数。

进一步的，所述根据光纤传感器串测量接触网离散点的弯曲应变动力学响应，包括：

应用多只布拉格光纤光栅(FBG)传感器串测量接触网上多个离散测点处的梁弯曲应变，将所述梁弯曲应变确定为所述弯曲应变动力学响应的测量值。