专利名称:铁路高速车辆红外线热轴探测器的制作方法
本实用新型是用于火车在行进中车辆轴箱的热轴故障探测器。它通过接收车辆轴箱表面的红外线辐射而对车辆发热情况进行鉴别，以防止热轴及切轴事故，保证行车安全。
在热轴探测技术中，目前国内外大都采用以热敏电阻作为红外敏感元件，例如美国专利NO345475公开了红外线热轴探测系统中以热敏电阻型辐射热量热计作为红外线敏感元件。这种探测器系统，由于热敏电阻本身时间常数为ms级，响应速度慢，因此输出信号还将随车速不同而异，且高速探测时，信号失真严重，影响探测精度；本实用新型的目的是设计一种结构简单，不需致冷、探测灵敏度高、响应速度快，既能探测强热轴、又能探测微热轴，适用于编组站或区间高速探测的光导型红外线热轴探测器。
高速车辆红外线热轴探测器主要由红外光学滤光片，红外透镜，光导型红外敏感元件，光学系统外壳，遮光筒，前置放大器及各种规格的橡胶垫和紧固件所组成。该系统能接收车辆轴箱被探测部位辐射的红外线，经红外光学系统滤光后，汇聚在红外元件上，并转换成电信号，再经前置放大器放大后输出。本实用新型与现有公开的红外线热轴探测器不同之处是采用了能在大气环境温度下工作的带浸没透镜的光导型碲镉汞红外元件；与此元件相配合使用的低噪声前置放大器；由于光学系统的各个连接部分采用了耐低温橡胶垫和紧固件，因而使得该系统具有一定的防震与防水性能。
本实用新型有以下的特点，根据我国铁路热轴探测技术规范，要求既能探测强热轴，又能探测微热轴，因此要求探测器具有高灵敏度。本产品采用带浸没透镜的蹄镉汞红外元件，一定口径的带增透膜的红外透镜、透射性能优良的红外滤光片及低噪声放大器，从而使得探测器具有高灵敏度。碲镉汞红外元件可在大气环境的温度下工作，无须致冷设备，现场使用、维修均很方便。此外，由于碲镉汞红外元件的时间常数在微秒级，响应速度快，能适应车速在3至300公里／小时时的车辆热轴探测。并具有一定的防水和防震能力。
以下结合附图对本实用新型进行说明。
图1为红外探测器光学系统图2为低噪声放大器回路图3为响应曲线比较图图中，1为紧固件，2为橡胶垫，3为紧固件，4为橡胶垫，5为滤光片，6为橡胶垫，7为遮光筒，8为紧固件，9为橡胶垫，10为外壳，11为橡胶垫，12为红外透镜，13为橡胶垫，14为紧固件，15为橡胶垫，16为紧固件，17为橡胶垫，18为碲镉汞红外元件，19为橡胶垫，20为紧固环，21为橡胶垫，22为紧固环，23为橡胶垫，24为密封盖，25为橡胶垫，26为电阻，27为稳压管，28为电容，29为碲镉汞，30为电容，31为电阻，32为晶体三极管，33为电阻，34为电阻，35为电容，36为电阻，37为电阻，38为电阻，39为集成电路运算放大器，40为电容，41为可变电阻，42为稳压管，43为稳压管，44为电容，45为电阻，46为电容，47为电阻，48为电阻，49为曲线，50为曲线。
该车辆红外热轴探测器的光学系统与低噪声放大器是两个独立的部分，其间由一条二芯金属屏蔽线构成电气通路。这种结构便于更换、维修。图1为本实用新型的红外探测器的光学系统。它的机械外形结构是一个可调节焦距的直筒，采用透射光学系统。由兼作保护窗口的光学滤光片(5)、红外透镜(12)、遮光筒(7)、光学系统外壳(10)、带浸没透镜的碲镉汞红外元件(18)、密封盖(25)及各种规格的耐低温密封橡胶垫圈和锁紧环组成。橡胶垫(2)、(4)、(6)与紧固件(1)、(3)用以紧固光学滤光片，橡胶垫(11)、(13)、(15)与紧固件(14)、(16)用以紧固红外透镜(12)、橡胶垫(19)、(21)、(23)与紧固环(20)、(22)用以紧固带浸没透镜的碲镉汞红外元件(18)，橡胶垫(23)、(25)与密封盖(24)及橡胶垫(9)与紧固环(8)用以紧固与密封光学系统外壳。采用这种结构、整体的气密性好，使得整个光学系统具有较好的防震与防水能力，能够在铁路轨道旁边震动较大的条件下正常工作，即使在洪水期被大水淹没时，亦能可靠保证昂贵的红外透镜(12)和碲镉汞红外元件(18)不受损坏。光学系统所有机械部件均采用无光发黑处理，以有效防止外来非探测目标的红外辐射的影响。
图2为低噪声交流放大电路方案之一。该电路从功能上分，是由三部分组成，第一部分为电阻(26)与红外元件(18)组成的红外辐射光电信号转换回路。反映红外辐射能量变化大小的电信号可由电容(28)传至晶体管(32)的基极。电路的第二部分是由晶体管(32)、电阻(31)、(48)、(33)组成的放大电路及由电阻(34)、电容(30)、稳压管(27)组成的稳压滤波回路。晶体管(32)的基极与集电极间连接电阻(31)、使得放大器具有电压并联负反馈特性，能减少放大回路的输入阻抗，使回路与红外阻抗近似匹配，减少电压波纹，减少放大器各级的影响，其等效输入阻抗为rsr＝rbe／／( (R2)/(1+|K′0|) )，其中rbe为晶体管的输入电阻，K′0为放大器的开环增益。采用并联负反馈回路可以与碲镉汞红外元件(18)的阻抗近似匹配。电阻(34)、电容 (30)、稳压管(27)形成的稳压滤波回路可以压低电源的波纹，减少放大器各级间的影响。电路的第三部分包括由电阻(36)、(37)、(38)、可变电阻(41)、电容(40)和集成电路运算放大器(39)组成的放大回路，由稳压管(42)、电容(46)、电阻(47)组成的正电源稳压滤波回路，由电阻(45)、稳压管(43)、电容(44)组成的负电源稳压滤波回路及构成前级信号反相(或同相)输入的耦合电容(35)。该级放大电路中的电容(40)用来压缩通频带，减少噪声。放大倍数可由负反馈回路中的可变电阻(41)加以调整。两组稳压、滤波回路分别用来减小正、负电源的波纹与吸收回路的扰动。由于在回路中采用了压缩频带、多级稳压滤波回路，并选用低噪声元器件，从而使放大器具有低噪声。放大器放在图1所示的密闭盒内。
实施例之一的主要参数指标为探测器系统噪声≤4mv；温差7℃时的信噪比≥5；适用车速3－300Km／h(信号衰减≤3dB)；适用温度－45℃－50℃；最大不失真输出 5V峰－峰；放大器增益≥70dB；放大器通频带0.5Hz－1000Hz。
图3为本实用新型的红外线探测器的响应特性曲线(50)与以热敏电阻型红外线探测器的响应特性曲线(49)的比较，可见前者性能远为优异，在车速为3－300Km／h时，＊输出信号变化不到3dB。
＊注根据模拟条件，车速300Km／h相当频率在175Hz左右。
权利要求
1.一种用于探测行进中火车车辆热轴故障的铁路高速车辆红外线热轴探测器，由红外滤光片、红外透镜、光学系统、前置放大器组成的探测器及记录部分所构成，其特征在于其探测器是由光导型红外线敏感元件，兼作保护窗口的光学滤光片，透射式红外透镜，光学系统，遮光筒所组成，此外还采用各种规格的橡胶垫圈、锁紧环及低噪声放大电路，为一个全密封结构。
2.根据权利要求
1的铁路高速车辆红外线热轴探测器，其特征在于光导型红外线敏感元件是带有浸没透镜的碲镉汞红外元件。
3.根据权利要求
1和权利要求
2的铁路高速车辆红外线热轴探测器，其特征在于光导型红外敏感元件它不需要致冷，可在－45℃至50℃的环境温度下工作。
4.根据权利要求
1的铁路高速车辆红外线热轴探测器，其特征在于探测器的光学系统是由兼作保护窗口的光学滤光片(5)、红外透镜(12)、光学系统外壳(10)、遮光筒(7)、碲镉汞红外元件(18)及各种规格的耐低温密封橡胶垫圈和锁紧环组成，为全密封结构。
5.根据权利要求
1的铁路高速车辆红外线热轴探测器，其特征在于低噪声放大器由三部分组成，其第一部分为一电阻(26)与红外元件组成的红外辐射光电信号转换回路，产生的电信号由一电容(28)耦合至第一放大级晶体管(32)的基极，电路的第二部分是由晶体管(32)、电阻(31)、(48)、(33)组成的放大电路及由电阻(34)、电容(30)、稳压管(27)组成的稳压滤波回路。电路的第三部分包括由电阻(36)、(37)、(38)、可变电阻(41)、电容(40)和运算放大器(39)组成的放大回路，由稳压管(42)、电容(46)、电阻(47)组成的正电源稳压滤波回路，由电阻(45)、稳压管(43)、电容(44)组成的负电源稳压滤波回路，该级放大电路中的电容(40)用来压缩通频带、减少噪声、可变电阻(41)用以调整放大倍数，电容(44)构成两个放大级间的交流信号的耦合，可以是反相输入，亦可接成同相输入。在整个放大器中采用了压缩频带、多级稳压滤波及选用低噪声元器件。
6.根据权利要求
1与权利要求
5的铁路高速车辆红外线热轴探测器，其特征在于低噪声放大器放在一个密闭盒内，与探测器的光学系统在机械上成为两个独立的密闭环节，由一根金属屏蔽电缆构成电气通道。
专利摘要
铁路高速车辆红外线热轴探测器是一种探测行进中火车车辆热轴故障的装置。它由兼作保护窗口的光学滤光片，透射式红外光学系统，光导型室温碲镉汞红外线敏感元件和低噪声电子线路组成。探测器对于强热轴箱、微热轴箱均能探测。无须致冷，给使用带来方便。该探测器有良好的频率响应，车速在3～300Km/h变化时，输出信号变化小于3dB，能够适用于-45℃至50℃环温下的热轴探测。
文档编号G01N21/35GK87207636SQ87207636
公开日1987年12月31日 申请日期1987年5月5日
发明者梁坝齐 申请人:铁道部科学研究院金属及化学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan