紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置及驅動方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，包括調制驅動板、無刷直流電機、輻射調制盤；其中，調制驅動板包括：電源模塊、控制模塊、功率逆變模塊、電路保護模塊、位置信號處理模塊、調制信號處理模塊；軌邊來車方向車輪傳感器檢測到列車過車時，將過車信號通過電纜傳送給控制機，控制機檢測到該信號后向紅外探頭發送調制信號。調制驅動板接收該調制信號后，驅動無刷直流電機高速穩定運行在指定轉速，從而驅動輻射調制盤以指定速度旋轉，將列車軸溫紅外輻射調制成幅值隨時間連續變化的輻射通量。本發明專利技術的優點為：基于數字脈沖寬度調制原理，精度高、調節速度快、抗噪性能強,成本低、功耗小、控制靈活、動態響應好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于列車安全監控領域，具體涉及一種基于改良型數字PID技術和PWM原理控制的無刷直流電機驅動的紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置及驅動方法。
技術介紹
軌道列車在運行時，承重軸承會因摩擦而產生熱量。正常狀態下，軸承表面溫度會趨于穩定值。當軸承內部出現故障時，會使摩擦加劇，軸承溫度會突然升高，形成熱軸，嚴重時導致切軸，致使列車顛覆，是行車安全的重大隱患。紅外軸溫探測系統利用紅外線進行非接觸式的列車軸溫探測，可以有效發現車輛熱軸，防止熱切軸，是確保軌道運輸安全的重要監控檢測設備。目前，紅外軸溫探測系統已在我國鐵路沿線大規模裝備應用。紅外探頭是紅外軸溫探測系統的關鍵部分，負責完成軸溫信號的采集、調理和放大。由于紅外探測器輸出的軸溫電壓信號十分微弱，為了抑制放大電路中零點漂移等干擾和有效的抑制空間干擾，紅外輻射調制技術在紅外測溫中被廣泛采用。為了提高紅外軸溫探測系統的檢測性能，目前市場上的紅外軸溫探測系統中紅外探頭相當一部分為調制型探頭，即通過輻射調制裝置對列車車軸紅外輻射調制處理后再傳送給紅外探測器，以便于后續處理和傳輸，提高信噪比，提高紅外軸溫探測系統的的探測精度。紅外調制型探頭的性能與輻射調制器的形式和性能密切相關。響應速度快、穩定性高、壽命長的調制器是紅外調制探測系統高效工作的必要基礎。紅外軸溫探測系統屬于在線式檢測，列車行駛速度快，因此對紅外調制器響應速度和穩定性要求極高。安裝在紅外軸溫探測系統列車駛來方向的車輪傳感器探測到列車過車啟始信號后，紅外探頭必須在極短的時間內開始穩定的工作。如果規定時間內無法開始工作或者穩定性不夠就會造成紅外軸溫探測系統丟車、丟軸等故障，另外由于紅外軸溫探測系統現場自然環境和電氣環境惡劣，設備維護和返修難度大、成本高，因此響應速度快、高壽命、高穩定性的紅外輻射調制裝置是紅外軸溫探測系統獲得高可靠性、高穩定性的必備條件。目前紅外探頭輻射調制裝置有采用同步電機、有刷電機、無刷電機等多種形式為主體構成，然而由于電機本身性能特點及驅動裝置設計等原因，普遍存在可靠性差、發熱高、返修率高，啟動響應速率偏低等缺陷。同時，在系統遭遇雷擊或者其他惡劣電氣環境時，調制性能不穩定，驅動裝置故障率高。
技術實現思路
針對以上所述紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制系統存在的問題，本專利技術提出一種基于改良型數字PID技術和PWM原理控制，由無刷直流電機驅動的紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置及驅動方法。本專利技術紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，包括調制驅動板、無刷直流電機和紅外輻射調制盤。