[发明专利]采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法

权利要求书

1.一种采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：之形板进行水平移动，得到切割点；

之形板垂直放置在探头与黑体之间，同时垂直水平方向和铁轨方向，平行于水平方向的两个边为l₁和l₂，两条斜边为l₃和l₄；

采用笛卡尔坐标系，x轴为水平面内与铁轨垂直由铁轨内侧指向铁轨外侧的方向，y轴为水平面内与铁轨平行指向列车运行的方向，z轴为与水平面垂直由地面指向天空的方向；

探头中心所在的与水平面垂直、与铁轨方向平行的平面与x轴的交点为x轴的原点；x轴的原点为x轴、y轴与z轴的坐标系原点；

将红外探头对准黑体，之形板从坐标系原点沿y轴水平移动，在移动的过程中，之形板的四条边l₁、l₂、l₃、l₄分别产生P₁、P₂、P₃和P₄四个平面，这四个平面分别与探头光路相交，产生点A₁、A₂、A₃、A₄四个交点，这四个交点位于平面P₁、P₂、P₃和P₄内，四个点在之形板上的投影的连线，构成探头光路在之形板上的扫描线，扫描线与之形板的交点为A₁′、A₂′、A₃′、A₄′；

在之形板移动与探头光路相交的过程中，通过电磁脉冲，将之形板的位置信息传输给THDS系统，THDS系统记录下探头温度响应曲线与磁头信号曲线，通过磁头信号曲线，对之形板的位置进行定位，随着之形板的平移对探头光路的切割和遮挡，探头的响应温度曲线相应地进行起伏变化，通过探头温度响应曲线与磁头信号曲线得到A₁、A₂、A₃、A₄点的y轴坐标y₁、y₂、y₃、y₄；其中THDS系统是红外线轴温探测系统；

步骤二：测温准确度检测；

在探头响应温度曲线的y₂与y₃之间，取最大值为探头所探测的黑体温度，将探测到的黑体温度与黑体的实际温度进行比较，两者的差值为探头的测温误差，通过获取探头测温误差，对探头测温进行修正，保证探头对轴温测量点的准确度，确保列车安全；

步骤三：测量探头光路的仰角和偏航角，进行探头安装角度的检测；

探头光路与水平面的夹角为仰角，探头光路与铁轨方向的夹角称为偏航角；在之形板平移中：

l₁：z＝h₁                        (1)

l₁在与xy面平行、相距h₁的平面P₁内；

l₂：z＝h₂                        (2)

l₂在与xy面平行、相距h₂的平面P₂内；

l₃：z＝Cx+h₃                    (3)

l₃在与y轴平行、水平斜率为C、z轴截距为h₃的平面P₃内；

l₄：z＝Dx+h₄                    (4)

l₄在与y轴平行、水平斜率为D、z轴截距为h₄的平面P₄内；

探头光路的解析方程用面P₅与面P₆表示，P₅为仰角面，即与x轴平行，与yz轴垂直的平面；P₆为偏航角面，即与z轴平行，与xy轴垂直的平面；

设P₅为：

z＝tgαy+H                      (5)

α为仰角面与xy面的夹角，即探头光路的仰角，H为仰角面在z轴上的截距，即探头光路直线在z轴上的截距，也是探头中心点与铁轨平面的垂直距离；

设P₆为：

y＝-tgβx+G                     (6)

β为偏航面与yz面的锐夹角，即探头光路的偏航角，G为偏航面在y轴上的截距，其在x轴上的截距为：

F＝G/tgβ                       (7)

F为探头中心与铁轨内侧所在的yz面的垂直距离，即为安装中所说的探头与铁轨内侧的距离；

式(5)、式(6)中的未知参数为tgα、tgβ、H和G，得到未知参数后，即得到了探头光路的解析方程；

(1)测量探头光路的仰角；

具体为：

探头光路在yz面上的投影线与y轴的夹角就是探头的仰角，A₁″点和A₂″点为A₁、A₂在yz面上的投影点，通过投影线上的A₁″点和A₂″点计算投影线的斜率；

A₁与A₂的y轴坐标为y₁和y₂，则A₁″和A₂″的y轴坐标也为y₁和y₂，则Δy＝y₁-y₂，通过式(1)式(2)得到A₁″和A₂″的z轴坐标h₁和h₂，则Δz＝h₁-h₂；

