鐵路司機(jī)技師論文素材

電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)防寒技術(shù)

發(fā)表日期：201*年1月30日【編輯錄入：辦公室】

防寒技術(shù)是確保機(jī)車低溫工作性能的關(guān)鍵。過去我國電力機(jī)車主要在華北及其以南地區(qū)運(yùn)用，最低使用溫度一般不到一25℃，隨著國產(chǎn)電力機(jī)車進(jìn)入東北地區(qū)和烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦等國外市場(chǎng)，這些地區(qū)冬季嚴(yán)寒的氣候給電力機(jī)車正常運(yùn)用帶來了巨大挑戰(zhàn)。以哈爾濱地區(qū)為例，一月份平均氣溫為一19．6oC，極端最低氣溫可達(dá)一42．6oC。這些用戶都明確要求機(jī)車應(yīng)能滿足一4o℃(哈薩克斯坦招標(biāo)機(jī)車要求為一5O℃)低溫下正常運(yùn)行，而低溫下電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)因防寒措施不當(dāng)易出現(xiàn)零部件性能下降、管路及閥件凍結(jié)等問題，將嚴(yán)重影響機(jī)車的正常運(yùn)用。

1空氣管路系統(tǒng)防寒歷程

最初國產(chǎn)電力機(jī)車的防寒是在既有機(jī)車的基礎(chǔ)上進(jìn)行防寒處理和改進(jìn)，以滿足低溫運(yùn)行要求，其型號(hào)主要有SS4改、SS9和SS9改。由于當(dāng)時(shí)缺乏防寒經(jīng)驗(yàn)，我們主要針對(duì)機(jī)車低溫下出現(xiàn)的問題，逐步摸索空氣管路系統(tǒng)防寒經(jīng)驗(yàn)，最終使機(jī)車滿足一40℃低溫下正常工作要求。第一階段的防寒從首批赴東北地區(qū)運(yùn)用的SS4改型機(jī)車設(shè)計(jì)制造階段開始實(shí)施。我們從確保部件的低溫性能人手，要求全部裝車產(chǎn)品滿足一4o℃低溫要求，關(guān)注的重點(diǎn)是壓縮機(jī)、干燥器及各閥的密封橡膠件等幾項(xiàng)關(guān)鍵部件。此外我們還參照西北地區(qū)電力機(jī)車的防寒經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空氣管路系統(tǒng)中影響行車安全的分配閥、中繼閥、管道濾塵器等幾個(gè)重要閥件加包電熱套，并借鑒高寒地區(qū)內(nèi)燃機(jī)車用布包裹管道防寒的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)安裝于機(jī)車底架上的鋼管加包防寒保溫材料。該批機(jī)車投入東北地區(qū)運(yùn)用后在201*年冬季，空氣管路系統(tǒng)出現(xiàn)了一些問題，經(jīng)統(tǒng)計(jì)主要有以下幾類：壓縮機(jī)無法向總風(fēng)缸充風(fēng)；升弓管路系統(tǒng)工作不正常，導(dǎo)致機(jī)車升弓、合主斷困難；干燥器工作異常，如無法正常排污或內(nèi)部氣流通道堵塞；少量制動(dòng)機(jī)閥件凍結(jié)卡滯等。針對(duì)以上問題，我們實(shí)施了第二階段的防寒，在原來基礎(chǔ)上擴(kuò)大電熱套的應(yīng)用范圍，對(duì)空氣管路系統(tǒng)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套。考慮到蓄電池的容量，這些電熱套分為兩類：第一類主要對(duì)確保受電弓、主斷正常工作的升弓管路系統(tǒng)各閥件進(jìn)行加熱，由機(jī)車蓄電池提供DC110V電源；其余電熱套列為第二類，主要對(duì)風(fēng)源系統(tǒng)和制動(dòng)機(jī)系統(tǒng)各閥件進(jìn)行電加熱，由機(jī)車控制電路供電。實(shí)施以上防寒措施后，SS4改型機(jī)車低溫工作性能明顯提高，但SS9和SS9改型機(jī)車因其特殊的管路布置，仍存在低溫下壓縮機(jī)無法向總風(fēng)缸充風(fēng)的問題。針對(duì)該情況我們?cè)?01*年冬季對(duì)這兩型機(jī)車實(shí)施了第三階段防寒，即在兩壓縮機(jī)出風(fēng)管匯合處的三通閥及附近鋼管(均屬機(jī)車底架管路)、干燥器排污管共兩處地方纏繞自控溫電伴熱線，外包防寒保溫材料；并在螺桿壓縮機(jī)與干燥器進(jìn)風(fēng)管之間增設(shè)一條備用管路；同時(shí)還將雙塔干燥器轉(zhuǎn)換周期縮短，以提高干燥效果；除此之外，還從SS90074機(jī)車開始，將螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)位置對(duì)調(diào)，以縮短螺桿壓縮機(jī)至干燥器的管路長(zhǎng)度。通過以上三個(gè)階段的防寒，電力機(jī)車因低溫而出現(xiàn)的故障大幅減少，基本上能滿足在冬季嚴(yán)寒氣候條件下正常運(yùn)用。但以上防寒措施中也存在一些問題與不足，主要有以下幾點(diǎn)：(1)加熱保溫針對(duì)性不強(qiáng)。由于過去我們對(duì)管路系統(tǒng)易凍部位調(diào)查分析不夠，從確保安全角度出發(fā)，采取了對(duì)幾乎所有氣動(dòng)閥件加包電熱套，對(duì)大部分管路包加防寒材料的措施。實(shí)際上這是一種治標(biāo)措施，效果并不理想。因?yàn)樵摯胧┎荒芮宄�管路系統(tǒng)凍結(jié)的真正元兇冷凝水，反而使機(jī)車制造和運(yùn)行成本增加，電氣線路的故障隱患點(diǎn)增多，而且閥件包加電熱套后還增加了檢修維護(hù)的難度。(2)電熱套缺乏自動(dòng)調(diào)溫能力。環(huán)境溫度稍高時(shí)，部分閥件可能因加熱溫度過高而加速內(nèi)部橡膠件老化；當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，另一部分閥件又可能因加熱功率不足而起不到防凍的效果。

