陣列式紅外探測器在列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

　　摘要：在列車紅外軸溫監(jiān)測系統(tǒng)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(bǔ)償處理直接影響了軸溫?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確性。本文簡要探究了紅外探測器的類型及發(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(shè)計(jì)方法，重點(diǎn)分析了其中紅外小信號放大電路的實(shí)現(xiàn)及陣列信號在列車軸溫探測中需要處理的關(guān)鍵技術(shù)。

　　引言

　　近年來，伴隨著列車的大幅提速，在列車軸溫探測技術(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(shù)，具有更快的響應(yīng)速度。紅外探測器的發(fā)展經(jīng)過了早期中期近期三個階段，從結(jié)構(gòu)規(guī)模上看，由原來的單點(diǎn)探測器發(fā)展到了以混成技術(shù)和單片技術(shù)為基礎(chǔ)的焦平面陣列傳感器，增加了紅外探測面積，更好反應(yīng)被測對象信息，使其在工業(yè)上很多領(lǐng)域得到更多應(yīng)用。但是多點(diǎn)的高速面陣探測器價格昂貴，一般僅用于軍事領(lǐng)域。

　　本文根據(jù)實(shí)際工程需求，針對列車紅外軸溫探測系統(tǒng)，提出了四點(diǎn)象限單元碲鎘汞紅外探測器的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)在增強(qiáng)軸溫探測的可視性，提高熱軸兌現(xiàn)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(shù)字式紅外探頭，可對每個軸承進(jìn)行4*32陣列式高速采集，軸溫?cái)?shù)據(jù)采集數(shù)量和位置的增多，使熱軸判別的依據(jù)更為豐富可靠，使熱軸報(bào)警準(zhǔn)確率的提高成為可能，同時也對陣列式軸溫探測系統(tǒng)提出了新的要求。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的多點(diǎn)紅外軸溫探測系統(tǒng)為適應(yīng)提速后列車的運(yùn)行速度和安全需求，整體系統(tǒng)實(shí)施方案為在鐵路兩旁鋪設(shè)兩組各四點(diǎn)的紅外傳感器探頭，均有獨(dú)立的探測處理器，用于同一軸承的左右兩端軸溫判定。當(dāng)磁鋼傳感器未檢測到過車信號時，探頭需要進(jìn)行狀態(tài)檢測和自我矯正;當(dāng)列車掠過軸溫探測器時，探測器進(jìn)入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，每個車軸信息均包括左右兩個探頭分別4點(diǎn)32次采集數(shù)據(jù)，選用485通信方式對數(shù)據(jù)及時上傳，左右探頭的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yīng)用于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(yīng)率、噪聲等效功率、探測率等指標(biāo)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(yīng)時間短和響應(yīng)頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段仍是紅外探測器的主要研究對象。本設(shè)計(jì)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(shù)特點(diǎn)為：探測波長在2-12μm范圍，無須LN(液氮)制冷;快速響應(yīng);無閃動噪聲;使用方便;動態(tài)范圍寬;小巧，耐用可靠。其外觀如圖2所示?！　?/p>