红外热成像技术在轨道交通的应用

　　为什么需要在轨道交通中使用红外热像仪

　　众所周知，轨道交通是一个庞大、复杂的交通运输系统，因而，从机车制造到运营，可靠性、安全性一直是关注的重点。一方面，无论何种设备，其设备维护是一种设备运转状况驱动的预防性维护。它是对运转状况、效率、热量分布和其他指标进行直接监视，以便确定实际的平均无故障时间或对其危害在设施内所有关键系统装置运转效率损失的确定。故需定期地测量设备，随时间跟踪测量结果，而温度恰恰就是一个非常有用的参数。目前红外热像仪检测技术就是其中监视温度的一种重要检测手段;另一方面，随着轨道交通行业的蓬勃发展，消费者对于机车的要求也越来越高，轨道交通与汽车行业一样，诉求即是环保性、安全性、舒适性。红外热像仪技术除了用在机车生产厂内对电气设备进行例行维护外，还需在轨道交通运营过程中能更有效、更快速、更准确地诊断出机车设计，结构等的相关缺陷。

　　非制冷焦平面热像仪基本架构工作框图

　　如今，国内外应用非制冷焦平面探测器的不同种类与规格的热成像仪产品如雨后春笋，这些热成像仪无论是热参数、光学/红外，还是控制、操作、电气等性能指标及功能皆各具特点。值此以FlUKE Ti30?热像仪在轨道交通行业诊断的应用为例作介绍。首先，对FlUKE Ti30?热像仪的主要参数指标简介如下：

　　探测器类型是120×160非制冷焦平面;温度显示分辨率为0.1( 或℃);温度范围为-10至250℃(14至482 );精度为±2%或±2℃(在-10~0℃时的精度为±3℃);重复性为±1%或±1℃(±2 );操作环境温度为-10至50℃;光学分辨率为90﹕1;图像帧频为20Hz;储存能力为100张图像;热分析软件为InsideIR(内含);计算机操作系统为Microsoft?Windows?98、Windows 2000或 Windows XP。由于这是非制冷焦平面热像仪的应用，为此有必要对非制冷型红外焦平面热像仪的工作原理作一简介。非制冷焦平面热像仪基本工作框图(可见图3)。

　　图3  非制冷焦平面热像仪基本工作框图

　　在图3所示的桥式电路中，Rl为内置探测器，R2为工作探测器，R3、R4是桥式平衡电路的标准电阻，E是取样电压信号。R1和R2两个探测器的位置摆放很近，R1被屏蔽不露，而作为工作探测器的R2必须暴露在外以接收红外辐射。当工作探测器没有外来辐射照射时，电桥电路保持平衡，则没有电压信号输出，此时E=0;而当红外辐射照射到工作探测器时将使R2的温度变化，从而引起该探测器的电阻阻值随温度变化，把桥式电路的平衡打破，使信号输出电路的两端产生电压差，则有电压信号输出。

　　 当然，非制冷焦平面热像仪也应与红外图像处理系统联机使用，以便增加热像仪的测温精度和分析显示功能。

　　红外热像仪在轨道交通、铁路运输中安全应用

　　1、电力机车检测

　　电力机车内部有大量的电力设备，当其运行时会产生很大的热量，同时由于连接件松动、设备等原因将造成机车故障，严重时将引发重大安全事故。红外热像仪可以在机车停车间隙进行巡检，及时发现机车内部的设备隐患，避免事故的发生。

　　电力机车内部涉及到红外热像仪检测的部件主要有主变压器、调压开关、变流装置、牵引电动机、电子控制柜、制动电阻柜等。

　　
　　2、轮轴检测

　　目前，随着列车车速的提高，轮轴温升问题也愈发值得关注。加强对轮轴温升的监控显得至关重要。当轮轴的温度高于环境温度达到40℃以上时，就必须立即更换，否则将损害轴承强度及刹车片性能，导致事故发生。所以当列车进站后，就需要进行轮轴的检测，对每次发现温度过高的情况进行记录并做标记(最高温度的轮轴的位置也需要记录)。

　　列车的轮轴安装不当和超负荷运转时，与轴瓦摩擦会产生大量的热量，严重时会使整个车轴发热变红，以致车轴断裂，造成翻车事故。红外热像仪可以通过非接触测量来及时发现过热的轮轴，避免因轮轴温度过高而发生行车事故。

　　基于红外热像仪对安全应用的检测技术，值此将其典型应用列举如下：

　　· 机车生产运营车辆部件研发、电气系统研发、整车制造等;

　　· 轨道交通运营——车辆段、供电段、高/低压电气维护、通讯机房维护、车辆检修等。

　　具体可在：轮轴检测﹝见图4(a)所示﹞，接触网检测﹝见图4(b)所示﹞，机车检测﹝见图4(c)所示﹞，传动轴检测﹝见图4(d)所示﹞，供电系统检测﹝见图4(e)所示﹞以及车头电气检测﹝见图4(f)所示﹞6个部位诊断故障，图中红色与黄色均是故障部位发热，其温度异常急升并发烫，则该故障现像在热像仪屏上清晰可见。