陣列式紅外探測器在列車(chē)軸溫監測系統的應用

　　摘要：在列車(chē)紅外軸溫監測系統中，前端的紅外探測器是軸溫信息直接來(lái)源，其探測模式、信號放大方式及信號的智能補償處理直接影響了軸溫數據準確性。本文簡(jiǎn)要探究了紅外探測器的類(lèi)型及發(fā)展，提出了一種多點(diǎn)陣列式紅外軸溫信息采集探頭的設計方法，重點(diǎn)分析了其中紅外小信號放大電路的實(shí)現及陣列信號在列車(chē)軸溫探測中需要處理的關(guān)鍵技術(shù)。

　　引言

　　近年來(lái)，伴隨著(zhù)列車(chē)的大幅提速，在列車(chē)軸溫探測技術(shù)的發(fā)展中，原有的熱敏電阻型傳感器已經(jīng)滿(mǎn)足不了需要，逐步采用紅外光敏探頭。它是利用一切溫度高于絕對零度的物體都會(huì )向外輻射紅外線(xiàn)的原理，通過(guò)對熱輻射的探測獲知物體溫度的一種常用技術(shù)，具有更快的響應速度。紅外探測器的發(fā)展經(jīng)過(guò)了早期中期近期三個(gè)階段，從結構規模上看，由原來(lái)的單點(diǎn)探測器發(fā)展到了以混成技術(shù)和單片技術(shù)為基礎的焦平面陣列傳感器，增加了紅外探測面積，更好反應被測對象信息，使其在工業(yè)上很多領(lǐng)域得到更多應用。但是多點(diǎn)的高速面陣探測器價(jià)格昂貴，一般僅用于軍事領(lǐng)域。

　　本文根據實(shí)際工程需求，針對列車(chē)紅外軸溫探測系統，提出了四點(diǎn)象限單元碲鎘汞紅外探測器的設計思想，系統在增強軸溫探測的可視性，提高熱軸兌現率方面，比目前的單點(diǎn)單探頭和雙探頭方案有所提高。本文所涉及的高速陣列數字式紅外探頭，可對每個(gè)軸承進(jìn)行4*32陣列式高速采集，軸溫數據采集數量和位置的增多，使熱軸判別的依據更為豐富可靠，使熱軸報警準確率的提高成為可能，同時(shí)也對陣列式軸溫探測系統提出了新的要求。

　　系統總體設計

　　本文設計的多點(diǎn)紅外軸溫探測系統為適應提速后列車(chē)的運行速度和安全需求，整體系統實(shí)施方案為在鐵路兩旁鋪設兩組各四點(diǎn)的紅外傳感器探頭，均有獨立的探測處理器，用于同一軸承的左右兩端軸溫判定。當磁鋼傳感器未檢測到過(guò)車(chē)信號時(shí)，探頭需要進(jìn)行狀態(tài)檢測和自我矯正;當列車(chē)掠過(guò)軸溫探測器時(shí)，探測器進(jìn)入數據采集狀態(tài)，每個(gè)車(chē)軸信息均包括左右兩個(gè)探頭分別4點(diǎn)32次采集數據，選用485通信方式對數據及時(shí)上傳，左右探頭的系統設計框圖如圖1所示?！　?/p>

 

　　陣列式紅外探測

　　陣列式紅外傳感器

　　紅外探測是應用于非接觸式列車(chē)軸溫探測最常用的方式，紅外傳感器的性能好壞由響應率、噪聲等效功率、探測率等指標衡量。而材料學(xué)的研究表明，碲鎘汞材料的電子有效質(zhì)量小，本征載流子濃度低，由其制成的MCT探測器具有噪聲低、探測率高、響應時(shí)間短和響應頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，現階段仍是紅外探測器的主要研究對象。本設計選用了四點(diǎn)象限單元碲鎘汞紅外探頭。探頭帶有光侵入式BaF2視窗、三級的TE制冷并采用改進(jìn)的TO-8封裝。該探頭的參數特點(diǎn)為：探測波長(cháng)在2-12μm范圍，無(wú)須LN(液氮)制冷;快速響應;無(wú)閃動(dòng)噪聲;使用方便;動(dòng)態(tài)范圍寬;小巧，耐用可靠。其外觀(guān)如圖2所示?！　?/p>