[发明专利]一种非接触式激光铁路接触网检测装置及方法

权利要求书

1.一种非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：

包括固定壳体、数据处理单元，导电环，调制电路，激光驱动电路，光学系统，接收电路，解调及相位测量电路，转盘、直流电机、陀螺仪和绝对式编码器；

其中，调制电路、激光驱动电路、光学系统、接收电路、解调及相位测量电路以及半导体激光管均安装在转盘的上方；

导电环与调制电路连接，调制电路通过激光驱动电路驱动半导体激光管发射出射激光，出射激光经过光学系统向铁路接触网发射；铁路接触网的反射光通过光学系统后会聚于接收电路，接收电路将光信号转换为电信号传输至解调及相位测量电路；解调及相位测量电路通过导电环与数据处理单元电连接；

转盘与导电环的转子同轴安装，且导电环位于转盘的下方；导电环的定子与固定壳体连接固定；直流电机的定子与固定壳体连接固定，直流电机的转子穿过导电环与转盘的中心轴连接固定；绝对式编码器的定子与直流电机的定子固定连接，其转子与直流电机的转子同轴连接；

直流电机、导电环、陀螺仪和绝对式编码器均与数据处理单元电连接；

导电环、数据处理单元、直流电机、陀螺仪和绝对式编码器均位于固定壳体内。

2.根据权利要求1所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述数据处理单元包括DSP处理电路、数据输出电路以及直流驱动电路；

其中，DSP处理电路分别与数据输出电路以及直流驱动电路电连接；

DSP处理电路分别用于控制直流驱动电路、调制电路；

数据输出电路用于接收外部指令后触发DSP处理电路工作以及向外部输出检测数据；

直流驱动电路用于控制直流电机工作。

3.根据权利要求2所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述接收电路包括光电探测器、光电转换电路以及前置放大电路；

光电探测器用于接收铁路接触网反射的光信号；

光电转换电路用于将光信号转换为电压信号；

前置放大电路用于将微弱的电压信号进行放大；

光电转换电路中的转换信号路数与光电探测器中的像元数一致。

4.根据权利要求3所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述光电探测器为线阵APD探测器,在光学系统的配合下能够实现10m物距单元像素分辨率为17.5mm。

5.根据权利要求4所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述光学系统为普通球面镜，焦距≤50mm、视场角≤20度，镜面镀有红外增透膜。

6.根据权利要求5所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述半导体激光管的激光波段为850nm。

7.根据权利要求7所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述固定壳体的下方安装有移动小车。

8.根据权利要求7所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：所述数据输出电路的输出端口采用LAN接口输出，最大传输速率为1000Mbps。

9.根据权利要求8所述的非接触式激光铁路接触网检测装置，其特征在于：还包括安装在固定壳体上部用于保护调制电路、激光驱动电路、光学系统、接收电路、解调及相位测量电路、半导体激光管以及转盘的保护罩。

10.基于权利要求9所述的非接触式激光铁路接触网检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)DSP处理电路在接收到数据输出电路输入的外部测量指令开始测量工作；

2)DSP处理电路通过导电环触发调制电路工作，同时通过触发直流驱动电路开始驱动直流电机工作；

3)距离信息以及角度信息的获取；

A)计算距离信息；

A1)调制电路产生调制信号分别将其发送给激光驱动电路作为半导体激光管的触发信号，并同时将该信号送给解调及相位测量电路作为参考信号；

A2)半导体激光管发射与调制信号一致的连续的出射激光，半导体激光管位于光学系统的焦面位置；连续的出射激光经过光学系统后向接触网，接触网的每一路导线均对出射激光进行反射，每一路导线的反射光经过光学系统后会聚接收电路的光电探测器靶面上，接收电路将每一路微弱的反射光信号转换成与之对应的电压信号并发送至解调及相位测量电路；

A3)解调及相位测量电路将接收到的多路电压信号各自同时与本振信号混频，得到多路接收差频信号；解调及相位测量电路将调制电路产生的参考信号与本振信号混频得到发射差频信号；再将接收差频信号与发射差频信号做相位检测，得到多路相位差，并将这些差值送给DSP处理电路；

A4)DSP处理电路根据多路相位差值，计算出接触网的每一路导线与装置的距离信息；

B)获取角度信息；

绝对式编码器的获取转盘的角度数据；陀螺仪提供检测装置的姿态偏航信息；

4)DSP处理电路根据根据绝对式编码器的角度数据和陀螺仪提供的姿态偏航信息对当前检测装置的测量法线进行修正和补偿；再将每路导线的距离信息与角度信息进行融合和处理，建立多种三角形数学模型，可计算出被测接触网各导线距测量面的高度信息、导线拉出值、各导线的接近值和导线厚度值；

5)数据输出电路将DSP处理电路的测试结果对外输出。