具体实施方式

图1示出了用于捕获轨道车辆的电流的装置2。装置2能够与电源轨道配合，以从电源轨道收集电流。接下来，装置2可以将收集到的电流输送到轨道车辆上的电力电路，例如，为轨道车辆的电力牵引链供电。

根据示例，电源轨道是沿着轨道车辆在其上行驶的铁轨定位的第三轨道。

如图1和图2所示，装置2包括臂4，收集的垫6和框架8，该框架8形成用于臂4的支撑件。

垫6旨在与电源轨道直接接触，以在电源轨道被供电时汲取来自电源轨道的电流。

垫6由导电材料制成，优选地由碳或碳质材料制成。

在示出的示例中，垫6为细长板的形式，其基部为四边形，尽管在变型中也可以基于电力轨道的布置来调整垫6的几何形状。

臂4将垫6机械地和电气地联接到框架8。优选地，臂4是刚性的。

臂4由诸如金属的导电材料制成，例如铜或铝或金属合金(例如铜铝合金、或铸铁、或碳质合金)。臂4可以输送由垫6收集的电流。

图2以等轴测透视俯视图示出了臂4的示例。

根据实施例，臂4包括中央主体部分12和垫6的支撑部分14。

例如，主体部分12或中央部分包括基本为直线的杆，该杆在此具有矩形横截面。

特别地，主体部分12具有上表面26、下表面以及侧面28。例如，当装置2处于安装状态时，表面26是水平的，而侧面28是垂直的。

在变型中，中央部分12可以具有不同的形状。例如，杆可以具有圆形截面或梯形截面。中央部分12也可以呈板状。

部件14在此包括一块板，该板包括与垫6接触的接触面16和用于接收垫6的紧固构件的孔18。垫6固定在面16上并与面16接触。优选地，部件12和部件14形成为一体。

部件14形成在主体部分12的远端部处。面16以及部件14基本上是平面的，并且在此垂直于主体部分12、例如水平地延伸。部件14的形状和布置取决于电源轨道的位置。

在实践中，外部电源轨道平行于其上安装有装置2的轨道车辆的纵轴延伸，从而垫6和面16与电源轨道对齐，并且主体部分12相对于车辆的一个侧面垂直地伸出。

在示出的示例中，当装置2被安装在轨道车辆上时，面16面向上，以允许垫6与电源轨道的下表面接触，例如在电源轨道的顶部的捕获模式的情况下。

根据未示出的变型，面16面向下，这允许垫6与电源轨道的上表面接触，例如在电源轨道的顶部的捕获模式的情况下。

主体部分12还包括近端部20，臂4通过该近端部20附接或锚固到框架8。例如，端部20包括孔24，该孔24旨在接收诸如螺钉或螺纹杆之类的紧固元件34，以将臂4紧固和夹紧在框架8上。在图1中，只有紧固元件34的头部是可见的。

根据示例，中央部分12可包括在近端部20附近的弯曲部分22。

在图1中，附图标记36表示属于框架8的臂支撑件，此处为杆形式。臂支撑件36位于臂4的下方，并允许臂4置于支撑件36上。

根据实施例，臂支撑件36包括定位销，例如该定位销从臂支撑件36的上表面突出同时与臂支撑件36成一体。臂4有利地包括接收孔38，当臂4处于安装状态时定位销被接收在接收孔38中。孔38在此形成在中央部分12上，例如朝向端部20。定位销可以防止臂4的偏移或意外的偏心。

装置2还包括收集所汲取电流的电路10、以及至少部分地包围框架8和电路10的保护壳体30或保护底板。

例如，壳体30由电隔离材料制成。

例如，电路10包括一个或多个连接端子，该一个或多个连接端子连接至嵌入在轨道车辆中的电源电路。

因此，将理解的是，垫6通过臂4电连接到电路10。例如，框架8是导电的并且将臂4的端部20连接到电路10。根据一个示例，电路10包括电气保护设备，例如保险丝。

实际上，在某些应用中，使用导电的臂4优于使用绝缘的臂，因为绝缘的臂还需要向添加专用导体，例如电缆或母线型连接杆以电连接垫。

根据可选的和示意性的示例，框架8被固定到臂4的移动部件和例如固定到壳体30的固定部件共用。移动部件相对于固定部件自由地移动，在此通过绕平行于部件14的纵向方向的水平轴线枢转来实现。一个或多个弹簧32(例如螺旋形的牵引弹簧)在框架8的固定部件和活动部件之间延伸，以使活动部件返回到与电源轨道接触的位置。这允许装置2能够承受电源轨道相对于铁轨的任何高度变化并且在该轨道上施加力，从而可以确保良好地捕获电流。在未示出的变型中，弹簧32可以由绕枢轴连杆安装的扭力弹簧代替。

