红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置及驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，包括调制驱动板、无刷直流电机、辐射调制盘；其中，调制驱动板包括：电源模块、控制模块、功率逆变模块、电路保护模块、位置信号处理模块、调制信号处理模块；轨边来车方向车轮传感器检测到列车过车时，将过车信号通过电缆传送给控制机，控制机检测到该信号后向红外探头发送调制信号。调制驱动板接收该调制信号后，驱动无刷直流电机高速稳定运行在指定转速，从而驱动辐射调制盘以指定速度旋转，将列车轴温红外辐射调制成幅值随时间连续变化的辐射通量。本发明专利技术的优点为：基于数字脉冲宽度调制原理，精度高、调节速度快、抗噪性能强,成本低、功耗小、控制灵活、动态响应好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于列车安全监控领域，具体涉及一种基于改良型数字PID技术和PWM原理控制的无刷直流电机驱动的红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置及驱动方法。
技术介绍
轨道列车在运行时，承重轴承会因摩擦而产生热量。正常状态下，轴承表面温度会趋于稳定值。当轴承内部出现故障时，会使摩擦加剧，轴承温度会突然升高，形成热轴，严重时导致切轴，致使列车颠覆，是行车安全的重大隐患。红外轴温探测系统利用红外线进行非接触式的列车轴温探测，可以有效发现车辆热轴，防止热切轴，是确保轨道运输安全的重要监控检测设备。目前，红外轴温探测系统已在我国铁路沿线大规模装备应用。红外探头是红外轴温探测系统的关键部分，负责完成轴温信号的采集、调理和放大。由于红外探测器输出的轴温电压信号十分微弱，为了抑制放大电路中零点漂移等干扰和有效的抑制空间干扰，红外辐射调制技术在红外测温中被广泛采用。为了提高红外轴温探测系统的检测性能，目前市场上的红外轴温探测系统中红外探头相当一部分为调制型探头，即通过辐射调制装置对列车车轴红外辐射调制处理后再传送给红外探测器，以便于后续处理和传输，提高信噪比，提高红外轴温探测系统的的探测精度。红外调制型探头的性能与辐射调制器的形式和性能密切相关。响应速度快、稳定性高、寿命长的调制器是红外调制探测系统高效工作的必要基础。红外轴温探测系统属于在线式检测，列车行驶速度快，因此对红外调制器响应速度和稳定性要求极高。安装在红外轴温探测系统列车驶来方向的车轮传感器探测到列车过车启始信号后，红外探头必须在极短的时间内开始稳定的工作。如果规定时间内无法开始工作或者稳定性不够就会造成红外轴温探测系统丟车、丢轴等故障，另外由于红外轴温探测系统现场自然环境和电气环境恶劣，设备维护和返修难度大、成本高，因此响应速度快、高寿命、高稳定性的红外辐射调制装置是红外轴温探测系统获得高可靠性、高稳定性的必备条件。目前红外探头辐射调制装置有采用同步电机、有刷电机、无刷电机等多种形式为主体构成，然而由于电机本身性能特点及驱动装置设计等原因，普遍存在可靠性差、发热高、返修率高，启动响应速率偏低等缺陷。同时，在系统遭遇雷击或者其他恶劣电气环境时，调制性能不稳定，驱动装置故障率高。
技术实现思路
针对以上所述红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制系统存在的问题，本专利技术提出一种基于改良型数字PID技术和PWM原理控制，由无刷直流电机驱动的红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置及驱动方法。本专利技术红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，包括调制驱动板、无刷直流电机和红外辐射调制盘。