积分法确定城轨弓网电弧检测系统特征光波段

特征光波段的选择是否合理直接关乎日盲紫外法城轨弓网电弧检测系统检测结果的准确性.为了确定合理的检测特征波段,本文拟通过实验方法还原弓网电弧,搭建实验电路,模拟现场弓网电弧发生的过程,并利用光谱仪记录了6次电弧的完整光谱数据.实验结果表明,虽然每次发生电弧时受电弓碳滑板与接触线距离与接近速度的影响,但电弧光谱分布基本相似,产生波峰的位置也基本相同.在日盲区范围内,240～260 nm和275～285 nm波段分别出现明显波峰.应用积分法分别求取电弧全波段、日盲区波段及以上两波峰段的辐射强度相对值,结果表明,日盲区及两波峰段的辐射强度积分值均随电弧的减弱而线性降低.相比之下,275～285 nm波段的辐射强度积分值较240～260 nm在日盲区的占比稳定,因此确定275～285 nm波段为日盲紫外法城轨弓网电弧检测系统的最佳特征波段.     

井下直流电机车弓网电弧识别方法

为获得煤矿井下电机车运行过程中产生的直流弓网电弧的检测方法,开展了不同工况条件下的直流弓网电弧实验,对电流信号进行了混沌特性分析,通过相空间重构获得电弧电流混沌特性序列,使用流形学习降维实现混沌特性的可视化,利用降维后序列作为直流弓网电弧识别特征,并采用极限学习机对直流弓网电弧进行识别.结果表明:该方法能够有效识别直流电机车弓网电弧.     

电弧对弓网系统接触线温度的影响

为研究电弧位置及能量对弓网系统接触线温度的影响,利用COMSOLMultiphysics软件建立了弓网系统摩擦副温度场仿真模型,通过实验验证了模型的有效性.利用弓网电弧实验数据对高速、强电流条件下的电弧能量进行预测,并将预测结果应用到温度场仿真计算.研究结果表明:电弧能量及位置不同,对接触面温升影响很大.电弧位置对温度的影响有时大于电弧能量对温度的影响.淋雨环境下电弧燃弧时间短,燃弧个数更多,导致接触线最高温度比无雨时大,对接触面侵蚀更严重.     

高速动车组车速对弓网离线电弧放电的影响

高速动车组列车运行时的车体振动使得受电弓和接触线之间产生电弧放电,从而产生电磁骚扰,研究由弓网离线电弧放电形成电磁骚扰的特征,为评估电磁骚扰对动车组安全的影响提供依据.本文针对动车组极高的运行速度与高速接触网系统振动方程导出弓网的离线概率、弓网接触力和接触线动态抬升量与速度的关系;建立了弓网电弧放电模型,对弓网电弧离线放电的电磁骚扰进行仿真;最后,分析了不同车速条件下,弓网离线电弧放电电磁骚扰发生的频率、大小的变化趋势.     

弓网电弧检测系统弧光采集部分参数设计

合理地设计弓网电弧检测系统弧光采集部分参数有利于最大程度地收集特定波段日盲紫外光信号,从而提高城市轨道交通弓网电弧检测系统的精度.针对弧光采集系统与弓网接触点距离为3m,4 m,5 m 3种物距方案进行了光学参数设计,估算了直径为2.5 mm光纤束在3种物距方案下能够采集到的相对光子数,并在MATLAB环境下对每种物距方案的像点尺寸进行了仿真.仿真结果表明,3种物距方案下,物面上任一点所成的像点直径均小于光纤束端面尺寸,因此可认为该系统在光纤耦合过程中几乎不产生光信号损失.所设计的弧光采集系统参数能够满足城轨弓网电弧检测系统紫外光信号的采集要求.     

弓网离线电弧辐射电场噪声研究

针对弓网离线电弧辐射电场噪声特性问题,利用弓网电弧电磁噪声实验平台开展了不同条件下的弓网离线实验,分析了弓网离线电弧电场噪声的幅频特性与接触压力和回路电流之间的作用关系.研究表明:弓网离线电弧辐射电磁噪声主要集中在30~500 MHz频段.随着接触压力的增大,弓网离线电弧辐射电磁噪声的幅值先减小后增大;随着回路电流的增大,电磁噪声幅值增大.     

