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HTK499型双角度红外轴温探测系统技术报告哈尔滨铁路局科学技术研究所哈尔滨新世科技有限责任公司哈尔滨威克科技股份有限公司2008年4月11日1概述2系统结构3双角度探测站功能及原理4探测站系统软件功能5双角度探测系统优势1概述随着中国铁路的大发展,第六次大提速成功的实施,以及为更好地适应下阶段货物列车120km/h提速开行,以及200km/h以上高速列车的需要,保证铁路运输的畅通和安全,全面兼顾K2、K3、K4、K5和K6等转向架以及特殊的C61Y、X1K和D型轴等车辆,研制出了《HTK499型双角度红外轴温探测系统》。《HTK499型双角度红外轴温探测系统》的应用,使红外轴温探测的精度和准确度有了大的提高,并具有一定程度的冗余能力。该系统充分继承和发展了HTK-499光子红外轴温探测系统的各项优点,改进了缺限和不足,创新了先进技术形态下的各项新功能。提高了系统的预报准确性,使系统操作更加方便灵活,程序更新、数据分析更为方便快捷。设备投资少,应用范围广,实施容易简单。2系统结构2.1系统组成《HTK499型双角度红外轴温探测系统》主要设备组成如下:HTK499电源箱、HTK499主机箱、双角度控制箱、双角度探头箱、光子探头(内探265)、热敏探头(外探415)、车号识别部分及车轮传感器等组成。系统中把光子探头和热敏探头安装在一个探头箱内。2.2结构框图3双角度探测站功能及原理双角度探测站除了完成列车的计轴计辆,测速、轴温采集及车号识别等列车运行的基本信息的采集和处理外,更重要的它从不同的角度来扫描轴箱,基本实现了轴温信号的准全方位采集,适应复杂的轴箱结构,不出现漏探现象,与此同时,也能做到传感器间互相协调工作,智能化轴温预报。3.1探测站主处理机探测站主处理机主要完成以下功能:轴温及环箱温信号采集、车轮信号的采集,车轮信号采集、探头箱辅助部件控制、数据处理及数据通信等主要功能。由于使用了双角度探测,所以该主机系统具有高速和大量的存储能力。部分数据存储在扩展内存。双探头并行采集采用了交叉控制采集技术,通过左右内外交叉采集技术的应用,很好的解决了输入信号滞留问题;一般情况下,4051模拟开关的信号转换都会存在信号滞留问题,同时还要保证与采集芯片AD774保持同步,因此,如果按左右信号的输入顺序采集,会出现信号量化失真。交叉采集技术原理就是:当某信号转换后,计算机软件在采集该信号前,首先通知硬件保持该信号,同时把下一个信号转换出来并等待,等本次信号采集完成后,下一个保持的信号已经很稳定输出了,这样无须更多延迟,效果非常明显,在单探系统,这种矛盾是不存在的。光子探头自适应控制系统也是本功能模块的一项重要部分,自适应系统启动后,可定时对内探进行自适应跟踪,及时发现探头故障或早期故障等,同时,可以实时对探头的准确性进行调整,修正其输出,对轴温预报更加准确。中心可以随时查看自适应系统得到的高速光子探头的特性曲线,远程掌握光子探头的运用情况。3.2双角度控制箱双角度控制箱是主处理机和探测站轨边设备之间的桥梁,完成光子探头和热敏探头信号的接入与放大、车轮传感器信号的引入、箱温信号的放大与输出、保护门状态的调理、光子探头的三级制冷控制、自适应系统启动和控制。双角度控制箱把从轨边设备采集到的信号通过连接电缆,送到主机箱中的AD板和主机板的并行口上,实现相关信号的采集,双角度控制箱采用总线的形式实现电路板和电路板之间、电路板和外线之间的信号交换。具有功能可靠、便于维护、配置灵活、便于扩展的特点。3.3双角度探头箱双角度探头箱实现了光子探头和热敏探头的不同角度的安装。