一種基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及列車的溫度檢測系統(tǒng)，特別是涉及一種列車車軸的溫度檢測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近年來我國高速鐵路迅猛發(fā)展，列車運行速度已經(jīng)達到了 350km/h，隨之可能遇到的各種危險因素也越來越多，所以對列車運行安全提出了更高的要求。列車在運行過程中，機車車輛與鋼軌的沖擊、動力效應和振動，會導致車輛各軸承的發(fā)熱，當軸承磨損和產(chǎn)生缺陷時，不正常發(fā)熱增大，輕則造成機損影響車輛的正常運行，重則造成疲勞破壞甚至熱切軸直接導致火車發(fā)生故障翻車，造成巨大的生命和財產(chǎn)損失，嚴重影響到鐵路運輸安全。
[0003]溫度是列車上機電設備重要的監(jiān)測參數(shù)，如果列車機電設備的溫度過高，會導致絕緣性能降低、密封性能變差、潤滑介質膨脹及變質、有機材料變性甚至碳化等問題，甚至會引起機破、火災等嚴重事故。為了提高安全性，需要對列車高速運行的關鍵部件進行溫度監(jiān)控，如轉向架軸溫、牽引電機軸承和定子溫度、齒輪箱軸承溫度。當遇到溫度異常過高的情況時，列車應及時自動限速或停車，確保列車運行安全。
[0004]早期軸溫監(jiān)測的手段是通過工人在停車時用手摸，根據(jù)人的感覺進行報警，這種檢測方式必須停車且耗費大量人力；后來美國人發(fā)明了一種無需停車的軸溫自動記錄裝置，在軌道旁通過紅外線測溫儀配合計軸器監(jiān)測軸承溫度，這種方式減少了人工，且無需停車，但它仍然是一種非實時的監(jiān)測方式，并且它對列車經(jīng)過時的速度有要求。近年來隨著列車信息化水平的提高，我國鐵路部門在機車、動車上普遍安裝有基于鉑電阻測溫的軸溫報警系統(tǒng)，解決了軸溫監(jiān)測的實時監(jiān)測、速度受限問題。
[0005]現(xiàn)今，列車上使用的轉向架軸溫檢測的溫度傳感器主要是鉑電阻。由于被測部件主要集中于轉向架上，工作環(huán)境十分惡劣，而且轉向架上安裝有電機等大功率設備，電磁干擾十分強烈，同時轉向架還是車輛的接地部件，經(jīng)常有高壓、大電流的存在。為了使鉑電阻可靠工作，對鉑電阻溫度傳感器采取了絕緣、密封、屏蔽等措施，并在布線過程中避開強電磁干擾部件，以提高耐壓等級和抗電磁干擾能力。但即使采取了這些措施，鉑電阻溫度傳感器在使用過程中仍然出現(xiàn)了大量的故障，而且也不能完全滿足列車軸溫報警的需求，它存在如下缺點:1、絕緣耐壓等級低，電力機車、動車通過轉向架接地，轉向架上有時有高達500V高電壓存在，同時軸溫報警系統(tǒng)還需對電機溫度進行監(jiān)測，電機內部的電壓高達4000V。鉑電阻溫度傳感器雖然通過絕緣，可耐受此高電壓，但防護可靠性較差，其電纜線屏蔽層長期使用會發(fā)生老化、開裂，導致絕緣失效，而電纜線表面凝結的水蒸氣在列車風壓的幫助下加劇了這一缺點的影響。2、抗電磁干擾能力差，列車的動力電機也位于轉向架上，其功率很大，電磁輻射非常嚴重。鉑電阻傳感器的電纜不可避免地受到電磁輻射的影響，常發(fā)生誤報警。3、可靠性差，列車轉向架環(huán)境非常惡劣，伴隨著劇烈振動、沖擊，有時會被軌道上的石子擊打，還會經(jīng)歷復雜、劇烈的溫度、濕度變化。鉑電阻溫度傳感器的焊線極為纖細，在復雜的環(huán)境下易發(fā)生斷線、短路，可靠性較差。4、無法自診斷，鉑電阻溫度傳感器通過測量引線兩端的電阻來測量溫度.為消除誤差，一般采用三線、四線制，因此對于以上發(fā)生的各種故障均無法自診斷。有廠家通過軟件算法對電磁干擾等故障進行判別，但仍無法完全解決問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種受外界干擾較小、抗電磁干擾能力強、可靠性高，并且可以實時監(jiān)測和報警的基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度報警主機，其特征在于:還包括與溫度報警主機之間通過通訊及電源總線相連的至少一個溫度采集單元，所述至少一個溫度采集單元連接至少一個熒光光纖測溫探頭，所述熒光光纖測溫探頭安裝于需要測量溫度的部位。
[0008]優(yōu)選地，所述溫度采集單元包括電源模塊、保護電路、CPU和至少一個熒光光纖溫度解調電路，所述電源模塊與保護電路分別與通訊及電源總線相連，至少一個熒光光纖溫度解調電路與設于溫度采集單元外側的至少一個防水光纖連接器分別連接，并且通過至少一個防水光纖連接器分別連接至所述至少一個熒光光纖測溫探頭，所述CHJ與電源模塊、保護電路和熒光光纖溫度解調電路均分別連接。
[0009]為了檢測環(huán)境溫度，所述溫度采集單元還包括溫度解調電路和環(huán)境溫度傳感器，所述環(huán)境溫度傳感器與溫度解調電路相連，并且環(huán)境溫度傳感器設于溫度采集單元的外側，所述溫度解調電路與所述CPU相連。
[0010]優(yōu)選地，所述環(huán)境溫度傳感器為PT100、PT1000、NTC或者是數(shù)字化的測溫芯片。
[0011]優(yōu)選地，所述通訊及電源總線可以是現(xiàn)有的列車通訊網(wǎng)絡并附加單獨的電源總線，或者是RS485總線或CAN總線。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于該基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)，不但測溫準確，抗電磁干擾性能好，并且也具有故障判斷報警的功能，能夠利用現(xiàn)有的列車上的測溫網(wǎng)絡進行改造獲得，而且連接通訊可靠，也不會因為列車的分解復用而造成測溫的不準確和故障的發(fā)生。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例的基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例的基于熒光光纖測溫的列車軸溫監(jiān)測系統(tǒng)的溫度采集單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0016]現(xiàn)今已有許多種原理的光纖溫度傳感器被研發(fā)出來，但由于成本、精度、可靠性等方面的原因，目前應用比較廣泛的有光纖光柵式、熒光式和拉曼式。其中，光纖光柵式傳感器將光纖光柵埋設在被測部位，溫度變化時，光柵的周期和折射率發(fā)生改變，導致其峰值反射波長發(fā)生變化;光纖光柵傳感器的優(yōu)點是溫度測量精度高，接線簡單，可以把所有傳感器串聯(lián)在一起，只連接1到2個連接器，大大減少了布線成本，其缺點是解調器十分昂貴，但可通過大量傳感器的串并聯(lián)來降低系統(tǒng)的綜合成本。
[0017]熒光式光纖溫度傳感器在光纖的末端集成有一塊熒光體，光纖發(fā)射一定波長的光去激勵熒光體，激勵得到的熒光的強度和激勵源消失后熒光的余暉時間與溫度有關;熒光傳感器的優(yōu)點是解調器原理簡單，成本低廉，缺點是所有測量點并行連接，測量點較多時布線成本較高。
[0018]拉曼式光纖溫度傳感器利用光纖中的斯托克斯、反斯托克斯散射強度的比值與溫度有關的特性進行溫度測量，并通過高速采樣確定測溫點的位置;其優(yōu)點是使用普通通訊光纖即可測量，可對光纖沿線的溫度進行無縫測量，缺點是所測溫度為一段光纖的平均溫度，且測溫精度相對較低。
[0019]這三種技術中，光纖光柵技術適合于大規(guī)模應用場合的溫度測量，如大型發(fā)電廠中的發(fā)電機組轉子、定子溫度監(jiān)測和變電站中的變壓器繞組、開關柜觸點溫度監(jiān)測，熒光技術適合于中小規(guī)模應用場合的溫度測量，如小型變電站中的變壓器、開關柜溫度監(jiān)測，而拉曼測溫技術適合于長距離線狀物體的溫度監(jiān)測，如電纜線、地下電纜溝、隧道的溫度監(jiān)測。目前這三種技術在電力等行業(yè)中均得到了大量應用，其中前兩者用于點測溫，后者用于線測溫。
[0020]在列車中采用光纖溫度傳感器可具有以下的優(yōu)點:
[0021]1)絕緣耐壓等級高，光纖采用石英、塑料等材質制成，這些材料本身就是優(yōu)良的絕緣材料，因此光纖傳感器絕緣耐壓等級高，0.4米長的光纖即可耐受10萬伏的電壓。
[0022]2)抗電磁干擾能力強，光纖中傳輸?shù)氖枪庑盘?，一般情況下采用的是非偏振光，其傳輸完全不受電磁干擾影響。
[0023]3)可靠性高，光纖光柵傳感器中的感溫裝置為通過掩膜法光刻在光纖中的光柵，并通過陶瓷無應力封裝進行防護，斷纖的可能性極低，而熒光測溫的感溫裝置為光纖末端的熒光體，并通過塑封工藝進行保護，很難脫落。
[0024]4)可故障自診斷，光纖傳感器的故障主要是光纖斷開，這一點很容易通過解調裝置接收到的光強進行判斷，而光纖光柵和熒光測溫這兩種傳感器的溫度信號的解調與光強是沒有關系的，因此可以可靠地進行故障自診斷。
[0025]目前光纖光柵測溫與熒光光纖測溫都是較為成熟的技術，都在電力行業(yè)得到了大量應用，但在列車軸溫監(jiān)測的環(huán)境中，光纖光柵測溫存在如下缺點:
[0026]1)成本較高，光纖光柵解調技術復雜，解調儀價格昂貴，必須通過數(shù)百個點的大規(guī)模