CN203324734U - 动车组列车防污闪装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型动车组列车防污闪装置，涉及抗电弧放电的保护装置，是一种利用传感器技术和单片机控制来实现防止动车组列车在高速运行过程中出现污闪现象的装置，被安装在经常发生雾霾天气的动车牵引变电站的变电区间内，主要由检测部分、控制部分和报警部分依次连接构成。其中检测部分为生物传感器，它由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合三部分顺次连接而成，克服了现有技术的防污闪装置被动的对污闪现象进行防护，不能积极主动预测的缺点，以及在车顶高压设备表面涂刷防污闪的绝缘涂料的防污闪可靠性低和需频繁检查的缺点。
Description
技术领域
本实用新型的技术方案涉及抗电弧放电的保护装置，具体地说是动车组列车防污闪装置。
背景技术
雾霾天气会造成高速运动的动车组列车车顶高压部件闪络并损坏高压部件。雾霾里含有的大量悬浮颗粒物附着在高压系统绝缘体上，就有可能会在绝缘材料表面形成导电层，高压电就会击穿绝缘设备接地，造成污闪。污闪现象就是在阴雨雾霾天气下，空气绝缘性降低，接触网上的高压电经过空气击穿到动车组的高压设备上，造成设备故障。它不仅会造成设备表面被电流侵蚀，也有可能会导致列车减速或停运，严重影响列车运行。目前，用于电气设施的防护的防污闪装置主要是解决快速积污所产生的污闪以及抗雨闪和雾闪问题，CN201191544公开了一种防污闪绝缘装置；CN101527194公开了一种适用于快速积污的防污闪方法及防污闪绝缘装置；CN201527861U披露了一种绝缘瓷瓶防污闪装置，但是此类装置均为被动防护，无法准确及时的测得空气中污染物浓度并进行反馈。另外采用的防止污闪现象发生的方法是在车顶高压设备表面涂刷防污闪的绝缘涂料，例如CN101649155公开了一种适用于多种物体表面涂层的自清洁防覆冰相变涂料，尤其适用于电力供电、铁路电气化供电绝缘子防污闪防覆冰，提高系统的安全性及使用效率，但是在高压设备表面涂刷绝缘涂料的方法需要频繁检查涂层的完整性，而且国际国内研究如何进一步提高绝缘材料防污闪性能的进展不大；再一种思路是依据沿线气象部门提供的数据进行决策，但是气象部门的检测地点很多并不在高铁线路的附近，无法准确及时地测得空气中污染物浓度并向控制中心进行反馈，对决策的正确性及时性造成了一定的影响。由此，提出一种可自动检测、智能控制并且可靠性更高的动车组列车防污闪装置十分必要。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供动车组列车防污闪装置，克服了现有技术的防污闪装置被动的对污闪现象进行防护，不能积极主动预测的缺点，以及在车顶高压设备表面涂刷防污闪的绝缘涂料的防污闪可靠性低和需频繁检查的缺点。
本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：动车组列车防污闪装置，是一种利用传感器技术和单片机控制来实现防止动车组列车在高速运行过程中出现污闪现象的装置，被安装在经常发生雾霾天气的动车牵引变电站的变电区间内，主要由检测部分、控制部分和报警部分依次连接构成，并由电源模块即一个输出5V直流电压的稳压电源供电，其中检测部分为生物传感器，控制部分包括单片机及其外围电路，报警部分为蜂鸣器报警电路，生物传感器的信号输出端用导线连接到单片机芯片的P1.1引脚，单片机芯片的P1.0引脚用导线连接到蜂鸣器报警电路，稳压电源同时给检测部分、控制部分和报警部分提供5V直流电压。
上述动车组列车防污闪装置，所述的生物传感器由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合三部分顺次连接而成。
上述动车组列车防污闪装置，所述的单片机采用AT89C51芯片，其外围电路包括单片机工作必备的晶振和复位电路。
上述动车组列车防污闪装置，所述的蜂鸣器报警电路主要由反相器、电阻值为1K的电阻、三极管和蜂鸣器构成，反相器连接电阻值为1K的电阻的一端，该电阻的另一端接三极管的基极，该三极管的发射极接地，集电极接蜂鸣器的负极，该蜂鸣器的正极性的一端连接5V电源。
上述动车组列车防污闪装置，其中所涉及的部件、元器件都是通过商购获得的，其安装和连接方法都是本技术领域的技术人员所熟知的。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型动车组列车防污闪装置的突出的实质性特点是：