在实践中，在使用配置中，装置2安装在轨道车辆上，例如通过将保护壳体附接至轨道车辆的下部、优选地附接至轨道车辆的转向架或箱底上。相同的轨道车辆可包括连接至车辆的电源电路的多个装置2。

装置2包括测量设备40，以测量施加在臂4上的机械力。测量设备40包括与臂4接触的应变传感器。

例如，应变传感器是变形测量器，也称为应变仪。

根据一个示意性示例，每个变形测量器包括一层或多层薄的导电材料，优选地为金属材料。

当测量器发生变形时，例如由于其沉积在其上的表面变形时，测量器的电流特性变化，这可以通过测量流经测量器的电流的改变来量化测量器的变形。

优选地，当应变传感器与装置2的臂接触时，应变传感器可以测量臂承受的大于或等于50N、或大于或等于100N且小于或等于5000N、或小于或等于3000N的力。

该值的范围允许应变传感器测量臂的变形(通常小于1000N)，还可以检测臂的断裂(大于1000N的断裂力)。

例如，对于大于1000N的力值区间的测量设备40的测量公差高于对于小于1000N的力值区间的测量公差。对于后一个区间，测量公差优选地小于5％或小于2％。

根据实施例，测量设备40安装在臂4上，优选地安装在中央部分12上。

在示出的示例中，设备40安装在中央部分12的上表面26上，也就是说该上表面形成用于应变传感器的“接收表面”。应变传感器随后与上表面26接触。

例如，在本公开中，当测量设备40的应变传感器安装在该表面上时，也就是说，当将其直接或间接地紧固到该表面上时，称为测量设备40被“安装”在该表面上。

根据其他实施例，设备40安装在中央部分12的侧面28之一上，也就是说侧面之一形成了应变传感器的接收表面。随后，应变传感器与所述侧面28接触。

例如，图3示出了根据另一实施例的臂4'。臂4’类似于臂4，只是测量设备40现在固定在臂4’的中央部分12的侧面28上。

除了该差异之外，臂4’与臂4类似，并且参照臂4描述的所有内容都可以转换为臂4’，从而在下文中仅描述臂4。

例如，将测量设备40置于上表面26上可以更精确地测量施加在臂4上的挠曲力的垂直分量，同时将测量设备4置于上表面26上允许对臂4'承受的横向弯曲力进行更精确的测量。

测量设备40包括至少一个测量单元50，其示例在图4中示出。应变传感器包括在一个或多个测量单元50中。

在该示例中，测量设备40包括单个测量单元50。

测量单元50包括电隔离结构，该电隔离结构包括粘合层52和覆盖粘合层52的陶瓷层54。

粘合层52视情况沉积在臂4的接收表面上，例如沉积在上表面26上或侧面28之一上。例如，陶瓷层54与粘合层52直接接触。

根据示例，粘合层52是粘性的，优选地是热固性的，例如环氧树脂。

此处带有附图标记“56”的应变传感器放置在陶瓷层54上并且与臂4间接接触。

在描述的示例中，除非另外说明，否则隔离结构的层是平坦的并且具有基本恒定的厚度(也就是说，恒定的厚度在10％之内，优选地在5％之内)。

优选地，所有的或其中一些应变传感器56在诸如惠斯通电桥的测量电路内彼此连接。

例如，测量单元50包括彼此连接以形成测量电路的四个传感器56(在图4中仅可见两个传感器)。

在变型中，传感器56的数量可以不同。

有利地，传感器56在每个测量电路内通过导电迹线、例如金属迹线连接，该导电迹线例如与印刷电路的导电迹线类似的方式放置在陶瓷层54上。

根据变型，在测量设备40中使用了几个测量电路。每个测量电路包括具有多个传感器56的组。在这种情况下，传感器56的组优选地与中央部分12的相同表面接触并且彼此间隔开，同时放置在与臂4所连接到的框架8的不同距离处。