速度和压力对弓网电弧传导噪声影响

针对电气化列车运行过程中,接触网与受电弓之间发生离线引起的电磁干扰问题.利用一套弓网电弧电磁噪声实验系统,在不同压力、速度和电流条件下,开展了64组弓网电弧传导噪声实验.本实验系统由电波暗室、弓网电弧产生装置和弓网电弧检测系统组成,能够实现对接触电压、接触电流、接触温度和接触压力进行采集.实验结果表明,当接触电流和滑动速度一定时,随着压力的增加,电流信号中的断流率减小,直流分量上升;当接触电流和接触压力一定时,随着滑动速度的增加,断流率增加,直流分量下降.     

基于改进Inception网络及LightGBM的弓网电弧识别方法

针对弓网电弧识别方法对数据识别的单一性问题,提出一种基于改进多尺度卷积网络（GInception）结合LightGBM的弓网电弧识别方法。运用完整集合经验模态分解（CEEMDAN)和小波软阈值相结合的方法对原始信号进行降噪重构,将重构信号进行广播机制（Broadcasting）处理,变成多维信号后输入到GInception网络中进行特征提取,再将GInception网络提取的特征导入到轻量级梯度提升机中进行识别。研究结果表明：该识别方法在5组工况下弓网电弧识别的准确率达到96.3%。研究结论可为电车弓网电弧识别提供参考。     

降雨环境下弓网电场噪声时域特性分析

为研究降雨环境对弓网电弧辐射电场噪声特性的影响,利用弓网电弧电磁噪声实验系统,在电波暗室中开展降雨环境下的弓网电弧电场噪声实验.统计分析降雨环境下弓网电弧电场噪声的时域特性,获得了弓网电弧电场噪声时域波形的峰值、上升时间、振荡周期及持续时间等特性参数随降雨量、接触压力及滑动速度的变化规律,研究降雨环境下的弓网电弧电气特性及其与电场噪声特性规律之间的关系.结果表明:弓网电弧电场噪声强度随降雨量的增加而增强,在降雨环境下电场噪声强度随滑动速度的增加而减弱;与正常环境相比,降雨环境下的电场噪声波形的幅值更大、衰减更快.降雨会使电弧的燃弧时间缩短,零休时间增加,进而导致燃弧尖峰增大.     

基于DSP的弓网电弧检测系统

利用弓网离线时电弧的光谱特性,设计了一种应用DSP技术和紫外传感器相结合的检测系统,实现非接触式弓网电弧的检测,取得准确的弓网离线情况,并且对系统的硬件及软件系统进行了设计。     

基于弓网电弧模拟试验装置的电弧参数测量及分析

电气化高速铁路弓网相互作用是实现机车受流的关键环节,弓网电弧是评价弓网关系的重要特征.本文设计了一套弓网电弧模拟发生装置,该装置通过旋转轮盘与碳刷相对运动,产生旋转电弧,能够模拟受电弓与接触网的相对运动.系统试验最高电压100 V,电弧电流20 A,试验测试了静态电弧和动态电弧对系统的电压和电流的影响,并采用LABVIEW软件对其进行了谐波分析.谐波成分集中在500 Hz以下,且含有不规则间谐波.     

弓网电弧电场噪声特性影响因素

为揭示工况参数对弓网电弧电场噪声特性的作用规律,利用自行研制的弓网电弧电磁噪声实验系统,采用单因素实验法,改变供电电压、回路电流、功率因数、运行速度、接触压力等实验条件,开展了91组弓网电弧辐射电场噪声实验.在30~60 MHz频段内,弓网电弧电场噪声幅值较大,高于背景噪声及其它频段电场噪声.31~44 MHz频带内的电场噪声超过限值,会严重影响调频收发信机的正常工作.提高供电电压,电场噪声的等效场强呈现增大趋势;列车感性负载越少,功率因数越接近1,则电场噪声越小.     

电力机车弓网系统离线电弧特性检测仿真

为深入研究弓网电弧的形成机理和抑制方法,建立电波暗室,并设计了一套弓网电弧电磁辐射噪声干扰实验系统,进行大量的实验研究,并利用希尔伯特-黄变换(HHT)对实验测得的弓网电弧电流波形进行了时频分析.结果表明:电弧电流有丰富的间谐波出现,并且频率集中在0~500 Hz,随着牵引电流的变化,其幅值和频率均出现不同的变化.弓网电弧辐射噪声的频率与幅值也随着牵引电流变化表现出不同状态。研究结论用非平稳信号的分析方法,更好的分析电弧的变化特性.     