并具备以下功能:(1)减振性能好:通过采用橡胶减振柱石吸纳减振。(2)安装方便:同一个卡轨器内分两个探头内、外探的安装。仰角为45°、外探偏角3°~10°内可调。(3)防腐蚀、抗击打能力:玻璃钢材料具有质轻、耐腐蚀、抗老化、机械强度高等优点。(4)箱内结构紧凑,布线规整有序,接口模块与接插件均按工业级和军品要求。3.4内探探头(光子)3.4.1功能与特点内探光子探头在本系统中作为265mm角度使用。内探光子探头采用了美国最先进的半导体三级制冷式锑镉汞(HgCdTe)光子测温元件,该元件具有响应率高、稳定度高、可靠性高等特点,是目前世界上最先进的光子测温元件。内探光子探头采用了低噪声直流放大电路,它具有统一的背景,与自适应系统配合,可以实现定量测温,由于内探光子探头采用了恒温技术,使探头具有很低的飘移。探头采用先进的自适应温度标定方法,使探测器在不同的状态下都具有较高的测温精度。它的适用车速可达360公里以上,测温精度不受车速影响,可以满足铁路不断提速的需要。3.4.2技术指标⑴适用车速:5~360km/h;⑵探头输出信噪比:有效值大于25db(目标温差为5℃时);⑶静态输出电压:+1.000±0.010V;⑷静噪声:≤10mV(有效值);⑸测温范围:-40℃~150℃⑹视场:Φ40mm(距离为800mm时);⑺漂移:80mV/5min;⑻响应速度:1μS;⑼供电电源:±17.8V±0.2;⑽工作温度:-45℃~80℃;3.5外探探头(热敏)3.5.1探头构成热敏红外探头组成主要包括光学系统、热敏电阻、直流放大器、跟踪电源和自稳零电路。当没有列车通过时,热敏探头相对挡板进行自稳零校正,消除热敏元件及放大器的漂移。当列车压到开机磁钢时,开始吸收车辆轴箱红外辐射。3.5.2功能原理定量探头的敏感元件为热敏元件,当热敏元件接收到外界物体所释放的辐射能量时,其自身温度将发生变化,接着导致自身电阻的变化,而另外一个平衡电阻因为被遮盖,输出端失去原平衡,产生电压信号输出。任何高于绝对零度的物体都会向低于其温度的外部介质进行红外热辐射。3.5.3技术指标HTK-499型热敏探头是一种直流探头,具有统一的背景,可以实现定量测温。主要技术指标是:1.静态灵敏度50mV/℃(室温下,温升30度时)2.系统静噪声≤30mV3.信噪比15db4.漂移≤150Mv/5min5.适应车速5~160km/h6.适应工作温度-45℃~+80℃4探测站系统软件功能4.1主处理机编程与环境探测站软件采用C++语言编写,利用VC.NET2005平台进行编辑开发。结合紧凑大模式BC编译系统,生成稳定可靠的运行程序。在程序的运行开始进行一次性的内存分配。运行期间不进行内存分配与释放操作,有效地避免了由于内存动荡所引起的系统不稳定性。软件采用了模块化的编程方法,各项功能采用独立的模块来实现,这样就降低了逻辑的复杂性,有利于系统的稳定和功能的正确实现,也有利于软件的调试与维护,软件的开发采用了成熟的技术模块。这些模块都是在现有的设备上多次完善使用,这样以来对于系统的稳定、功能的实现以及系统的维护等都具有很重要的意义。4.2自适应系统模块自适应系统是光子探头温度校对的重要设备,当没有列车通过时,自适应系统会定时启动,检测环境温度的变化,温度变化到一定值后,自适应系统开始对热靶进行加热,形成光子探头的现实情况下的特征曲线,保存备用。当有列车通过时,光子探头采集到所有轴温AD的值后,利用该AD值在以前所测得的曲线表中按一定条件查询所对应的温度值,从而得到了轴温的绝对温度,也保证测量轴温不受外界环境影响以及光子器件性能差异的影响,确保轴温采集的准确性和可靠性。