RU45698U1 - DEVICE FOR DETECTING OVERHEATED BEAMS OF MOBILE COMPOSITION - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам контроля подвижного состава и предназначено для бесконтактного обнаружения перегретых букс железнодорожного транспорта методом регистрации электромагнитного излучения. Техническим результатом при использовании предложенного устройства является повышение точности измерений при упрощении конструкции и снижении энергопотребления, который достигается тем, что устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава содержит размещенные в кожухе заслонку с двигателем, входной объектив, модулятор с двигателем, промежуточный объектив, приемник излучения, снабженный термоэлектрическим охладителем, и блок обработки сигнала, причем заслонка снабжена датчиком температуры, а ее обращенная к приемнику излучения сторона выполнена в виде модели абсолютно черного тела. В частных случаях обращенная к приемнику сторона заслонки выполнена в виде шероховатой почерненной поверхности, что представляет собой модель абсолютно черного тела, а приемник излучения выполнен на основе материала CdHgTe и снабжен термоэлектрическим охладителем. Наличие в устройстве заслонки с датчиком температуры позволяет непосредственно перед или сразу после проведенных измерений откалибровать прибор при закрытом положении заслонки по модели абсолютно черного тела в тех же условиях и при том же состоянии прибора, что и при производимых измерениях объекта, что и повышает точность измерения, а отсутствие эталонного нагревателя упрощает конструкцию и снижает ее энергопотребление.The proposed utility model relates to devices for monitoring rolling stock and is intended for non-contact detection of overheated axleboxes of railway vehicles by the method of recording electromagnetic radiation. The technical result when using the proposed device is to increase the measurement accuracy while simplifying the design and reducing energy consumption, which is achieved by the fact that the device for detecting overheated axle boxes of a rolling stock comprises a shutter with an engine, an input lens, a modulator with an engine, an intermediate lens, a radiation receiver, equipped with a thermoelectric cooler, and a signal processing unit, moreover, the damper is equipped with a temperature sensor, and its facing the receiver The radiation side is made in the form of a model of a completely black body. In special cases, the side of the damper facing the receiver is made in the form of a rough blackened surface, which is a completely black body model, and the radiation receiver is made on the basis of CdHgTe material and is equipped with a thermoelectric cooler. The presence in the device of a damper with a temperature sensor allows you to calibrate the device immediately before or immediately after the measurements when the damper is closed according to the model of an absolutely black body in the same conditions and with the same condition of the device as with the measurements of the object, which increases the measurement accuracy, and the absence of a reference heater simplifies the design and reduces its energy consumption.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам контроля подвижного состава и предназначено для бесконтактного обнаружения перегретых букс железнодорожного транспорта методом регистрации электромагнитного излучения.The proposed utility model relates to devices for monitoring rolling stock and is intended for non-contact detection of overheated axleboxes of railway vehicles by the method of recording electromagnetic radiation.

Известно устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава, содержащее корпус с закрывающимся заслонкой входным окном, поворотное зеркало, входной объектив, модулятор с двигателем, промежуточный объектив, приемник излучения, соединенный с предусилителем, фильтром и усилителем сигнала (см. пат. США №3998 549, НКИ 374/129, 1976 г.). Такое устройство обеспечивает определение температуры букс подвижного состава путем сравнения сигнала инфракрасного излучения от буксы с заранее откалиброванным значением. Однако с течением времени элементы конструкции подвергаются воздействию окружающей среды, например, осаждению пыли и грязи на объективы, что приводит к искажению излучаемого объектом сигнала и неправильному определению его температуры.A device for detecting overheated axleboxes of rolling stock, comprising a housing with a closing shutter with an input window, a rotary mirror, an input lens, a modulator with an engine, an intermediate lens, a radiation receiver connected to a preamplifier, filter, and signal amplifier (see US Pat. No. 3,998,549) NKI 374/129, 1976). Such a device provides for determining the temperature of axleboxes of rolling stock by comparing the infrared signal from the axlebox with a pre-calibrated value. However, over time, structural elements are exposed to the environment, for example, the deposition of dust and dirt on the lenses, which leads to distortion of the signal emitted by the object and the incorrect determination of its temperature.

