[其他]高速调制热敏电阻型探头

说明书

本发明属于红外应用技术。应用于火车轴温探测。轴温探测仪是运行中列车故障自动诊断仪器，是现代铁路运输不可缺少的安全设备。高速调制热敏电阻型探头可作为它的重要组成部份。本发明探头能正确地反映出运行中列车轴箱发热情况及热分布状态。处理系统根据此信息判别故障轴承。

国内外轴温探测仪所用红外器件种类很多，可以分为两种类型：（1）光电型红外器件，如锑化铟，碲汞器件;（2）热电型红外器件，如热敏电阻，热释电器件。第一类器件的优点是时间常数较小，因而常采用高速调制。这样探头输出信号就不受车速影响。但其缺点是这类红外器件的敏感截止波长较短而且有选择性。如锑化铟的响应截止波长仅为7微米。根据我国气温及轴温情况，我国列车轴箱热辐射主要在8至12微米区域内。因此，使用这类红外器件不但能量利用率很低，而且随着气温和轴温不同，这个利用率还有很大起落。第二类器件的特性是它的敏感性能与波长无关，器件能在室温中使用。但是它的时间常数较大，常为毫秒级。国内外在使用中有的不采用调制，如美国Servo公司产品。有的在使用中采用开关式调制，如我国现有轴温探测仪。这类红外器件时间常数是毫秒级。而列车运行速度在70公里/小时以上时，轴箱通过探测点的时间也是毫秒级。因而使用这种方法探测时，红外器件扫描轴箱的时间随车速而变化。在车速较高时，时间不够长，这样轴温信息要受车速影响，而且不能得到轴箱热分布。在自动判别轴温信息时，却要求轴温信息与车速无关，并希望能得到真实的热分布。

发明的目的在于集中上述两类红外探测器优点，制造既能在室温下使用，结构牢靠，对波长无选择性，同时输出轴温信息不受车速影响，并且能反映轴箱热分布的高速调制热敏电阻型轴温探测仪探头。

热敏电阻的时间常数较大，一般采用的机械调制频率在30赫以下。在本装备中却突出地使用高速机械调制，如1000赫。这种方法的优点在于红外器件每次扫描轴箱0.5毫秒，间隔0.5毫秒。车速快慢，仅影响轴温信号波的个数，不影响波的幅度。而波的幅度是与轴温相对应的。同时，探测器扫描轴箱得到的这些波的包络波形即是轴箱热分布。使用此方法在列车速度为120公里/小时以下时，输出信息与车速无关，并能正确反映轴箱热分布。如在编组站前使用，车速一般不大于70公里/小时，此时可改用500赫调制。如果车速进一步提高到200公里/小时，此时可采用1200赫调制。这样扫描一个轴箱至少有5个波形，它也能正常测出轴温与反映轴箱热分布。

采用高速调制带来的困难在于此时热敏电阻探测器的输出信号下降。为了探测处于微热状态的轴箱，保持设备的信噪比是必要的。为此在本发明中，除采用高速调制型热敏电阻外，还采取了以下措施，以满足设备仍有足够信噪比。（1）把光学系统入射口径增加至直径42毫米，以增加入射能量;（2）光学系统进行精心设计和装校，采用双硅透镜聚光，提高光能利用率;（3）改进热敏电阻器件性能，使用时间常数为1.5至2.0毫秒，响应率大于700瓦/伏的浸没型热敏电阻器件;（4）改进电子线路，如采用频带较窄的选频放大器可以明显降低噪声。通过计算分析本发明与原有设备相比，对于同样的测试目标，将有更高的信噪比。

附图说明：

1.双硅聚光透镜;2.元件主镜座;3.浸没型热敏电阻器件;4.前置放大器;5.探头外壳;6.电缆插座;7.基座架;8.主放大器;9.调制电机，10.调制盘。

高速调制热敏电阻型探头其结构为：热敏电阻探测器安装在元件主镜座2之中，双硅聚光透镜1也安装在元件主镜座2中，位于热敏电阻之前。调制电机安装在热敏电阻下方，调制盘安装在调制电机轴承上。调制盘边缘部份伸入元件主镜座之内，位于双硅聚光透镜与热敏电阻之间靠近热敏电阻之处。

调制盘是开有间距相等的10至24个扇形孔园形薄板。它由调制电机带动。调制电机转速为每秒50赫。由轴箱发射的热辐射经双硅聚光透镜会聚后，被调制盘调制成500至1200赫投射到热敏电阻器件上。这是本设备的特征设计。配上前置放大器4，主放大器8及探头外壳5等附件后，制成轴温探测仪探头。

本发明装置的优点是集两类原型装置的优点于一身。同时采取措施弥补热敏电阻器件由于使用新方法而带来的损失。本发明装置既具有在室温下使用，对目标辐射波长无选择性，结构牢固可靠等优点，又有输出轴温信息与车速无关并能反映轴箱热分布状态等优点。