THDS-A 型轴温检测设备探头输出溢出的攻关方法

李世龙

【摘要】本文对THDS设备的红外线物理特性以及THDS设备工作原理进行阐述，通过对 THDS-A 型设备的深入研究和分析，制定了改进措施，解决了南疆线探测站光子探头输出溢出故障，提高了设备探测准确率。

【关键词】车辆热轴 热辐射

1.THDS设备工作原理

红外线（Infrared）是波长介于微波与可见光之间的电磁波。高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。红外线物理性质具有热效应、穿透云雾的能力强。

热辐射(heat radiation)是直接通过电磁波辐射向外发散热量，传导速度取决于热源的绝对温度，温度越高，辐射越强。

THDS探测设备的红外线敏感器件对被测物体（车辆轴承）所发出的红外线进行测量，经过转换处理后可以得到被测物体表面的温度。轴承是货车走行部的重要组成部分，其运转状态直接关系到列车的运行安全，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，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，给铁路运输带来重大影响。因此通过采集车轴红外辐射能量来获得轴承的运转热, 实时监测车辆轴承的温度是避免热切轴产生的主要方法。

2.现状调查

2023年上半年THDS-A型设备探头输出溢出故障比较频繁，如果轴承内部出现故障时，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，一旦设备发生故障时不能保证准确轴温探测，给铁路运输行车组织带来重大的影响。为此车间组织对此问题进行统计梳理，进行技术攻关。

2023年1月至6月THDS-A型设备探头输出溢出故障统计如下：

序号	探测站	发生时间	故障情况	处理情况
1	三角地上行	1月16日	内探右侧探头输出溢出。	删除对应探头的曲线，重新程序，重新标定光子曲线。
2	三角地上行	1月21日	内探右侧探头输出溢出	更换右内探头，故障恢复
3	恰勒其克下行	3月18日	外左探头输出溢出。	检查航空接线端子，清除端子湿气、密封航空端子。
4	库如克上行	4月7日	外探右侧探头输出溢出。	更换光子探头。
5	库台克里克下行	4月8日	内右探头输出溢出。	删除对应探头的曲线，重新程序，重新标定光子曲线。
6	策大雅下行	4月15日	左内探头输出溢出。	更换左侧热靶总成。
7	阿克苏下行	4月15日	右外探头溢出。	定标时将探头的补偿值清零，其余扫描孔遮挡。
8	策大雅下行	4月18日	内探左右侧探头输出溢出。	更换探头温控板。
9	依地克上下行	4月20日	内左探头输出溢出。	阳光直射干扰。
10	策大雅上行	4月24日	右内探头输出溢出。	更换光子探头。
11	阳霞上行	4月28日	右内探头输出溢出。	更换探头温控板。
12	喀什下行	6月11日	外探右侧探头输出溢出。	更换光子探头。

表1：THDS探测站探头输出溢出故障统计

以上数据反映出三方面问题：一是设备探头、热靶铂电阻温度不受控，造成设备性能不稳定，标定的光子曲线不正确；二是THDS-A型上箱体的探头扫描孔打开保护门时，受阳光直射干扰影响大；三是设备探头温控板作用不良，热靶自动校曲线时热靶温度超过规定值时，曲线标定不准确。

3.THDS探测站光子自适应原理

3.1光子自适应系统是热靶配合光子探头完成温度输出量化工作。校曲线时光子探头读取热靶均匀上升的温度，使光子探头得到一条与热靶温度相对应的电压幅值曲线，最后转化光子探头输出的绝对温度。

3.2热靶校曲线时，板温与靶温相差8℃以内时；开机（3分钟后）或电源箱上电（1分钟后），才能够校取正确曲线。

3.3热靶校曲线时，热靶第一点的温度小于-45℃；热靶温度和上一点温度相比上升大于3.5℃；探头AD和上一点AD相比上升大于200，校取的曲线不能正确使用。

3.4光子探头利用自身的自适应系统，采用三级制冷HgCdTe光子红外测温元件，该元件具有响应率高、稳定性高、可靠性高等特点，在不同温度状态下，都输出准确的温度。

图1　THDS-A型实时状态          

                           图2 热靶标定曲线

4.光子探头输出溢出故障类别

4.1连续5次校曲线，热靶温度上升的同时探头输出电压没有上升，曲线标定不成功，探头输出溢出。

4.2曲线最后一点AD大于8100，探头输出溢出。

4.3光子曲线第一点和最后一点的探头输出AD的差小于1000，探头输出溢出。

4.4校曲线时第15点后，探头输出AD没有上升到1000，探头输出溢出。

4.5探头自身故障或制冷电流是否正常、探头温控板故障，探头输出溢出。

4.6阳光干扰，夏季阳光直射是发生探头输出溢出的根本原因。

5.改进措施：

5.1检查室内外探头连接电缆以及航空插头，清除航空接线端子湿气、锈蚀，密封航空端子。

5.2光子探头报探头输出溢出故障时，远程操作，删除曲线库对应探头的光子曲线，重新程序，重新标定光子曲线。

5.3加热控制板电路故障，热靶铂电阻性能不稳定、导致热靶加热过快、靶加热不足，更换热靶加热控制板和热靶总成。

5.4光子探头性能不稳定，光子探头利用自身的自适应系统，在不同温度状态下，都输出准确的温度，光子探头的三级制冷HgCdTe测温元件老化，导致三级放大输出的信号不稳定，使探头的信噪比、响应率、灵敏度降低，探测精度不准确，更换光子探头。

5.5利用检修时间，对探测站使用年限较长的7V电源板和探头温控板进行更换。

5.6夏季现场黑体标定时，作业人员尽量避开阳光直射的时间区段进行标定作业。如遇中午时段黑体标定时，未扣黑体的扫描孔进行遮挡，防止打开保护门阳光直射的概率。

5.7现场更换完探头及热靶后，将曲线库中所有曲线清空，探头原有的线性和非线数据清零，避免探头、热靶本身因素造成干扰。

参考文献：

1.中国铁路总公司 《车辆运行安全监控系统设备检修维护管理规则》 中国铁道出版社 2015年

2.何晓强 程明主编 《车辆智能轴温探测站技术手册》 哈尔滨工业大学出版社 2017年

作者简介：李世龙、男、1984年7月3日，大学本科、助理工程师、库尔勒车辆段和田运用车间工长