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、質(zhì)軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應(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領(lǐng)域提出新的應(yīng)用方法。

1  碳刷檢測中存在的問題  

上海滬東集裝箱碼頭有限公司于 2008 年對48 臺輪胎吊進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。碳刷磨損主要可分為機械磨損和電氣磨損。機械磨損是指碳刷和滑觸線表面相對滑動時，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碳刷和滑觸線的接觸面時產(chǎn)生電弧高溫和放電時引起的磨損，它主要與輪胎吊的作業(yè)箱量（通過電荷的數(shù)量）、天氣情況（因為是室外使用，雨天碳刷和滑觸線間的接觸面穩(wěn)定性變差，使電氣磨損加?。┯嘘P(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，但是因為碳刷磨損受天氣影響嚴重，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，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裝置，實現(xiàn)碳刷磨損量的自動檢測，以減少巡檢人員的工作量。

2  碳刷檢測裝置設(shè)計及制作

2.1  方案設(shè)計及工作原理

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、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。檢測裝置必須有如下特征：使用、維護成本低廉，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，能實現(xiàn)非接觸式測量，使檢測裝置不易損壞，使用維護成本低；光纖徑細、質(zhì)軟、重量能將測量信號傳輸?shù)竭h處，使現(xiàn)場安裝靈活性更大；光纖有良好的絕緣電氣性能，且耐水、耐高溫，稍加保護便可在室外使用；符合對檢測裝置的各項要求。因此，選擇光纖傳感器作為碳刷磨損的檢測器件。            

具體實現(xiàn)原理：利用光纖傳感器的輸出光纖，將檢測光信號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)。正常情況時檢測光經(jīng)發(fā)射頭穿過碳刷內(nèi)的小孔到達接收頭，傳感器檢測正常；當(dāng)碳刷磨損后，滑觸線會逐步下移，當(dāng)下移到臨界點時，小孔將被銅滑線遮擋，檢測光無法穿過小孔，光纖傳感器檢測異常，發(fā)出信號，信號經(jīng)過處理后驅(qū)動報警電路，提醒司機注意，完成自動檢測。

2.2  元器件選型及裝置制作

依據(jù)檢測原理，本裝置中傳感器需要有識別光強弱物理量的功能，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，防紫外線光纖保護套，IP65戶外聲光報警器等元件。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出碳刷磨損超標(biāo)時，相關(guān)光纖傳感器發(fā)出故障信號，驅(qū)動K51繼電器動作，隨后聲光報警器電路接通，發(fā)出警報。

3  結(jié)束語

就工作中遇到的碳刷檢測問題，利用光纖傳感器設(shè)計了一套專用的自動檢測裝置，實現(xiàn)碳刷磨損量的自動檢測。