关于哈威克THDS-B设备探头静态标定系数补偿的一些研究

(整期优先)网络出版时间:2014-08-18
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关于哈威克THDS-B设备探头静态标定系数补偿的一些研究

郝培峰沈华

大秦铁路股份有限公司侯马北车辆段郝培峰

大秦铁路股份有限公司太原北车辆段沈华

摘要:THDS系统是利用安装在轨边的温度探测装置,采用辐射测温技术,实时检测运行状态下的列车轴承温度,发现车辆轴承故障隐患,保证铁路运输安全的车辆安全防范系统。但是在具体应用中,经常出现探头标定温度误差等问题,难以适应铁路货车高速运行的要求。特别是随着该设备大修期的临近,设备抗干扰能力下降,造成故障概率逐渐增多。本文首先概述了哈威克THDS-B探头对于温度的要求,分析了不同条件下探头测温精度的变化分析,提出了哈威克THDS-B探头标定补偿的措施,最后进行了案例分析。

关键词:THDS-B系统;哈威克探头;标定补偿

车辆轴温智能探测系统(THDS)设备是用来实时监控运行车辆的轴承温度,进行跟踪报警的智能跟踪装置,是及时发现车辆热轴、防止热切轴,确保铁路运输安全的重要设备。因此,THDS设备探测准确度的要求相当高,然而,决定THDS设备探测准确度的关键在于探头的测温精度和探测方位角度。对于探头的探测方位角度调整,我们可以使用激光瞄准器和校准架进行校准,但对于探头测温精度的调整,需要我们对探头进行静态探头标定,精确地对探头的测温系数进行计算和修正,才能达到准确测量运行车辆的轴承温度,实现实时监控运输车辆的安全。本文具体探讨了关于哈威克THDS-B探头标定补偿的一些研究,现报告如下。

1哈威克THDS-B探头对于温度的要求

1.1THDS系统的含义

在铁路机车运行中,肉眼很难判断机车轴箱轴承工作状态是否正常,一旦温度过高,必然引发严重行车事故。而利用轴温智能探测仪,车辆部门红外人员则很容易提供轴箱轴承热轴预报,为车辆轴箱轴承正常运行提供及时可靠的资料。THDS是红外线探测轴温系统的简称,该系统可在铁路货物列车正常运行的状态下,实时在线地对每辆货车的每个轴承温度进行非接触式采集的系统,主要作用是自动实现计轴、计辆、车号确定辆序和热轴预报,有效预防机车切轴事故。

1.2温度要求

在THDS系统中,探头也起到了温度探测的作用,不过在机车运行中,由于环境温度对系统性能的影响,致使整个系统在环境温度变化较大时产生较大的误差,因此在高准确度测量中,寻找好的温度补偿方法就显得十分重要。在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm的红外线,红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。红外辐射的物理本质是热辐射,物体的温度越高,辐射出来的红外线越多,红外辐射的能量就越强。研究发现,太阳光谱的各种单色光的热效应从紫色光到红色光是逐渐增大的,而且最大的热效应出现在红外辐射的频率范围之内。轴承红外热辐射温度的探头具有本身不发任何类型的辐射、隐敲性好、器件功耗很小、价格低廉等优点。

2不同条件下探头测温精度的变化分析

在不同的温度下,哈威克THDS-B探头的探测准确度也会发生变化。在自然界,任何高于绝对温度(-273K)的物体都将产生红外光谱,不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长和温度的高低是相关的,而且辐射能量的大小和物体表面温度有关。人体都有恒定的体温,一般在37℃左右,会发出10nm左右特定波长的红外线,哈威克THDS-B探头就是靠探测轴承发射的红外线而进行工作的。探头由光学系统、传感器、桥电路、桥电源、前置放大器、半导体制冷器的控温电路,电源电路等组成。工作时,经光学系统聚焦,车轴红外辐射能量被聚焦到探头的敏感元件上,从而引起HgCdTe元件的电阻变化,通过桥电路将电阻变化量转化成电压变化量,经放大后,输出一个与红外辐射成比例的线性的电压信号,以达到测温目的。

3哈威克THDS-B探头标定补偿的措施分析

目前,在我单位管内的一条运煤铁路干线上安装了10台由哈尔滨威克公司生产的THDS-B型设备,经过3年以来现场实际试验,总结出了如何更精确地计算和修正探头的系数补偿。

3.1探头扣标补偿结果尽量满足正偏1度以内;

3.2探头补偿分为普通补偿及非线性补偿。(非线性补偿仅供内探光子探头使用);

3.3探头普通补偿系数可等价为1:1温度补偿,即系数的加1或减1可理解为补偿温度的加1或减1。(外探热敏探头补偿值超过3,则建议更换探头);

3.4探头普通补偿的原则是以高温为主,兼顾低温,即温度补偿系数仅有一组,即为低温段补偿,也为高温段补偿,做高温段补偿时,要充分考虑到低温段补偿后的温度改变情况,尽量做到扣标温度值在黑体温度值±1度以内。

3.5探头非线性补偿仅适用于内探光子探头,在普通补偿无法做到高低温兼顾的情况下使用,即低温偏低和高温偏高或低温偏高和高温偏低的情况。

3.6内探光子探头非线性补偿实际为电压补偿,高温段比低温段补偿效果明显,系数的加1或减1在70度及40度的补偿可理解为0.7度及0.4度在总温度上的增加或减少。比如:非线性系数加1,70度的温度补偿最终结果应该为70+0.7=70.7度,40度的温度补偿最终结果应该为40+0.4=40.4度。

4哈威克THDS-B探头标定补偿的应用案例分析

例:2014年9月3日,翼城下行标定情况分析

现场46度补偿情况:

单看最后一次76度的补偿结果,偏移在可接受范围内,可是均未考虑到46度时的温度补偿结果。参考46度时的补偿结果重新补偿:

内左:46度正偏0.2度,76度正偏1.6度,应调整非线性补偿-1,则低温段:46.2-0.46=45.7度;高温段:77.6-0.77=76.8度。

内右:46度正偏0.5度,76度正偏1.4度,应调整普通补偿-1.5,非线性补偿-1,则低温段:46.5+0.1-0.46=46.1度;高温段:77.4+0.1-0.77=76.7度。

外左:76度负偏0.8,应调整普通补偿2.5,则低温段:46.0+0.8=46.8度,高温段:75.2+0.8=76.0度。外右:46度负偏0.3度,76度负偏0.4度,应调整普通补偿2.4,

则低温段:45.7+0.8=46.5度,高温段:75.6+0.8=76.4度。最终补偿估算结果:

以此调整温度补偿措施,对侯月线9台设备进行了精确调整,大大提高了车辆轴承温度的探测精度,在路局红外线设备动态联检中取得了100%的优秀率。此外我们还需要加大对轴承检修范围的检查力度,检测是否有过热变色、油脂稀释外溢现象。必要时开盖检查轴承保持架、油润状态、轴承间隙等,确保车辆具有良好的走行状态。

参考文献:

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[2]俞成成;;红外线探测弯道轴温不准的原因分析及解决方案[J];上海铁道科技;2010年02期.

[3]郭帮辉;黄剑波;王志;吴宏圣;;目标距离和视场角变化对红外热像仪测温精度影响的理论分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年01期.

[4]施德恒;刘玉芳;余本海;;测温仪低温段的温度分辨力和测温灵敏度及对测温精度的影响[J];激光杂志;2009年03期.

[5]张红;;热电偶测温系统误差剖析及处理对策[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年02期.

作者简介:

郝培峰(1976.11-),男,汉,山西忻州人,职称:助理工程师,学位:学士,研究方向:计算机技术与应用。