[发明专利]一种高速列车车载激光接触网除障系统

权利要求书

1.一种高速列车车载激光除障方法及系统，包括：设置在高速列车上的激光发射单元，激光转台，识别单元，储能单元，冷却单元和中央处理单元，所述中央处理单元与所述识别单元和所述激光发射单元分别相连；所述识别单元用于识别接触网的待识别区域中除接触网相关设施之外的挂网异物，所述待识别区域设置于所述高速列车行驶方向前上方的接触网上；所述中央处理单元用于处理所述识别单元得到的结果，判断所述接触网是否存在所述挂网异物，控制所述激光发射单元进行清除；所述激光发射单元用于根据所述中央处理单元输出结果发射所述清异激光；所述激光转台，用于使所述激光发射单元在俯仰角与方位角两个角度上进行转动；所述储能单元，用于为系统提供动力电源；所述冷却单元，用于为激光发射单元提供冷却，防止系统过热。

2.权利要求1所述的一种高速列车车载激光除障方法及系统，其特征在于：中央处理单元在所述激光发射单元发射所述清异激光清除所述挂网异物之后通过所述高速列车通信线路与列车调度中心进行通信。

3.权利要求1所述的一种高速列车车载激光除障方法及系统，其特征在于：中央处理单元还用于，若所述中央处理单元控制所述激光发射单元发射了所述清异激光清除了所述挂网异物，则向所述列车调度中心及所述控制系统发出报警信号，所述报警信号还必须包括所述挂网异物的特征、所述激光发射单元的工作状态以及挂网异物所在地点。

4.权利要求1所述的一种高速列车车载激光除障方法及系统，其特征在于：中央处理单元还用于根据所述识别单元输出的识别结果，判断所述挂网异物的特征(所述挂网异物的特征包括但不限于：所述接触网存在所述挂网异物、所述挂网异物的覆盖长度、所述挂网异物的位置、所述挂网异物相对于所述高速列车的距离)。

5.权利要求1所述的一种高速列车车载激光除障方法及系统，其特征在于：中央处理单元还用于根据所述识别单元输出的识别结果，调整所述激光发射单元的工作状态(所述激光发射单元的工作状态包括但不限于：权利要求1所述激光发射单元的俯仰角、权利要求1所述激光发射单元的方位角、权利要求1所述激光发射单元应发射所述清异激光的功率、权利要求1所述激光发射单元发射所述清异激光的起始时间与结束时间、权利要求1所述激光发射单元发射所述清异激光所需要的冷却功率)。

6.权利要求1所述的一种高速列车车载激光除障方法及系统，其特征在于：激光发射单元应发射所述清异激光的功率，特征在于：所述挂网异物的主要构成成分聚合物吸收光能后由基态变化到激发态所需要的最小功率，将烧蚀过程看作一个二能级系统，吸收能量为聚合物由基态跃迁至激发态，释放能量则为激发态变回基态，假设激光垂直辐照聚合物，将烧蚀最开始的点的表面深度设为x＝0处，激光的强度半径ω远大于光渗透深度l_α以及热渗透深度l_T，因此将整个过程看作一维过程，设σ为激光吸收横截面积；N_A为基础状态下粒子数；N_A*为激发状态下粒子数，则激光强度I为：

聚合物的材料热物理常数为ρ、c、k，设梯度算子为▽，其他体热源项为Q，材料光吸收系数为α，材料表面对激光反射率为R，则聚合物表面受到激光照射之后的温度场T可以使用热扩散方程表示如下：

温度场T可以根据边界条件与初始条件求解得知，设聚合物内部产生热量为J，温度变化为ΔT，聚合物的比热容为C，激光辐照范围内的聚合物质量为m，则聚合物在吸收激光能量之后，温度变化为：

权利要求1所述激光除障系统清除所述挂网异物的原理为，聚合物内部由于热量积累到一定程度之后，温度升高，大于促使聚合物分解的临界温度；

聚合物吸收激光产生热量与激光功率之间的关系如下：

式中，W为激光功率；τ为激光透传率；η为激光耦合效率；t为照射时间；

权利要求1所述激光发射单元应发射所述清异激光的功率W_清≥W时，所述清异激光即可清除掉输电线上的聚合物。