自适应系统实际上就是对光子探头的输出进行量化的一种映射,因此,在平时对该系统维护时,不必特意来标定该光子探头系统,维护人员要做的工作就是标定自适应系统的工作正常与否,这样不仅可以了解掌握光子探头的工作状况,从中也可以发现探头的早期故障。4.3轴温波形偏移量选取功能模块探头45度仰角的调整是为了正确的提取轴温波形以计算轴箱温度,一般情况下,探头箱的几何尺寸是固定的,无须进行大的调整,由于地域的特殊性需要调整探测角度,而探头箱又无法调整时,需要通过软件进行采集提前和滞后的办法来调整轴温波形,本系统通过硬件开关和软件结合的方式,对轴温波形偏移量进行灵活调整。4.4探测站软件远程下载功能《HTK499型双角度红外轴温探测系统》增加了探测站软件自动下载功能,当探测站软件有更新时,更新后的软件在指定探测站考察运用无误后,可以在中央机对所有管辖的探测站进行下载更新,此过程由中央机自动完成。中央机把要更新的探测站软件进行分包传送,每包传送后进行应答确认,包中记录总包数和包序,全部包发送完成后,中央机再向探测站发送合包命令,探测站收到该命令后,开始把所有收到的数据包进行合成,最后进行总CRC校验,一旦成功,立即启动该新程序。上述过程都是在中心机和探测站的一问一答中完成,在下载过程中,若遇列车通过,则停止下载,完成接车工作,中心机记录断点,等列车传送完成后,在断点处继续下载。该功能可以同时对若干台探测站进行操作,比传统的方法即节省了人力,又节省了大量的才力。5双角度探测系统优势实际运用证明采用既有265角度又有415角度的双角度探测是非常必要的。265角度的轴温预报更加准确可靠,可滤掉某种非轴承故障引起的热轴预报,大幅减少误报对行车运输的影响。而415角度对C61Y、X1K和D型轴车体转向架的探测更理想。同时该角度能准确探测滑动轴承温度,并且能够发现端磨、故障密封圈等高温现象。5.1双角度探测系统轴温输出可靠性265角度是直接扫描两排保持架的中间位置,对于故障轴承的温度反映更早,由于该角度与钢轨平行,扫描轨迹避开了轴箱盖位置,使探测的实际轴温更加真实可靠,避免了由于端磨、故障密封圈等高温而非轴温引起的误报,同时也避开了阳光干扰、排污等非轴承故障造成的影响。从实际的运用中发现,265角度探头距车轮的距离更近,当某辆列车抱闸经过探测站时,擦出的火花及热轮传导到轴承,可能引起个别265角度的热轴预报,但是415角度则不会发生热轴预报,此种情况能够由软件识别出来,可以间接的发现抱闸车,并进行抱闸车辅助预报。由于内外双探头的使用,当某探头出现故障或其它原因影响到该探头的使用可靠性时,系统会自动把该侧的探测工作转向另一个角度的探头,因此轴温预报会正常进行。5.2双角度探测系统的热轴智能化预报内探和外探在探测正常轴温运转热时,内探要比外探高出3~5℃,重载列车还高一些,但正常情况下,内外探所输出的轴温不会有很大差别,若有大温度差存在,可根据轴温波形的正确性来判断轴温的有效性,在热判模型建立时,可结合内外探的轴温波形,轴温温度值进行综合预报。6安装与网络连接本系统可以单独组网使用,也可以连接到现有的红外线网络中,只需修改中心机的配置,设备就能正常运行。根据需要连接到列检所所在地,除对轴承温度探测外,可以辅助对轴承以外的其它热源进行判别,同时对中心热判进行个性话设置。安装简单快捷,部分现有的红外线设施可以利用。7结束语通过对“HTK499双角度轴温探测系统”一年多的运用考察,数据积累符合运用要求,达到了设备稳定可靠,故障率低,预报准确等指标,系统扩展性强,且调整灵活,可以放心使用。谢谢各位
本文标题:htk499双探技术报告
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