一種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于列車軸溫探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]列車軸溫探測系統(tǒng)中，光子探頭是用來敏感軸溫的一個(gè)部件。碲鎘汞光子器件是光子探頭的核心部件。在光子探頭的實(shí)際應(yīng)用中，光子器件的穩(wěn)定性決定光子探頭能否正常有效的應(yīng)用。一般情況下，光子器件會(huì)隨著使用年限的增加，以及使用環(huán)境的惡劣程度，其自身特性會(huì)有一定程度的變化。該變化目前在國際和國內(nèi)很難從器件本身角度改善。
[0003]光子探頭的響應(yīng)變化到一定程度之后，會(huì)嚴(yán)重影響軸溫探測；另外，由于光子器件的特性，探頭的響應(yīng)在環(huán)境溫度迅速變化的情況下會(huì)有少量的變化。這些由于光子器件特性改變引起的探頭響應(yīng)變化都會(huì)給列車軸溫探測系統(tǒng)的軸溫計(jì)算帶來不同程度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是為了解決上述問題，達(dá)到探頭更穩(wěn)定使用和更精準(zhǔn)的測溫，提出了一種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制裝置及控制方法。
[0005]—種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制裝置，包括熱靶和光子探頭，所述的光子探頭包括光學(xué)系統(tǒng)、光子器件、偏置電源、控制板和前放板。
[0006]當(dāng)光子探頭進(jìn)行熱靶標(biāo)定時(shí)，熱靶進(jìn)行持續(xù)的加熱，光子器件對熱靶輻射的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)微弱的電壓信號，光子探頭采集電壓信號并處理后輸出一個(gè)探頭信號。探頭信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換和判斷后，得到一組在一定時(shí)間之內(nèi)的響應(yīng)變化V-T曲線，并存儲(chǔ)。經(jīng)過單片機(jī)對V-T曲線的智能分析，判斷出光子探頭的響應(yīng)率，并和當(dāng)前的殼體溫度、光子器件溫度和標(biāo)定時(shí)間進(jìn)行對應(yīng)，得到一個(gè)有效的響應(yīng)組A，初次使用時(shí)，該響應(yīng)組A作為基準(zhǔn)響應(yīng)。
[0007]當(dāng)下一次熱靶標(biāo)定時(shí)，單片機(jī)重復(fù)執(zhí)行上述的任務(wù)，得到響應(yīng)組B，并用模糊算法和專家系統(tǒng)，判斷出響應(yīng)組B與響應(yīng)組A的關(guān)系，如果該關(guān)系滿足(b-a) X e>W時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)的探頭響應(yīng)率已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，需要進(jìn)行增益控制。單片機(jī)隨后發(fā)出增益增大或者減小的命令，增大量和減小量為(b-a) Xe。通過調(diào)整增益，使探頭信號的放大倍數(shù)得到調(diào)整，令光子探頭的輸出響應(yīng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明還提供一種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制方法，具體步驟如下:
[0009]步驟一、單片機(jī)初始化，采集探頭信號；
[0010]步驟二、探頭做熱靶標(biāo)定，判斷探頭信號的有效性；
[0011]具體步驟為:
[0012]步驟201、單片機(jī)通過A/D電路模塊實(shí)時(shí)的對探頭信號進(jìn)行采集；
[0013]步驟202、探頭開始做熱靶標(biāo)定，繪制熱靶標(biāo)定曲線；
[0014]步驟203、單片機(jī)分析判斷探頭信號有效性，如果有效執(zhí)行步驟204，否則執(zhí)行步驟201；
[0015]步驟204、將熱靶標(biāo)定曲線、擋板溫度、殼體溫度和器件溫度一起打包存儲(chǔ)為響應(yīng)組A;
[0016]步驟三、重復(fù)步驟二，得到響應(yīng)組B，將響應(yīng)組B和響應(yīng)組A進(jìn)行比較，確定需要進(jìn)行增益調(diào)整。
[0017]具體步驟為:
[0018]步驟301、單片機(jī)采集到新的熱靶標(biāo)定曲線與擋板溫度、殼體溫度和器件溫度一起打包存儲(chǔ)為響應(yīng)組B;
[0019]步驟302、響應(yīng)組B與響應(yīng)組A做比較，計(jì)算(b-a) Xe與W的關(guān)系；
[0020]步驟303、如果(b-a)Xe>W，單片機(jī)的增益調(diào)整命令生效，執(zhí)行步驟四；
[0021]步驟304、如果(b-a)XeS W，單片機(jī)不做任何操作，執(zhí)行步驟二。
[0022]步驟四、單片機(jī)給AGC模塊發(fā)送增益調(diào)整命令，AGC模塊設(shè)定好調(diào)節(jié)的增益大小(b-a) Xe，發(fā)送給前放板上的增益調(diào)整電路，通過改變后級放大電路的放大倍數(shù)而實(shí)現(xiàn)探頭信號的增益調(diào)整；
[0023]步驟五、探頭信號的放大倍數(shù)調(diào)整完畢，探頭的響應(yīng)率恢復(fù)正常。
