轴温传感器 红外轴温在线检测应用「进口红外测温仪」
红外轴温在线检测应用「进口红外测温仪」
机车在行驶过程中，机车轴承会因为机械摩擦而发热，当轴承运行状态良好时，有一定的温度升高是正常的。当温度出现异常升高时，则说明轴承运动状态恶化，摩擦磨损严重，润滑质量降低，造成轴承断裂变形，更为严重时会造成列车热切轴、燃轴事故。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。
轴温在线检测系统
物体在绝对零度以上，都有相应于温度的能量辐射，其辐射强度随温度升高而加大，辐射峰波长向短波方向偏移。从绝对黑体表面辐射的全部能量与其表面温度Ｔ的四次方成正比，检测出辐射能量即可求出温度。当温度在几百至几千度时，辐射光谱主要在红外波段。因此，检测特定红外波段的辐射能量，可得到物体的温度。利用这一原理制成的设备即是辐射红外测温设备。
在轴温探测（主要测量车轴和轴承温度）的功能基础上，还可以通过调整传感器的安装角度，同时实现车轮表面温度的探测，在车辆通过时，扫描从车轮踏面到轮辋的温度，防止由于闸瓦抱死或其它原因导致的热轮。
轴温按微热、强热和激热三级告警温度定量预报，信息告警。
本方案中的红外测温仪（轴温传感器）采用上海明策所代理的德国IMPAC进口红外测温仪。特殊的中波（3-5um）型号，专用于低温金属测量，温度范围：5-500℃，精度：±1℃（＜100℃），超快的响应速度：1.5ms，满足高动态过程温度捕捉。更多关于产品的相关信息请继续关注上海明策电子科技有限公司吧！
红外线测量技术，在列车轴温系统中，如何准确获取轴温信息？
文|万象灵
编辑|万象灵
«——【·前言·】——»
列车轴温，是影响列车运行安全性和轴温管理的重要参数之一，由于轴温异常可能导致轴承损坏和列车脱轨等严重后果，准确获取轴温信息对于保障列车安全和设施管理至关重要，传统的轴温测量方法受限于测量点的数量和位置，难以实现对整车轴温的实时监测，红外线测量技术因其非接触性和高精度的特点，在列车轴温监测中具有广阔的应用前景。
本文探讨了红外线测量技术，在列车轴温监测系统中的应用，在实现对列车轴温信息的准确获取，通过分析红外线测量原理、仪器设备和数据处理方法，结合列车运行环境的特点，基于红外线辐射与物体温度之间的关系，通过对轴温的无损测量，实现了对列车运行中的轴温进行实时监测，强调了该技术在提高列车运行安全性和轴温管理方面的潜在作用。
«——【·红外线测量原理·】——»
1.热辐射与温度关系
根据普朗克辐射定律，物体在一定温度下会释放出与其温度相关的热辐射，这种热辐射的强度与物体的温度呈四次方关系，即斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的热辐射谱分布范围包括可见光波段和红外波段，在高温情况下，物体主要以红外辐射的形式向周围环境发射能量，这使得红外线成为测量物体温度的理想选择。
2.红外线测量仪器
红外线测量仪器由红外传感器、光学系统和数据处理单元构成，红外传感器是关键组件，它可以感知环境中的红外辐射，光学系统则负责将红外辐射聚焦到传感器上，确保捕捉到的辐射能量准确，数据处理单元将传感器捕捉到的辐射信号转化为温度数据。
3.红外辐射的探测
红外线测量仪器中的传感器通常采用热电偶、热敏电阻或半导体材料，这些传感器能够感知不同波长范围内的红外辐射，从短波红外到中波红外和长波红外，不同类型的红外辐射对应不同的应用场景，例如，长波红外适用于低温物体测量，而中波红外则适用于高温物体测量。
4.红外辐射的测量
红外线测量原理，基于红外辐射与物体温度之间的关系，通过测量物体发出的红外辐射强度，可以推断出物体的表面温度，这种关系通常用斯特温-玻尔兹曼定律来描述，该定律表明，物体表面的辐射功率与其温度的四次方成正比。
5.环境因素的影响
