一種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于列車(chē)軸溫探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]列車(chē)軸溫探測(cè)系統(tǒng)中，光子探頭是用來(lái)敏感軸溫的一個(gè)部件。碲鎘汞光子器件是光子探頭的核心部件。在光子探頭的實(shí)際應(yīng)用中，光子器件的穩(wěn)定性決定光子探頭能否正常有效的應(yīng)用。一般情況下，光子器件會(huì)隨著使用年限的增加，以及使用環(huán)境的惡劣程度，其自身特性會(huì)有一定程度的變化。該變化目前在國(guó)際和國(guó)內(nèi)很難從器件本身角度改善。
[0003]光子探頭的響應(yīng)變化到一定程度之后，會(huì)嚴(yán)重影響軸溫探測(cè)；另外，由于光子器件的特性，探頭的響應(yīng)在環(huán)境溫度迅速變化的情況下會(huì)有少量的變化。這些由于光子器件特性改變引起的探頭響應(yīng)變化都會(huì)給列車(chē)軸溫探測(cè)系統(tǒng)的軸溫計(jì)算帶來(lái)不同程度的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是為了解決上述問(wèn)題，達(dá)到探頭更穩(wěn)定使用和更精準(zhǔn)的測(cè)溫，提出了一種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制裝置及控制方法。
[0005]—種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制裝置，包括熱靶和光子探頭，所述的光子探頭包括光學(xué)系統(tǒng)、光子器件、偏置電源、控制板和前放板。
[0006]當(dāng)光子探頭進(jìn)行熱靶標(biāo)定時(shí)，熱靶進(jìn)行持續(xù)的加熱，光子器件對(duì)熱靶輻射的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)微弱的電壓信號(hào)，光子探頭采集電壓信號(hào)并處理后輸出一個(gè)探頭信號(hào)。探頭信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換和判斷后，得到一組在一定時(shí)間之內(nèi)的響應(yīng)變化V-T曲線(xiàn)，并存儲(chǔ)。經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)V-T曲線(xiàn)的智能分析，判斷出光子探頭的響應(yīng)率，并和當(dāng)前的殼體溫度、光子器件溫度和標(biāo)定時(shí)間進(jìn)行對(duì)應(yīng)，得到一個(gè)有效的響應(yīng)組A，初次使用時(shí)，該響應(yīng)組A作為基準(zhǔn)響應(yīng)。
[0007]當(dāng)下一次熱靶標(biāo)定時(shí)，單片機(jī)重復(fù)執(zhí)行上述的任務(wù)，得到響應(yīng)組B，并用模糊算法和專(zhuān)家系統(tǒng)，判斷出響應(yīng)組B與響應(yīng)組A的關(guān)系，如果該關(guān)系滿(mǎn)足(b-a) X e>W時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)的探頭響應(yīng)率已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，需要進(jìn)行增益控制。單片機(jī)隨后發(fā)出增益增大或者減小的命令，增大量和減小量為(b-a) Xe。通過(guò)調(diào)整增益，使探頭信號(hào)的放大倍數(shù)得到調(diào)整，令光子探頭的輸出響應(yīng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明還提供一種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制方法，具體步驟如下:
[0009]步驟一、單片機(jī)初始化，采集探頭信號(hào)；
[0010]步驟二、探頭做熱靶標(biāo)定，判斷探頭信號(hào)的有效性；
[0011]具體步驟為:
[0012]步驟201、單片機(jī)通過(guò)A/D電路模塊實(shí)時(shí)的對(duì)探頭信號(hào)進(jìn)行采集；
[0013]步驟202、探頭開(kāi)始做熱靶標(biāo)定，繪制熱靶標(biāo)定曲線(xiàn)；
[0014]步驟203、單片機(jī)分析判斷探頭信號(hào)有效性，如果有效執(zhí)行步驟204，否則執(zhí)行步驟201；
[0015]步驟204、將熱靶標(biāo)定曲線(xiàn)、擋板溫度、殼體溫度和器件溫度一起打包存儲(chǔ)為響應(yīng)組A;
[0016]步驟三、重復(fù)步驟二，得到響應(yīng)組B，將響應(yīng)組B和響應(yīng)組A進(jìn)行比較，確定需要進(jìn)行增益調(diào)整。
[0017]具體步驟為:
[0018]步驟301、單片機(jī)采集到新的熱靶標(biāo)定曲線(xiàn)與擋板溫度、殼體溫度和器件溫度一起打包存儲(chǔ)為響應(yīng)組B;
[0019]步驟302、響應(yīng)組B與響應(yīng)組A做比較，計(jì)算(b-a) Xe與W的關(guān)系；
[0020]步驟303、如果(b-a)Xe>W，單片機(jī)的增益調(diào)整命令生效，執(zhí)行步驟四；
[0021]步驟304、如果(b-a)XeS W，單片機(jī)不做任何操作，執(zhí)行步驟二。
[0022]步驟四、單片機(jī)給AGC模塊發(fā)送增益調(diào)整命令，AGC模塊設(shè)定好調(diào)節(jié)的增益大小(b-a) Xe，發(fā)送給前放板上的增益調(diào)整電路，通過(guò)改變后級(jí)放大電路的放大倍數(shù)而實(shí)現(xiàn)探頭信號(hào)的增益調(diào)整；
[0023]步驟五、探頭信號(hào)的放大倍數(shù)調(diào)整完畢，探頭的響應(yīng)率恢復(fù)正常。
[0024]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0025]I)本發(fā)明提供的增益控制裝置，通過(guò)內(nèi)置單片機(jī)和AGC模塊進(jìn)行控制，兼容性強(qiáng)，控制精度高。
[0026]2)本發(fā)明提供的增益控制方法，能通過(guò)采集的信號(hào)智能分析并存儲(chǔ)當(dāng)前探頭的響應(yīng)率相關(guān)參數(shù)，結(jié)合環(huán)境溫度和器件溫度等因素進(jìn)行綜合的智能分析和判斷，能有效的保證光子探頭增益的穩(wěn)定控制。
[0027]3)本發(fā)明提供的增益控制裝置和方法，能有效的改善光子器件響應(yīng)變化的條件，保證列車(chē)軸溫探測(cè)的精度。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種光子探頭智能增益控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一種光子探頭智能增益控制方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明提供一種基于軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制裝置及方法，涉及列車(chē)軸溫探測(cè)所用的光子探頭。
[0032]本發(fā)明采用單片機(jī)采集探頭信號(hào)，通過(guò)智能分析和判斷來(lái)控制探頭增益，和普通的自動(dòng)增益控制不同，本發(fā)明基于軸溫探測(cè)系統(tǒng)，能利用軸溫探測(cè)過(guò)程中的熱靶標(biāo)定、過(guò)車(chē)信號(hào)等參數(shù)來(lái)智能判斷增益控制的參數(shù)，并達(dá)到穩(wěn)定控制的效果。