探头光路在yz面上的投影线的斜率为：

tgα=ΔzΔy=h1-h2y1-y2---(8)]]>

根据式(5)得：

H＝h₁-tgαy₁                (9)

由式(8)带入式(9)，得：

H=h1-y1(h1-h2)y1-y2---(10)]]>

(2)测量探头光路的偏航角；

具体为：

探头光路在xy面上的投影线与y轴的夹角就是探头的偏航角，A₃′″、A₄′″为A₃、A₄在xy面上的的投影点，通过投影线上的A₃′″点和A₄′″点计算投影线的斜率；

A₃与A₄的y轴坐标为y₃和y₄，A₃′″和A₄′″的y轴坐标也为y₃和y₄，A₃在仰角为α的探头光路上，由式(5)的，A₃的z轴坐标为：

z₃＝tgαy₃+H                (11)

由式(3)得A₃的x轴坐标：：

x3=z3-h3C---(12)]]>

同理，得到A₄的z轴坐标为：

z₄＝tgαy₄+H                (13)

由式(4)的A₄的x轴坐标：

x4=z4-h4D---(14)]]>

得到A₃与A₄的三维坐标，探头光路在xy面上的投影线斜率：

-tgβ=x4-x3y4-y3---(15)]]>

由式(6)得：

G＝y₄+tgβx₄                (16)

根据式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、(15)、得：

tgβ=[(h1-h2)(y1-y2)(y3-y1)+h1-h3]C(y4-y3)-[(h1-h2)(y1-y2)(y4-y1)+h1-h4]D(y4-y3)---(17)]]>

根据式(14)、式(16)、式(17)得：

G=y4+[(h1-h2)(y1-y2)(y3-y1)+h1-h3C]-[(h1-h2)(y1-y2)(y4-y1)+h1-h4D](y4-y3)D[(h1-h2)(y1-y2)(y4-y1)+h1-h4]---(18)]]>

将tgβ、G带入式(7)中，得到出F，即探头中心距轨内侧的距离；

通过上述得到探头光路的仰角和偏航角，检测探头安装角度及探头中心与铁轨内侧的距离，对探头的各种参数进行标定，检测探头是否处于正常工作状态，给出探头参数的调整值，对探头工作参数进行修正，确保探头列车轴温的准确检测与列车安全；

上述方法是对一个探头进行标定，当实际作业中，同侧同一探测点安装为双探头时，另外一个探头的探头光路同时也与之形板相交，标定方法同步骤一至步骤三，同时对同侧双探头测温准确度与安装角度进行检测，同步完成。

2.根据权利要求1所述的采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法，其特征在于，步骤一中所述的，A₁、A₂、A₃、A₄点的y轴坐标y₁、y₂、y₃、y₄具体获取方法为：

在探头温度响应曲线与磁头信号曲线中，第一个磁头信号代表之形板的起点位置，即坐标原点y₀，y₀为测量之形板位置的定位点，以y₀为基准，之形板每移动某固定距离，THDS系统收到一个磁头信号，通过磁头信号测量之形板在平移过程中的位置；

探头的响应温度曲线第一个下降沿为之形板l₄边切割的位置，下降沿的中点为之形板此时与探头光路的交点A₄，通过磁头信号测量得到A₄的y坐标为y₄；随后上升沿的中点为l₃与探头光路的交点A₃的位置，A₃的y坐标为y₃；第二个下降沿中点为l₂与探头光路的交点A₂的位置，A₂的y坐标为y₂；最后的上升沿沿中点为l₁与探头光路的交点A₁，A₁的y坐标为y₁。