第七章红外线轴温探测系统详解.ppt

7.1.1 红外辐射的基本知识 红外辐射俗称红外线，它是一种不可见光，由于是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。 它的波长范围大致在0.76~1000mm，红外线在电磁波谱中的位置如图所示。 工程上又把红外线所占据的波段分为四部分，即近红外、中红外、远红外和极远红外。 红外辐射的物理本质是热辐射，一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。 物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。 红外线的本质与可见光或电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性，它在真空中也以光速传播，并具有明显的波粒二象性。红外辐射和所有电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时，大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。 红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是0.3~2.6mm、3~5mm和8~14mm，统称为“大气窗口”。如图所示，为通过一海里长度的大气透过率曲线。 这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。 能全部吸收投射到它表面的红外辐射物体称为黑体；能全部反射的物体称为镜体；能全部透过的物体称为透明体；能部分反射、部分吸收的物体称为灰体。 严格地讲，在自然界中，不存在黑体、镜体与透明体。 1.基尔霍夫定律 基尔霍夫定律指出，一个物体向周围辐射热能的同时也吸收周围物体的辐射能。如果几个物体处于同一温度场中，各物体的热发射本领正比于它的吸收本领，这就是基尔霍夫定律，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。 2.斯忒藩-玻尔兹曼定律 物体温度越高，发射的红外辐射能越多，在单位时间内其单位面积辐射的总能量E为 3.维恩位移定律 热辐射发射的电磁波中包含各种波长。 实验证明物体峰值辐射波长lm与物体自身的绝 对温度T成反比。即 lm=2897/T (mm) 如图所示给出了不同温度的光谱辐射分布曲线，图中虚线表示了由上式描述的峰值波长与温度的关系曲线。 由图可知，峰值辐射波长随温度升高向短波方向偏移。当温度不很高时，峰值辐射波长在红外区域。如人体温度为36~37℃，所辐射的红外线波长为9~10mm。 第一节：红外轴温度简介1.1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。 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。 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。 1.3红外轴温度发展 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，是在一代机的基础上，融入单板计算机技术为主要特点。 1.31 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。 * * * * 系统工作过程 当由列车通过时，系统被开机磁钢开机，系统初始化系统变量； 确认有列车通过后，打开天线和保护门,关校零准备采集轴温信息和车号信息； 当列车车轮经过2#磁钢和3#磁钢时，自动识别车速、计轴计距、采集轴承温度、采集车号信息； 当判断列车通过后，关闭保护门、开校零，关闭天线并进行数据处理。 设备的安装 安装天线 天线安装架