專利名稱:高速調制熱敏電阻型探頭的制作方法
本發明屬于紅外應用技術。應用于火車軸溫探測。軸溫探測儀是運行中列車故障自動診斷儀器，是現代鐵路運輸不可缺少的安全設備。高速調制熱敏電阻型探頭可作為它的重要組成部份。本發明探頭能正確地反映出運行中列車軸箱發熱情況及熱分布狀態。處理系統根據此信息判別故障軸承。
國內外軸溫探測儀所用紅外器件種類很多，可以分為兩種類型(1)光電型紅外器件，如銻化銦，碲
汞器件;(2)熱電型紅外器件，如熱敏電阻，熱釋電器件。第一類器件的優點是時間常數較小，因而常采用高速調制。這樣探頭輸出信號就不受車速影響。但其缺點是這類紅外器件的敏感截止波長較短而且有選擇性。如銻化銦的響應截止波長僅為7微米。根據我國氣溫及軸溫情況，我國列車軸箱熱輻射主要在8至12微米區域內。因此，使用這類紅外器件不但能量利用率很低，而且隨著氣溫和軸溫不同，這個利用率還有很大起落。第二類器件的特性是它的敏感性能與波長無關，器件能在室溫中使用。但是它的時間常數較大，常為毫秒級。國內外在使用中有的不采用調制，如美國Servo公司產品。有的在使用中采用開關式調制，如我國現有軸溫探測儀。這類紅外器件時間常數是毫秒級。而列車運行速度在70公里/小時以上時，軸箱通過探測點的時間也是毫秒級。因而使用這種方法探測時，紅外器件掃描軸箱的時間隨車速而變化。在車速較高時，時間不夠長，這樣軸溫信息要受車速影響，而且不能得到軸箱熱分布。在自動判別軸溫信息時，卻要求軸溫信息與車速無關，并希望能得到真實的熱分布。
發明的目的在于集中上述兩類紅外探測器優點，制造既能在室溫下使用，結構牢靠，對波長無選擇性，同時輸出軸溫信息不受車速影響，并且能反映軸箱熱分布的高速調制熱敏電阻型軸溫探測儀探頭。
熱敏電阻的時間常數較大，一般采用的機械調制頻率在30赫以下。在本裝備中卻突出地使用高速機械調制，如1000赫。這種方法的優點在于紅外器件每次掃描軸箱0.5毫秒，間隔0.5毫秒。車速快慢，僅影響軸溫信號波的個數，不影響波的幅度。而波的幅度是與軸溫相對應的。同時，探測器掃描軸箱得到的這些波的包絡波形即是軸箱熱分布。使用此方法在列車速度為120公里/小時以下時，輸出信息與車速無關，并能正確反映軸箱熱分布。如在編組站前使用，車速一般不大于70公里/小時，此時可改用500赫調制。如果車速進一步提高到200公里/小時，此時可采用1200赫調制。這樣掃描一個軸箱至少有5個波形，它也能正常測出軸溫與反映軸箱熱分布。
采用高速調制帶來的困難在于此時熱敏電阻探測器的輸出信號下降。為了探測處于微熱狀態的軸箱，保持設備的信噪比是必要的。為此在本發明中，除采用高速調制型熱敏電阻外，還采取了以下措施，以滿足設備仍有足夠信噪比。(1)把光學系統入射口徑增加至直徑42毫米，以增加入射能量;(2)光學系統進行精心設計和裝校，采用雙硅透鏡聚光，提高光能利用率;(3)改進熱敏電阻器件性能，使用時間常數為1.5至2.0毫秒，響應率大于700瓦/伏的浸沒型熱敏電阻器件;(4)改進電子線路，如采用頻帶較窄的選頻放大器可以明顯降低噪聲。通過計算分析本發明與原有設備相比，對于同樣的測試目標，將有更高的信噪比。
1.雙硅聚光透鏡;2.元件主鏡座;3.浸沒型熱敏電阻器件;4.前置放大器;5.探頭外殼;6.電纜插座;7.基座架;8.主放大器;9.調制電機，10.調制盤。
高速調制熱敏電阻型探頭其結構為熱敏電阻探測器安裝在元件主鏡座2之中，雙硅聚光透鏡1也安裝在元件主鏡座2中，位于熱敏電阻之前。調制電機安裝在熱敏電阻下方，調制盤安裝在調制電機軸承上。調制盤邊緣部份伸入元件主鏡座之內，位于雙硅聚光透鏡與熱敏電阻之間靠近熱敏電阻之處。
調制盤是開有間距相等的10至24個扇形孔園形薄板。它由調制電機帶動。調制電機轉速為每秒50赫。由軸箱發射的熱輻射經雙硅聚光透鏡會聚后，被調制盤調制成500至1200赫投射到熱敏電阻器件上。這是本設備的特征設計。配上前置放大器4，主放大器8及探頭外殼5等附件后，制成軸溫探測儀探頭。
本發明裝置的優點是集兩類原型裝置的優點于一身。同時采取措施彌補熱敏電阻器件由于使用新方法而帶來的損失。本發明裝置既具有在室溫下使用，對目標輻射波長無選擇性，結構牢固可靠等優點，又有輸出軸溫信息與車速無關并能反映軸箱熱分布狀態等優點。
我國現有軸溫探測儀適用于編組站，至今在干線上未裝軸溫探測儀。我國鐵路車型復雜，而對安全行車要求嚴格。目前軸溫探測儀探頭在輸出信息與車速無關及反映熱分布上還不能適應自動判別要求。預期高速調制熱敏電阻型探頭能達到此目的。本裝置成本低，技術易掌握，將會取得明顯的直接經濟效益。至于從鐵路暢通、事故減少等簡接經濟效益，那更不是用簡單的數字所能表示的。
本發明涉及光學設計、紅外器件、機械設計以及電子技術等一系列措施。發明人及其合作者們對本發明的原理已經過論證，確認其可行。對某些單元已經過測試分析，能達到預期效果。
權利要求
1.用于火車軸溫探測的具有聚光系統和將輻射轉換成電信號的器件的機械調制熱敏電阻型探頭，本發明的特征在于具有聚集火車軸箱輻射的雙硅聚光透鏡，具有較高調制頻率的調制結構和將軸箱熱輻射轉換成電信號的熱敏電阻器件。
2.根據權利要求
1所述的機械調制熱敏電阻型探頭，其特征在于所說的雙硅聚光透鏡是由二塊硅材料加工成的，直徑是42毫米，組合焦距41毫米，像質優良的透鏡組成的光學系統。
3.根據權利要求
1所述的機械調制熱敏電阻型探頭，其特征在于采用較高頻率的調制結構，它由調制盤和調制電機組成。調制盤為開有間距相等的10至24個扇形孔的園形薄板，調制電機是50赫。調制頻率為500至1200赫。
4.根據權利要求
1所述的機械調制熱敏電阻型探頭，其特征在于采用的熱敏電阻器件是具有浸沒透鏡的，時間常數是1.5～2.0毫秒，響應率大于700瓦/伏的浸沒型熱敏電阻器件。
專利摘要
本發明屬于紅外應用技術，主要應用于火車軸溫探測。本發明用熱敏電阻器件接收經雙硅聚光透鏡會聚及用較高頻率調制后的火車軸箱熱輻射，用來檢測軸箱的溫度及熱分布。探頭既具有在環境溫度下工作，對波長無選擇性等優點。同時又具有輸出軸溫信息與車速無關，并能反映軸箱熱分布等優點。
文檔編號B61K9/00GK85100518SQ85100518
公開日1986年8月13日 申請日期1985年4月1日
發明者李喬龍, 吳應生, 許玉英, 許敏勇 申請人:中國科學院上海技術物理所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan