CN110635685A - 一种城轨隧道风能量转换电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城轨隧道风能量转换电源装置，包括：杂散电流采样电路模块，包括J引脚、C引脚和G引脚，且J引脚连接结构钢筋，C引脚连接参比电压，G引脚连接轨道：能量转换模块，包括一风力发电机，其被构造成产生供应杂散电流采样电路模块工作的电压；调理电路模块，耦接能量转换模块以接收单脉冲电压信号，并将单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；储能电路模块，耦接调理电路模块以存储直流电压信号；稳压供电控制模块，耦接储能电路模块，该稳压供电控制模块控制储能电路模块释放稳定直流电源，杂散电流采样电路模块与稳压供电控制模块相耦接，该装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。

Description

一种城轨隧道风能量转换电源装置

技术领域

本发明涉及供电设备领域，尤其涉及一种城轨隧道风能量转换电源装置。

背景技术

目前，城市轨道交通已经成为我们生活中日趋重要的一部分，城市轨道交通运行期间产生的杂散电流，对地铁(或轻轨)周围土壤中埋设的通信电缆、区间隧道中的钢筋、钢管等金属管线产生电化学腐蚀，破坏其强度，降低其寿命。对城市轨道交通杂散电流进行自动监测，对城市轨道交通的安全、可靠运行具有重要的意义。

目前，杂散电流的监测一般通过采集埋设在结构混凝土中的参比电极的输出信号来实现，参比电极的电压信号代表着杂散电流的强度；理论研究及该领域实际工况均表明，轨道电压的变化和杂散电流的强度也存在一定的关系，轨道电压越大，杂散电流也越大。

传统杂散电流传感器的电能供电方式，一般由外界供电线路来提供的方式，已难以满足日趋发展的杂散电流监测系统中对传感器的应用需求，也制约着传感器向智能化和微型化的发展。采用外部供电的传感器，存在以下几方面的问题和隐患：第一、外部供电的传感器体积较大，安装复杂，且需要就近安装于隧道壁或高架桥的侧壁上；第二、外部供电的传感器需要额外的供电模块，供电线路长，受到的电磁辐射干扰大；第三、外部供电的传感器需要较多的供电线路电缆，一般均为铜质线缆，建设成本高；第四、外部供电的传感器制约着传感器朝着微型化和智能化发展。因此目前国内外的许多机构正致力于研究一种能够利用轨道电压信号转换为传感器自身供电电源并存储起来，全新的杂散电流传感器来实现对城市轨道交通系统中的杂散电流进行自动监测，实时上报。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术存在的问题之一，提供了一种城轨隧道风能量转换电源装置，该装置可以有效利用隧道风能产生电能，而且该供应装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。

为了实现上述目的，本发明提供一种城轨隧道风能量转换电源装置，包括：杂散电流采样电路模块，包括J引脚、C引脚和G引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压，所述G引脚连接轨道：能量转换模块，包括一风力发电机，其被构造成产生供应所述杂散电流采样电路模块工作的电压；调理电路模块，耦接所述能量转换模块以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；储能电路模块，耦接所述调理电路模块以存储所述直流电压信号；以及稳压供电控制模块，耦接所述储能电路模块，其中该稳压供电控制模块控制所述储能电路模块释放稳定直流电源，所述杂散电流采样电路模块与所述稳压供电控制模块相耦接。

在该技术方案中，由能量转换模块产生供应所述杂散电流采样电路模块工作的电压，并由耦接所述能量转换模块以接收所述单脉冲电压信号，将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在储能电路模块中，再由稳压供电控制模块控制所述储能电路模块释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块工作；该供应装置利用风力发电机将风能转化成电能，实现了对杂散电流采集模块的供电，而且该供应装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。

另外，根据本发明的城轨隧道风能量转换电源装置，还可以具有如下技术特征：

进一步地，所述风力发电机包括第一引线、第二引线和第三引线，所述能量转换模块还包括：一整流电路，串联的第一二极管、第四二极管、串联的第二二极管、第五二极管以及串联的第三二极管和第六二极管之间相互并联，且第一引线、第二引线和第三引线依次连接于所述第一二极管和第四二极管之间、第二二极管、第五二极管之间和第三二极管和第六二极管之间。

进一步地，所述能量转换模块还包括一电容，其并联于串联的第三二极管和第六二极管的两端。

优选地，还包括控制模块，其与所述杂散电流采样电路模块电连接。

优选地，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块采集的数据上传至服务器。

根据本发明的城轨隧道风能量转换电源装置，其附加技术特征还具有如下技术效果：通过设置能量转换模块可以将隧道内的风能转化成电能，以给予其它工作模块的稳定工作的条件；通过设置控制模块可以对采集的参比电极信号和轨道电压信号数字量进行相应运算，把数据通过通讯模块上传至监测系统的服务器。

附图说明

图1为城轨隧道风能量转换电源装置；

图2为能量转换模块电路图；

图3滤波电路模块电路图；

图4充电电路模块电路图；

图5稳压供电控制模块电路图；

图6主控模块电路图；

图7通讯模块电路图。

图中:能量转换模块10；调理电路模块20；储能电路模块30；稳压供电模块40；杂散电流采样电路模块50；控制模块60；通讯模块70。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，

根据本发明的一种城轨隧道风能量转换电源装置，包括：杂散电流采样电路模块50、能量转换模块10、调理电路模块20、储能电路模块30和稳压供电模块40。

杂散电流采样电路模块50，包括J引脚、C引脚和G引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压，所述G引脚连接轨道：

能量转换模块10，包括一风力发电机，其被构造成产生供应所述杂散电流采样电路模块50工作的电压；

调理电路模块20，耦接所述能量转换模块10以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；

储能电路模块30，耦接所述调理电路模块20以存储所述直流电压信号；以及

稳压供电模块40，耦接所述储能电路模块30，其中该稳压供电模块40控制所述储能电路模块30释放稳定直流电源，所述杂散电流采样电路模块50与所述稳压供电模块40相耦接。

可以理解的是，由能量转换模块10产生供应所述杂散电流采样电路模块50工作的电压，并由耦接所述能量转换模块10以接收所述单脉冲电压信号，将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号并存储在储能电路模块30中，再由稳压供电模块40控制所述储能电路模块30释放稳定直流电源以供所述杂散电流采样电路模块50工作；该供应装置利用风力发电机将风能转化成电能，实现了对杂散电流采集模块的供电，而且该供应装置体积小、安装方便、不会受到电磁辐射干扰，成本低，能够实时监测杂散电流。

在本发明的一个实施例中，所述风力发电机包括第一引线、第二引线和第三引线，所述能量转换模块10还包括：一整流电路，串联的第一二极管、第四二极管、串联的第二二极管、第五二极管以及串联的第三二极管和第六二极管之间相互并联，且第一引线、第二引线和第三引线依次连接于所述第一二极管和第四二极管之间、第二二极管、第五二极管之间和第三二极管和第六二极管之间，进一步地，所述能量转换模块10还包括一电容，其并联于串联的第三二极管和第六二极管的两端。具体地，能量转换模块10将隧道风能转化成为杂散电流采样电路模块50工作的稳定电压，包括了交流风力发电机和第二整理电路，第二整流电路利用具有单向导电性能的整流元件，将风力发电机输出的交流电整流成单向脉动电压，但是这种单向脉动电压包含了很大的脉动成分，亦非理想直流电压。

在本发明的一个实施例中，还包括控制模块60，其与所述杂散电流采样电路模块50电连接，对采集的参比电极信号和轨道电压信号数字量进行相应运算，把数据通过通讯模块70上传至监测系统的服务器。

在本发明的一个实施例中，还包括通讯模块70，所述通讯模块70与所述控制模块60电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块50采集的数据上传至服务器。

能量转换模块10主要由压敏电阻Y1和整流二极管D1组成；在压敏电阻Y1前设计有自恢复保险丝R1，防止回路过流；整流二极管D1，将正负交替的轨道电压整流成为单向脉动电压，但是这种单向脉动电压包含很大的脉动成分，并非是理想直流电压，整流二极管D1后端有滤波电容C8，初步滤除脉动成分。

滤波电路模块主要由电容和电感组成，实现LC滤波电路，进一步滤除前端电路的脉动成分，给充电电路输出较为稳定的直流电源。

充电电路模块主要由电源管理器芯片IC1和锂电池BT1组成；IC1的型号是CN3791，其为一款PWM降压型单节锂电池充电管理集成电路，具有涓流，恒流和恒压充电模式。恒流充电电流由CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻RCS设置。在恒压充电模式，恒压充电电压为4.2V，精度为1％；CN3791采用恒电压法跟踪隧道风能的最大功率点，最大功率点跟踪端MPPT管脚的电压被调制在1.205V，配合片外的两个电阻(图4中的R4和R6)构成的分压网络，可以实现对隧道风能的最大功率点进行跟踪；最大功率点电压由下式决定：VMPPT＝1.205×(1+R4/R6)。

稳压供电控制模块主要由以FP6291LR-G1为核心的DC-DC升压电路构成；FP6291LR-G1的电源可以手动控制开通，也可以由主控模块控制开通或关断；

主控模块主要由单片机芯片STC15W102SOP8构成，实时检测锂电池电压情况及按钮状态，并控制稳压供电控制模块的电源开通或关断；当锂电池放电低于20％的电量后，主控模块控制电子开关管Q2，断开稳压供电模块的电源；当锂电池重新进入充电模式后，锂电池控模块控制电子开关管Q2，开通稳压供电模块的电源；

通讯模块主要由RS485集成通讯模块TD301D485H-A构成，构建了RS485通讯接口。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。本领域技术人员可以理解的是，上文中描述的本发明的多个实施例中的各个特征可以相应地省去、添加或者以任意方式组合。并且，本领域技术人员能够想到的简单变换方式以及对现有技术做出适应性和功能性的结构变换的方案，都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，包括：

杂散电流采样电路模块(50)，包括J引脚、C引脚和G引脚，且所述J引脚连接结构钢筋，所述C引脚连接参比电压，所述G引脚连接轨道：

能量转换模块(10)，包括一风力发电机，其被构造成产生供应所述杂散电流采样电路模块(50)工作的电压；

调理电路模块(20)，耦接所述能量转换模块(10)以接收所述单脉冲电压信号，并将所述单脉冲电压信号转换成稳定的直流电压信号；

储能电路模块(30)，耦接所述调理电路模块(20)以存储所述直流电压信号；以及

稳压供电模块(40)，耦接所述储能电路模块(30)，其中该稳压供电模块(40)控制所述储能电路模块(30)释放稳定直流电源，所述杂散电流采样电路模块(50)与所述稳压供电模块(40)相耦接。

2.根据权利要求1所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，所述风力发电机包括第一引线、第二引线和第三引线，所述能量转换模块(10)由压敏电阻Y1和整流二极管D1组成，其具体为：

一整流电路，串联的第一二极管、第四二极管、串联的第二二极管、第五二极管以及串联的第三二极管和第六二极管之间相互并联，且第一引线、第二引线和第三引线依次连接于所述第一二极管和第四二极管之间、第二二极管、第五二极管之间和第三二极管和第六二极管之间。

3.根据权利要求2所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，所述能量转换模块(10)还包括一电容，其并联于串联的第三二极管和第六二极管的两端。

4.根据权利要求1所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，还包括控制模块(60)，其与所述杂散电流采样电路模块(50)电连接。

5.根据权利要求4所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，还包括通讯模块(70)，所述通讯模块(70)与所述控制模块(60)电连接，用以将所述杂散电流采样电路模块(50)采集的数据上传至服务器。

6.根据权利要求1所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，还包括充电模块，所述充电模块由电源管理器芯片IC1和锂电池BT1组成。

7.根据权利要求6所述的城轨隧道风能量转换电源装置，其特征在于，IC1的型号是CN3791。

Images