Известно устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава, содержащее размещенные в кожухе заслонку с двигателем, входной объектив, модулятор с двигателем, промежуточный объектив, приемник излучения, и блок обработки сигнала, которое снабжено эталонным элементом с нагревателем, обеспечивающим периодическую проверку правильности калибровки в ходе измерений (см. проспект фирмы VAE-НОА 90 S, 1994 г.) Проверка происходит с заданной оператором периодичностью путем сравнения известной температуры эталонного элемента с измеренной прибором температурой, приA device for detecting overheated axleboxes of a rolling stock comprising a shutter with an engine located in a casing, an input lens, a modulator with an engine, an intermediate lens, a radiation receiver, and a signal processing unit, which is equipped with a reference element with a heater that provides periodic verification of calibration during measurements (see the prospectus of the company VAE-NOA 90 S, 1994). The test is carried out at a frequency specified by the operator by comparing the known temperature of the reference element with the measured and temperature, at

заданном расхождении в значениях делается вывод о необходимости технического обслуживания прибора. Таким образом, точность определения температуры букс подвижного состава периодически снижается, при этом усложняется конструкция устройства и увеличивается его энергопотребление.Given a discrepancy in values, a conclusion is drawn about the need for maintenance of the device. Thus, the accuracy of determining the temperature of the axleboxes of the rolling stock periodically decreases, while the design of the device is complicated and its energy consumption increases.

Техническим результатом при использовании предложенного устройства является повышение точности измерений при упрощении конструкции и снижении энергопотребления.The technical result when using the proposed device is to increase the accuracy of measurements while simplifying the design and reducing energy consumption.

Этот результат достигается тем, что устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава содержит размещенные в кожухе заслонку с двигателем, входной объектив, модулятор с двигателем, промежуточный объектив, приемник излучения, снабженный термоэлектрическим охладителем, и блок обработки сигнала, причем заслонка снабжена датчиком температуры, а ее обращенная к приемнику излучения сторона выполнена в виде модели абсолютно черного тела. В частных случаях обращенная к приемнику сторона заслонки выполнена в виде шероховатой почерненной поверхности, что представляет собой модель абсолютно черного тела, а приемник излучения выполнен на основе материала CdHgTe и снабжен термоэлектрическим охладителем.This result is achieved in that the device for detecting overheated axleboxes of rolling stock comprises a shutter with an engine located in the casing, an input lens, a modulator with an engine, an intermediate lens, a radiation receiver equipped with a thermoelectric cooler, and a signal processing unit, the shutter being equipped with a temperature sensor, and its side facing the radiation receiver is made in the form of a model of a completely black body. In special cases, the side of the damper facing the receiver is made in the form of a rough blackened surface, which is a completely black body model, and the radiation receiver is made on the basis of CdHgTe material and is equipped with a thermoelectric cooler.

Новым в предложенном устройстве является то, что заслонка снабжена датчиком температуры, а ее обращенная к приемнику излучения сторона выполнена в виде модели абсолютно черного тела. Это позволяет непосредственно перед или сразу после проведенных измерений откалибровать прибор при закрытом положении заслонки по модели абсолютно черного тела в тех же условиях и при том же состоянии прибора, что и при производимых измерениях объекта, что и повышает точность измерения.New in the proposed device is that the damper is equipped with a temperature sensor, and its side facing the radiation receiver is made in the form of a model of a completely black body. This allows you to calibrate the device immediately before or immediately after the measurements with the shutter closed according to the model of a completely black body under the same conditions and with the same state of the device as with the measurements of the object, which increases the measurement accuracy.

Приемник излучения выполнен на основе материала CdHgTe, так как он обладает хорошими чувствительностью и быстродействием, соответствующим режимам проводимых измерений.The radiation receiver is based on CdHgTe material, since it has good sensitivity and speed, corresponding to the measurement modes.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства для обнаружения перегретых букс подвижного состава.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of a device for detecting overheated axleboxes of rolling stock.

Устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава содержит кожух 1 с входным окном 2, напротив которого установлены заслонка 3 с двигателем 4, входной объектив 5, модулятор 6 с двигателем 7, промежуточный объектив 8, приемник излучения 9, соединенный с блок обработки сигнала 10. Заслонка 3 снабжена датчиком температуры, а ее обращенная к приемнику излучения 9 сторона выполнена в виде модели абсолютно черного тела, которая в частном случае может быть выполнена в виде нанесенного на заслонку слояA device for detecting overheated axleboxes of rolling stock comprises a casing 1 with an input window 2, opposite which a shutter 3 with an engine 4, an input lens 5, a modulator 6 with an engine 7, an intermediate lens 8, a radiation receiver 9 connected to a signal processing unit 10 are installed. 3 is equipped with a temperature sensor, and its side facing the radiation receiver 9 is made in the form of a model of a completely black body, which in a particular case can be made in the form of a layer deposited on the shutter

Приемник излучения 9 может быть выполнен на основе материала CdHgTe и снабжен термоэлектрическим охладителем 11. Блок обработки сигнала 10 выполнен из типовых интегральных микросхем и представляет собой, например, соединенный с приемником излучения предварительный усилитель, подключенный к контроллеру с помощью аналогово-цифрового преобразователя, соединенного с устройствами визуализации или контроля оператора путевого движения (на чертеже не показаны).The radiation receiver 9 can be made on the basis of CdHgTe material and equipped with a thermoelectric cooler 11. The signal processing unit 10 is made of typical integrated circuits and is, for example, a preamplifier connected to the radiation receiver connected to the controller using an analog-to-digital converter connected to devices for visualization or control of the travel operator (not shown in the drawing).

Устройство работает следующим образом. В момент прохождения железнодорожного состава заслонка 3 находится в положении "открыто". Излучение от буксы фокусируется объективом 5 в плоскость модулятора 6. Диск модулятора выполнен с прорезями, обеспечивающими прерывание излучения от буксы с частотой 3,5-6 Гц, а его обращенная к приемнику излучения поверхность - зеркальная. После модулятора излучение от буксы промежуточным объективом 8 проецируется на чувствительную площадку приемника 9, Таким образом, на приемник в течение одного полупериода попадает излучение от буксы, а в течение следующего - приемник как бы "видит" сам себя. В первом случае на выходе приемника образуется сигнал, пропорциональный потоку излучения от буксы, а во втором - шум, пропорциональный температуре приемника излучения. Выходной сигнал приемника 9 поступает в блок обработки сигнала 10 и далее - на пульт оператора. После прохожденияThe device operates as follows. At the time of passage of the train, the shutter 3 is in the "open" position. The radiation from the axle box is focused by the lens 5 into the plane of the modulator 6. The modulator disk is made with slots, providing interruption of radiation from the axle box with a frequency of 3.5-6 Hz, and its surface facing the radiation receiver is mirrored. After the modulator, the radiation from the axle box by the intermediate lens 8 is projected onto the sensitive area of the receiver 9. Thus, the radiation from the axle box is received by the receiver during one half-cycle, and the receiver “sees” itself during the next half-cycle. In the first case, a signal is generated at the output of the receiver proportional to the radiation flux from the axle box, and in the second case, noise is proportional to the temperature of the radiation receiver. The output signal of the receiver 9 enters the signal processing unit 10 and then to the operator console. After passing

железнодорожного состава заслонка 3 возвращается в положение "закрыто". Обращенная к приемнику излучения сторона заслонки 3 выполнена в виде черного тела с встроенным в него датчиком температуры, что позволяет непосредственно перед и сразу после проведенных измерений откалибровать прибор в том же состоянии и в тех же условиях окружающей среды, что и проводимые измерения. Это повышает оперативность и точность измерения температуры буксы.railway train shutter 3 is returned to the closed position. The side of the shutter 3 facing the radiation receiver is made in the form of a black body with a temperature sensor built into it, which allows you to calibrate the device in the same state and in the same environmental conditions as the measurements taken immediately before and immediately after the measurements. This increases the efficiency and accuracy of measuring the temperature of the axle box.

