一种基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统技术方案

一种基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统，包括温度报警主机，其特征在于：还包括与温度报警主机之间通过通讯及电源总线相连的至少一个温度采集单元，所述至少一个温度采集单元连接至少一个荧光光纤测温探头，所述荧光光纤测温探头安装于需要测量温度的部位。该基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统，不但测温准确，抗电磁干扰性能好，并且也具有故障判断报警的功能，能够利用现有的列车上的测温网络进行改造获得，而且连接通讯可靠，也不会因为列车的分解复用而造成测温的不准确和故障的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及列车的温度检测系统，特别是涉及一种列车车轴的温度检测系统。
技术介绍
近年来我国高速铁路迅猛发展，列车运行速度已经达到了 350km/h，随之可能遇到的各种危险因素也越来越多，所以对列车运行安全提出了更高的要求。列车在运行过程中，机车车辆与钢轨的冲击、动力效应和振动，会导致车辆各轴承的发热，当轴承磨损和产生缺陷时，不正常发热增大，轻则造成机损影响车辆的正常运行，重则造成疲劳破坏甚至热切轴直接导致火车发生故障翻车，造成巨大的生命和财产损失，严重影响到铁路运输安全。温度是列车上机电设备重要的监测参数，如果列车机电设备的温度过高，会导致绝缘性能降低、密封性能变差、润滑介质膨胀及变质、有机材料变性甚至碳化等问题，甚至会引起机破、火灾等严重事故。为了提高安全性，需要对列车高速运行的关键部件进行温度监控，如转向架轴温、牵引电机轴承和定子温度、齿轮箱轴承温度。当遇到温度异常过高的情况时，列车应及时自动限速或停车，确保列车运行安全。早期轴温监测的手段是通过工人在停车时用手摸，根据人的感觉进行报警，这种检测方式必须停车且耗费大量人力；后来美国人专利技术了一种无需停车的轴温自动记录装置，在轨道旁通过红外线测温仪配合计轴器监测轴承温度，这种方式减少了人工，且无需停车，但它仍然是一种非实时的监测方式，并且它对列车经过时的速度有要求。近年来随着列车信息化水平的提高，我国铁路部门在机车、动车上普遍安装有基于铂电阻测温的轴温报警系统，解决了轴温监测的实时监测、速度受限问题。现今，列车上使用的转向架轴温检测的温度传感器主要是铂电阻。由于被测部件主要集中于转向架上，工作环境十分恶劣，而且转向架上安装有电机等大功率设备，电磁干扰十分强烈，同时转向架还是车辆的接地部件，经常有高压、大电流的存在。为了使铂电阻可靠工作，对铂电阻温度传感器采取了绝缘、密封、屏蔽等措施，并在布线过程中避开强电磁干扰部件，以提高耐压等级和抗电磁干扰能力。但即使采取了这些措施，铂电阻温度传感器在使用过程中仍然出现了大量的故障，而且也不能完全满足列车轴温报警的需求，它存在如下缺点:1、绝缘耐压等级低，电力机车、动车通过转向架接地，转向架上有时有高达500V高电压存在，同时轴温报警系统还需对电机温度进行监测，电机内部的电压高达4000V。铂电阻温度传感器虽然通过绝缘，可耐受此高电压，但防护可靠性较差，其电缆线屏蔽层长期使用会发生老化、开裂，导致绝缘失效，而电缆线表面凝结的水蒸气在列车风压的帮助下加剧了这一缺点的影响。2、抗电磁干扰能力差，列车的动力电机也位于转向架上，其功率很大，电磁辐射非常严重。铂电阻传感器的电缆不可避免地受到电磁辐射的影响，常发生误报警。3、可靠性差，列车转向架环境非常恶劣，伴随着剧烈振动、冲击，有时会被轨道上的石子击打，还会经历复杂、剧烈的温度、湿度变化。铂电阻温度传感器的焊线极为纤细，在复杂的环境下易发生断线、短路，可靠性较差。4、无法自诊断，铂电阻温度传感器通过测量引线两端的电阻来测量温度.为消除误差，一般采用三线、四线制，因此对于以上发生的各种故障均无法自诊断。有厂家通过软件算法对电磁干扰等故障进行判别，但仍无法完全解决问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种受外界干扰较小、抗电磁干扰能力强、可靠性高，并且可以实时监测和报警的基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统，包括温度报警主机，其特征在于:还包括与温度报警主机之间通过通讯及电源总线相连的至少一个温度采集单元，所述至少一个温度采集单元连接至少一个荧光光纤测温探头，所述荧光光纤测温探头安装于需要测量温度的部位。