专利名称:高速调制热敏电阻型探头的制作方法
本发明属于红外应用技术。应用于火车轴温探测。轴温探测仪是运行中列车故障自动诊断仪器，是现代铁路运输不可缺少的安全设备。高速调制热敏电阻型探头可作为它的重要组成部份。本发明探头能正确地反映出运行中列车轴箱发热情况及热分布状态。处理系统根据此信息判别故障轴承。
国内外轴温探测仪所用红外器件种类很多，可以分为两种类型(1)光电型红外器件，如锑化铟，碲
汞器件;(2)热电型红外器件，如热敏电阻，热释电器件。第一类器件的优点是时间常数较小，因而常采用高速调制。这样探头输出信号就不受车速影响。但其缺点是这类红外器件的敏感截止波长较短而且有选择性。如锑化铟的响应截止波长仅为7微米。根据我国气温及轴温情况，我国列车轴箱热辐射主要在8至12微米区域内。因此，使用这类红外器件不但能量利用率很低，而且随着气温和轴温不同，这个利用率还有很大起落。第二类器件的特性是它的敏感性能与波长无关，器件能在室温中使用。但是它的时间常数较大，常为毫秒级。国内外在使用中有的不采用调制，如美国Servo公司产品。有的在使用中采用开关式调制，如我国现有轴温探测仪。这类红外器件时间常数是毫秒级。而列车运行速度在70公里/小时以上时，轴箱通过探测点的时间也是毫秒级。因而使用这种方法探测时，红外器件扫描轴箱的时间随车速而变化。在车速较高时，时间不够长，这样轴温信息要受车速影响，而且不能得到轴箱热分布。在自动判别轴温信息时，却要求轴温信息与车速无关，并希望能得到真实的热分布。
发明的目的在于集中上述两类红外探测器优点，制造既能在室温下使用，结构牢靠，对波长无选择性，同时输出轴温信息不受车速影响，并且能反映轴箱热分布的高速调制热敏电阻型轴温探测仪探头。
热敏电阻的时间常数较大，一般采用的机械调制频率在30赫以下。在本装备中却突出地使用高速机械调制，如1000赫。这种方法的优点在于红外器件每次扫描轴箱0.5毫秒，间隔0.5毫秒。车速快慢，仅影响轴温信号波的个数，不影响波的幅度。而波的幅度是与轴温相对应的。同时，探测器扫描轴箱得到的这些波的包络波形即是轴箱热分布。使用此方法在列车速度为120公里/小时以下时，输出信息与车速无关，并能正确反映轴箱热分布。如在编组站前使用，车速一般不大于70公里/小时，此时可改用500赫调制。如果车速进一步提高到200公里/小时，此时可采用1200赫调制。这样扫描一个轴箱至少有5个波形，它也能正常测出轴温与反映轴箱热分布。
采用高速调制带来的困难在于此时热敏电阻探测器的输出信号下降。为了探测处于微热状态的轴箱，保持设备的信噪比是必要的。为此在本发明中，除采用高速调制型热敏电阻外，还采取了以下措施，以满足设备仍有足够信噪比。(1)把光学系统入射口径增加至直径42毫米，以增加入射能量;(2)光学系统进行精心设计和装校，采用双硅透镜聚光，提高光能利用率;(3)改进热敏电阻器件性能，使用时间常数为1.5至2.0毫秒，响应率大于700瓦/伏的浸没型热敏电阻器件;(4)改进电子线路，如采用频带较窄的选频放大器可以明显降低噪声。通过计算分析本发明与原有设备相比，对于同样的测试目标，将有更高的信噪比。
1.双硅聚光透镜;2.元件主镜座;3.浸没型热敏电阻器件;4.前置放大器;5.探头外壳;6.电缆插座;7.基座架;8.主放大器;9.调制电机，10.调制盘。
高速调制热敏电阻型探头其结构为热敏电阻探测器安装在元件主镜座2之中，双硅聚光透镜1也安装在元件主镜座2中，位于热敏电阻之前。调制电机安装在热敏电阻下方，调制盘安装在调制电机轴承上。调制盘边缘部份伸入元件主镜座之内，位于双硅聚光透镜与热敏电阻之间靠近热敏电阻之处。
调制盘是开有间距相等的10至24个扇形孔园形薄板。它由调制电机带动。调制电机转速为每秒50赫。由轴箱发射的热辐射经双硅聚光透镜会聚后，被调制盘调制成500至1200赫投射到热敏电阻器件上。这是本设备的特征设计。配上前置放大器4，主放大器8及探头外壳5等附件后，制成轴温探测仪探头。
本发明装置的优点是集两类原型装置的优点于一身。同时采取措施弥补热敏电阻器件由于使用新方法而带来的损失。本发明装置既具有在室温下使用，对目标辐射波长无选择性，结构牢固可靠等优点，又有输出轴温信息与车速无关并能反映轴箱热分布状态等优点。
我国现有轴温探测仪适用于编组站，至今在干线上未装轴温探测仪。我国铁路车型复杂，而对安全行车要求严格。目前轴温探测仪探头在输出信息与车速无关及反映热分布上还不能适应自动判别要求。预期高速调制热敏电阻型探头能达到此目的。本装置成本低，技术易掌握，将会取得明显的直接经济效益。至于从铁路畅通、事故减少等简接经济效益，那更不是用简单的数字所能表示的。
本发明涉及光学设计、红外器件、机械设计以及电子技术等一系列措施。发明人及其合作者们对本发明的原理已经过论证，确认其可行。对某些单元已经过测试分析，能达到预期效果。
权利要求
1.用于火车轴温探测的具有聚光系统和将辐射转换成电信号的器件的机械调制热敏电阻型探头，本发明的特征在于具有聚集火车轴箱辐射的双硅聚光透镜，具有较高调制频率的调制结构和将轴箱热辐射转换成电信号的热敏电阻器件。
2.根据权利要求
1所述的机械调制热敏电阻型探头，其特征在于所说的双硅聚光透镜是由二块硅材料加工成的，直径是42毫米，组合焦距41毫米，像质优良的透镜组成的光学系统。
3.根据权利要求
1所述的机械调制热敏电阻型探头，其特征在于采用较高频率的调制结构，它由调制盘和调制电机组成。调制盘为开有间距相等的10至24个扇形孔的园形薄板，调制电机是50赫。调制频率为500至1200赫。
4.根据权利要求
1所述的机械调制热敏电阻型探头，其特征在于采用的热敏电阻器件是具有浸没透镜的，时间常数是1.5～2.0毫秒，响应率大于700瓦/伏的浸没型热敏电阻器件。
专利摘要
本发明属于红外应用技术，主要应用于火车轴温探测。本发明用热敏电阻器件接收经双硅聚光透镜会聚及用较高频率调制后的火车轴箱热辐射，用来检测轴箱的温度及热分布。探头既具有在环境温度下工作，对波长无选择性等优点。同时又具有输出轴温信息与车速无关，并能反映轴箱热分布等优点。
文档编号B61K9/00GK85100518SQ85100518
公开日1986年8月13日 申请日期1985年4月1日
发明者李乔龙, 吴应生, 许玉英, 许敏勇 申请人:中国科学院上海技术物理所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan