第七章-红外线轴温探测系统讲解ppt课件.ppt
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1、病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程第七章第七章 红外线轴温探测系红外线轴温探测系统统红外技术概述红外技术概述 红外辐射基本知识红外辐射基本知识 红外测温基本原理红外测温基本原理红外线轴温探测系统红外线轴温探测系统病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程7.1 7.1 红外技术概述红外技术概述红外技术是在最近几十年发展起来的一门新兴技术。它红外技术是在最近几十年发展起来的一门新兴技术。它已在科技、国防和工农业生产等领域获得了广泛的应用。红已在科技、国防
2、和工农业生产等领域获得了广泛的应用。红外技术应用可分为以下几方面:外技术应用可分为以下几方面:红外辐射计,用于辐射和光谱辐射测量;红外辐射计,用于辐射和光谱辐射测量;搜搜索索和和跟跟踪踪系系统统,用用于于搜搜索索和和跟跟踪踪红红外外目目标标,确确定定其其空间位置并对它的运动进行跟踪;空间位置并对它的运动进行跟踪;热热成成像像系系统统,可可产产生生整整个个目目标标红红外外辐辐射射的的分分布布图图像像,如红外图像仪、如红外图像仪、多光谱扫描仪等;多光谱扫描仪等;红外测距和通信系统;红外测距和通信系统;混合系统,是指以上各类系统中的两个或多个的组合。混合系统,是指以上各类系统中的两个或多个的组合。病
3、原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程7.1.17.1.1 红外辐射的基本知识红外辐射的基本知识 红红外外辐辐射射俗俗称称红红外外线线,它它是是一一种种不不可可见见光光,由由于于是是位位于于可可见见光光中红色光以外的光线,故称红外线。中红色光以外的光线,故称红外线。它它的的波波长长范范围围大大致致在在0.761000m mm,红红外外线线在在电电磁磁波波谱谱中中的位置的位置如图所示如图所示。工工程程上上又又把把红红外外线线所所占占据据的的波波段段分分为为四四部部分分,即即近近红红外外、中中红红外、远红外和极远红外。外、远红外
4、和极远红外。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程 红红外外辐辐射射的的物物理理本本质质是是热热辐辐射射,一一个个炽炽热热物物体体向向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。物物体体的的温温度度越越高高,辐辐射射出出来来的的红红外外线线越越多多,辐辐射射的能量就越强。的能量就越强。红红外外线线的的本本质质与与可可见见光光或或电电磁磁波波一一样样,具具有有反反射射、折折射射、散散射射、干干涉涉、吸吸收收等等特特性性,它它在在真真空空中中也也以以光光速速传传播播,并并具具有有明明显显
5、的的波波粒粒二二象象性性。红红外外辐辐射射和和所所有有电电磁磁波波一一样样,是是以以波波的的形形式式在在空空间间直直线线传传播播的的。它它在在大大气气中中传传播播时时,大大气气层层对对不不同同波波长长的的红红外外线线存存在在不不同同的的吸吸收收带带,红红外外线线气气体体分分析析器器就就是是利利用用该该特特性性工工作作的的,空空气气中中对对称称的的双双原原子子气气体体,如如N2、O2、H2等等不不吸吸收收红外线。红外线。7.1.17.1.1 红外辐射的基本知识红外辐射的基本知识病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程 红红外外
6、线线在在通通过过大大气气层层时时,有有三三个个波波段段透透过过率率高高,它它们们是是0.32.6m mm、35m mm和和814m mm,统统称称为为“大大气气窗窗口口”。如如图图所所示示,为为通通过过一一海海里里长长度度的的大大气气透透过过率率曲曲线。线。7.1.17.1.1 红外辐射的基本知识红外辐射的基本知识病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程 这这三三个个波波段段对对红红外外探探测测技技术术特特别别重重要要,因因此此红红外外探探测器一般都工作在这三个波段(大气窗口)之内。测器一般都工作在这三个波段(大气窗口)之内
7、。能能全全部部吸吸收收投投射射到到它它表表面面的的红红外外辐辐射射物物体体称称为为黑黑体体;能能全全部部反反射射的的物物体体称称为为镜镜体体;能能全全部部透透过过的的物物体体称称为为透透明体明体;能部分反射、部分吸收的物体称为;能部分反射、部分吸收的物体称为灰体灰体。严严格格地地讲讲,在在自自然然界界中中,不不存存在在黑黑体体、镜镜体体与与透透明明体。体。7.1.17.1.1 红外辐射的基本知识红外辐射的基本知识病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.1.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基基尔尔霍霍夫夫定定律律指指出出,一一个
8、个物物体体向向周周围围辐辐射射热热能能的的同同时时也也吸吸收收周周围围物物体体的的辐辐射射能能。如如果果几几个个物物体体处处于于同同一一温温度度场场中中,各各物物体体的的热热发发射射本本领领正正比比于于它它的的吸吸收收本本领领,这这就是基尔霍夫定律,可由下式表示就是基尔霍夫定律,可由下式表示 式中,Er为物体在单位面积和单位时间内发射出的辐射能;a为物体的吸收系数;E0为常数,其值等于黑体在相同条件下发射出的辐射能,它是常数。4.2 4.2 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程2.2.