[0024]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]I)本發(fā)明提供的增益控制裝置，通過內(nèi)置單片機(jī)和AGC模塊進(jìn)行控制，兼容性強(qiáng)，控制精度高。
[0026]2)本發(fā)明提供的增益控制方法，能通過采集的信號智能分析并存儲(chǔ)當(dāng)前探頭的響應(yīng)率相關(guān)參數(shù)，結(jié)合環(huán)境溫度和器件溫度等因素進(jìn)行綜合的智能分析和判斷，能有效的保證光子探頭增益的穩(wěn)定控制。
[0027]3)本發(fā)明提供的增益控制裝置和方法，能有效的改善光子器件響應(yīng)變化的條件，保證列車軸溫探測的精度。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種光子探頭智能增益控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一種光子探頭智能增益控制方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明提供一種基于軸溫探測的光子探頭智能增益控制裝置及方法，涉及列車軸溫探測所用的光子探頭。
[0032]本發(fā)明采用單片機(jī)采集探頭信號，通過智能分析和判斷來控制探頭增益，和普通的自動(dòng)增益控制不同，本發(fā)明基于軸溫探測系統(tǒng)，能利用軸溫探測過程中的熱靶標(biāo)定、過車信號等參數(shù)來智能判斷增益控制的參數(shù)，并達(dá)到穩(wěn)定控制的效果。
[0033]—種基于軸溫探測的光子探頭智能增益控制裝置，如圖1所示，所述的增益控制裝置包括熱靶和光子探頭，所述的光子探頭包括光學(xué)系統(tǒng)、光子器件、偏置電源、前放板和控制板。所述光學(xué)系統(tǒng)主要起透過中波波段的紅外光和匯聚能量的作用;光子器件是對中波波段的紅外光敏感的元器件;偏置電源給光子器件提供偏置電流，使光子器件正常工作;熱靶發(fā)出的信號通過光學(xué)系統(tǒng)后進(jìn)入光子器件得到電壓信號，前放板接收光子器件輸出的電壓信號并進(jìn)行放大、濾波處理后輸出探頭信號;控制板通過采集前方板輸出的探頭信號，結(jié)合器件溫度和殼體溫度，對增益進(jìn)行調(diào)整。所述控制板包括:單片機(jī)、外部晶振、時(shí)間模塊、A/D模塊、AGC模塊、存儲(chǔ)模塊以及殼溫和器件溫度模塊;所述的單片機(jī)采集時(shí)間模塊、外部晶振、存儲(chǔ)模塊和A/D模塊的信息，并將增益調(diào)整信息通過AGC模塊發(fā)送給增益調(diào)整電路。所述前放板包括前置放大電路、濾波電路、校零電路、增益調(diào)整電路和后級放大電路，光子器件輸出的電壓信號首先經(jīng)過前放板內(nèi)的前置放大電路，然后依次經(jīng)過濾波電路進(jìn)行濾波、校零電路進(jìn)行校零，到達(dá)后級放大電路，在后級放大電路中結(jié)合增益調(diào)整電路輸出得到探頭信號，控制板實(shí)時(shí)采集探頭信號。
[0034]所述光子器件為碲鎘汞光子器件，是一種需要制冷的光導(dǎo)器件。隨著光子器件使用的年限和環(huán)境因素，外界的水汽和其他氣體分子會(huì)慢慢的進(jìn)入光子器件內(nèi)部，對光子器件產(chǎn)生影響，導(dǎo)致光子器件的探測特性發(fā)生改變。當(dāng)該探測特性改變過大時(shí)，會(huì)影響軸溫探測系統(tǒng)對軸溫的準(zhǔn)確探測。本發(fā)明在光子探頭(后面簡稱為探頭)內(nèi)部設(shè)置有前置放大電路和后級放大電路，可以通過改變前置放大電路和后級放大電路的增益，保證探頭輸出的穩(wěn)定性。
[0035]當(dāng)光子探頭開始做熱靶標(biāo)定時(shí)，探頭信號會(huì)出現(xiàn)有規(guī)律的變化，控制板上的單片機(jī)會(huì)根據(jù)該變化，結(jié)合當(dāng)前的光子探頭參數(shù)進(jìn)行智能判斷，以確定是否能反映光子探頭的響應(yīng)率。當(dāng)確定能獲取當(dāng)前光子探頭的響應(yīng)率之后，單片機(jī)會(huì)將該探頭信號所生產(chǎn)的曲線進(jìn)行換算，并配以器件溫度、殼體溫度，存儲(chǔ)一組響應(yīng)組數(shù)據(jù)，和之前獲得的同樣條件的響應(yīng)組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，最終判斷出是否需要進(jìn)行增益的調(diào)整以及調(diào)整的大小。單片機(jī)把增益調(diào)整命令通過AGC模塊發(fā)送給前放板上的增益調(diào)整電路，通過AGC模塊的調(diào)節(jié)，使得前放板中的增益調(diào)整電路執(zhí)行調(diào)整動(dòng)作，結(jié)合后級放大電路的輸出使得探頭信號的增益發(fā)生變化。
[0036]—種基于列車軸溫探測的光子探頭智能增益控制方法，如圖2所示，具體步驟如下:
[0037]步驟一、單片機(jī)初始化，采集探頭信號；
[0038]開機(jī)后，控制板中的單片機(jī)初始化完成，單片機(jī)從存儲(chǔ)模塊中讀取光子探頭之前的響應(yīng)組信息，默認(rèn)當(dāng)前響應(yīng)組只有一個(gè)，包含熱靶曲線斜率參數(shù)、器件溫度、器件所處的環(huán)境溫度(也就是殼體溫度)、應(yīng)用時(shí)間等信息。該響應(yīng)組在出廠前就已經(jīng)做好默認(rèn)的一組數(shù)據(jù)。同時(shí)，單片機(jī)開始讀取殼溫和器件溫度模塊中的各個(gè)溫度信號、讀取時(shí)間模塊中的時(shí)間日期，并開始不間斷的通過A/D模塊采集探頭信號。采集探頭信號的頻率為0.5秒一次。
[0039]步驟