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VIGO碲镉汞红外探测器在车辆轴温智能探测系统中的应用

导读: 车辆轴温智能探测系统(THDS)又称红外线轴温探测系统,利用安装在轨边的红外探测系统,采用辐射测温技术,实时检测列车运行下的轴承温度,发现车辆轴承故障隐患,保证铁路运输安全。

  车辆轴温智能探测系统(THDS)又称红外线轴温探测系统,利用安装在轨边的红外探测系统,采用辐射测温技术,实时检测列车运行下的轴承温度,发现车辆轴承故障隐患,保证铁路运输安全。在列车正常行驶的状态下,实现实时对每列车的轴承温度进行非接触式采集,利用列车运转规律建立数据判别模型,并根据温度分一级、二级两个等级对列车进行报警预报。

  系统组成

  红外线轴温探测站作为THDS系统的最前端设备,安装运行在铁路沿线各站点,主要由探测站轨边设备和探测站室内设备组成。THDS探测站轨边设备包括碲镉汞红外光子探头,探头箱,卡轨器,车轮传感器,智能跟踪装置微波天线,具体参考图1-1。轴温探测系统是无人操作完全由计算机自动完成的探测设备,使用非接触方式探测列车轴承的温度,利用包括红外线测温、自适应、轴温规律、全程温度采集、数据处理、模式识别等技术,设计实现对通过列车轴承温度的定量测量和实时监控,实现自动探测轴温,自动进行异常温度判别。

  技术特点:THDS系统综合运用红外线辐射探测技术,光机电一体化技术,检测与控制技术,计算机网络通信技术等关键技术,实现全露运行车辆轴温的"分散探测、数据集中、联网运行、远程控制、信息共享",确保铁路车辆运行安全。

  

图1-1

  THDS碲镉汞红外光子探头

  碲镉汞红外光子探头是THDS系统的核心部件,是实现THDS系统功能的基础。红外探头也称为红外线传感器,一般有光学系统、碲镉汞红外探测器、型号放大及处理电路等部件组成,用于THDS系统的碲镉汞红外探头还包括的制冷装置。碲镉汞红外探测器通过一个光学-电子系统,将接受到的红外辐射转换为电压信号,再通过后续其他系统对该电信号进行采集、处理、计算、从而达到测温目的。

  高速光子探头轴温探测器采用碲镉汞(HgCdTe)晶体材料的低阻光导型器件作为探测器的敏感元件,选用锗(Ge)材料制作透镜,并在光学透镜表面镀增透膜,使透过率达到80%以上;光学系统焦距为25mm,相对孔径为F/1.5。为提高探测器的灵敏度和探测率,采用3级热电致冷,元件冷面温度为-65℃±0.02℃。为提高放大器的抗干扰性能,放大器电路采用共模抑制能力很强的差模输入方式。由于探测器箱温的变化会影响对轴温的探测精度,所以在探测器中增加了由可控热源、热源温度传感器(铂电阻)、热靶、控制模板、加热电源模板等构成的温控自适应系统。

  深圳市唯锐科技有限公司代理的波兰VIGO红外碲镉汞探测器覆盖1-16μm的探测范围,采用多级热电制冷,探测率高并且响应速度快。碲镉汞探测器作为光子探测器的典型代表,利用入射的红外线光子流与探测器材料中的电子直接相互作用,产生光电效应。由于光电效应中没有热探测器温度变化的过程,所以VIGO光子探测器的响应速度比热探测器快很多,响应时间常数为纳秒级。

  VIGO碲镉汞红外探测器的响应率随器件温度变化,实际应用中,既要使器件温度尽可能低,又要在一段时间内使器件温度保持稳定,所以控温对于探测器的性能来说相当关键。维持碲镉汞探测器在低温条件下工作,可确保获得比较高的响应率和信噪比。VIGO碲镉汞红外探测器采用热电制冷,包含了2TE、3TE和4TE三个等级,分别制冷到230K、210K和195K,完全可以满足轴温红外探头的要求。具体可参考图1-2。

  图1-2
 

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