所述控制模块采用具有PWM功能模块的单片机，至少能够生成一对带有死区的极性相反的矩形脉冲号；功率逆变模块具有由功率MOSFET组成的功率逆变全桥，以及功率桥驱动芯片；控制模块通过PWM控制信号调控功率桥驱动芯片，功率桥驱动芯片驱动功率逆变桥为无刷直流电机提供矩形脉冲形态的多相交流电源；同时，通过PWM信号还对无刷直流电机的运行速度进行调控；保护电路模块用来为无刷直流电机提供过流、欠压保护；调制信号处理模块用于接收红外轴温探测系统中控制机发送的调制信号，并进行滤波处理后传送给控制模块；电源模块用来为位置信号处理模块、控制模块、功率逆变模块和无刷直流电机提供电源供给；位置信号处理模块用来将无刷直流电机位置信号预处理后传送给控制模块；辐射调制盘同轴固定于无刷直流电机输出轴上。上辐射调制盘、无刷直流电机、调制驱动板均置于红外探头内部；其中，辐射调制盘位于红外探头视窗与红外探测器之间的光路上，无刷直流电机通过线缆与调制驱动板相连接，红外探头置于放置在轨边的探头箱内，红外探头通过电缆与放置于轨边机房内的控制机相连；置于轨边来车方向的车轮传感器检测到列车过车时，将过车信号通过电缆传送给控制机；控制机检测到过车信号后向调制驱动板发送调制信号；随后由控制模块驱动无刷直流电机运行在指定转速，从而驱动辐射调制盘以指定速度旋转，将列车轴温红外辐射调制成幅值随时间连续变化的辐射通量。针对权利要求1所述一种红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置的驱动方法，其特征在于：具体为：步骤1：当列车过车时，来车方向的车轮传感器通过电缆传送向控制机发送过车信号，此时，控制机向探头发出调制信号，由调制信号处理模块对调制信号进行处理。步骤2：将调制信号处理模块处理后的调制信号传送至控制模块的主控芯片中，将主控芯片从休眠中唤醒。步骤3：控制模块首先从位置信号处理模块提取无刷直流电机位置信号，根据无刷直流电机的换相表向功率逆变模块输出控制信号，并开启相应管脚电平变化中断，利用中断处理方法为无刷直流电机换相；功率控制逆变模块在控制模块控制下为无刷直流电机各相依次供电，驱动无刷直流电机电机快速启动。步骤4：电机启动成功后，控制模块对电机进行调速。控制模块通过对无刷直流电机位置信号变换次数进行运算得到当前时刻无刷直流电机的运行速度并与预设值进行比对，而后调用改良型数字PID算法计进行PWM控制，从而对无刷直流电机运行速度进行调节。步骤5：列车过车结束后，列车驶离方向的车轮传感器给出列车过车结束信号并通过电缆传送给控制机，控制机通过电缆将结束调制指令传送给调制驱动板，该信号经调制信号处理模块处理后传送至控制模块主控芯片，主控芯片向功率逆变模块的功率桥驱动芯片发出控制信号，关闭功率逆变模块，停止向无刷直流电机提供电源供给，无刷直流电机自然减速至停转，主控芯片从新进入休眠模式，等待下一列列车过车。本专利技术的优点在于：1、本专利技术提出一种基于改良型数字PID技术和PWM技术控制的无刷直流电机驱动的红外轴温探测系统调制型探头调制驱动装置及驱动策略，采用无刷直流电机，性价比高，功耗小，效率高，寿命长，稳定性好。2、本专利技术提出一种基于改良型数字PID技术和PWM技术控制的无刷直流电机驱动的红外轴温探测系统调制型探头调制驱动装置及驱动策略，基于数字脉冲宽度调制原理，精度高、调节速度快、抗噪性能强,、成本低、功耗小、控制灵活、动态响应好。3、本专利技术提出一种基于改良型数字PID技术和PWM原理控制的无刷直流电机驱动的红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置及驱动策略，采用改良型数字增量式PID控制算法，有效改善了经典PID算法积分饱和现象，大大消除了超调量，容易使系统稳定，改善了调节品质，对大范围突然变化时的积分饱和现象也起到了很好的抑制作用。使调制模块加速快，进入稳态时间短。4、本专利技术提出一种基于改良型数本文档来自技高网...