所述控制模塊采用具有PWM功能模塊的單片機，至少能夠生成一對帶有死區的極性相反的矩形脈沖號；功率逆變模塊具有由功率MOSFET組成的功率逆變全橋，以及功率橋驅動芯片；控制模塊通過PWM控制信號調控功率橋驅動芯片，功率橋驅動芯片驅動功率逆變橋為無刷直流電機提供矩形脈沖形態的多相交流電源；同時，通過PWM信號還對無刷直流電機的運行速度進行調控；保護電路模塊用來為無刷直流電機提供過流、欠壓保護；調制信號處理模塊用于接收紅外軸溫探測系統中控制機發送的調制信號，并進行濾波處理后傳送給控制模塊；電源模塊用來為位置信號處理模塊、控制模塊、功率逆變模塊和無刷直流電機提供電源供給；位置信號處理模塊用來將無刷直流電機位置信號預處理后傳送給控制模塊；輻射調制盤同軸固定于無刷直流電機輸出軸上。上輻射調制盤、無刷直流電機、調制驅動板均置于紅外探頭內部；其中，輻射調制盤位于紅外探頭視窗與紅外探測器之間的光路上，無刷直流電機通過線纜與調制驅動板相連接，紅外探頭置于放置在軌邊的探頭箱內，紅外探頭通過電纜與放置于軌邊機房內的控制機相連；置于軌邊來車方向的車輪傳感器檢測到列車過車時，將過車信號通過電纜傳送給控制機；控制機檢測到過車信號后向調制驅動板發送調制信號；隨后由控制模塊驅動無刷直流電機運行在指定轉速，從而驅動輻射調制盤以指定速度旋轉，將列車軸溫紅外輻射調制成幅值隨時間連續變化的輻射通量。針對權利要求1所述一種紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置的驅動方法，其特征在于：具體為：步驟1：當列車過車時，來車方向的車輪傳感器通過電纜傳送向控制機發送過車信號，此時，控制機向探頭發出調制信號，由調制信號處理模塊對調制信號進行處理。步驟2：將調制信號處理模塊處理后的調制信號傳送至控制模塊的主控芯片中，將主控芯片從休眠中喚醒。步驟3：控制模塊首先從位置信號處理模塊提取無刷直流電機位置信號，根據無刷直流電機的換相表向功率逆變模塊輸出控制信號，并開啟相應管腳電平變化中斷，利用中斷處理方法為無刷直流電機換相；功率控制逆變模塊在控制模塊控制下為無刷直流電機各相依次供電，驅動無刷直流電機電機快速啟動。步驟4：電機啟動成功后，控制模塊對電機進行調速?？刂颇K通過對無刷直流電機位置信號變換次數進行運算得到當前時刻無刷直流電機的運行速度并與預設值進行比對，而后調用改良型數字PID算法計進行PWM控制，從而對無刷直流電機運行速度進行調節。步驟5：列車過車結束后，列車駛離方向的車輪傳感器給出列車過車結束信號并通過電纜傳送給控制機，控制機通過電纜將結束調制指令傳送給調制驅動板，該信號經調制信號處理模塊處理后傳送至控制模塊主控芯片，主控芯片向功率逆變模塊的功率橋驅動芯片發出控制信號，關閉功率逆變模塊，停止向無刷直流電機提供電源供給，無刷直流電機自然減速至停轉，主控芯片從新進入休眠模式，等待下一列列車過車。本專利技術的優點在于：1、本專利技術提出一種基于改良型數字PID技術和PWM技術控制的無刷直流電機驅動的紅外軸溫探測系統調制型探頭調制驅動裝置及驅動策略，采用無刷直流電機，性價比高，功耗小，效率高，壽命長，穩定性好。2、本專利技術提出一種基于改良型數字PID技術和PWM技術控制的無刷直流電機驅動的紅外軸溫探測系統調制型探頭調制驅動裝置及驅動策略，基于數字脈沖寬度調制原理，精度高、調節速度快、抗噪性能強,、成本低、功耗小、控制靈活、動態響應好。3、本專利技術提出一種基于改良型數字PID技術和PWM原理控制的無刷直流電機驅動的紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置及驅動策略，采用改良型數字增量式PID控制算法，有效改善了經典PID算法積分飽和現象，大大消除了超調量，容易使系統穩定，改善了調節品質，對大范圍突然變化時的積分飽和現象也起到了很好的抑制作用。使調制模塊加速快，進入穩態時間短。4、本專利技術提出一種基于改良型數本文檔來自技高網...