例如，两个测量电路沿中央部分12对齐，第一组传感器56放置在离中央部分12的固定点距离D1的位置，第二组传感器56放置在离中央部分12的固定点距离D2的位置。

根据第一示例，测量设备40包括测量单元50，该测量单元50包括至少两个分开的测量电路。

根据第二示例，测量设备40包括两个测量单元50，每个测量单元50包括测量电路。两个测量单元50放置在中央部分12的表面的不同位置。

使用与臂的同一面接触的多个测量电路可以对臂4所承受的应力进行差分测量。例如，使用两个测量电路允许设备40确定两个测量电路之间臂4所承受的弯曲力矩的差异。测量设备40的灵敏度随后与距离D1和D2之间的差成比例。

有利地，测量单元50可以包括放置在至少一个应变传感器56附近的温度传感器58。

例如，温度传感器58包括热电偶或热敏电阻，诸如具有负温度系数的探头。

由传感器58测量的温度数据特别地能够修正由传感器56测量的变形，以考虑由于高温(例如由于装置2的加热导致的高温)引起的任何漂移。

由传感器58测量的温度数据还可以用于检测装置2的异常加热，或者提供关于流过臂4的电流的指示。

在一种变型中，可以省略温度传感器58。

根据有利的实施例，电隔离结构还包括由树脂或由电隔离清漆制成的封装层60，其覆盖应变传感器56，并且在适当时还覆盖相关的导电迹线。

例如，封装层60沉积在陶瓷层54上，优选地仅沉积在陶瓷层54的表面的应变传感器56所在的部分上。换句话说，封装层60部分地覆盖陶瓷层54。

有利地，电隔离结构还包括由电隔离的弹性体材料、例如由硅树脂制成的附加保护层62，其覆盖封装层60和/或陶瓷层54。

根据可选实施例，测量单元50包括壳体64，该壳体64安装在接收表面上并且限定内部空间，传感器56和隔离结构容纳在该内部空间中。

作为示例，例如，由于壳体64和/或附加的保护层62，因此测量单元50在此确保大于或等于保护指数IP66的密封性水平。

例如，壳体64采取由平面壁界定的空心板的形式，然而也可以考虑其他形状，例如弯曲或圆形。壳体64的高度h64在此小于或等于10cm或1cm，并且优选地小于或等于5mm。

根据示例，壳体64在其基底上包括法兰形式的固定部分66，这能够使用诸如螺钉或铆钉的紧固构件68将壳体64固定至接收表面(在此，中央部分12)。在一个变型中，壳体64可以通过胶合或通过焊接来固定，而不必需要固定部分66。

作为示意性示例，粘合层52的厚度e52在10μm和1mm之间。

作为示意性示例，陶瓷层54的厚度e54在0.05mm至3mm之间，优选地在0.1mm至0.5mm之间，更优选地在0.2mm至0.4mm之间。

作为示意性示例，封装层的厚度e60在5μm至0.5mm之间，优选地在20μm至100μm之间。

作为示意性示例，此处相对于封装层60的上表面测量的附加保护层62的厚度e62在0.5mm至1cm之间，优选地在1mm至5mm之间。

根据实施例，形成层52的粘合剂和形成层54的陶瓷中的每一个都具有大于或等于10kV/毫米的介电强度。形成封装层60的树脂或清漆的介电强度大于或等于100kV/mm。

根据示例，测量设备40还允许传感器56与安装在轨道车辆上的处理电路的互连。

例如，每个单元50包括布置在树脂层54上的一个或多个导电接触垫70。例如，垫70通过前述的导电迹线连接至传感器56。每个垫70通过焊缝72连接到电缆74，电缆74在此从壳体64引出到互连电路。

优选地，每个电缆74包括电隔离的护套，该电隔离的护套例如由聚合物、特别是由PTFE制成，其厚度大于电缆的芯的半径至少0.5mm。

在示出的示例中，垫70、焊缝72以及电缆74的一部分被封装层60覆盖。

根据有利的实施例，每个单元50的传感器56和隔离结构在相同的方法中通过例如使用真空沉积方法的连续的薄层沉积而直接在接收表面上制造。

例如，第一层52优选在清洁接收表面之后沉积在接收表面上。接下来依次沉积其他层。传感器56优选通过在层54上沉积金属而形成。例如，温度传感器58也通过沉积金属而形成。

