陣列式紅外探測器在列車軸溫監測系統的應用

2020-12-01 電子產品世界

　　摘要：在列車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。本文簡要探究了紅外探測器的類型及發展，提出了一種多點陣列式紅外軸溫信息採集探頭的設計方法，重點分析了其中紅外小信號放大電路的實現及陣列信號在列車軸溫探測中需要處理的關鍵技術。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/142709.htm

　　引言

　　近年來，伴隨著列車的大幅提速，在列車軸溫探測技術的發展中，原有的熱敏電阻型傳感器已經滿足不了需要，逐步採用紅外光敏探頭。它是利用一切溫度高於絕對零度的物體都會向外輻射紅外線的原理，通過對熱輻射的探測獲知物體溫度的一種常用技術，具有更快的響應速度。紅外探測器的發展經過了早期中期近期三個階段，從結構規模上看，由原來的單點探測器發展到了以混成技術和單片技術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，使其在工業上很多領域得到更多應用。但是多點的高速面陣探測器價格昂貴，一般僅用於軍事領域。

　　本文根據實際工程需求，針對列車紅外軸溫探測系統，提出了四點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，可對每個軸承進行4*32陣列式高速採集，軸溫數據採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

　　本文設計的多點紅外軸溫探測系統為適應提速後列車的運行速度和安全需求，整體系統實施方案為在鐵路兩旁鋪設兩組各四點的紅外傳感器探頭，均有獨立的探測處理器，用於同一軸承的左右兩端軸溫判定。當磁鋼傳感器未檢測到過車信號時，探頭需要進行狀態檢測和自我矯正;當列車掠過軸溫探測器時，探測器進入數據採集狀態，每個車軸信息均包括左右兩個探頭分別4點32次採集數據，選用485通信方式對數據及時上傳，左右探頭的系統設計框圖如圖1所示。　　

 

　　陣列式紅外探測

　　陣列式紅外傳感器

　　紅外探測是應用於非接觸式列車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。而材料學的研究表明，碲鎘汞材料的電子有效質量小，本徵載流子濃度低，由其製成的MCT探測器具有噪聲低、探測率高、響應時間短和響應頻帶寬等優點，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製冷並採用改進的TO-8封裝。該探頭的參數特點為：探測波長在2-12μm範圍，無須LN(液氮)製冷;快速響應;無閃動噪聲;使用方便;動態範圍寬;小巧，耐用可靠。其外觀如圖2所示。　　

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