為什么需要在軌道交通中使用紅外熱像儀
眾所周知，軌道交通是一個(gè)龐大、復(fù)雜的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，因而，從機(jī)車制造到運(yùn)營(yíng)，可靠性、安全性一直是關(guān)注的重點(diǎn)。一方面，無(wú)論何種設(shè)備，其設(shè)備維護(hù)是一種設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況驅(qū)動(dòng)的預(yù)防性維護(hù)。它是對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、效率、熱量分布和其他指標(biāo)進(jìn)行直接監(jiān)視，以便確定實(shí)際的平均無(wú)故障時(shí)間或?qū)ζ湮：υ谠O(shè)施內(nèi)所有關(guān)鍵系統(tǒng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效率損失的確定。故需定期地測(cè)量設(shè)備，隨時(shí)間跟蹤測(cè)量結(jié)果，而溫度恰恰就是一個(gè)非常有用的參數(shù)。目前紅外熱像儀檢測(cè)技術(shù)就是其中監(jiān)視溫度的一種重要檢測(cè)手段;另一方面，隨著軌道交通行業(yè)的蓬勃發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)于機(jī)車的要求也越來(lái)越高，軌道交通與汽車行業(yè)一樣，訴求即是環(huán)保性、安全性、舒適性。紅外熱像儀技術(shù)除了用在機(jī)車生產(chǎn)廠內(nèi)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行例行維護(hù)外，還需在軌道交通運(yùn)營(yíng)過程中能更有效、更快速、更準(zhǔn)確地診斷出機(jī)車設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)等的相關(guān)缺陷。
非制冷焦平面熱像儀基本架構(gòu)工作框圖
如今，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用非制冷焦平面探測(cè)器的不同種類與規(guī)格的熱成像儀產(chǎn)品如雨后春筍，這些熱成像儀無(wú)論是熱參數(shù)、光學(xué)/紅外，還是控制、操作、電氣等性能指標(biāo)及功能皆各具特點(diǎn)。值此以FlUKE Ti30?熱像儀在軌道交通行業(yè)診斷的應(yīng)用為例作介紹。首先，對(duì)FlUKE Ti30?熱像儀的主要參數(shù)指標(biāo)簡(jiǎn)介如下：
探測(cè)器類型是120×160非制冷焦平面;溫度顯示分辨率為0.1( 或℃);溫度范圍為-10至250℃(14至482 );精度為±2%或±2℃(在-10~0℃時(shí)的精度為±3℃);重復(fù)性為±1%或±1℃(±2 );操作環(huán)境溫度為-10至50℃;光學(xué)分辨率為90﹕1;圖像幀頻為20Hz;儲(chǔ)存能力為100張圖像;熱分析軟件為InsideIR(內(nèi)含);計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為Microsoft?Windows?98、Windows 2000或 Windows XP。由于這是非制冷焦平面熱像儀的應(yīng)用，為此有必要對(duì)非制冷型紅外焦平面熱像儀的工作原理作一簡(jiǎn)介。非制冷焦平面熱像儀基本工作框圖(可見圖3)。
圖3 非制冷焦平面熱像儀基本工作框圖
在圖3所示的橋式電路中，Rl為內(nèi)置探測(cè)器，R2為工作探測(cè)器，R3、R4是橋式平衡電路的標(biāo)準(zhǔn)電阻，E是取樣電壓信號(hào)。R1和R2兩個(gè)探測(cè)器的位置擺放很近，R1被屏蔽不露，而作為工作探測(cè)器的R2必須暴露在外以接收紅外輻射。當(dāng)工作探測(cè)器沒有外來(lái)輻射照射時(shí)，電橋電路保持平衡，則沒有電壓信號(hào)輸出，此時(shí)E=0;而當(dāng)紅外輻射照射到工作探測(cè)器時(shí)將使R2的溫度變化，從而引起該探測(cè)器的電阻阻值隨溫度變化，把橋式電路的平衡打破，使信號(hào)輸出電路的兩端產(chǎn)生電壓差，則有電壓信號(hào)輸出。
當(dāng)然，非制冷焦平面熱像儀也應(yīng)與紅外圖像處理系統(tǒng)聯(lián)機(jī)使用，以便增加熱像儀的測(cè)溫精度和分析顯示功能。
紅外熱像儀在軌道交通、鐵路運(yùn)輸中安全應(yīng)用
1、電力機(jī)車檢測(cè)
電力機(jī)車內(nèi)部有大量的電力設(shè)備，當(dāng)其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，同時(shí)由于連接件松動(dòng)、設(shè)備等原因?qū)⒃斐蓹C(jī)車故障，嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)重大安全事故。紅外熱像儀可以在機(jī)車停車間隙進(jìn)行巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)車內(nèi)部的設(shè)備隱患，避免事故的發(fā)生。
電力機(jī)車內(nèi)部涉及到紅外熱像儀檢測(cè)的部件主要有主變壓器、調(diào)壓開關(guān)、變流裝置、牽引電動(dòng)機(jī)、電子控制柜、制動(dòng)電阻柜等。[nextpage]
2、輪軸檢測(cè)
目前，隨著列車車速的提高，輪軸溫升問題也愈發(fā)值得關(guān)注。加強(qiáng)對(duì)輪軸溫升的監(jiān)控顯得至關(guān)重要。當(dāng)輪軸的溫度高于環(huán)境溫度達(dá)到40℃以上時(shí)，就必須立即更換，否則將損害軸承強(qiáng)度及剎車片性能，導(dǎo)致事故發(fā)生。所以當(dāng)列車進(jìn)站后，就需要進(jìn)行輪軸的檢測(cè)，對(duì)每次發(fā)現(xiàn)溫度過高的情況進(jìn)行記錄并做標(biāo)記(最高溫度的輪軸的位置也需要記錄)。
列車的輪軸安裝不當(dāng)和超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，與軸瓦摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)車軸發(fā)熱變紅，以致車軸斷裂，造成翻車事故。紅外熱像儀可以通過非接觸測(cè)量來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱的輪軸，避免因輪軸溫度過高而發(fā)生行車事故。
基于紅外熱像儀對(duì)安全應(yīng)用的檢測(cè)技術(shù)，值此將其典型應(yīng)用列舉如下：
· 機(jī)車生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)車輛部件研發(fā)、電氣系統(tǒng)研發(fā)、整車制造等;
· 軌道交通運(yùn)營(yíng)——車輛段、供電段、高/低壓電氣維護(hù)、通訊機(jī)房維護(hù)、車輛檢修等。
具體可在：輪軸檢測(cè)﹝見圖4(a)所示﹞，接觸網(wǎng)檢測(cè)﹝見圖4(b)所示﹞，機(jī)車檢測(cè)﹝見圖4(c)所示﹞，傳動(dòng)軸檢測(cè)﹝見圖4(d)所示﹞，供電系統(tǒng)檢測(cè)﹝見圖4(e)所示﹞以及車頭電氣檢測(cè)﹝見圖4(f)所示﹞6個(gè)部位診斷故障，圖中紅色與黃色均是故障部位發(fā)熱，其溫度異常急升并發(fā)燙，則該故障現(xiàn)像在熱像儀屏上清晰可見。
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