[0033]—種基于軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制裝置，如圖1所示，所述的增益控制裝置包括熱靶和光子探頭，所述的光子探頭包括光學(xué)系統(tǒng)、光子器件、偏置電源、前放板和控制板。所述光學(xué)系統(tǒng)主要起透過(guò)中波波段的紅外光和匯聚能量的作用;光子器件是對(duì)中波波段的紅外光敏感的元器件;偏置電源給光子器件提供偏置電流，使光子器件正常工作;熱靶發(fā)出的信號(hào)通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后進(jìn)入光子器件得到電壓信號(hào)，前放板接收光子器件輸出的電壓信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波處理后輸出探頭信號(hào);控制板通過(guò)采集前方板輸出的探頭信號(hào)，結(jié)合器件溫度和殼體溫度，對(duì)增益進(jìn)行調(diào)整。所述控制板包括:單片機(jī)、外部晶振、時(shí)間模塊、A/D模塊、AGC模塊、存儲(chǔ)模塊以及殼溫和器件溫度模塊;所述的單片機(jī)采集時(shí)間模塊、外部晶振、存儲(chǔ)模塊和A/D模塊的信息，并將增益調(diào)整信息通過(guò)AGC模塊發(fā)送給增益調(diào)整電路。所述前放板包括前置放大電路、濾波電路、校零電路、增益調(diào)整電路和后級(jí)放大電路，光子器件輸出的電壓信號(hào)首先經(jīng)過(guò)前放板內(nèi)的前置放大電路，然后依次經(jīng)過(guò)濾波電路進(jìn)行濾波、校零電路進(jìn)行校零，到達(dá)后級(jí)放大電路，在后級(jí)放大電路中結(jié)合增益調(diào)整電路輸出得到探頭信號(hào)，控制板實(shí)時(shí)采集探頭信號(hào)。
[0034]所述光子器件為碲鎘汞光子器件，是一種需要制冷的光導(dǎo)器件。隨著光子器件使用的年限和環(huán)境因素，外界的水汽和其他氣體分子會(huì)慢慢的進(jìn)入光子器件內(nèi)部，對(duì)光子器件產(chǎn)生影響，導(dǎo)致光子器件的探測(cè)特性發(fā)生改變。當(dāng)該探測(cè)特性改變過(guò)大時(shí)，會(huì)影響軸溫探測(cè)系統(tǒng)對(duì)軸溫的準(zhǔn)確探測(cè)。本發(fā)明在光子探頭(后面簡(jiǎn)稱(chēng)為探頭)內(nèi)部設(shè)置有前置放大電路和后級(jí)放大電路，可以通過(guò)改變前置放大電路和后級(jí)放大電路的增益，保證探頭輸出的穩(wěn)定性。
[0035]當(dāng)光子探頭開(kāi)始做熱靶標(biāo)定時(shí)，探頭信號(hào)會(huì)出現(xiàn)有規(guī)律的變化，控制板上的單片機(jī)會(huì)根據(jù)該變化，結(jié)合當(dāng)前的光子探頭參數(shù)進(jìn)行智能判斷，以確定是否能反映光子探頭的響應(yīng)率。當(dāng)確定能獲取當(dāng)前光子探頭的響應(yīng)率之后，單片機(jī)會(huì)將該探頭信號(hào)所生產(chǎn)的曲線(xiàn)進(jìn)行換算，并配以器件溫度、殼體溫度，存儲(chǔ)一組響應(yīng)組數(shù)據(jù)，和之前獲得的同樣條件的響應(yīng)組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，最終判斷出是否需要進(jìn)行增益的調(diào)整以及調(diào)整的大小。單片機(jī)把增益調(diào)整命令通過(guò)AGC模塊發(fā)送給前放板上的增益調(diào)整電路，通過(guò)AGC模塊的調(diào)節(jié)，使得前放板中的增益調(diào)整電路執(zhí)行調(diào)整動(dòng)作，結(jié)合后級(jí)放大電路的輸出使得探頭信號(hào)的增益發(fā)生變化。
[0036]—種基于列車(chē)軸溫探測(cè)的光子探頭智能增益控制方法，如圖2所示，具體步驟如下:
[0037]步驟一、單片機(jī)初始化，采集探頭信號(hào)；
[0038]開(kāi)機(jī)后，控制板中的單片機(jī)初始化完成，單片機(jī)從存儲(chǔ)模塊中讀取光子探頭之前的響應(yīng)組信息，默認(rèn)當(dāng)前響應(yīng)組只有一個(gè)，包含熱靶曲線(xiàn)斜率參數(shù)、器件溫度、器件所處的環(huán)境溫度(也就是殼體溫度)、應(yīng)用時(shí)間等信息。該響應(yīng)組在出廠前就已經(jīng)做好默認(rèn)的一組數(shù)據(jù)。同時(shí)，單片機(jī)開(kāi)始讀取殼溫和器件溫度模塊中的各個(gè)溫度信號(hào)、讀取時(shí)間模塊中的時(shí)間日期，并開(kāi)始不間斷的通過(guò)A/D模塊采集探頭信號(hào)。采集探頭信號(hào)的頻率為0.5秒一次。
[0039]步驟