（1）本实用新型动车组列车防污闪装置中的生物传感器是一种可以对造成雾霾的硫化物和氮化物含量进行检测的装置，其工作的基本原理是：待测物质，即雾霾中的硫化物和氮化物，被该生物传感器中的分子识别感受器所检测，分子识别感受器的生物敏感元件将发生特异性反应，再将生物敏感元件发生的特异性反应及信号经由物理元件——换能器，转变为光、电、声等易检测的信号，从而间接地获知待测物的有关信息；该生物传感器由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合而成，其中的硝化细菌以亚硝酸盐作为唯一的能源,其呼吸活性随亚硝酸盐的存在增加,呼吸过程导致的溶解氧浓度降低量可由氧电极检测,从而间接反映出亚硝酸盐的含量以此反映大气中氮氧化合物的含量。
（2）本实用新型动车组列车防污闪装置中的单片机采用AT89C51芯片，该芯片的P1.1引脚接收生物传感器检测到的电信号，该芯片的P1.0引脚控制蜂鸣器的发声；单片机的外围电路包括单片机工作必备的晶振和复位电路，保证了单片机的正常工作。其中，报警标准值由动车组列车在运行的过程中曾经被击穿时所监测到的空气污染物浓度所确定。单片机接收生物传感器传递的信号并进行分析控制，当生物传感器监测到雾霾含量超过标准值时，单片机接收到雾霾含量超过标准值的信号并控制报警电路的蜂鸣器发出报警信号；若生物传感器检测到雾霾含量在标准值范围内，单片机控制报警电路的蜂鸣器不发报警信号。蜂鸣器是否发出报警信号的原理是：蜂鸣器的正极性的一端联接到5V电源上面，另一端联接到三极管的集电极，三极管的基极由单片机的P0.1引脚通过一个与非门串联电阻R2来控制，当P1.0引脚为低时，与非门输出高电平，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音；当P1.0引脚为高时，与非门输出低电平，三极管截止，蜂鸣器不发出声音，电阻R2保证了三极管的基极电压在有效范围内。用户可以通过程序控制单片机的P1.0引脚的电平高低来使蜂鸣器发出声音或关闭；蜂鸣器的声音大小及音调可以通过调整单片机的P1.0引脚的高电平时间及输出的波形进行控制。
本实用新型动车组列车防污闪装置的显著的进步是：
（1）本实用新型动车组列车防污闪装置中所用的生物传感器选择性好,抗干扰能力强。
（2）本实用新型动车组列车防污闪装置工作可靠性高，可以有效的感知实时空气质量并通过改变动车组列车的运行电压来避免污闪事故的发生；
（3）本实用新型动车组列车防污闪装置可随时感知列车运行区间的污染物浓度，动车虽然在污染物浓度高的区间里时速降低，但是耽误的时间可以在该车程的其余空气质量良好的区间追回，由此导致动车组列车的晚点时间可以控制在几分钟之内，而不至于导致列车停运或者全路段降速所致的晚点数小时；
（4）本实用新型动车组列车防污闪装置比较已有的涂绝缘材料技术，克服了现有技术的防污闪装置被动的对污闪现象进行防护，不能积极主动预测的缺点，以及在车顶高压设备表面涂刷防污闪的绝缘涂料的防污闪可靠性低、需频繁检查和使用时会污染空气的缺点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型动车组列车防污闪装置的构成示意框图。
图2是本实用新型动车组列车防污闪装置的检测部分工作原理示意图。
图3是本实用新型动车组列车防污闪装置的控制部分的构成示意图。
图4是本实用新型动车组列车防污闪装置的蜂鸣器报警电路构成示意图。
图5是本实用新型动车组列车防污闪装置的5V直流电压的稳压电源构成示意图。
具体实施方式
图1所示实施例表明，本实用新型动车组列车防污闪装置由检测部分、控制部分和报警部分依次连接组成，并分别由电源模块即一个输出5V直流电压的稳压电源对各个部分供电。
图2所示实施例表明，本实用新型动车组列车防污闪装置其工作的检测部分的工作原理是：待测物质，即雾霾中的硫化物和氮化物，被该生物传感器中的分子识别感受器所检测，分子识别感受器的生物敏感元件将发生特异性反应，由此产生的信号经由信号转换换能器这一物理元件转变为光、电和声这些易检测的信号，这些光、电和声信号被生物传感器中的信号检测器检测出来，从而间接地获知待测物的有关信息。
图3所示实施例表明，本实用新型动车组列车防污闪装置的控制部分的构成是：控制部分主要包括单片机及其外围电路，所述的单片机采用AT89C51芯片，该芯片的P1.1引脚接收生物传感器检测到的电信号，该芯片的P1.0引脚控制蜂鸣器的发声，外围电路包括单片机工作必备的晶振和复位电路，其中C1和C2并联接入5V电源，C2为一电解电容，其负极串联复位开关S，复位开关S和C1的另一端相连后接入单片机RST引脚并串联电阻R1，由此构成复位电路；电容C3和C4串联后与晶振U并联接入单片机XTAL1和XTAL2引脚，并且C3和C4之间要可靠接地；为保证单片机正常工作，该芯片的EA引脚接地。C1的电容量为22μF，C2的电容量为10μF，C3的电容量为30pF，C4的电容量为30pF。
