光纖傳感器具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁和原子輻射干擾的性能；徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能；絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等。本文就光纖傳感器在碳刷磨損檢測(cè)領(lǐng)域提出新的應(yīng)用方法。

1  碳刷檢測(cè)中存在的問題  

上海滬東集裝箱碼頭有限公司于 2008 年對(duì)48 臺(tái)輪胎吊進(jìn)行高架滑觸線取電改造。改造后，輪胎吊利用新安裝的桿型受電器經(jīng)過(guò)碳刷與高架滑觸線相連，使輪胎吊可以從高架滑觸線取電。因此，對(duì)于受電器碳刷磨損情況的檢查就成為輪胎吊日常檢修工作的新重點(diǎn)。碳刷磨損主要可分為機(jī)械磨損和電氣磨損。機(jī)械磨損是指碳刷和滑觸線表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，由摩擦作用而形成的磨損，它主要與受電器彈簧壓力（碳刷和滑觸線間壓力）、輪胎吊大車行走距離（碳刷滑行距離）有關(guān)，其占總磨損的20%。電氣磨損指的是電流通過(guò)碳刷和滑觸線的接觸面時(shí)產(chǎn)生電弧高溫和放電時(shí)引起的磨損，它主要與輪胎吊的作業(yè)箱量（通過(guò)電荷的數(shù)量）、天氣情況（因?yàn)槭鞘彝馐褂茫晏焯妓⒑突|線間的接觸面穩(wěn)定性變差，使電氣磨損加劇）有關(guān)，其占總磨損的80%。一般情況下，每隔40 d左右檢查、更換一次碳刷，但是因?yàn)樘妓⒛p受天氣影響嚴(yán)重，在雨季常有碳刷磨損超標(biāo)的情況出現(xiàn)，必須安排額外檢查。由于輪胎吊受電器碳刷安裝位置高，日常巡檢既危險(xiǎn)，又要影響輪胎吊正常作業(yè)，十分不便。因此，開發(fā)一套輪胎吊受電器碳刷磨損檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)碳刷磨損量的自動(dòng)檢測(cè)，以減少巡檢人員的工作量。

2  碳刷檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)及制作

2.1  方案設(shè)計(jì)及工作原理

輪胎吊受電器碳刷在露天使用，其工作要求包括：電壓為AC 500 V；電流為300 A；長(zhǎng)、寬、高尺寸分別為160 mm×27 mm×22mm；允許磨損高度為10 mm；每隔 40 d左右更換一次等。檢測(cè)裝置必須有如下特征：使用、維護(hù)成本低廉，不易損壞；能夠在露天使用；能耐高電壓、大電流；安裝方便，使用安全可靠。

在綜合比較各種傳感器后，我們發(fā)現(xiàn)光纖傳感器具有：光檢測(cè)，能實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，使檢測(cè)裝置不易損壞，使用維護(hù)成本低；光纖徑細(xì)、質(zhì)軟、重量能將測(cè)量信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處，使現(xiàn)場(chǎng)安裝靈活性更大；光纖有良好的絕緣電氣性能，且耐水、耐高溫，稍加保護(hù)便可在室外使用；符合對(duì)檢測(cè)裝置的各項(xiàng)要求。因此，選擇光纖傳感器作為碳刷磨損的檢測(cè)器件。            

具體實(shí)現(xiàn)原理：利用光纖傳感器的輸出光纖，將檢測(cè)光信號(hào)引出到受電器碳刷夾板的兩側(cè)（一端為發(fā)射端，另一端為接收端），在碳刷中間打一個(gè)橫向貫通的小孔，小孔的高度以碳刷允許磨損深度為依據(jù)，孔徑以光纖發(fā)射頭、接收頭直徑為依據(jù)。正常情況時(shí)檢測(cè)光經(jīng)發(fā)射頭穿過(guò)碳刷內(nèi)的小孔到達(dá)接收頭，傳感器檢測(cè)正常；當(dāng)碳刷磨損后，滑觸線會(huì)逐步下移，當(dāng)下移到臨界點(diǎn)時(shí)，小孔將被銅滑線遮擋，檢測(cè)光無(wú)法穿過(guò)小孔，光纖傳感器檢測(cè)異常，發(fā)出信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，提醒司機(jī)注意，完成自動(dòng)檢測(cè)。

2.2  元器件選型及裝置制作

依據(jù)檢測(cè)原理，本裝置中傳感器需要有識(shí)別光強(qiáng)弱物理量的功能，而光纖僅起傳輸光線的作用，因此我們選用的是傳光型光纖傳感器。此外，為方便安裝及戶外使用，還選用不銹鋼90°直角收、發(fā)頭，防紫外線光纖保護(hù)套，IP65戶外聲光報(bào)警器等元件。具體控制圖見圖1。

當(dāng)安裝于A、B、C三相的碳刷傳感器檢測(cè)出碳刷磨損超標(biāo)時(shí)，相關(guān)光纖傳感器發(fā)出故障信號(hào)，驅(qū)動(dòng)K51繼電器動(dòng)作，隨后聲光報(bào)警器電路接通，發(fā)出警報(bào)。

3  結(jié)束語(yǔ)

就工作中遇到的碳刷檢測(cè)問題，利用光纖傳感器設(shè)計(jì)了一套專用的自動(dòng)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)碳刷磨損量的自動(dòng)檢測(cè)。