Предложенная конструкция реализована при построении напольной камеры системы контроля температуры букс подвижного состава железных дорог и успешно прошла испытания в течение года. В качестве приемника излучения использовался приемник на основе CdHgTe, чувствительный в диапазоне 3-5 мкм, снабженный термоэлектрическим холодильником. Модель абсолютно черного тела - шероховатая почерненная поверхность на внутренней стороне заслонки сформирована пескоструйной обработкой и диффузным распылением матовой черной краски. Коэффициент излучения такой поверхности в спектральном диапазоне 3-5 мкм составляет 0,98. В качестве датчика температуры на заслонке установлен термоэлемент, обеспечивающий измерение абсолютной температуры заслонки, например, термистор ТРА-1.The proposed design was implemented during the construction of the floor chamber of the temperature control system of the axleboxes of the rolling stock of railways and successfully passed the tests during the year. A CdHgTe based detector, sensitive in the range of 3-5 μm, equipped with a thermoelectric cooler, was used as a radiation receiver. The model of an absolutely black body - a rough blackened surface on the inside of the damper is formed by sandblasting and diffuse spraying of matte black paint. The emissivity of such a surface in the spectral range of 3-5 μm is 0.98. As a temperature sensor, a thermocouple is installed on the damper, which provides measurement of the absolute temperature of the damper, for example, the TPA-1 thermistor.

Калибровка зависимости выходного сигнала от температуры модели абсолютно черного тела периодически корректируется по датчику температуры заслонки и соответствует состоянию всей оптико-электронной системы прибора и условиям проводимых измерений температуры букс подвижного состава.Calibration of the dependence of the output signal on the temperature of the model of a black body is periodically corrected by the temperature sensor of the damper and corresponds to the state of the entire optoelectronic system of the device and the conditions of the temperature measurements of the axleboxes of the rolling stock.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава за счет наличия на заслонке модели абсолютно черного тела и датчика температуры позволяет оперативно проводить корректирующую калибровку, что повышает точность измерений, а отсутствие эталонного нагревателя упрощает конструкцию и снижает ее энергопотребление.Thus, in comparison with the prototype, the proposed device for detecting overheated axleboxes of rolling stock due to the presence of an absolutely black body and a temperature sensor on the damper allows for prompt corrective calibration, which increases the accuracy of measurements, and the absence of a reference heater simplifies the design and reduces its energy consumption.

Claims (3)

1. Устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава, содержащее размещенные в кожухе заслонку с двигателем, входной объектив, модулятор с двигателем, промежуточный объектив, приемник излучения и блок обработки сигнала, отличающееся тем, что заслонка снабжена датчиком температуры, а ее обращенная к приемнику излучения сторона выполнена в виде модели абсолютно черного тела.1. A device for detecting overheated axleboxes of a rolling stock, comprising a shutter with an engine located in a casing, an input lens, a modulator with an engine, an intermediate lens, a radiation receiver and a signal processing unit, characterized in that the shutter is equipped with a temperature sensor and its facing the radiation receiver the side is made in the form of a model of an absolutely black body. 2. Устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава по п.1, отличающееся тем, что модель абсолютно черного тела выполнена в виде шероховатой почерненной поверхности.2. A device for detecting overheated axleboxes of a rolling stock according to claim 1, characterized in that the model of a completely black body is made in the form of a rough blackened surface. 3. Устройство для обнаружения перегретых букс подвижного состава по п.1 или 2, отличающееся тем, что приемник излучения выполнен на основе материала CdHgTe и снабжен термоэлектрическим охладителем.3. A device for detecting overheated axle boxes of a rolling stock according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation detector is based on CdHgTe material and is equipped with a thermoelectric cooler.