单片机接收生物传感器传递的信号并进行分析控制，具体的说，当生物传感器监测雾霾含量超过所设定的标准值时，单片机接收到信号并控制报警电路报警；若生物传感器检测值在所设定的标准值范围内，单片机不发报警信号。
图4所示实施例表明，本实用新型动车组列车防污闪装置的报警部分的蜂鸣器报警电路构成是：单片机P1.0引脚接入一个型号为74HC00的反相器A，反相器A顺向串联一个电阻值为1K的电阻R2，电阻R2另一端接三极管Q的基极，三极管Q的发射极接地，三极管Q集电极接蜂鸣器F的负极，蜂鸣器F的正极一端连接到5V电源上面。该蜂鸣器报警电路的工作原理是：当单片机P1.0引脚为低时，反相器的与非门输出高电平，三极管Q导通，这样与蜂鸣器F的形成回路，发出声音；当单片机P1.0管脚为高时，反相器的与非门输出低电平，三极管Q截止，蜂鸣器F不发出声音，电阻R2保证了三极管Q的基极电压在有效范围内。用户可以通过程序控制单片机P1.0引脚的电平高低来使蜂鸣器F发出声音或关闭；蜂鸣器F的声音大小及音调可以通过调整单片机P1.0引脚的高电平时间及输出的波形进行控制。
图5所示实施例表明，本实用新型动车组列车防污闪装置的5V直流电压的稳压电源电路构成是：包括将市电220V变为8V的变压器、四个IN5401二极管组成的整流桥、三端稳压器W7805、二极管IN5401、220μF-25V的电容C5、1μF的电容C6和0.33μF的电容C7。市电接入220/8V变压器，将8V的交流电接入由四个IN5401二极管组成的整流桥的两端，整流桥另外两端并联滤波电容C5和C6后接到三端稳压器W7805的IN端，三端稳压器W7805的GND端与其他器件共地，三端稳压器W7805的OUT端输出5V直流电，并联电容C7消除输出电压中的高频噪声后输出平稳的5V直流电供各个模块使用，并且在三端稳压器W7805的IN端和OUT端反向并联二极管IN5401起到保护三端稳压器的作用。
实施例1
按照上述图1、图3、图4、图5和图6所示实施例构成本实施例的动车组列车防污闪装置，其中所用生物传感器由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合而成。
在动车组运行过程中，动车组列车防污闪装置中的单片机接收生物传感器传递的信号并进行分析控制，具体的说，该生物传感器的亚硝酸盐浓度最低检测限为0.01mmol/L,当亚硝酸盐浓度低于0.59mmol/L时，生物传感器产生的电流与亚硝酸盐的浓度成正比，即亚硝酸盐的含量反映大气中氮氧化合物的含量，统计导致列车发生污闪的相关空气数据，分析出污闪的临界值。设定污闪的临界值为0.42mmol/L，若生物传感器检测到的含量超过所设定污闪的临界值，即有效的感知实时空气质量差，单片机接收到信号并控制报警电路报警，即刻通过改变动车组列车的运行电压来避免污闪事故的发生；若送给生物传感器检测值在所设定污闪的临界值范围内，单片机不发报警信号，动车组列车将保持正常运行。
Claims (4)
1.动车组列车防污闪装置，其特征在于：是一种利用传感器技术和单片机控制来实现防止动车组列车在高速运行过程中出现污闪现象的装置，被安装在经常发生雾霾天气的动车牵引变电站的变电区间内，主要由检测部分、控制部分和报警部分依次连接构成，并由电源模块即一个输出5V直流电压的稳压电源供电，其中检测部分为生物传感器，控制部分包括单片机及其外围电路，报警部分为蜂鸣器报警电路，生物传感器的信号输出端用导线连接到单片机芯片的P1.1引脚，单片机芯片的P1.0引脚用导线连接到蜂鸣器报警电路，稳压电源同时给检测部分、控制部分和报警部分提供5V直流电压。
2.根据权利要求1所说动车组列车防污闪装置，所述的生物传感器由多孔气体渗透膜、固定化硝化细菌和氧电极组合三部分顺次连接而成。
3.根据权利要求1所说动车组列车防污闪装置，所述的单片机采用AT89C51芯片，其外围电路包括单片机的晶振和复位电路。
4.根据权利要求1所说动车组列车防污闪装置，所述的蜂鸣器报警电路主要由反相器、电阻值为1K的电阻、三极管和蜂鸣器构成，反相器连接电阻值为1K的电阻的一端，该电阻的另一端接三极管的基极，该三极管的发射极接地，集电极接蜂鸣器的负极，该蜂鸣器的正极性的一端连接5V电源。
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