【技術保護點】
紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：包括調制驅動板、無刷直流電機和紅外輻射調制盤；所述控制模塊采用具有PWM功能模塊的單片機，至少能夠生成一對帶有死區的極性相反的矩形脈沖號；功率逆變模塊具有由功率MOSFET組成的功率逆變全橋，以及功率橋驅動芯片；控制模塊通過PWM控制信號調控功率橋驅動芯片，功率橋驅動芯片驅動功率逆變橋為無刷直流電機提供矩形脈沖形態的多相交流電源；同時，通過PWM信號還對無刷直流電機的運行速度進行調控；保護電路模塊用來為無刷直流電機提供過流、欠壓保護；調制信號處理模塊用于接收紅外軸溫探測系統中控制機發送的調制信號，并進行濾波處理后傳送給控制模塊；電源模塊用來為位置信號處理模塊、控制模塊、功率逆變模塊和無刷直流電機提供電源供給；位置信號處理模塊用來將無刷直流電機位置信號預處理后傳送給控制模塊；輻射調制盤同軸固定于無刷直流電機輸出軸上；上輻射調制盤、無刷直流電機、調制驅動板均置于紅外探頭內部；其中，輻射調制盤位于紅外探頭視窗與紅外探測器之間的光路上，無刷直流電機通過線纜與調制驅動板相連接，紅外探頭置于放置在軌邊的探頭箱內，紅外探頭通過電纜與放置于軌邊機房內的控制機相連；置于軌邊來車方向的車輪傳感器檢測到列車過車時，將過車信號通過電纜傳送給控制機；控制機檢測到過車信號后向調制驅動板發送調制信號；隨后由控制模塊驅動無刷直流電機運行在指定轉速，從而驅動輻射調制盤以指定速度旋轉，將列車軸溫紅外輻射調制成幅值隨時間連續變化的輻射通量。...

【技術特征摘要】
1.紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：包括調制驅動板、無刷直流電機和紅外輻射調制盤；
所述控制模塊采用具有PWM功能模塊的單片機，至少能夠生成一對帶有死區的極性相反的矩形脈沖號；功率逆變模塊具有由功率MOSFET組成的功率逆變全橋，以及功率橋驅動芯片；控制模塊通過PWM控制信號調控功率橋驅動芯片，功率橋驅動芯片驅動功率逆變橋為無刷直流電機提供矩形脈沖形態的多相交流電源；同時，通過PWM信號還對無刷直流電機的運行速度進行調控；保護電路模塊用來為無刷直流電機提供過流、欠壓保護；調制信號處理模塊用于接收紅外軸溫探測系統中控制機發送的調制信號，并進行濾波處理后傳送給控制模塊；電源模塊用來為位置信號處理模塊、控制模塊、功率逆變模塊和無刷直流電機提供電源供給；位置信號處理模塊用來將無刷直流電機位置信號預處理后傳送給控制模塊；輻射調制盤同軸固定于無刷直流電機輸出軸上；
上輻射調制盤、無刷直流電機、調制驅動板均置于紅外探頭內部；其中，輻射調制盤位于紅外探頭視窗與紅外探測器之間的光路上，無刷直流電機通過線纜與調制驅動板相連接，紅外探頭置于放置在軌邊的探頭箱內，紅外探頭通過電纜與放置于軌邊機房內的控制機相連；置于軌邊來車方向的車輪傳感器檢測到列車過車時，將過車信號通過電纜傳送給控制機；控制機檢測到過車信號后向調制驅動板發送調制信號；隨后由控制模塊驅動無刷直流電機運行在指定轉速，從而驅動輻射調制盤以指定速度旋轉，將列車軸溫紅外輻射調制成幅值隨時間連續變化的輻射通量。
2.如權利要求1所述紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：所述位置信號處理模塊由集成了n個具有公共CR端的D觸發器芯片為主體構成；n的數量與無刷直流電機的相數相等；n個D出發器芯片將無刷直流電機各相位置信號鎖存起來，僅在CR有效沿到來時將多相位置信號同時采集傳送給控制模塊。
3.如權利要求1所述紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：所述輻射調制盤采用薄金屬材質圓盤，表面作陽極化處理，圓盤上透輻射區域與不透輻射區域等弧度連續依次排列。
4.如權利要求1所述紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：所述無刷直流電機采用軍工級有位置傳感器無刷直流電機，防水防塵能力在IP45以上，額定轉速為調制轉速的1.2倍。
5.如權利要求1所述紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置，其特征在于：所述電源模塊接受紅外軸溫探測系統的控制機提供的兩路直流電源，對兩路直流電源進行穩壓、抑制紋波、限流處理。
6.針對權利要求1所述一種紅外軸溫探測系統調制型探頭紅外輻射調制裝置的驅動方法，其特征在于：具體為：
步驟1：當列車過車時，來車方向的車輪傳感器通過電纜傳送向控制機發送過車信號，此時，控制機向探頭發出調制信號，由調制信號處理模塊對調制信號進行處理；
步驟2：將調制信號處理模塊處理后的調制信號傳送至控制模塊的主控芯片中，將主控芯片從休眠中喚醒；<...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭向陽，郭新賀，李柳竺，王力，張亨，王照法，
申請(專利權)人：北京康拓紅外技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11