采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法

摘要

本发明公开了一种采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法，能够同时标定红外线轴温探测系统的双探红外线探头的安装角度和测温准确度。本发明包括以下步骤：步骤一：之形板进行水平移动，得到切割点；步骤二：测温准确度检测；步骤三：测量探头光路的仰角和偏航角，进行探头安装角度的检测。本发明具有容易操作、流程简单、作业时间短的特点，能够同时检验双探设备的两个探头的安装角度和测温精度，根据检测结果给出需要调整探头安装角度的具体参数。

主权项

一种采用垂直之形板对轴温探测系统红外探头进行标定的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：之形板进行水平移动，得到切割点；之形板垂直放置在探头与黑体之间，同时垂直水平方向和铁轨方向，平行于水平方向的两个边为l1和l2，两条斜边为l3和l4；采用笛卡尔坐标系，x轴为水平面内与铁轨垂直由铁轨内侧指向铁轨外侧的方向，y轴为水平面内与铁轨平行指向列车运行的方向，z轴为与水平面垂直由地面指向天空的方向；探头中心所在的与水平面垂直、与铁轨方向平行的平面与x轴的交点为x轴的原点；x轴的原点为x轴、y轴与z轴的坐标系原点；将红外探头对准黑体，之形板从坐标系原点沿y轴水平移动，在移动的过程中，之形板的四条边l1、l2、l3、l4分别产生P1、P2、P3和P4四个平面，这四个平面分别与探头光路相交，产生点A1、A2、A3、A4四个交点，这四个交点位于平面P1、P2、P3和P4内，四个点在之形板上的投影的连线，构成探头光路在之形板上的扫描线，扫描线与之形板的交点为A1′、A2′、A3′、A4′；在之形板移动与探头光路相交的过程中，通过电磁脉冲，将之形板的位置信息传输给THDS系统，THDS系统记录下探头温度响应曲线与磁头信号曲线，通过磁头信号曲线，对之形板的位置进行定位，随着之形板的平移对探头光路的切割和遮挡，探头的响应温度曲线相应地进行起伏变化，通过探头温度响应曲线与磁头信号曲线得到A1、A2、A3、A4点的y轴坐标y1、y2、y3、y4；其中THDS系统是红外线轴温探测系统；步骤二：测温准确度检测；在探头响应温度曲线的y2与y3之间，取最大值为探头所探测的黑体温度，将探测到的黑体温度与黑体的实际温度进行比较，两者的差值为探头的测温误差，通过获取探头测温误差，对探头测温进行修正，保证探头对轴温测量点的准确度，确保列车安全；步骤三：测量探头光路的仰角和偏航角，进行探头安装角度的检测；探头光路与水平面的夹角为仰角，探头光路与铁轨方向的夹角称为偏航角；在之形板平移中：l1：z＝h1                        (1)l1在与xy面平行、相距h1的平面P1内；l2：z＝h2                        (2)l2在与xy面平行、相距h2的平面P2内；l3：z＝Cx+h3                    (3)l3在与y轴平行、水平斜率为C、z轴截距为h3的平面P3内；l4：z＝Dx+h4                    (4)l4在与y轴平行、水平斜率为D、z轴截距为h4的平面P4内；探头光路的解析方程用面P5与面P6表示，P5为仰角面，即与x轴平行，与yz轴垂直的平面；P6为偏航角面，即与z轴平行，与xy轴垂直的平面；设P5为：z＝tgαy+H                      (5)α为仰角面与xy面的夹角，即探头光路的仰角，H为仰角面在z轴上的截距，即探头光路直线在z轴上的截距，也是探头中心点与铁轨平面的垂直距离；设P6为：y＝-tgβx+G                     (6)β为偏航面与yz面的锐夹角，即探头光路的偏航角，G为偏航面在y轴上的截距，其在x轴上的截距为：F＝G/tgβ                       (7)F为探头中心与铁轨内侧所在的yz面的垂直距离，即为安装中所说的探头与铁轨内侧的距离；式(5)、式(6)中的未知参数为tgα、tgβ、H和G，得到未知参数后，即得到了探头光路的解析方程；(1)测量探头光路的仰角；具体为：探头光路在yz面上的投影线与y轴的夹角就是探头的仰角，A1″点和A2″点为A1、A2在yz面上的投影点，通过投影线上的A1″点和A2″点计算投影线的斜率；A1与A2的y轴坐标为y1和y2，则A1″和A2″的y轴坐标也为y1和y2，则Δy＝y1-y2，通过式(1)式(2)得到A1″和A2″的z轴坐标h1和h2，则Δz＝h1-h2；探头光路在yz面上的投影线的斜率为： tgα = Δz Δy = h 1 - h 2 y 1 - y 2 - - - ( 8 ) 根据式(5)得：H＝h1-tgαy1                (9)由式(8)带入式(9)，得： H = h 1 - y 1 ( h 1 - h 2 ) y 1 - y 2 - - - ( 10 ) (2)测量探头光路的偏航角；具体为：探头光路在xy面上的投影线与y轴的夹角就是探头的偏航角，A3′″、A4′″为A3、A4在xy面上的的投影点，通过投影线上的A3′″点和A4′″点计算投影线的斜率；A3与A4的y轴坐标为y3和y4，A3′″和A4′″的y轴坐标也为y3和y4，A3在仰角为α的探头光路上，由式(5)的，A3的z轴坐标为：z3＝tgαy3+H                (11)由式(3)得A3的x轴坐标：： x 3 = z 3 - h 3 C - - - ( 12 ) 同理，得到A4的z轴坐标为：z4＝tgαy4+H                (13)由式(4)的A4的x轴坐标： x 4 = z 4 - h 4 D - - - ( 14 ) 得到A3与A4的三维坐标，探头光路在xy面上的投影线斜率： - tgβ = x 4 - x 3 y 4 - y 3 - - - ( 15 ) 由式(6)得：G＝y4+tgβx4                (16)根据式(10)、式(11)、式(12)、式(13)、式(14)、(15)、得： tgβ = [ ( h 1 - h 2 ) ( y 1 - y 2 ) ( y 3 - y 1 ) + h 1 - h 3 ] C ( y 4 - y 3 ) - [ ( h 1 - h 2 ) ( y 1 - y 2 ) ( y 4 - y 1 ) + h 1 - h 4 ] D ( y 4 - y 3 ) - - - ( 17 ) 根据式(14)、式(16)、式(17)得： G = y 4 + [ ( h 1 - h 2 ) ( y 1 - y 2 ) ( y 3 - y 1 ) + h 1 - h 3 C ] - [ ( h 1 - h 2 ) ( y 1 - y 2 ) ( y 4 - y 1 ) + h 1 - h 4 D ] ( y 4 - y 3 ) D [ ( h 1 - h 2 ) ( y 1 - y 2 ) ( y 4 - y 1 ) + h 1 - h 4 ] - - - ( 18 ) 将tgβ、G带入式(7)中，得到出F，即探头中心距轨内侧的距离；通过上述得到探头光路的仰角和偏航角，检测探头安装角度及探头中心与铁轨内侧的距离，对探头的各种参数进行标定，检测探头是否处于正常工作状态，给出探头参数的调整值，对探头工作参数进行修正，确保探头列车轴温的准确检测与列车安全；上述方法是对一个探头进行标定，当实际作业中，同侧同一探测点安装为双探头时，另外一个探头的探头光路同时也与之形板相交，标定方法同步骤一至步骤三，同时对同侧双探头测温准确度与安装角度进行检测，同步完成。