红外辐射测温也受到环境因素的影响，如空气温度、湿度和大气吸收等，这些因素可能干扰传感器对物体辐射的准确感知，在实际应用中，需要进行校正和补偿，以确保测量结果的精确性和可靠性。
6.应用于列车轴温监测
将红外线测量技术应用于列车轴温监测中，需要根据轴承材料的特性和列车运行环境的需求，选择适当的红外传感器和光学系统，通过测量轴承表面的红外辐射，可以实现对轴温的无损测量，进而提供关键的安全性和运行管理信息。
«——【·红外线测温设备·】——»
1.红外传感器的选择与特性
红外传感器是红外线测温设备的核心元件，直接影响测量的精确性和适用范围。传感器的选择需要考虑列车运行环境的特点，如环境温度范围、轴承材料的发射率等，不同传感器的工作波段会影响其在不同温度范围下的性能，例如，长波红外传感器适用于低温物体测量，而中波红外传感器则适用于高温环境。
2.光学系统的优化与校准
光学系统在红外线测温设备中扮演着关键角色，它负责将物体发出的红外辐射聚焦到传感器上，为了确保准确的测量，光学系统的设计需要考虑透镜的选择、焦距和视场角等参数，合适的光学系统可以提高设备的测量精度和稳定性，光学系统还需要经过校准，以消除任何可能的光学畸变或误差。
3.数据处理单元的功能和性能
数据处理单元是红外线测温设备中的核心部分，负责将传感器捕捉到的红外信号转化为温度数据，为了实现实时监测，数据处理单元的处理速度和准确性至关重要，它需要考虑背景辐射的影响，实施噪声滤除和背景补偿，以提供可靠的温度数据，数据处理单元还应具备灵活性，允许根据需要进行不同的校准和调整。
4.环境适应性和耐用性
红外线测温设备在列车运行环境中会受到挑战，如震动、振动、湿度变化等，设备的环境适应性和耐用性也是考虑因素之一，设备的外壳和密封设计需要保护其免受恶劣气候和尘埃的影响，设备的结构应具备抗震能力，以确保在列车高速运行和道路不平坦情况下的正常工作。
5.多点测温系统的优势
在列车轴温监测系统中，多点测温系统具有更大的优势，通过在不同位置安装多个红外线测温设备，可以实现对多个轴承的同时监测，这种多点测温系统可以提供更全面的轴温分布信息，从而更好地了解轴温的变化趋势和异常情况，通过将多个测量数据综合分析，系统可以更准确地识别潜在的问题和风险，实现对轴温状态的全面掌握。
6.数据通信与集成
红外线测温设备获取的温度数据，需要传输到监控中心或管理系统，进行分析和处理，数据通信和集成也是设备设计的重要考虑因素，设备应支持多种通信协议，以适应不同的数据传输方式，如有线或无线，设备的数据格式和接口需要与现有的列车运行管理系统兼容，以实现对轴温信息的有效整合和利用。
«——【·数据处理与分析·】——»
1.温度数据的获取与预处理
红外线测温设备获取的原始红外辐射信号，需要转化为物体表面的温度数据，在这个过程中，需要考虑到红外传感器的响应特性和环境因素的影响，通常会进行背景辐射的补偿，以消除来自周围环境的影响，还需要对原始信号进行滤波和去噪处理，以提高测量的信号质量。
2.温度数据的校准和校正
由于红外线测温设备受到环境因素的影响，因此需要进行温度数据的校准和校正，以准确地反映物体表面的温度，校准通常涉及到与标准温度源的比对，从而调整设备的测量结果，校正则包括对不同材料的辐射特性进行修正，确保获得准确的轴心温度。
3.温度数据的空间和时间分析
红外线测温设备通常在不同位置安装，以获取多个测量点的数据。这些数据可以进行空间分析，揭示列车不同部位的轴温分布情况，通过比较不同测点的温度数据，可以及时发现轴温的不均匀变化，时间分析可以追踪轴温随时间的变化趋势，帮助预测轴温异常的可能性。
4.轴温异常的检测与预警
数据处理和分析的关键目标之一，也是检测轴温的异常情况并进行预警，通过设定轴温的上下限阈值，系统可以自动检测到超出正常范围的轴温情况，一旦异常被检测到，系统可以发出警报，以便采取及时的措施，如减速或停车，以避免可能的安全风险。
5.数据可视化与报告生成
