新型钢轨测温计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型钢轨测温计，包括通过通信电缆连接的手持设备端和温度测量端；手持设备端包括设置在一电子仓盒内的OLDE显示屏、薄膜按键面板、供电电池，供电电池固定于电子仓盒内部为OLDE显示屏和单片机电子电路板供电，单片机电子电路板接受薄膜按键面板的输入信号、控制电子显示屏显示，并通过通信电缆与温度测量端通讯连接；温度测量端包括由外壳体和内壳体套装形成的金属壳体、嵌套在内壳体和外壳体之间的环形磁铁、固定于内壳体上的电路板和焊接在电路板上、并且朝向金属壳体开口端的红外温度计，金属壳体开口端由导热银片进行封闭。本发明的新型钢轨测温计结构轻巧牢固，操作方便，防护性好，精度高，测温响应速度快。
【专利说明】新型钢轨测温计
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种新型钢轨测温计，属于电路【技术领域】。
【背景技术】
[0003]钢轨测温计是铁路上测量钢轨表面温度的专用测试仪器。无论是线路的铺设施工和养护维修，还是换轨作业，以及工务部门的“三防”(防胀、防断、防暑)都必须以钢轨温度为主要依据。随着现代化铁路的高速发展，对线路的要求也越来越高。因此，对于钢轨测温计的准确度和稳定性等方面的要求，也相应地有了更高的标准。
[0004]目前在线路上使用的钢轨测温计，有双金属式钢轨测温计和模拟信号数字式钢轨测温计两种，而模拟信号数字式钢轨测温计因其具有响应速度快、读数直观和抗干扰能力强等优点，使用最为广泛。
[0005]当前，模拟信号数字式钢轨测温计通常采用DS18B20温度传感器对温度进行采样，通过单片机及外围电路来控制传感器及温度数据的显示。由于将温度传感器固化在金属壳体之内，被测钢轨表面和温度传感器之间热平衡时间通常在120s以上，测试费时，测试效率低下。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种新型钢轨测温计，缩短被测钢轨表面和温度传感器之间热平衡时间，解决高精度测温条件下测量耗时的问题。
[0007]本发明目的是由以下技术方案来完成:
一种新型钢轨测温计，其特征是，包括手持设备端和温度测量端两部分组成，二者之间通过通信电缆连接；
所述的手持设备端包括设置在一电子仓盒内的OLDE显示屏、薄膜按键面板、供电电池，其中所述的OLED显示屏和薄膜按键面板固定在电子仓盒内表面，供电电池固定于电子仓盒内部为OLDE显示屏和单片机电子电路板供电，单片机电子电路板接受薄膜按键面板的输入信号、控制电子显示屏显示，并通过通信电缆与温度测量端通讯连接；
温度测量端包括由外壳体和内壳体套装形成的金属壳体、嵌套在内壳体和外壳体之间的环形磁铁、固定于内壳体上的电路板和焊接在电路板上、并且朝向金属壳体开口端的红外温度计，金属壳体开口端由导热银片进行封闭。
[0008]内壳体、环形磁铁与导热银片之间夹持一环形的绝热垫片，绝热垫片的环形空间与内壳体形成贯通，使红外温度计与导热银片相隔一定距离相对设置。
[0009]红外温度计的红外接收面朝向导热银片。
[0010]红外温度计测得的温度值通过电路板经通讯电缆传输到手持设备端内的单片机电子电路板进行信号处理。
[0011]所述内壳体为一中空的套筒，内壁上设置一用于安装电路板的台阶，电路板上安装的红外温度计容纳于套筒的中空空间内。
[0012]所述的手持设备端薄膜按键面板上设有开机、关机、背光三个按键，其中背光按键用于控制OLED显示屏背光的点亮。OLED显示屏背光的关闭可以由背光按键控制，也可以在单片机电子电路板中由程序实现当点亮后经一延时时间后自动关闭。
[0013]所述的温度测量端通过外壳体和导热银片实现密封保护，导热银片与钢轨表面贴合，钢轨温度与导热银片之间通过接触热传递达到热平衡，红外温度计直接测量导热银片的温度来反映钢轨表面的温度。
