運行列車輪軸溫度成像監測儀的制作方法
【專利摘要】運行列車輪軸溫度成像監測儀屬于高速運動目標溫度監測領域，解決現有技術存在的不能準確判斷輪軸溫度及其分布情況，輪軸故障的診斷存在一定的困難的問題。本發明包括主控電路、高亮度LED燈、可見光線陣相機、中波紅外線陣探測器、紅外鏡頭、擋板、溫度傳感器和電機；中波紅外線陣探測器前方設置有紅外鏡頭，紅外鏡頭與輪軸之間設置有帶溫度傳感器擋板，擋板上設置有溫度傳感器，主控電路通過電機控制擋板動作；主控電路通過控制高亮度LED燈對運行列車輪軸進行照射，通過控制可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器采集輪軸位置及溫度信息，主控電路通過Camera link接口將采集的輪軸位置信息和溫度信息傳給外部計算機進行成像。
【專利說明】運行列車輪軸溫度成像監測儀
【技術領域】
[0001]本發明屬于高速運動目標溫度監測領域，具體涉及一種運行列車輪軸溫度成像監測儀。
【背景技術】
[0002]列車運行的速度較高，通常貨車的速度在70km/h左右，客車通常在120km/h左右，而動車和高鐵的速度能達到300km/h以上。在高速的行駛中，列車的車輪中的軸承由于摩擦會產生一定的熱量，質量好的軸承產生的這些熱量是沒有危害的。但是，由于制造缺陷的存在，軸承在高速和重載條件下容易發生各種失效，產生熱軸甚至燃軸，危害列車的運行安全。
[0003]國內現有的監測列車熱軸的設備中，通常都是采用單點溫度探測器，在列車經過時對車軸的溫度進行采集。由于采集過程中只使用了一個探測器，容易受到來自環境的干擾，如剎車產生的火花，熱水的傾倒。這些干擾使得監測設備產生誤判斷，結果使沒有問題的列車被攔截下來，影響了列車的正常運作和調度。
[0004]在國外，德國SST公司的產品采用多點探測列車的軸溫，有效的提高了監測的正確性。但是，該方案采用的是多個點對軸的不同側面位置進行監測，不能對輪軸的溫度分布進行成像，不能直觀的反應輪軸的溫度分布情況，輪軸故障的診斷存在一定的困難。而在現有的紅外熱像儀中，如德國的英福泰克熱像儀，拍攝時的幀頻在全幀模式下可以達到100Hz，對于高速運行的列車的車軸無法清晰成像。因此需要一種可以對運行列車輪軸的溫度進行成像的監測儀。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提出一種運行列車輪軸溫度成像監測儀，解決現有技術存在的不能準確判斷輪軸溫度及其分布情況，輪軸故障的診斷存在一定的困難的問題；實現對運行列車輪軸溫度分布的成像，并直觀反應出輪軸的溫度分布情況。
[0006]為實現上述目的，本發明的運行列車輪軸溫度成像監測儀包括主控電路、高亮度LED燈、可見光線陣相機、中波紅外線陣探測器、紅外鏡頭、擋板、溫度傳感器、電機、數據采集陣列、溫控電路、恒流源驅動陣列、測溫電路和電機驅動；
[0007]所述中波紅外線陣探測器配有紅外鏡頭，所述紅外鏡頭與所述運行列車輪軸之間設置有擋板，所述擋板上設置有溫度傳感器，主控電路通過電機驅動驅動電機控制擋板動作，并通過溫度傳感器采集擋板的溫度；
[0008]所述主控電路通過數據采集陣列獲得中波紅外線陣探測器采集的數據，主控電路通過溫控電路控制中波紅外線陣探測器的溫度，所述中波紅外線陣探測器通過恒流源驅動陣列驅動，主控電路通過測溫電路獲得擋板的溫度；
[0009]所述主控電路通過控制高亮度LED燈對運行列車輪軸進行照射，通過控制可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器采集輪軸位置及溫度信息，主控電路通過Camera link接口將采集的輪軸位置信息和溫度信息傳給外部計算機進行成像。
[0010]所述中波紅外線陣探測器由多個單點紅外探測器拼接而成。
[0011]所述多個單點紅外探測器至少20個，每個單點紅外探測器有獨立的驅動和信號數據采集陣列。
[0012]所述每個單點紅外探測器設置有獨立的溫控電路，所述溫控電路采用三級半導體制冷器。
[0013]所述擋板涂油均勻的黑色涂料。
[0014]所述可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器的視場平行不重合。