9、斯忒藩斯忒藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 物物体体温温度度越越高高,发发射射的的红红外外辐辐射射能能越越多多,在单位时间内其单位面积辐射的总能量在单位时间内其单位面积辐射的总能量E为为 式中,T为物体的绝对温度,单位为K;s=5.6710-8W/(m2K4)为斯忒藩-玻尔兹曼常数;e为比辐射率,即物体表面辐射本领与黑体辐射本领的比值,黑体的e=1。4.2 4.2 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程 3.3.维恩位移定律维恩位移定律 热辐射发射的电磁波中包含各种波长。热辐射发射的电磁波中
10、包含各种波长。实验证明物体实验证明物体峰值辐射波长峰值辐射波长l lm与物体自身的绝与物体自身的绝对温度对温度T成反比。即成反比。即l lm=2897/T (m mm)4.2 4.2 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程 如如图图所所示示给给出出了了不不同同温温度度的的光光谱谱辐辐射射分分布布曲曲线线,图图中中虚虚线线表表示了由上式描述的峰值波长与温度的关系曲线。示了由上式描述的峰值波长与温度的关系曲线。由由图图可可知知,峰峰值值辐辐射射波波长长随随温温度度升升高高向向短短波波方方向向
11、偏偏移移。当当温温度度不不很很高高时时,峰峰值值辐辐射射波波长长在在红红外外区区域域。如如人人体体温温度度为为3637,所辐射的红外线波长为,所辐射的红外线波长为910m mm。4.2 4.2 红外辐射的基本定律红外辐射的基本定律病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程7.1 7.1 红外技术概述红外技术概述我们都知道,车辆在运行时,承重轴承都会由于摩擦而产生热量,轴承正常运转时,它所产生的热量会使其表面的温度趋于稳定值。当轴承内部出现故障时,便会使它的摩擦加剧,温度突升,达到一定程度时,便形成热轴,严重者导致切轴,使运行中
12、的车辆颠覆,给行车带来了重大财产损失。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程红外轴温探测系统的诞生热轴现象的产生,无疑给铁路行车安全带来很大安全隐患。为了积极避免这一现象给行车安全带来的隐患,多年来,人们一直致力于轴温探测系统的研究中。红外轴温探测系统就是人们研究出来的一种利用红外线进行非接触式的轴温探测方式之一。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程什么是红外线?红外线:就是在可见光的红色光谱外端还有一种看不见的辐射线存在,而且具有热效应,人们习惯称
13、之为红外线。它不象紫外线,X射线那样,它是一种很常见辐射线,在自然界当中,只要不是低于绝对零点温度(-273)以下的物体,就具有红外线。在日常生活中,人们利用红外线的特性,研制了好多有利于人们生活的产品,比如:红外防盗报警器、红外测温仪等等。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程红外轴温探测系统的发展红外轴温探测系统的发展大致经历了两个阶段,一代机阶段,限于当时国内红外元件质量和其它电子技术条件,当时红外探头采用热敏电阻和交流放大器,显示部分采用描笔直接记录每个轴温信息,最后由人工判别轴温波形并进行热轴预报。二代机阶段,是
14、在一代机的基础上,融入单板计算机技术为主要特点。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程二代机的发展目前,随着计算机技术的飞越发展,二代机红外轴温探测系统也经历了多次更型,功能和探测数据上也逐渐趋于准确完善。我们哈科所研制的二代机经历了以下几个产品阶段:一型机HTK187(87年产品定型)二型机HTK289(89年产品定型)三型机HTK391(91年产品定型)四型机HTK499(99年产品定型)目前我们全面推广的是HTK499型红外轴温探测系统。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁
15、殖,引起不同程度的病理生理过程第一节:红外轴温度简介第一节:红外轴温度简介1.1红外线红外线 n就是在可见光的红色光谱外端还有一种看不见的辐射线存在,而且具有热效应。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.2红外轴温系统的诞生1.21车辆轴温现象车辆在运行时,承重轴承都会由于摩擦而产生热量,轴承正常运转时,它所产生的热量会使其表面的温度趋于稳定值。当轴承内部出现故障时,便会使它的摩擦加剧,温度突升,达到一定程度时,便形成热轴,严重者导致切轴,使运行中的车辆颠覆,给行车带来了重大财产损失。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,
16、破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.22红外轴温度的产生为了积极避免车辆轴温现象给行车安全带来的隐患,多年来,人们一直致力于轴温探测系统的研究中。红外轴温探测系统就是人们研究出来的一种利用红外线进行非接触方式的轴温探测方式之一。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.3红外轴温度发展n红外轴温探测系统的发展大致经历了两个阶段,一代机阶段,限于当时国内红外元件质量和其它电子技术条件,当时红外探头采用热敏电阻和交流放大器,显示部分采用描笔直接记录每个轴温信息,最后由人工判别轴温波形
17、并进行热轴预报。二代机阶段,是在一代机的基础上,融入单板计算机技术为主要特点。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程1.31二代机的发展n目前,随着计算机技术的飞越发展,二代机红外轴温探测系统也经历了多次更型,功能和探测数据上也逐渐趋于准确完善。n我们哈科所研制的二代机经历了以下几个产品阶段:一型机HTK187(87年产品定型)二型机HTK289(89年产品定型)三型机HTK391(91年产品定型)四型机HTK499(99年产品定型)目前我们全面推广的是HTK499型红外轴温探测系统。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏
18、机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程系统概述HTK-499型红外热轴探测系统是为适应我国铁路提速需求而研制的新一代探测设备。HTK-499红外热轴探测系统可完成对高速通过列车轴温数据的动态采集及定量测量,实现热轴智能判别。第二节第二节 HTK-499HTK-499型红外轴温探测系型红外轴温探测系统统病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程主要技术指标 系统是完全自动的无人操作 自动定量测量轴箱的温度自动判别列车(上、下行)运行方向 自动识别和排除机车 自动测速 自动识别客、货车辆自动计轴、
19、计辆 系统内置故障自检系统,监测提示系统故障 系统不受通过列车或机车的电磁干扰(EMI)的影响 自动识别滚动轴承和滑动轴承病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程主要技术指标自动探测蒸汽、内燃和电力机车牵引区段内运行的各种(含客、货)车辆的热轴故障,并按微热、强热、激热分级预报。适应列车运行速度5360KM/H。存储120列车的探测数据。利用传输线与上位机直接通话。系统提供与其它检测设备的接口,如垂下品、热轮等 可扩展车号识别进行热轴准确跟踪可配套光子探头,适应高速探测列车区段 病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环
20、境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程主要技术指标具有防震,防潮,防腐蚀措施 适应温湿度条件 室外设备 室内设备 环境温度 -40-70度 0-60度 相对湿度 0-100%0-85%防振性能,当有振动或冲击时,系统应能正常工作并不受损坏 振动 5-10HZ 2mm p-p 10-50Hz 2mm p-p 50-100Hz 2.8 gp 100-200Hz 2.8 gp 冲击 移动的 10 gp 固定的 10 gp 11ms病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程基本原理图探测站主机轴温传感器(探头
21、)(接收轴承温度信号)车轮传感器(磁钢)(接收车轮信号)车轮信号接口处理模块轴温信号接口处理模块通讯接口模块上位机主机控制模块病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程系统构成硬件构成图示病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程室外设备位置 HTK-499型红外轴温探测系统,1号磁钢距2号磁钢距离大于50m,2号、3号磁钢间距为270mm2mm。探头位于探头箱内,探头元件中心低于轨面160180mm,距钢轨内侧面4155mm,与钢轨内侧夹角为68,探头仰角为
22、45。两探头元件中心连线与钢轨垂直,对应每个轴头在钢轨上的采集距离为450mm。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程室外设备位置病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程室外设备图病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程扫描位置示意滑动轴箱滑动轴箱滚动轴承滚动轴承415位位 置置扫扫描描后后的的轨迹轨迹客车轴承客车轴承260位位 置置扫扫描描后后的的轨迹轨迹滚动轴承端盖病原体侵入机体,
23、消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程新型定标器使用方法温度控制误差 0.5%温度控制范围 0100工作电源:交流22010%50Hz工作环境:050 相对温度85%的无腐蚀及无强电磁场辐射的环境输出功率600W病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程新型定标架角度校正方法若是新卡具,置标准架于离3#磁钢中心470mm处。(此为60公斤轨如果为75公斤轨则放至490mm处;50公斤轨则放至450mm处),打开校正器开关,激光打在标准架前标靶圆里中心位置(320、378)
24、半径8mm,后靶圆心(420,368),半径10mm为扫描点,若不在靶范围,则调整探头位置。老卡具,2#磁钢中心对准卡具后螺栓中心病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程此外,如果是老夹具(2#磁钢中心对准探头箱夹具后螺栓中心的安装方式),则标准架的位置应相对于新卡具尺寸提前45mm。即60公斤轨应放至于425mm处。50轨则应放至于距3#磁钢中心405mm处。新型定标架角度校正方法病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程实验车Z字板Z字板原理是透过隔热板
25、的缝隙采集黑体,从而形成尖峰波形,并通过尖峰的相对位置来评测探头角度。Z字板415 260 隔热板黑体病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程实验车Z字板波形一般的说,一峰可以通过调整探头45度仰角及延时点来控制其位置,峰峰则可以通过调整415尺寸及6度夹角来控制。只要按照新型定标架认真调整探头角度,基本上都可以使角度满足优秀。Z字板波形优秀的条件是:一峰距起点位置610点,峰峰间隔为1216点。病原体侵入机体,消弱机体防御机能,破坏机体内环境的相对稳定性,且在一定部位生长繁殖,引起不同程度的病理生理过程Z字板注意事项1.建
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