可以在沉积期间使用掩模和/或使用诸如化学蚀刻或离子束蚀刻的蚀刻方法来限定所沉积的层的几何形状。这样的方法也可以用于向沉积的层赋予预定的图案，例如，限定图案以产生传感器56。

在适当的情况下，使用类似的方法在相同的情况下制造导电迹线和垫70。例如，稍后完成焊缝72以及壳体64的放置和固定。

该制造方法还可包括一个或多个热处理步骤，特别是为了构造一层或多层沉积层，例如当粘合剂是热固性粘合剂时在粘合层52沉积后对其进行硬化。

由于本发明的实施例，测量设备40允许对臂4所经受的机械力进行实时测量。隔离结构允许应变传感器56与臂4接触，同时与臂4电隔离。

特别地，由于传感器56被放置在尽可能靠近臂4的位置，因此测量设备40允许可靠的测量，而不会增加当收集的电流在垫6和电路10之间的臂中循环时电流泄漏的风险。

隔离结构避免了在传感器56的输出端使用电流隔离电路，这是有利的，因为添加这种电流隔离电路会增加装置2的成本和复杂性。

隔离结构，特别是层52和54，在此足够精细，以允许传感器56测量臂的变形，同时确保传感器56相对于导电的臂4的令人满意的电隔离，即使是在当臂4传输从电源轨道收集的电流时。

例如，当外部电源轨道的电源电压等于750V dc时，隔离结构可以确保符合标准CEI 60077的电气隔离等级。

图5示出了根据本发明的捕获装置的第三实施例的垫圈80。在该实施例中，测量设备40的应变传感器56位于由垫圈80的外表面形成的接收表面上。

在示出的示例中，垫圈80包括限定中心孔84的基本上圆柱形的中空主体82。主体82包括布置在主体82的外周面上的一个或多个平面部86。垫圈80在此包括两个彼此相对的面。

附图标记R80表示中心孔84的内半径。附图标记L82表示两个面86之间的距离。附图标记L86表示面86的宽度。

作为示例，半径R80在10mm和20mm之间。距离L82大于或等于10mm且小于或等于5cm。宽度L86大于或等于5mm且小于或等于5cm或2cm。

在装置2的安装构造中，垫圈80至少部分地容纳在接收孔38中因此在此形成臂4的一部分。

图6示出了臂4(或臂4')的仰视图。

根据实施例，接收孔38包括布置成接收垫圈80的一端的接收区90。例如，接收区90包括绕接收孔38布置在部件12的下表面上的埋头孔、或倒角。

根据示例，接收孔38包括尺寸设计成允许定位销通过的通孔，并且接收区90的直径大于通孔的直径，以当垫圈80安装在定位销周围时在接收区90中接收垫圈80的至少一部分。

在实践中，垫圈80的高度大于接收区90的深度，从而垫圈80从接收孔38突出，同时相对于中央部分12的下表面突出。

因此，通过垫圈80在臂4和臂支撑件36之间提供接触。

例如，垫圈80的外表面82和86至少部分地与接收区90的径向表面接触。

因此，应当理解，在组装构造中，垫圈80被压缩地安装在臂12的中央部分和臂支撑件36之间。垫圈80的上端与接收区90的底面接触并且垫圈80的下端与臂支撑件36接触。定位销接收在垫圈80的中心孔84中并且接收在接收孔38的通孔中。

有利地，接收区90包括壳体92，以允许电缆74通过。例如，每个壳体92通过埋头孔的径向加宽形成。壳体92优选地形成在与面86相对的位置。

换句话说，在该实施例中，测量设备40集成到垫圈80中，垫圈80又集成到臂4中。

除了该差异之外，先前关于装置2及其操作、关于测量设备40和测量单元50所描述的所有内容都适用于垫圈80，并且可以转移到本实施例中，因此这些细节不再赘述。特别地，一个或多个测量单元50可以形成在面86上，而不是形成在臂4的中央部分12的面26或28上。

