簡介
軸溫探測器，又稱紅外線軸溫探測器，是用來專門探測發現在運行中列車的各個軸箱的熱輻射（即紅外線），紅外線輻射是由於物體內部分子熱運動產生的。紅外線和可見光相似，是直線傳播，能夠用特製的透鏡進行反射折射聚焦。紅外線探測器就是根據這個規律通過紅外光學系統有規律的接受紅外線，聚焦成一點，在紅外元件上使紅外熱敏元件的電阻值發生變化，由於紅外輻射能的強弱，紅外元件的阻值也隨之發生變化，由光能轉換成電能，經過調製放大等過程，把電信號輸送到離探測點較遠的列檢值班員室，在自動記錄器的紙帶上顯示出列車車輛熱軸位置，進行及時處理，防止燃油事故。
核心技術
該探測器採用紅外線技術。當某物體的溫度高於絕對零度時,就會釋放出紅外輻射能。就算是我們認為很冷的東西,如冰塊,也不例外。不同物體不同溫度,就釋放出不同種類的紅外輻射。換句話說,如果能夠知道某物體所釋放出的紅外輻射的類別和能量,我們就可以知道這物體的溫度。紅外探頭內的熱敏元件把接收到的熱能轉化為電壓信號。下表是溫升與電壓幅值的關係。
紅外線軸溫探測的基本原理
紅外線軸溫探測器是由升降裝置和探頭組成的,探頭內的機械光柵,像人的眼睛一樣一開一閉,把軸箱的溫度吸取到眼睛裡。紅外眼睛是一個半球形的鍺透鏡,內有錳鈷鎳的燒結物,鍺透鏡對7～ 11μm波長的紅外光有非常強的吸取能力,而軸箱發熱的波長正是在這一範圍之內,因此紅外眼睛能把軸箱熱量吸收進來,並轉換成電信號,然後通過像神經一樣的電纜傳輸到室內,經過中央處理機,再通過描筆記錄儀記錄下來。探頭上有三個觸角,觸角是一個高靈敏的磁感測器,當有車輪通過時,它就感應出電壓。車速越高,感應的電壓越高。列車通過時,第一個觸角感應出電壓供機器人開啟電源,第二、第三個觸角在車輪通過時,感應的電壓供紅外眼睛的保護門開閉用。由於觸角的作用,機器人的眼睛把軸溫信號一個個的記錄下來,經過加工——熱電轉換,送到中央處理機處理,把熱軸脈衝記錄在紙帶上,供紅外值班員分析判斷,確認熱軸後再通知檢車員處理。
探測器組成
紅外光學系統
光學系統是探測器的主要部分，它是由光管、矽片、光柵、鍺透鏡、浸沒型熱敏元件組成。紅外光學系統對運行中的列車輪軸箱表面紅外線輻射能經由光管，透過硫化鋅保護片,由光柵加以調製,然後由鍺透鏡吸收的紅外光聚焦射向浸沒透鏡,再經浸沒透鏡再次聚焦集中在紅外元件上,紅外元件受到輻射能最的強弱作用,元件的電阻值隨之變化,使負載在元件上的電壓起變化,產生電信號轉換過程。
光管是一個黑色膠質管筒經過加工後由螺紋擰緊在光學系統的最前面,這是在實踐申認為需要而設定的。它在光學系統中能遮斷接近視場周圍的強紅外光的折射而產生的干擾信號,同時又能防止灰、砂、霧、雨、雪等浸在保護視窗上而減低探測靈敏度,對延一長視窗清掃周期起到一定作用。
前置放大器
第一級由場效應電晶體組成作輸入級,由於一場效應電晶體具有輸入阻杭高,放大倍數大,噪音係數低等特點,所以提高了放大器的輸入阻抗和信噪比，這對提高前置放大器的性能指標起到很重要的作用。以後各級均採用直接耦合,組成直流放大器,以減少電容耦合對低頻信號的損失。放大器的輸出級是一射極輸出器，以降低輸出阻抗。電壓用直流24伏經一二級濾波穩壓後分別供給第一級及其它各級。
磁頭感測器
軸溫探測器正確地探測軸箱溫度,排除軸箱外的輻射干擾,提高記錄信號的清晰度和正確度,對車輪記數等都是由磁頭感測器起主要作用的。
感測器是由磁鋼(5級以上)和線圈組成,安裝在鐵座架上封閉在鋁匣內,在40×50的磁鋼上用0.17毫米高強度漆包線繞1000圈左右,進行防潮絕緣處理,並以瀝青封閉在鋁匣內,用銅螺釘將磁鋼和線圈固定成一體。因為感測器是安裝在鋼軌內側的,在製造過程中必須對防潮防振的條件要求嚴格。
感測器產生電信號的原理:
感測器是由強磁鋼外繞線圈組裝在支架上,可固定在各種類型的鋼軌上(見圖)。感測器可按鋼軌類型高低調整,使感測器頂部與鋼軌頂相距30毫米,使標準車輪轉過感測器時輪距感測器頂部5毫米間隔,不使感測器頂部擦傷,感測器是與車輪非接觸產生電信號的設備。
產生電信號的原理是:
當感測器固定在鋼軌上時線圈中磁鋼的磁力線通過鐵支架與鋼軌構成了磁路,在沒有車輪通過時鋼軌頂端與感測器頂面磁路間隔較大,當車輪通過感測器時磁路導通,這樣就形成了切割磁力線的作用,磁鋼外的線圈上就產生電壓,產生的電壓幅度與列車速度和車輪磨耗程度有關,一般接上負載後的電壓有0.5~3伏。產生電壓的波形情況見圖。每當一個車輪通過感測器就產生一個電信號,這個電信號構成電路輸入,用來動作光柵,電子門和車輛計數起了很大作用。
傳輸電纜
前置放大器輸出的信號通過電子門，輸送到一公里以外的值班員室的記錄儀,把整個列車的軸箱溫度全部記錄在紙條上,因為輸送的信號電壓是幾毫伏弱電流,所以要求:
1.在輸出電路中儘量不受衰減;
2.在輸送過程不受外界電流的相互干擾,使軸溫信號能在記錄儀中準確的反映出來,根據這個目的採用了橡膠6芯禁止電纜,在160米長的電纜經過較長的一段時間的實驗，性能良好。
套用
紅外線軸溫探測系統是解決列車軸箱動態定量測溫的技術關鍵,主要用於運行中的各種客、貨車輛軸溫的自動監測;能有效地防止列車熱軸、切軸事故,保證列車行車安全。該系統具有自動計輛計軸、自動測定軸箱溫度、自動滾滑判別、自動熱軸判別、自動報警列印和軸箱波形再現,以及客貨車兼容等功能,可微機聯網通訊,實現熱軸跟蹤和集中管理。
未來發展
現有軸溫探測器尚有一些不盡人意之處,主要是熱敏元件性能不穩定。這主要是由於現有的軸溫探測器採用的是直接式熱敏電阻測溫方式。裝有熱敏電阻的探頭置於路面以上的小箱內,夏季酷暑烈日長期照射,外殼溫度很高;冬季嚴寒,北方的室外溫度可降至零下40℃。上下溫度相差懸殊,其中對熱敏電阻性能壽命影響最大的是持續的高溫,可以使熱敏電阻阻值改變,大大影響測量的準確性。因此,必須改變探頭的測溫方式。有學者就利用空心光纖將原探頭改造成一種特殊的光纖感測器,以克服上述缺點。