弓网离线模拟试验平台的设计

受流问题是制约电气化铁路提速的瓶颈之一,而弓网离线电弧是高速列车受流的关键问题.为了全面的把握弓网离线状态,设计了弓网离线模拟试验平台.实现正弦周期内不同时刻离线及回合过程的电弧放电现象,并采用示波器和数据采集卡实现对离合瞬间电压、电流和光强等波形的同步记录,为弓网离线检测法和列车受流质量的研究及抑制电弧危害打下基础.     

基于连续谱修正的标准温度法的钨极惰性气体保护焊电弧温度场分析

基于光谱学理论分析氩原子谱线波长为794.8 nm的特征谱发射系数、连续谱发射系数和总发射系数与温度之间的关系,以及连续谱对标准温度法的影响,并对标准温度法的曲线进行修正;利用具有高速摄影的电弧光谱采集系统拍摄氩原子波长为794.8 nm的特征谱的电弧图像;根据修正后的标准温度法计算直流钨极惰性气体保护焊的电弧温度场分布,对修正前、后的电弧温度场加以比较.结果表明,考虑连续谱时,电弧的温度有所升高.结合光谱仪拍摄的电弧谱线强度分布规律表明,连续谱对氩原子波长为794.8 nm的特征谱的温度计算结果影响较小.     

弓网回路电流间谐波特性的实验研究

为研究周期性波动载荷条件下弓网回路电流的间谐波特性,开展了大量的弓网系统受流实验,分析了静态接触压力、滑动速度、接触电流对回路电流间谐波特性的影响.接触电阻波动和离线电弧/火花是产生回路电流间谐波的主要原因.该间谐波主要分布在0~100 Hz,以特定的频率间隔、以基波50 Hz为中心左右对称分布.间谐波的频率间隔与静态接触压力、接触电流无关,随滑动速度的增加近似线性增加.间谐波幅值随静态接触压力的增加先减小后增大、随接触电流的增加而增大.对于深入研究弓网系统的受流特性具有借鉴意义.     

熔化极气体保护焊熔滴过渡光谱信号的品质

基于对电弧光谱动态特征的认识，在实验的基础上获得了不同过渡形式下熔滴过渡的光谱信号，通过与电弧电信号和电弧光强信号的对比，发现以光谱信号检测熔滴过渡，具有工艺适应性宽、信号强度大和信噪比高等优点，因此可以认为光谱信号具备最佳的信号品质。     

下期发表论文摘要预报

基于连续谱修正的标准温度法的钨极惰性气体保护焊电弧温度场分析肖笑,华学明,李芳,吴毅雄(a.上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;b.上海市激光制造与材料改性重点实验室,上海200240)基于光谱学理论分析氩原子谱线波长为794.8nm的特征谱发射系数、连续谱发射系数和总发射系数与温度之间的关系,以及连续谱对标准温度法的影响,并对标准温度法的曲线进行修正;利用具有高速摄影的电弧光谱     

药芯焊丝焊接过程光谱特征波段分析与选择

针对某型自保护药芯焊丝设计焊接工艺试验,利用光谱仪和专用分析软件研究焊接过程中电弧等离子体辐射光谱分布曲线,对其在各谱段的分布特征进行分析,认为紫外波段的光谱曲线波长较短且衰减严重;可见光波段整体相对辐射强度较高,特别是在绿光和黄光区域尤为强烈,在红光区域电弧光谱相对强度较为稳定;在近红外波段电弧光谱辐射强度逐渐下降.综合考虑不同的应用对象,可见光波段适用于电弧等离子体物理本质研究,自保护药芯焊丝电弧等离子体和熔滴过渡的检测适合采用红光光谱窗口,而焊缝跟踪等则适合采用近红外或者红光光谱窗口.     

等离子体的温度测量与光谱测温仪

论述了基于光谱学原理的温度测量技术．介绍了在上述原理下建立起来的光谱 测温仪。该仪器能测量符合局域热力学平衡与柱对称条件的电弧及高频等离子体的温度 剖面。测温范围为 ５ ０００—１５ ０００ Ｋ，不确定度约 ２．２％。