[0014]所述的温度测量端通过环形磁铁吸附在钢轨表面，实现导热银片与钢轨表面的紧密贴合。导热银片和环形磁铁与内壳体之间有一绝热垫片，减小测试测量端对钢轨表面局部温度的影响，并实现导热银片与钢轨表面的快速热平衡。
[0015]本发明所达到的有益效果:
本发明由手持设备端和温度测量端两部分组成，手持设备端具备开机、关机和背光显示控制功能，并将所测得的温度值进行实时显示；温度测量端由高精度红外温度传感器进行温度感知，并由导热银片进行密封保护，使得此新型钢轨测温计结构轻巧牢固，操作方便，防护性好，精度高，测温响应速度快等优点。
[0016]本发明与现有技术相比具有下列优点:
1、本发明利用红外温度计作为温度采集元件，实现红外温度计与导热银片的非接触性测温，响应速度快。
[0017]2、本发明采用导热银片对红外温度计感温面进行密封处理，防水防尘，防止红外环境气流变动所弓I入的测量干扰。
[0018]3、本发明通过测量导热银片的温度来间接测量钢轨的温度，所采用的导热银片厚度薄，极大的缩短了导热银片与钢轨之间的热平衡时间，提高温度测量的响应速度。
[0019]4、本发明导热银片和环形磁铁与内壳体之间有一绝热垫片，减小测试测量端对钢轨表面局部温度的影响，并减小导热银片与钢轨表面的热平衡时间。
[0020]5、本发明红外温度计的导热银片面内通过使用环形磁铁代替传统的柱形磁铁，增强磁铁的吸力，从而使导热银片与钢轨间的吸附力更强，感温面更密贴，温场更均匀，测温更迅速、更准确。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为新型钢轨测温计实物图。
[0022]图2为温度测量端内部结构示意图。
[0023]图3为温度测量端吸附于钢轨表面示意图。
[0024]图4为新型钢轨测温计工作原理图。
[0025]图5为新型钢轨测温计精度与温度范围关系。
[0026]图6为新型钢轨测温计主控单元电路原理图。
[0027]图7为新型钢轨测温计电源控制原理图。
[0028]图8为新型钢轨测温计性能指标。
[0029]图中，手持设备端1、温度测量端2、通讯电缆3、开机按键4、关机按键5、背光按键6、OLED显示屏7、电路板8、内壳体9、环形磁铁10、绝热垫片11、导热银片12、外壳体13、红外温度计14、钢轨15。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0031]如图1所示，手持设备端I和温度测量端2通过通讯电缆3组成本新型钢轨测温计。手持设备端I通过开机按键4和关机按键5实现设备的开机与关机，通过OLED显示屏7显示所测温度值，按下背光按键6，OLDE显示屏背光灯亮。
[0032]如图2所示，温度测量端的红外温度计14焊接在电路板8上，然后再固定于内壳体9的内台阶上，红外温度计14的红外接收面朝向导热银片12，测得的温度值通过与电路板8电连接的通讯电缆3传输到手持设备端I内的单片机进行信号处理与显示，导热银片12和内壳体9以及环形磁铁10之间有环形的绝热垫片11，隔绝导热银片12的热量损失，环形磁铁10嵌套在内壳体9和外壳体13之间，用于将温度测量端2吸附于钢轨面上。
[0033]本发明使用时，按下手持设备端I的开机按键4，打开钢轨测温计。测试时，如图3所示，首先将待测钢轨15表面的铁锈等污物去除，将温度测量端2上导热银片12的一面贴紧钢轨15表面，温度测量端2由环形磁铁10吸附在钢轨15表面，待手持设备端I上的OLDE显示屏7显示的温度值稳定，即可测得钢轨15的温度。在测试过程中，按下手持设备端I上的背光按键6，OLED显示屏背光灯亮，15s后背光灯自动关闭。测试结束，按下手持设备端I的关机按键5，钢轨测温计关闭。
[0034]本实施例中，硬件电路工作原理框图如图4所示，锂电池为整个测量系统供电，经电源模块进行电压变换后，分别给红外温度计、微控制器、OLED显示模块供电，电源控制模块用于控制电源模块供电的通断。