[0015]本發明的有益效果為:本發明的運行列車輪軸溫度成像監測儀采用由單點紅外探測器拼接成的中波紅外線陣探測器進行溫度數據的采集，并且每個單點紅外探測器使用獨立的驅動電路和數據采集電路，使得系統的帶寬得到很大的提高，能夠對高速運動的物體進行溫度成像；使用像元數目較少的紅外探測器和像元數目較多的可見光探測器拍攝得到的圖像做融合，提高了溫度圖像的成像質量和清晰度，直觀反應出輪軸的溫度分布情況，能夠準確對運行列車的輪軸溫度進行判斷，有效的對輪軸故障進行診斷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明運行列車輪軸溫度成像監測儀系統框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。
[0018]參見附圖1，本發明的一種運行列車輪軸溫度成像監測儀包括主控電路、高亮度LED燈、可見光線陣相機、中波紅外線陣探測器、紅外鏡頭、擋板、溫度傳感器和、電機、數據采集陣列、溫控電路、恒流源驅動陣列、測溫電路和電機驅動；
[0019]所述中波紅外線陣探測器前方設置有紅外鏡頭，紅外鏡頭的設計能夠使得輪軸的像位于紅外探測器的像面上；所述紅外鏡頭與所述運行列車輪軸之間設置有擋板，所述擋板上設置有溫度傳感器，主控電路通過電機控制擋板動作，并通過溫度傳感器采集擋板的溫度，所述主控電路和可見光線陣相機采用Camera link接口連接,主控電路通過Cameralink接口控制可見光相機動作；
[0020]所述主控電路通過數據采集陣列獲得中波紅外線陣探測器采集的數據，主控電路通過溫控電路控制中波紅外線陣探測器的溫度，所述中波紅外線陣探測器通過恒流源驅動陣列驅動，主控電路通過測溫電路獲得擋板的溫度，主控電路通過控制電機驅動控制電機動作；
[0021]所述主控電路通過控制高亮度LED燈對運行列車輪軸進行照射，通過控制可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器采集輪軸位置及溫度信息，主控電路通過Camera link接口將采集的輪軸位置信息和溫度信息傳給外部計算機進行成像。
[0022]所述中波紅外線陣探測器由多個單點紅外探測器拼接而成。
[0023]所述多個單點紅外探測器至少20個，每個單點紅外探測器有獨立的驅動和信號數據采集陣列。主控電路控制所有的數據采集陣列，按照行頻實時采集每個單點紅外探測器的信號。
[0024]所述每個單點紅外探測器設置有獨立的溫控電路，所述溫控電路采用三級半導體制冷器。
[0025]所述擋板涂油均勻的黑色涂料，使用黑色是為了提高擋板的輻射發射率。
[0026]所述可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器的視場平行不重合。
[0027]本發明的運行列車輪軸溫度成像監測儀的工作流程為:當列車進入監測儀的視場之前，首先對中波紅外線陣探測器進行非均勻性矯正，列車進入視場后，主控電路控制高亮度LED打開進行可見光補光，控制電機旋轉放下擋板，可見光線陣相機與紅外部分同步采集圖像數據。主控電路將紅外數據和可見光數據打包并且通過Camera Link接口發送給外部計算機。中波線陣紅外探測器的溫度控制采用的是3級半導體制冷器，每個像元探測器使用獨立的恒流源驅動，并且使用獨立的信號采集電路。20個像元采用20路電流驅動和信號采集。
[0028]主控電路通過電機驅動控制電機實現擋板動作，在設備不拍攝圖像時，矯正擋板擋住紅外鏡頭，紅外部分進行非均勻性矯正和溫度補償，在拍攝圖像時，矯正擋板撤出視場范圍。
[0029]紅外部分采集到的數據和車輛的溫度相對應，對應關系采用標定好的曲線，并且使用擋板做非均勻性矯正和的溫度傳感器做溫度數據補償；所述曲線的獲得方式為:紅外部分采集到的數據直接和溫度相對應，數據和溫度的關系是通過標準黑體標定出來的。標定時，標準面源黑體溫度T從室溫逐步升溫到150°，每5°記錄一個紅外部分采集到的數據Y，然后將數據Y為橫坐標，以T為縱坐標，使用最小二乘法擬合出曲線。
[0030]紅外部分使用20像素，可見光使用512像素，圖像像素匹配后疊加在一起，并且通過Camera Link接口傳輸給設備的上位機,即外部計算機。
[0031]可見光的視場和紅外的視場平行不重合，通過在軟件中設置紅外和可見光的行偏移量使融合后的圖像像素準確匹配。
[0032]實施例一:
[0033]對速度為300km/h的列車的車軸進行成像拍攝，車軸的直徑400mm，如果要求圖像的分辨率為20mm，有效像素為20，那么拍攝的幀頻不低于208Hz，如果采用掃描方法掃描拍攝頻率不低于4167Hz。
[0034]本發明采用高幀頻的可見光圖像和高幀頻的紅外圖像拼接的方法來對列車車軸進行成像。這里的可見光圖像由線陣探測器來進行圖像采集，其像元分辨率為512以上，線掃頻率在30Khz以上，對應300km/h速度的車軸，有效的像元達到144。而紅外圖像由20像元組成的中波紅外探測器采集得到。紅外探測器采用碲鎘汞的光電導探測器，其帶寬足夠聞，響應時間在微秒級。
[0035]可見光線陣相機選用工業線陣掃描相機，行頻在30Khz以上，像元在512以上。如選用DALSA公司的Spyder2相機，分辨率為512，行頻為65KHz。其控制接口使用26芯Camera Link接口 ；主控電路使用DS90CR288A和DS90CR287A對數據進行串并轉換；使用DS90LV047ATMTC和DS90LV048ATMTC對差分信號和單端信號進行轉換；
[0036]擋板的旋轉由電機帶動，電機由主控控制，電機驅動使用現有的電機驅動器即可，主控電路對電機驅動器發送位置命令使得電機動作。如選擇步進電機，則選擇一款步進電機驅動器，主控電路向步進電機驅動器發送脈沖和方向信號，如選擇直流電機，則選擇一款直流電機驅動器，有主控通過串口向驅動器發送位置指令；
[0037]擋板的溫度由測溫電阻來監測，可以使用鉬電阻測溫，配上MAX31865進行溫度測量；也可以使用熱敏電阻來測量，配上電橋和數模轉換器。
【權利要求】
1.運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，包括主控電路、高亮度LED燈、可見光線陣相機、中波紅外線陣探測器、紅外鏡頭、擋板、溫度傳感器、電機、數據采集陣列、溫控電路、恒流源驅動陣列、測溫電路和電機驅動； 所述中波紅外線陣探測器配有紅外鏡頭，所述紅外鏡頭與所述運行列車輪軸之間設置有擋板，所述擋板上設置有溫度傳感器，主控電路通過電機驅動驅動電機控制擋板動作，并通過溫度傳感器采集擋板的溫度； 所述主控電路通過數據采集陣列獲得中波紅外線陣探測器采集的數據，主控電路通過溫控電路控制中波紅外線陣探測器的溫度，所述中波紅外線陣探測器通過恒流源驅動陣列驅動，主控電路通過測溫電路獲得擋板的溫度； 所述主控電路通過控制高亮度LED燈對運行列車輪軸進行照射，通過控制可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器采集輪軸位置及溫度信息，主控電路通過Camera I ink接口將采集的輪軸位置信息和溫度信息傳給外部計算機進行成像。
2.根據權利要求1所述的運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，所述中波紅外線陣探測器由多個單點紅外探測器拼接而成。
3.根據權利要求2所述的運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，每個單點紅外探測器有獨立的驅動和信號數據采集陣列。
4.根據權利要求3所述的運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，所述每個單點紅外探測器設置有獨立的溫控電路，所述溫控電路采用三級半導體制冷器。
5.根據權利要求1所述的運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，所述擋板涂油均勻的黑色涂料。
6.根據權利要求1所述的運行列車輪軸溫度成像監測儀，其特征在于，所述可見光線陣相機和中波紅外線陣探測器的視場平行不重合。
【文檔編號】G01J5/10GK104236720SQ201410370030
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月30日 優先權日:2014年7月30日
【發明者】許家林, 王曉東, 李丙玉 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
專業數控銑床產品供應商
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