[发明专利]基于可见光和红外多光谱的车辆轮轴多点测温装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及车辆轴温测量技术领域，更具体地，涉及一种基于可见光和红外多光谱的车辆轮轴多点测温装置和方法。

背景技术

城市轨道交通是城市公共交通的主干线，是城市的生命线工程。我国城市轨道交通发展快速，截至2016年，全国共有30个城市开通轨道交通线路。城市轨道交通客流量大，人员集中，发生故障造成的后果及影响将十分严重。城市轨道交通的运营安全是城市公共安全的重要部分，轨道交通运营里程的大幅增长及客流增加，给轨道交通运营安全带来了极大压力，这也将对城市轨道交通运营设备及设施的本质安全提出了更高的标准要求。

轨道交通的车辆是运营的核心设备，车辆在运行过程中，轴承由于摩擦而产生热量，当轴承内部出现故障，会使摩擦加剧，轴承温度突升，形成热轴，严重时导致切轴，使运行中的车辆有颠覆的危险，将给运营行车带来潜在的重大危险。为防止车轴温度过高而导致重大安全事故，车辆轴温的在线测量将是非常必要的，动态监测车辆轴承温度，以实现热轴温度跟踪和预报。

目前普遍使用的测温传感器包括两类，一类是国内采用的半导体测温的测温传感器，另一类是在引进动车组中，国外所采用的温度熔断器。其中半导体测温器的温度传感器的优点是能获得温度数值，通过串行通信方式传输到主机，从而实现实时的温度数据采集，便于车辆管理人员观测，掌握车轮轴承在正常运行时的参考数据，还能够通过轴承温度变化曲线来判断车辆轴承的早期故障隐患；但缺点是由于测温器原理复杂，存在易发生故障、温度误报等风险；而温度熔断器是在车辆轴温到达设定温度后，通过热量使其溶体融化，从而使车辆的控制电路断开，其缺点则是不能显示正常运行时的轴承温度值，车辆管理人员不能够实时了解轴承的运行状态，并且温度熔断器一旦熔断，整个车辆将会停止运行，将导致巨大的经济损失。

另外，由于在车辆运行过程中，车轮轴承部位会受到很强的振动，不论是半导体测温的轴温传感器，还是温度熔断器，内部的电器元件都会因受到强烈的振动而导致使用寿命缩短，危及车辆的行车安全，也增加了机车的运行维护成本。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于可见光和红外多光谱的车辆轮轴多点测温装置和方法，解决了现有技术中由于因受到强烈的振动而导致使用寿命缩短、易发生故障、温度误报的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种车辆轮轴多点测温装置，包括红外多光谱传感器组、线阵可见光传感器和光谱测温仪；

所述线阵可见光传感器用于扫描车辆轮轴上待测温目标点所在的目标区域，获得目标区域的可见光图像；

所述红外多光谱传感器组包括多个分布排列的红外多光谱传感器，所述每个红外多光谱传感器用于基于目标区域的可见光图像定位单个待测温的目标点，并采集该目标点的红外多光谱辐射强度数据；

所述光谱测温仪用于基于红外多光谱传感器组采集的红外多光谱辐射强度数据得到每个目标点的温度。

作为优选的，还包括单成像镜头和多芯光纤；所述单成像镜头采集目标点的红外辐射和目标区域的可见光并成像于所述多芯光纤的端面，所述多芯光纤的输出端分别连接所述每个红外多光谱传感器和所述线阵可见光传感器。

作为优选的，所述多芯光纤包括多路单芯红外光纤和一路多芯可见光光纤；所述每路单芯红外光纤连接到一红外多光谱传感器，所述多芯可见光光纤连接所述线阵可见光传感器。

作为优选的，所述红外多光谱传感器包括光电传感器阵列，所述光电传感器阵列为多个光电传感器单元组成的线阵传感器，所述每个光电传感器的采集频率不小于1MHz。

作为优选的，所述红外多光谱传感器还包括准直镜、光栅和聚焦镜，所述准直镜接收并反射红外光纤传输的红外辐射，所述光栅设于所述准直镜的反射光路上，所述聚焦镜设于所述光栅的反射光路上，所述光电传感器阵列设于所述聚焦镜的反射光路，通过将红外光纤传输的红外辐射分成多个光谱测量通道，使每个光电传感器单元对应一个光谱测量通道。

作为优选的，还包括机箱，所述机箱安装于车轮轮轴旁侧的路基位置处，所述红外多光谱传感器组集成于所述机箱内，所述机箱上安装有光学窗口，所述红外多光谱传感器通过光学窗口瞄准目标区域内的目标点。

作为优选的，所述红外多光谱传感器的光谱范围为3～15μm。

一种车辆轮轴多点测温方法，包括：

获取车辆轮轴表面多个目标点的红外多光谱辐射数据；

基于辐射测温算法，得到车辆轮轴表面的多个目标点的温度。

作为优选的，获取车辆轮轴表面多个目标点的红外多光谱辐射数据具体包括：