車輛軸溫智能探測系統(tǒng)（THDS）又稱紅外線軸溫探測系統(tǒng)，利用安裝在軌邊的紅外探測系統(tǒng)，采用輻射測溫技術(shù)，實(shí)時檢測列車運(yùn)行下的軸承溫度，發(fā)現(xiàn)車輛軸承故障隱患，保證鐵路運(yùn)輸安全。在列車正常行駛的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時對每列車的軸承溫度進(jìn)行非接觸式采集，利用列車運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律建立數(shù)據(jù)判別模型，并根據(jù)溫度分一級、二級兩個等級對列車進(jìn)行報警預(yù)報。

　　系統(tǒng)組成

　　紅外線軸溫探測站作為THDS系統(tǒng)的最前端設(shè)備，安裝運(yùn)行在鐵路沿線各站點(diǎn)，主要由探測站軌邊設(shè)備和探測站室內(nèi)設(shè)備組成。THDS探測站軌邊設(shè)備包括碲鎘汞紅外光子探頭，探頭箱，卡軌器，車輪傳感器，智能跟蹤裝置微波天線，具體參考圖1-1。軸溫探測系統(tǒng)是無人操作完全由計算機(jī)自動完成的探測設(shè)備，使用非接觸方式探測列車軸承的溫度，利用包括紅外線測溫、自適應(yīng)、軸溫規(guī)律、全程溫度采集、數(shù)據(jù)處理、模式識別等技術(shù)，設(shè)計實(shí)現(xiàn)對通過列車軸承溫度的定量測量和實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)自動探測軸溫，自動進(jìn)行異常溫度判別。

　　技術(shù)特點(diǎn)：THDS系統(tǒng)綜合運(yùn)用紅外線輻射探測技術(shù)，光機(jī)電一體化技術(shù)，檢測與控制技術(shù)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全露運(yùn)行車輛軸溫的"分散探測、數(shù)據(jù)集中、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程控制、信息共享"，確保鐵路車輛運(yùn)行安全。

圖1-1

　　THDS碲鎘汞紅外光子探頭

　　碲鎘汞紅外光子探頭是THDS系統(tǒng)的核心部件，是實(shí)現(xiàn)THDS系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。紅外探頭也稱為紅外線傳感器，一般有光學(xué)系統(tǒng)、碲鎘汞紅外探測器、型號放大及處理電路等部件組成，用于THDS系統(tǒng)的碲鎘汞紅外探頭還包括的制冷裝置。碲鎘汞紅外探測器通過一個光學(xué)-電子系統(tǒng)，將接受到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電壓信號，再通過后續(xù)其他系統(tǒng)對該電信號進(jìn)行采集、處理、計算、從而達(dá)到測溫目的。

　　高速光子探頭軸溫探測器采用碲鎘汞（HgCdTe）晶體材料的低阻光導(dǎo)型器件作為探測器的敏感元件,選用鍺(Ge)材料制作透鏡,并在光學(xué)透鏡表面鍍增透膜,使透過率達(dá)到80%以上;光學(xué)系統(tǒng)焦距為25mm,相對孔徑為F/1.5。為提高探測器的靈敏度和探測率,采用3級熱電致冷,元件冷面溫度為-65℃±0.02℃。為提高放大器的抗干擾性能,放大器電路采用共模抑制能力很強(qiáng)的差模輸入方式。由于探測器箱溫的變化會影響對軸溫的探測精度,所以在探測器中增加了由可控?zé)嵩础嵩礈囟葌鞲衅?鉑電阻)、熱靶、控制模板、加熱電源模板等構(gòu)成的溫控自適應(yīng)系統(tǒng)。

　　深圳市唯銳科技有限公司代理的波蘭VIGO紅外碲鎘汞探測器覆蓋1-16μm的探測范圍，采用多級熱電制冷，探測率高并且響應(yīng)速度快。碲鎘汞探測器作為光子探測器的典型代表，利用入射的紅外線光子流與探測器材料中的電子直接相互作用，產(chǎn)生光電效應(yīng)。由于光電效應(yīng)中沒有熱探測器溫度變化的過程，所以VIGO光子探測器的響應(yīng)速度比熱探測器快很多，響應(yīng)時間常數(shù)為納秒級。

　　VIGO碲鎘汞紅外探測器的響應(yīng)率隨器件溫度變化，實(shí)際應(yīng)用中，既要使器件溫度盡可能低，又要在一段時間內(nèi)使器件溫度保持穩(wěn)定，所以控溫對于探測器的性能來說相當(dāng)關(guān)鍵。維持碲鎘汞探測器在低溫條件下工作，可確保獲得比較高的響應(yīng)率和信噪比。VIGO碲鎘汞紅外探測器采用熱電制冷，包含了2TE、3TE和4TE三個等級，分別制冷到230K、210K和195K，完全可以滿足軸溫紅外探頭的要求。具體可參考圖1-2。

　　圖1-2