阵列式红外探测器在列车轴温监测系统的应用

摘要：在列车红外轴温监测系统中，前端的红外探测器是轴温信息直接来源，其探测模式、信号放大方式及信号的智能补偿处理直接影响了轴温数据准确性。本文简要探究了红外探测器的类型及发展，提出了一种多点阵列式红外轴温信息采集探头的设计方法，重点分析了其中红外小信号放大电路的实现及阵列信号在列车轴温探测中需要处理的关键技术。

引言

近年来，伴随着列车的大幅提速，在列车轴温探测技术的发展中，原有的热敏电阻型传感器已经满足不了需要，逐步采用红外光敏探头。它是利用一切温度高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线的原理，通过对热辐射的探测获知物体温度的一种常用技术，具有更快的响应速度。红外探测器的发展经过了早期中期近期三个阶段，从结构规模上看，由原来的单点探测器发展到了以混成技术和单片技术为基础的焦平面阵列传感器，增加了红外探测面积，更好反应被测对象信息，使其在工业上很多领域得到更多应用。但是多点的高速面阵探测器价格昂贵，一般仅用于军事领域。

本文根据实际工程需求，针对列车红外轴温探测系统，提出了四点象限单元碲镉汞红外探测器的设计思想，系统在增强轴温探测的可视性，提高热轴兑现率方面，比目前的单点单探头和双探头方案有所提高。本文所涉及的高速阵列数字式红外探头，可对每个轴承进行4*32阵列式高速采集，轴温数据采集数量和位置的增多，使热轴判别的依据更为丰富可靠，使热轴报警准确率的提高成为可能，同时也对阵列式轴温探测系统提出了新的要求。

系统总体设计

本文设计的多点红外轴温探测系统为适应提速后列车的运行速度和安全需求，整体系统实施方案为在铁路两旁铺设两组各四点的红外传感器探头，均有独立的探测处理器，用于同一轴承的左右两端轴温判定。当磁钢传感器未检测到过车信号时，探头需要进行状态检测和自我矫正;当列车掠过轴温探测器时，探测器进入数据采集状态，每个车轴信息均包括左右两个探头分别4点32次采集数据，选用485通信方式对数据及时上传，左右探头的系统设计框图如图1所示。　　

 

　　阵列式红外探测

阵列式红外传感器

红外探测是应用于非接触式列车轴温探测最常用的方式，红外传感器的性能好坏由响应率、噪声等效功率、探测率等指标衡量。而材料学的研究表明，碲镉汞材料的电子有效质量小，本征载流子浓度低，由其制成的MCT探测器具有噪声低、探测率高、响应时间短和响应频带宽等优点，现阶段仍是红外探测器的主要研究对象。本设计选用了四点象限单元碲镉汞红外探头。探头带有光侵入式BaF2视窗、三级的TE制冷并采用改进的TO-8封装。该探头的参数特点为：探测波长在2-12μm范围，无须LN(液氮)制冷;快速响应;无闪动噪声;使用方便;动态范围宽;小巧，耐用可靠。其外观如图2所示。