CN100567060C - 一种提高调制探头测温精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种提高调制探头测温精度的方法，在调制探头探测温度时，不需测量调制盘温度，不以调制盘温度为背景温度测量被测对象的温度，而是在探测被测对象后，探测一个参考对象，根据探测参考对象的探头输出和参考对象温度，对探头响应曲线进行校正，根据校正后的探头响应曲线计算被测对象的温度，可以消除调制盘温度变化对调制探头测温精度的影响，提高调制探头测温精度，并避免了调制盘温度测量误差的影响。

Description

一种提高调制探头测温精度的方法

技术领域

本发明属于铁路红外设备领域，涉及一种提高测温精度的方法，特别是一种提高调制探头测温精度的方法。

背景技术

在红外轴温探测系统中，计算轴温采用探头输出电压与被测对象温度的对应关系曲线，即探头响应曲线。对于调制探头，红外敏感元件得到的红外辐射交替地来自被测对象和调制盘，所以探头的输出对应于被测对象与调制盘的温度差。如果被测对象的温度不变，但调制盘的温度发生了变化，则由于被测对象与调制盘的温度差变化了，探头的输出也发生变化。因此探头的输出与被测对象温度的对应关系，即探头响应曲线，与调制盘的温度有关。当调制盘温度上升时，探头输出下降，反之则探头输出上升。若探头响应率随探头工作状态发生变化，则探头输出的变化与调制盘温度变化的关系也不是固定的关系。在红外轴温探测系统中，探头响应曲线在一定的调制盘温度条件下取得，当调制盘温度变化后，探头输出电压与被测对象温度的对应关系也随之变化，用原来的探头响应曲线计算被测对象温度就会有误差。

中国专利申请号92225136.3，公开号2124173，公开日为1992年12月9日，名称为“铁路用红外线热轴探测器”中公开了一种采用光导型红外敏感元件调制探头，以调制盘为参考背景进行测温的探测系统。该系统采用调制探头，由调制电机带动调制盘对入射红外辐射进行光学调制，系统测温以调制盘温度为背景温度。随着环温的变化以及探头内部调制电机和电路板散热的变化，调制盘温度也会发生变化，导致探头响应曲线变化，由于光导型碲镉汞红外敏感元件调制探头的响应曲线是非线性的，被测对象的温度越高，探头响应灵敏度越高，因此以调制盘温度为背景温度进行测温误差较大。而且以调制盘温度为背景温度需要精确测量调制盘温度，但由于调制盘是转动的，测量调制盘温度的敏感器不能放在调制盘上，因此做为背景温度的调制盘温度本身就已经存在误差。由于调制盘温度会发生变化，所以调制探头以调制盘温度为背景测温误差较大。

文献：一种新型红外热轴探测系统，铁道学报，2005，27(4)，114-118，指出用盘温补偿消除调制盘温度的变化对轴温计算精度的影响，但未公开具体方法。

发明内容

本发明提供一种提高调制探头测温精度的方法，该方法在调制盘温度变化后，通过探测参考对象，得到在当前调制盘温度下的新的探头响应曲线上的一点，再将原探头响应曲线沿电压坐标轴平移，使之穿过该点，得到校正后的探头响应曲线，这样就消除调制盘温度变化的影响，测温精度高，消除了调制盘温度变化对探头响应曲线的影响，提高了系统测温精度，并避免了调制盘温度测量误差的影响。

本发明一种提高调制探头测温精度的方法，包括下列步骤：

步骤1：探头探测被测对象，取得探测被测对象的探头输出电压；

步骤2：探头在探测被测对象后探测参考对象，取得探测参考对象的探头输出电压，并测量参考对象的温度；

步骤3：根据测得的参考对象的探头输出电压和对象温度，对探头响应曲线进行平移校正；

步骤4：根据平移校正后的探头响应曲线计算被测对象的温度。

所述步骤1中被测对象为探头所要探测温度的对象。

所述步骤2中参考对象为一个小黑体，其温度的测量通过接触式敏感器测量；参考对象的温度与周围环境温度相近。

所述步骤3中对探头响应曲线进行平移校正是指原探头响应曲线沿探头输出电压坐标方向平移。。

本发明一种提高调制探头测温精度的方法的优点在于：

(1)本发明在计算被测对象温度时采用校正后的探头响应曲线，相当于调制盘温度没有变化，因而消除了调制盘温度变化对探头响应曲线的影响，提高了系统测温精度。

(2)本发明中被测对象的温度直接从探头响应曲线上计算得到，不需调制盘温度参与对被测对象温度的计算，避免了现有技术中调制盘温度测量误差的影响，提高了系统测温精度。

附图说明

图1是本发明一种提高调制探头测温精度的方法示意图；

图2是本发明一种提高调制探头测温精度的方法流程图。

图3是本发明一种提高调制探头测温精度的方法探头响应曲线示意图；

图4是本发明一种提高调制探头测温精度的方法的HBDS-III型红外轴温探测系统探头1的采用本方法前后的温度误差对比曲线；

图5是本发明一种提高调制探头测温精度的方法的HBDS-III型红外轴温探测系统探头2的采用本方法前后的温度误差对比曲线；

图中：1.调制探头2.参考对象3.转角电机4.被测对象，5.采集控制计算机

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种提高调制探头测温精度的方法，在调制探头探测温度时，不需测量调制盘温度，不以调制盘温度为背景温度测量被测对象的温度，而是在探测被测对象后，探测一个参考对象，根据探测参考对象的探头输出和参考对象温度，对探头响应曲线进行校正，根据校正后的探头响应曲线计算被测对象的温度，可以消除调制盘温度变化对调制探头测温精度的影响，提高调制探头测温精度，并避免了调制盘温度测量误差的影响。