由于垫圈80位于臂4与框架8的固定点附近，因此使用垫圈80能够更精确地测量施加在臂上的压力。

如果臂4断裂，垫圈80还使得不必更换测量设备40，这是因为测量设备40放置在垫圈80上并且垫圈80可以从臂4的其余部分移除。

在一种变型中，各种实施例可以彼此组合，例如，通过使用具有测量设备40的垫圈80和如前所述的形成在臂4或4'的表面上的测量设备40，来进行组合。

根据未示出的其他变型，测量设备可以集成到电流捕获装置2中，该电流捕获装置2适于根据横向捕获模式进行操作。

例如，该装置包括起到与前述相同作用的框架、臂和垫，该垫的接触面横向面向横向安装的电源轨道，例如接触面垂直延伸。臂例如被模制为使得中央部分包括与框架和垫铰接的一个或多个杠杆，并且在适当时彼此相互铰接。

图7示出了安装在轨道车辆102中的仪表化电流捕获系统100。

系统100包括至少一个捕获装置2，该捕获装置2包括根据前述实施例之一的测量设备40。

系统100还包括通过第一数据链路106连接到测量设备40的电子控制装置104。

例如，电子控制装置104包括逻辑处理单元108(在此是微处理器或微控制器或数字信号处理器(DSP))、以及计算机存储器110，在该计算机存储器110中存储有软件代码形式的指令，可以执行该指令以自动实施根据以下描述的示例中的任何一个的方法。在一种变型中，电子控制装置104包括专用集成电路，该专用集成电路被编程为执行一种或几种所述方法。

系统100还包括第二数据链路112、授权与车辆102的驾驶员进行交互的人机界面114、车辆102的车载计算机116以及适合于优选地通过无线链路进行通信的电信接口118，并在车辆102外部设有管理中心120。

例如，系统100包括未示出的处理单元，以在被控制装置104处理之前调节来自传感器56的测量信号，例如，对它们进行滤波和/或采样。

根据示例，第一链路106是例如通过电缆74连接到测量设备40的有线链路。该有线链路可以包括一个或多个专用电缆或多路复用的电缆链路。在一种变型中，其可以是无线链路，例如射频链路，优选地是短距离无线链路。

第二链路112将控制装置104连接到界面114和计算机116以及接口118。例如，第二链路112是诸如ADC类型的有线数据总线，例如现场总线。

根据实施例，第二链路112和/或界面114和/或计算机116和/或接口118可以是车辆102中已经存在并且在与车辆102的其他功能(与系统100无关)共享时被系统100部分使用的设备项目。

通过示意性示例，界面114包括电子显示屏和/或发光指示器和/或声音指示器和/或触觉指示器，其适合于向车辆102的驾驶员发送消息或指示。计算机116是TCMS类型的铁路维护计算机(用于列车控制和管理系统)。接口118包括射频天线。

根据一个示例，装置104被编程为根据由传感器56测量的变形数据来自动计算垫6和电源轨道之间的接触力。

接触力的计算例如根据臂4的几何构型和测量设备40在装置2中的位置使用预定公式完成，该公式被编程或记录在装置104中。在一个示例中，装置104被编程为自动确定臂4的状态并且特别是检测臂4的断裂，例如，当传感器56测量的力超过预定阈值时、或者当测量的接触力超过第一预定阈值时。例如，第一阈值对应于大于或等于1000N的横向力。

根据另一个示例，设备104被编程为测量臂随时间推移所承受的力。该测量可以定期或在预定的时刻进行。测量结果例如存储在计算机116中，例如存储在日志文件中，和/或通过接口118发送给维护中心120。

因此，在输出处，装置104被编程为例如实时或随时间周期性地提供关于臂4的状态的信息和关于垫/轨道接触力的值的信息。

有利地，当使用温度传感器58时，装置104也被编程为根据测量的温度自动修正由传感器56测量的数据。由传感器58测量的温度也可以独立于所进行的修正而在装置104的输出处提供。

根据示例，装置104或计算机116被编程为当由于设备40的测量而被装置104检测到臂4的断裂时向界面114发送警报。

因此，作为响应，车辆102的驾驶员可以立即停止车辆，以避免车辆或铁路基础设施的任何损坏。

根据另一示例，装置104或计算机116被编程为记录由于设备40的测量而由装置104检测到的臂的异常状态，例如臂的异常损坏，例如当测量的力时超过第二预定阈值同时保持低于第一阈值时。

例如，通过接口118将报告该事件的消息自动发送到维护中心120。相应的事件也可以存储在计算机116的存储器中记录的日志文件中。也可以在界面114上显示警告。

以上考虑的实施例和变型可以组合以产生新的实施例。