轴温探测器

红外线轴温探测器

轴温探测器，又称红外线轴温探测器，是用来专门探测发现在运行中列车的各个轴箱的热辐射（即红外线）。红外线探测器就是根据红外线技术通过红外光学系统有规律的接受红外线，聚焦成一点，在红外元件上使红外热敏元件的电阻值发生变化，供红外值班员分析判断。

产品简介

轴温探测器，又称红外线轴温探测器，是用来专门探测发现在运行中列车的各个轴箱的热辐射（即红外线），红外线辐射是由于物体内部分子热运动产生的。红外线和可见光相似，是直线传播，能够用特制的透镜进行反射折射聚焦。红外线探测器就是根据这个规律通过红外光学系统有规律的接受红外线，聚焦成一点，在红外元件上使红外热敏元件的电阻值发生变化，由于红外辐射能的强弱，红外元件的阻值也随之发生变化，由光能转换成电能，经过调制放大等过程，把电信号输送到离探测点较远的列检值班员室，在自动记录器的纸带上显示出列车车辆热轴位置，进行及时处理，防止燃油事故。

核心技术

该探测器采用红外线技术。当某物体的温度高于绝对零度时,就会释放出红外辐射能。就算是我们认为很冷的东西,如冰块,也不例外。不同物体不同温度,就释放出不同种类的红外辐射。换句话说,如果能够知道某物体所释放出的红外辐射的类别和能量,我们就可以知道这物体的温度。红外探头内的热敏元件把接收到的热能转化为电压信号。下表是温升与电压幅值的关系。

基本原理

红外线轴温探测器是由升降装置和探头组成的,探头内的机械光栅,像人的眼睛一样一开一闭,把轴箱的温度吸取到眼睛里。红外眼睛是一个半球形的锗透镜,内有锰钴镍的烧结物,锗透镜对7～ 11μm波长的红外光有非常强的吸取能力,而轴箱发热的波长正是在这一范围之内,因此红外眼睛能把轴箱热量吸收进来,并转换成电信号,然后通过像神经一样的电缆传输到室内,经过中央处理机,再通过描笔记录仪记录下来。探头上有三个触角,触角是一个高灵敏的磁传感器,当有车轮通过时,它就感应出电压。车速越高,感应的电压越高。列车通过时,第一个触角感应出电压供机器人开启电源,第二、第三个触角在车轮通过时,感应的电压供红外眼睛的保护门开闭用。由于触角的作用,机器人的眼睛把轴温信号一个个的记录下来,经过加工——热电转换,送到中央处理机处理,把热轴脉冲记录在纸带上,供红外值班员分析判断,确认热轴后再通知检车员处理。

产品组成

红外光学系统

光学系统是探测器的主要部分，它是由光管、硅片、光栅、锗透镜、浸没型热敏元件组成。红外光学系统对运行中的列车轮轴箱表面红外线辐射能经由光管，透过硫化锌保护片,由光栅加以调制,然后由锗透镜吸收的红外光聚焦射向浸没透镜,再经浸没透镜再次聚焦集中在红外元件上,红外元件受到辐射能最的强弱作用,元件的电阻值随之变化,使负载在元件上的电压起变化,产生电信号转换过程。

光管是一个黑色胶质管筒经过加工后由螺纹拧紧在光学系统的最前面,这是在实践申认为需要而设置的。它在光学系统中能遮断接近视场周围的强红外光的折射而产生的干扰信号,同时又能防止灰、砂、雾、雨、雪等浸在保护窗口上而减低探测灵敏度,对延一长窗口清扫周期起到一定作用。

前置放大器

第一级由场效应晶体管组成作输入级,由于一场效应晶体管具有输入阻杭高,放大倍数大,噪音系数低等特点,所以提高了放大器的输入阻抗和信噪比，这对提高前置放大器的性能指标起到很重要的作用。以后各级均采用直接耦合,组成直流放大器,以减少电容耦合对低频信号的损失。放大器的输出级是一射极输出器，以降低输出阻抗。电压用直流24伏经一二级滤波稳压后分别供给第一级及其它各级。

磁头传感器

轴温探测器正确地探测轴箱温度,排除轴箱外的辐射干扰,提高记录信号的清晰度和正确度,对车轮记数等都是由磁头传感器起主要作用的。

传感器是由磁钢(5级以上)和线圈组成,安装在铁座架上封闭在铝匣内,在40×50的磁钢上用0.17毫米高强度漆包线绕1000圈左右,进行防潮绝缘处理,并以沥青封闭在铝匣内,用铜螺钉将磁钢和线圈固定成一体。因为传感器是安装在钢轨内侧的,在制造过程中必须对防潮防振的条件要求严格。

传感器产生电信号的原理:

传感器是由强磁钢外绕线圈组装在支架上,可固定在各种类型的钢轨上(见图)。传感器可按钢轨类型高低调整,使传感器顶部与钢轨顶相距30毫米,使标准车轮转过传感器时轮距传感器顶部5毫米间隔,不使传感器顶部擦伤,传感器是与车轮非接触产生电信号的设备。

产生电信号的原理是:

当传感器固定在钢轨上时线圈中磁钢的磁力线通过铁支架与钢轨构成了磁路,在没有车轮通过时钢轨顶端与传感器顶面磁路间隔较大,当车轮通过传感器时磁路导通,这样就形成了切割磁力线的作用,磁钢外的线圈上就产生电压,产生的电压幅度与列车速度和车轮磨耗程度有关,一般接上负载后的电压有0.5~3伏。产生电压的波形情况见图。每当一个车轮通过传感器就产生一个电信号,这个电信号构成电路输入,用来动作光栅,电子门和车辆计数起了很大作用。

传输电缆

前置放大器输出的信号通过电子门，输送到一公里以外的值班员室的记录仪,把整个列车的轴箱温度全部记录在纸条上,因为输送的信号电压是几毫伏弱电流,所以要求:

1.在输出电路中尽量不受衰减;

2.在输送过程不受外界电流的相互干扰,使轴温信号能在记录仪中准确的反映出来,根据这个目的采用了橡胶6芯屏蔽电缆,在160米长的电缆经过较长的一段时间的实验，性能良好。

产品应用

红外线轴温探测系统是解决列车轴箱动态定量测温的技术关键,主要用于运行中的各种客、货车辆轴温的自动监测;能有效地防止列车热轴、切轴事故,保证列车行车安全。该系统具有自动计辆计轴、自动测定轴箱温度、自动滚滑判别、自动热轴判别、自动报警打印和轴箱波形再现,以及客货车兼容等功能,可微机联网通讯,实现热轴跟踪和集中管理。

未来发展

现有轴温探测器尚有一些不尽人意之处,主要是热敏元件性能不稳定。这主要是由于现有的轴温探测器采用的是直接式热敏电阻测温方式。装有热敏电阻的探头置于路面以上的小箱内,夏季酷暑烈日长期照射,外壳温度很高;冬季严寒,北方的室外温度可降至零下40℃ 。上下温度相差悬殊,其中对热敏电阻性能寿命影响最大的是持续的高温,可以使热敏电阻阻值改变,大大影响测量的准确性。因此,必须改变探头的测温方式。有学者就利用空心光纤将原探头改造成一种特殊的光纤传感器,以克服上述缺点。

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