【技术保护点】
红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：包括调制驱动板、无刷直流电机和红外辐射调制盘；所述控制模块采用具有PWM功能模块的单片机，至少能够生成一对带有死区的极性相反的矩形脉冲号；功率逆变模块具有由功率MOSFET组成的功率逆变全桥，以及功率桥驱动芯片；控制模块通过PWM控制信号调控功率桥驱动芯片，功率桥驱动芯片驱动功率逆变桥为无刷直流电机提供矩形脉冲形态的多相交流电源；同时，通过PWM信号还对无刷直流电机的运行速度进行调控；保护电路模块用来为无刷直流电机提供过流、欠压保护；调制信号处理模块用于接收红外轴温探测系统中控制机发送的调制信号，并进行滤波处理后传送给控制模块；电源模块用来为位置信号处理模块、控制模块、功率逆变模块和无刷直流电机提供电源供给；位置信号处理模块用来将无刷直流电机位置信号预处理后传送给控制模块；辐射调制盘同轴固定于无刷直流电机输出轴上；上辐射调制盘、无刷直流电机、调制驱动板均置于红外探头内部；其中，辐射调制盘位于红外探头视窗与红外探测器之间的光路上，无刷直流电机通过线缆与调制驱动板相连接，红外探头置于放置在轨边的探头箱内，红外探头通过电缆与放置于轨边机房内的控制机相连；置于轨边来车方向的车轮传感器检测到列车过车时，将过车信号通过电缆传送给控制机；控制机检测到过车信号后向调制驱动板发送调制信号；随后由控制模块驱动无刷直流电机运行在指定转速，从而驱动辐射调制盘以指定速度旋转，将列车轴温红外辐射调制成幅值随时间连续变化的辐射通量。...

【技术特征摘要】
1.红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：包括调制驱动板、无刷直流电机和红外辐射调制盘；
所述控制模块采用具有PWM功能模块的单片机，至少能够生成一对带有死区的极性相反的矩形脉冲号；功率逆变模块具有由功率MOSFET组成的功率逆变全桥，以及功率桥驱动芯片；控制模块通过PWM控制信号调控功率桥驱动芯片，功率桥驱动芯片驱动功率逆变桥为无刷直流电机提供矩形脉冲形态的多相交流电源；同时，通过PWM信号还对无刷直流电机的运行速度进行调控；保护电路模块用来为无刷直流电机提供过流、欠压保护；调制信号处理模块用于接收红外轴温探测系统中控制机发送的调制信号，并进行滤波处理后传送给控制模块；电源模块用来为位置信号处理模块、控制模块、功率逆变模块和无刷直流电机提供电源供给；位置信号处理模块用来将无刷直流电机位置信号预处理后传送给控制模块；辐射调制盘同轴固定于无刷直流电机输出轴上；
上辐射调制盘、无刷直流电机、调制驱动板均置于红外探头内部；其中，辐射调制盘位于红外探头视窗与红外探测器之间的光路上，无刷直流电机通过线缆与调制驱动板相连接，红外探头置于放置在轨边的探头箱内，红外探头通过电缆与放置于轨边机房内的控制机相连；置于轨边来车方向的车轮传感器检测到列车过车时，将过车信号通过电缆传送给控制机；控制机检测到过车信号后向调制驱动板发送调制信号；随后由控制模块驱动无刷直流电机运行在指定转速，从而驱动辐射调制盘以指定速度旋转，将列车轴温红外辐射调制成幅值随时间连续变化的辐射通量。
2.如权利要求1所述红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：所述位置信号处理模块由集成了n个具有公共CR端的D触发器芯片为主体构成；n的数量与无刷直流电机的相数相等；n个D出发器芯片将无刷直流电机各相位置信号锁存起来，仅在CR有效沿到来时将多相位置信号同时采集传送给控制模块。
3.如权利要求1所述红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：所述辐射调制盘采用薄金属材质圆盘，表面作阳极化处理，圆盘上透辐射区域与不透辐射区域等弧度连续依次排列。
4.如权利要求1所述红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：所述无刷直流电机采用军工级有位置传感器无刷直流电机，防水防尘能力在IP45以上，额定转速为调制转速的1.2倍。
5.如权利要求1所述红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置，其特征在于：所述电源模块接受红外轴温探测系统的控制机提供的两路直流电源，对两路直流电源进行稳压、抑制纹波、限流处理。
6.针对权利要求1所述一种红外轴温探测系统调制型探头红外辐射调制装置的驱动方法，其特征在于：具体为：
步骤1：当列车过车时，来车方向的车轮传感器通过电缆传送向控制机发送过车信号，此时，控制机向探头发出调制信号，由调制信号处理模块对调制信号进行处理；
步骤2：将调制信号处理模块处理后的调制信号传送至控制模块的主控芯片中，将主控芯片从休眠中唤醒；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑向阳，郭新贺，李柳竺，王力，张亨，王照法，
申请(专利权)人：北京康拓红外技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11