将处理和分析后的温度数据，以可视化的形式呈现给操作员和管理人员具有重要意义，数据可视化可以通过图表、热力图等方式展示不同测点的温度变化情况，使操作员能够迅速了解列车轴温的状态，报告生成功能可以提供定期的轴温分析报告，帮助运营团队做出更明智的决策。
6.数据的存储与管理
由于轴温数据的量较大，需要建立健全的数据存储和管理系统，这包括数据的长期存储，以便进行历史数据分析和趋势预测，数据安全和隐私也是需要考虑的问题，确保数据不会被未经授权的人员访问或篡改。
«——【·应用前景与挑战·】——»
1.提高列车运行安全性
应用红外线测量技术，可以实现对列车轴温的实时监测，及时检测轴温异常情况，通过设定轴温的阈值，系统可以自动发出警报，促使操作员采取适当的措施，这有助于减少轴承损坏和轴温异常，可能导致的事故风险，从而提高列车运行的安全性和稳定性。
2.轴温管理与维护优化
红外线测量技术不仅可以及时监测轴温异常，还可以为轴温管理和维护提供有价值的信息，通过分析多个测点的温度数据，运营团队可以更好地了解列车各个部位的轴温分布情况，从而优化轴温管理策略，合理的轴温管理可以延长轴承的使用寿命，降低维护成本。
3.环境适应性和复杂条件挑战
红外线测温技术，在复杂的列车运行环境中也面临一些挑战，震动、振动、尘埃和湿度等因素可能影响测量的准确性，设备的环境适应性和抗干扰能力需要不断优化，以确保在各种条件下都能稳定运行。
4.数据的精确性与校准需求
红外线测温技术在测量过程中可能受到环境温度、反射率、发射率等因素的影响，为了获得准确的温度数据，需要进行仔细的校准和校正工作，不同材料的辐射特性差异也需要考虑，以确保温度数据的精确性。
5.数据处理和管理的挑战
大量的轴温数据需要进行有效的处理、分析和存储，这需要建立高效的数据处理和管理系统，以确保数据的可靠性和可用性，数据隐私和安全也是需要重视的问题，防止未经授权的访问和数据泄露。
6.技术的不断创新与发展
红外线测量技术作为一项不断创新和发展的技术，仍有进一步的研究空间，新的传感器材料、光学技术和数据处理算法不断涌现，可以进一步提升测量的精确度和性能，随着技术的不断成熟，红外线测量技术在列车轴温监测领域的应用前景将会更加广阔。
«——【·笔者观点·】——»
红外线测量技术使列车轴温的实时监测成为可能，有助于及早发现轴温异常并采取相应措施，从而提高列车运行的安全性和管理水平，准确的轴温数据有助于预防轴承损坏和减少事故风险，为运营团队提供更多的安全保障。
通过红外线测量技术，可以获取多个测点的温度数据，从而深入了解列车不同部位的轴温分布情况，这为轴温管理和维护策略的优化提供了重要依据，延长轴承的寿命，降低维护成本。
红外线测量技术作为一项不断创新和发展的技术，仍在不断进步，随着传感器、光学系统和数据处理算法的不断改进，红外线测量技术在列车轴温监测领域的应用前景将变得更加广阔。
进一步推动红外线测量技术在列车轴温监测中的应用，后续的研究可以集中在以下几个方向：优化传感器和光学系统，提高测量精确性；开发高效的数据处理算法，实现更快速的温度数据分析；探索多传感器融合技术，提高测量的稳定性和可靠性。通过不断的研究和创新，红外线测量技术在列车轴温监测中的应用将取得更大的成功。
«——【·参考文献·】——»
[1] 碲镉汞红外探测器量子效率计算研究. 王亮;杨微.激光与红外,2019
[2] HgCdTe柔性中波红外探测器放大电路设计及噪声分析. 陈鸣;余晨辉;许金通;李向阳.红外技术,2019
[3] 多元线阵高速光子探头及探测技术. 周振林.哈尔滨铁道科技,2015
[4] 红外线轴温探测系统的探测温度计算算法. 王琳琳.哈尔滨铁道科技,2015
[5] 多探测器的铁路轴温探测技术研究. 冯飞雪;王者思;王瑛.测控技术,2015
[6] HgCdTe红外探测器信号抑漂与一致性研究. 周振林.激光与红外,2014
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