身边的红外MCT探测器——铁路轴温监测
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      新冠疫情以来,采用热成像技术的红外人体测温仪器逐渐在人流密集的场所普及,成为一道道保护大众的防疫关卡。然而鲜为人知的是,红外测温应用于铁路安全系统已行之有年,利用MCT探测器进行准确、高效的铁路轴温监测,也已是国际公认的推荐方案。

常见的红外热成像相机

常见的红外热成像相机(图片来源:withplex from Pixabay

 

      安全是铁路运输最重要的指标如今地球上布满了铁轨,人们享受着各类轨道交通带来的便利生活。然而,每年仍然有少数铁路交通事故发生,其中有一些便是由于不良的车轮轴承引起。列车运行当中,车轴与轴承相互摩擦产生热能,当车轮轴承出现故障时,增大的摩擦力产生更大的热能、更高的轴箱温度。对于列车轮轴的自动化热监控可以确定轴箱的工作状态是否正常,最大限度地减少所有计划外故障、并防止代价高昂的故障和停机时间。

便捷的高铁系统需要实时的热监测保证运输安全

便捷的中国高铁(图片来源: 终有 那天 on Unsplash

 

      最早的轴温监测依赖人手触摸,费时又危险。上世纪50年代以来则逐渐出现了自动化的铁路热监测系统。如同红外人体测温,列车轴箱温度的变化可以通过期红外辐射能量的变化来测定。每个温度高于绝对零度(0K = -273.15°C)的物体都会从其表面发射电磁辐射,其强度与其温度成正比。这种辐射的一部分是红外辐射,辐射的强度和该辐射强度具有最大值的波长取决于主要是物体的温度(普朗克定律,Wien位移定律),因此可以用来测量物体的温度。

      铁路热监测系统依照系统安装位置大致可以分为两种:(1)安装于列车(2)安装于铁轨。

(1)安装于列车:主要使用热敏电阻作为传感器,探头直接逐一安装在轮轴上,与分布于各个车厢的报警器通过光纤通信连接成一个总线式的网络,当某一个探头监测到异常时便报警。其优势是可以通过低单价的大量探头,实现在线地毯式的所有轮轴监控;劣势则是大量人力的耗费,无论常规的汰换,或是日常发生的零星监测异常处理和故障排查,都需要人力去逐个维护数量庞大的探头。

安装于火车轮轴上的热监测探头

安装于轮轴上的热监测探头(图片来源: Foundry Co from Pixabay

 

(2)安装于铁轨:欧美等国由于人力成本高,大多采取安装于铁轨侧/下的形式,对经过的列车轮轴进行监测。常用的探测技术为热成像分析及MCT探测器

安装于铁轨的热监测系统

安装于铁轨的热监测系统(图片来源:www.railway-technology.com


热成像:用于铁路系统的热成像技术大多基于热敏电阻,并需要额外的图像处理与分析。由于反应时间较慢、采样率限制在50Hz左右,只能用于车速较低(<120km/h)的轨道系统。

MCT(碲镉汞)探测器:铁路系统的最佳光谱范围在3.0~5.5µm之间,是MCT探测器的理想测量区间。相较于热敏电阻,MCT探测器的准确度和精度较高(可达1mK),能够适应不同的环境部署。反应速度快、采样频率最高能达到100 MHz,足以适用于当今的高铁系统,是目前的国际推荐方案。 

      海尔欣HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞红外探测器集成了高端探测器、前置放大电路和半导体热电冷却器(TEC),通过反馈电路将探测器元件的温度控制在负四十摄氏度,从而将热噪声对输出信号的影响最小化。其全铝合金材料的外壳可屏蔽环境电磁干扰,也具备良好的散热性能。

海尔欣HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞红外探测器非常适合用于铁路轴温监测

海尔欣HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞红外探测器

 

      安装在轨道上的探测器可以监测车辆单元的外部和内部轴承、制动器和车轮过热的情况,在各种环境条件下进行快速和准确的测量,实时提供绝对、相对和差异温度。固态红外探测技术可以在各种环境条件下进行快速和准确的测量,满足铁路轴温监测的需求。

海尔欣HPPD-M-B 探测器用于列车轴温热扫描系统示意图

海尔欣HPPD-M-B 探测器用于列车轴温热扫描系统示意图



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