如图1所示，本实施例中，参考对象2表面材料为铜并发黑处理，粘有铂电阻PT100用于测量参考对象2表面的温度。转角电机3用于将参考对象2从探头前面移开。参考对象2距调制探头1为50mm，被测对象4距探头1000mm。

本发明一种提高调制探头测温精度的方法，如图2所示，包括下列步骤：

步骤一：调制探头1探测被测对象4，转角电机3将参考对象2移开，采集控制计算机5记录调制探头1，取得探测被测对象4的探头输出电压V₀。

步骤二：转角电机3将参考对象2对准调制探头1，调制探头1在探测被测对象4后探测参考对象2，采集控制计算机5记录探测参考对象2的探头输出电压V₁，并通过接触式敏感器测量参考对象2的温度T₁。

步骤三：如图3所示，采集控制计算机5根据测得的参考对象2的探头输出电压V₁和对象温度T₁，原探头响应曲线沿探头输出电压坐标方向平移对探头响应曲线进行平移校正：

根据对象温度T₁在原探头响应曲线上线性差值，即在原探头响应曲线所在的坐标系中，用循环差值的方式判断横坐标为T₁的点在原探头响应曲线上哪两个相邻的(t(n)，v(n))、(t(n+1)，v(n+1))点之间，使得t(n)≤T₁≤t(n+1)，该点对应的纵坐标即为经过差值计算所得的探头输出电压V₂，即 $V_2=\frac{T_1-t\left(n\right)}{t(n+1)-t\left(n\right)}(v(n+1)-v\left(n\right))+v\left(n\right),$ 其中1≤n≤N，N为探头响应曲线上的点的个数。

将原探头响应曲线上点的纵坐标表示的探头输出电压值均减去参考对象2的探头输出电压V₁和计算所得的探头输出电压V₂的差值的绝对值，即将原探头响应曲线纵坐标方向上平移了(V₁-V₂)个单位，结果为附图3中的校正后的探头响应曲线。

步骤四：根据步骤一中采集控制计算机5记录的探头探测被测对象4的输出电压V₀，采集控制计算机5在附图3校正后的探头响应曲线上线性插值，即在校正过的探头响应曲线上，用循环的方式判断纵坐标为V₀的点在校正过的探头响应曲线上哪两个相邻的(t(n)，v(n))、(t(n+1)，v(n+1))点之间，对应的横坐标为经过差值计算所得的被测对象4的温度T₀，即 $T_0=\frac{V_0-v\left(n\right)}{v(n+1)-v\left(n\right)}(t(n+1)-t\left(n\right))+t\left(n\right),$ 其中1≤n≤N。

采用HBDS-III型红外轴温探测系统进行测试，如图4、图5所示，其中探头1探测参考对象得到探头响应曲线时的调制盘温度：26.0℃；探头2探测参考对象得到探头响应曲线时的调制盘温度：26.2℃。

从图中可看出，应用本方法的测温误差明显小于不应用本方法的测温误差。

Claims (3)

1、一种提高调制探头测温精度的方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：探头探测被测对象，取得探测被测对象的探头输出电压；

步骤二：探头在探测被测对象后探测参考对象，取得探测参考对象的探头输出电压，并测量参考对象的温度；

步骤三：根据测得的参考对象的探头输出电压和对象温度，对探头响应曲线进行平移校正；

所述平移校正是指原探头响应曲线沿探头输出电压坐标方向平移：

根据参考对象温度T₁在原探头响应曲线上线性差值，即在原探头响应曲线所在的坐标系中，用循环差值的方式判断横坐标为T₁的点在原探头响应曲线上哪两个相邻的(t(n)，v(n))、(t(n+1)，v(n+1))点之间，使得t(n)≤T₁≤t(n+1)，该点对应的纵坐标即为经过差值计算所得的探头输出电压V₂，即 $V_2=\frac{T_1-t\left(n\right)}{t(n+1)-t\left(n\right)}(v(n+1)-v\left(n\right))+v\left(n\right),$ 其中1≤n≤N，N为探头响应曲线上的点的个数，点(t(n)，v(n))和点(t(n+1)，v(n+1))分别为原探头响应曲线上的任意两个相邻的点；

将原探头响应曲线上点的纵坐标表示的探头输出电压值均减去参考对象的探头输出电压V₁和计算所得的探头输出电压V₂的差值的绝对值，即将原探头响应曲线纵坐标方向上平移了(V₁-V₂)个单位，结果为校正后的探头响应曲线；

步骤四：根据平移校正后的探头响应曲线计算被测对象的温度。

2、根据权利要求1所述的一种提高调制探头测温精度的方法，其特征在于：所述步骤一中被测对象为探头所要探测温度的对象。

3、根据权利要求1所述的一种提高调制探头测温精度的方法，其特征在于：所述步骤二中参考对象为一个小黑体，其温度的测量通过接触式敏感器测量；参考对象的温度与周围环境温度相近。

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