[0035]本实施例中，红外温度计14采用非接触式红外测温器件MLX90614，其内部采用低噪声放大器、17位A/D转换器及功能强大的DSP处理单元，具有较高的温度分辨率和测量精度，具有SMBUS和PWM两种通讯方式。MLX90614的测温范围为-40°C?+125°C，温度分辨率为0.020C，在常温范围时，测量的绝对精度为±0.2°C，在-40V?+70°C范围内具有最大土 1°C的绝对精度，而考虑到实际应用环境与钢轨之间的温度差通常不超过20度，当采用导热银片12作为密封和感温结构之后，温度测量精度会更加稳定，小于±0.5°C，如附图5中A区域。非接触式红外测温器件MLX90614的测量精度直接决定了整个系统的温度测量精度，完全可以满足本方案中如图8所示的用于测温的参数要求。
[0036]本实施例中，导热银片12采用0.5mm厚银片，保证导热银片的强度和导热快速性；手持设备端采用C8051F410单片机作为控制单元，采用OLED显示屏，采用防水防尘设计，系统功耗小于20mA。
[0037]本实施例在具体实施时，采用锂电池供电。锂电池具有容量大、无记忆效应、性价比高等特点，因此，在本实例中选用锂电池，并配备一块锂电池做更换，单锂电池为1900mAh3.7V，钢轨测温计的在实际使用中的连续工作时间可达60小时以上，如图8所示。
[0038]硬件电路设计采用成熟技术方案，下面结合附图6和7对硬件电路作简要说明。单片机NI采用C8051F410作为控制单元，控制OLED显示屏的数据显示，通过串行通信接口C0N2读取红外温度计输入的测量测试值信号，通过Pl接口实现对单片机程序的烧写。按键SI为背光按键6，S2为开机按键4，S3为关机按键5。当按下背光按键SI时，Light信号从高电平变为低电平，单片机NI检测到电平信号变化，控制OLED显示屏背光灯亮。附图7中二极管VDl、二极管VD2、三极管V3、三极管V4、电阻R20、R21、R23、R25、S2、S3、稳压管V5、锂电池BTl共同组成了开关机控制电路；V1为电压转换器，为后续电路工作提供稳定的工作电压，电容C2和C6为去噪声电容。
[0039] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型钢轨测温计，其特征是，包括手持设备端和温度测量端两部分组成，二者之间通过通信电缆连接； 所述的手持设备端包括设置在一电子仓盒内的OLDE显示屏、薄膜按键面板、供电电池，其中所述的OLED显示屏和薄膜按键面板固定在电子仓盒内表面，供电电池固定于电子仓盒内部为OLDE显示屏和单片机电子电路板供电，单片机电子电路板接受薄膜按键面板的输入信号、控制电子显示屏显示，并通过通信电缆与温度测量端通讯连接； 温度测量端包括由外壳体和内壳体套装形成的金属壳体、嵌套在内壳体和外壳体之间的环形磁铁、固定于内壳体上的电路板和焊接在电路板上、并且朝向金属壳体开口端的红外温度计，金属壳体开口端由导热银片进行封闭。
2.根据权利要求1所述的新型钢轨测温计，其特征是，内壳体、环形磁铁与导热银片之间夹持一环形的绝热垫片，绝热垫片的环形空间与内壳体形成贯通，使红外温度计与导热银片相隔一定距离相对设置。
3.根据权利要求1或2所述的新型钢轨测温计，其特征是，红外温度计的红外接收面朝向导热银片。
4.根据权利要求1所述的新型钢轨测温计，其特征是，红外温度计测得的温度值通过电路板经通讯电缆传输到手持设备端内的单片机电子电路板进行信号处理。
5.根据权利要求1所述的新型钢轨测温计，其特征是，所述内壳体为一中空的套筒，内壁上设置一用于安装电路板的台阶，电路板上安装的红外温度计容纳于套筒的中空空间内。
6.根据权利要求1所述的新型钢轨测温计，其特征是，所述的手持设备端薄膜按键面板上设有开机、关机、背光三个按键，其中背光按键用于控制OLED显示屏背光的点亮。
【文档编号】G01J5/06GK104330163SQ201410624485
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】张建新, 梁宛玉, 徐建 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心