优选地，所述温度采集单元包括电源模块、保护电路、CPU和至少一个荧光光纤温度解调电路，所述电源模块与保护电路分别与通讯及电源总线相连，至少一个荧光光纤温度解调电路与设于温度采集单元外侧的至少一个防水光纤连接器分别连接，并且通过至少一个防水光纤连接器分别连接至所述至少一个荧光光纤测温探头，所述CHJ与电源模块、保护电路和荧光光纤温度解调电路均分别连接。为了检测环境温度，所述温度采集单元还包括温度解调电路和环境温度传感器，所述环境温度传感器与温度解调电路相连，并且环境温度传感器设于温度采集单元的外侧，所述温度解调电路与所述CPU相连。优选地，所述环境温度传感器为PT100、PT1000、NTC或者是数字化的测温芯片。优选地，所述通讯及电源总线可以是现有的列车通讯网络并附加单独的电源总线，或者是RS485总线或CAN总线。与现有技术相比，本专利技术的优点在于该基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统，不但测温准确，抗电磁干扰性能好，并且也具有故障判断报警的功能，能够利用现有的列车上的测温网络进行改造获得，而且连接通讯可靠，也不会因为列车的分解复用而造成测温的不准确和故障的发生。【附图说明】图1为本专利技术实施例的基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统的示意图。图2为本专利技术实施例的基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统的温度采集单元的示意图。【具体实施方式】以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。现今已有许多种原理的光纤温度传感器被研发出来，但由于成本、精度、可靠性等方面的原因，目前应用比较广泛的有光纤光栅式、荧光式和拉曼式。其中，光纤光栅式传感器将光纤光栅埋设在被测部位，温度变化时，光栅的周期和折射率发生改变，导致其峰值反射波长发生变化;光纤光栅传感器的优点是温度测量精度高，接线简单，可以把所有传感器串联在一起，只连接1到2个连接器，大大减少了布线成本，其缺点是解调器十分昂贵，但可通过大量传感器的串并联来降低系统的综合成本。荧光式光纤温度传感器在光纤的末端集成有一块荧光体，光纤发射一定波长的光去激励荧光体，激励得到的荧光的强度和激励源消失后荧光的余晖时间与温度有关;荧光传感器的优点是解调器原理简单，成本低廉，缺点是所有测量点并行连接，测量点较多时布线成本较高。拉曼式光纤温度传感器利用光纤中的斯托克斯、反斯托克斯散射强度的比值与温度有关的特性进行温度测量，并通过高速采样确定测温点的位置;其优点是使用普通通讯光纤即可测量，可对光纤沿线的温度进行无缝测量，缺点是所测温度为一段光纤的平均温度，且测温精度相对较低。这三种技术中，光纤光栅技术适合于大规模应用场合的温度测量，如大型发电厂中的发电机组转子、定子温度监测和变电站中的变压器绕组、开关柜触点温度监测，荧光技术适合于中小规模应用场合的温度测量，如小型变电站中的变压器、开关柜温度监测，而拉曼测温技术适合于长距离线状物体的温度监测，如电缆线、地下电缆沟、隧道的温度监测。目前这三种技术在电力等行业中均得到了大量应用，其中前两者用于点测温，后者用于线测温。在列车中采用光纤温度传感器可具有以下的优点:1)绝缘耐压等级高，光纤采用石英、塑料等材质制成，这些材料本身就是优良的绝缘材料，因此光纤传感器绝缘耐压等级高，0.4米长的光纤即可耐受10万伏的电压。2)抗电磁干扰能力强，光纤中传输的是光信号，一般情况下采用的是非偏振光，其传输完全不受电磁干扰影响。3)可靠性高，光纤光栅传感器中的感温装置为通过掩膜法光刻在光纤中的光栅，并通过陶瓷无应力封装进行防护，断纤的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于荧光光纤测温的列车轴温监测系统，包括温度报警主机(1)，其特征在于：还包括与温度报警主机(1)之间通过通讯及电源总线(4)相连的至少一个温度采集单元(2)，所述至少一个温度采集单元(2)连接至少一个荧光光纤测温探头(3)，所述荧光光纤测温探头(3)安装于需要测量温度的部位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：倪大成，郑良广，王飞，赵呈锐，姜涛，李昌书，高洁，孙炎，
申请(专利权)人：宁波南车时代传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33