高速车轴温度场在线测量系统的研制

摘要

铁路是无论对于国家经济发展还是人们日常出行都有着十分重要的作用,它是我国综合交通运输业的骨干和主力军。轴温作为列车重要的安全因素,一直是铁路安全的主要检测量之一。列车车轴温度场在线测量系统便是用来检测列车的车轴温度状况,以保障列车在行驶过程中的安全。伴随着几次列车的大幅提速,列车轴温测量系统也面临着新的挑战与要求。现有的列车轴温检测系统都是直接测得车轴的温度值,但无法描绘出整个车轴的温度场分布状况。本文研制的车轴温度场在线测量系统是一款用于车轴温度测量的高速红外热像仪,它能够直观地呈现出车轴温度场的红外热像图。
　　本文根据红外辐射测温的原理,采用的方案是采用PbSe红外线阵探测器对列车车轴在竖直方向进行扫描,随着车轴在水平方向的移动便可以得到二维的车轴温度场红外图像。本系统下位机主要实现列车车轴温度信号的采集、存储与发送,上位机主要实现红外图像的生成与进一步的图像处理等功能。当列车驶过时,列车车轴的红外辐射通过光学系统后辐射到线阵探测器上，探测器的敏感元接收红外辐射并将其转化为电信号输出,随后探测器读出电路对该信号进行整形、放大等处理。系统根据采集到的列车的车速信号确定数据采集卡的启动时刻和采集速度,采集得到的数据随后存储在SRAM中。当列车全部驶过后,上位机与下位机建立网络连接,SRAM中存储的数据通过以太网传输到上位机。上位机接收数据并确定电压与灰度的对应关系,从而得到车轴的灰度图像,该图像还需要进行一系列的图像增强处理,如非均匀性校正、直方图均衡化和伪彩色编码等,最终呈现出适于人眼观察的红外热像图。本文基于使用C语言编写了数据采集卡采集速度控制程序、数据通讯程序与图像处理程序。通过对系统的标定,得到了图像灰度与车轴温度之间的关系,使得系统能够实现对车轴温度的红外成像。本文设计的车轴温度场在线测量系统顺利通过了最终测试,实现额对列车车轴等快速运动的目标的红外成像,同时能够保证系统的温度测量范围和测量精度。

目录

高速车轴温度场在线测量系统的研制

RESEARCH ON TEMPERATUREFIELD DETECTION SYSYTEM FORHIGH-SPEED TRAIN AXLE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外红外轴温探测技术研究现状

1.3 国内外红外热像技术的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 车轴温度场在线测量系统的总体方案设计

2.1 系统的原理分析

2.2 车轴温度场在线测量系统的总体方案设计

2.3 本章小结

第3章 车轴温度场在线测量系统的硬件设计

3.1 光学系统的设计

3.2 红外探测器的选择

3.3 探测器读出电路的设计

3.4 数据采集电路的设计

3.5 本章小结

第4章 车轴温度场在线测量系统的软件设计

4.1 软件开发环境

4.2 曲线拟合程序

4.3 列车信号获取软件设计

4.4 数据通讯模块软件设计

4.5 非均匀性校正

4.6 红外图像处理软件设计

4.7 本章小结

第5章 系统的标定

5.1 系统标定的意义

5.2 标定方法

5.3 标定结果及数据分析

5.4 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