2空氣管路系統(tǒng)防寒技術(shù)分析2．1防寒設(shè)計(jì)原則

空氣管路系統(tǒng)防寒設(shè)計(jì)原則是在滿足機(jī)車低溫下正常運(yùn)用的基礎(chǔ)上，還具備安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。也就是說，一方面要確保防寒效果顯著，～方面又要使防寒措施簡(jiǎn)單實(shí)用，具有可靠性、針對(duì)性和一定的免維護(hù)性。既防止因擴(kuò)大圍加熱保溫而造成資源浪費(fèi)，又避免因防寒措施不當(dāng)而導(dǎo)致機(jī)車故障。

2．2低溫對(duì)機(jī)車空氣管路系統(tǒng)的影響我國東北地區(qū)以及哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等地的最冷時(shí)期出現(xiàn)在每年l2月至次年1月，此時(shí)日最低氣溫一般為一5一一35℃，相對(duì)濕度60％一80％。這種嚴(yán)寒的氣候?qū)�機(jī)車空氣管路系統(tǒng)的影響主要有兩方面。一方面是低溫下各零部件自身性能下降或喪失，如潤(rùn)滑油脂粘度增大甚至固化、橡膠件變脆且易老化龜裂、鋼材韌性下降而脆性增大、電子元器件工作異常等。針對(duì)這類問題，關(guān)鍵在于對(duì)機(jī)車外購零部件及原材料進(jìn)行把關(guān)，確保選用的產(chǎn)品在一40℃甚至更低溫度下能正常工作。另一方面是壓縮空氣中的冷凝水在管道內(nèi)結(jié)冰，造成管路系統(tǒng)凍結(jié)。這是因?yàn)榭諝鈮嚎s后，單位體內(nèi)的水蒸氣分壓力增大，露點(diǎn)升高，當(dāng)其隨環(huán)境溫度降至0oC以下，就有可能析出冷凝水并結(jié)冰圖1表示的是壓縮空氣飽和含濕量與絕對(duì)壓力和溫度的關(guān)系。

從圖中可以看出，低溫狀態(tài)下空氣飽和含濕量一般較低(0．750．9MPa壓縮空氣在0℃以下的飽和含濕量小于lg／kg)，隨著溫度升高，該值呈近似指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)；在溫度不高(40℃以下)時(shí)，飽和含濕量與壓力呈近似反比關(guān)系。例如在環(huán)境溫度一20℃，相對(duì)濕度60％時(shí)，大氣含濕量約為0．5g／kg，對(duì)應(yīng)露點(diǎn)一25℃；當(dāng)壓縮至900kPa后，壓縮空氣的露點(diǎn)將升高至4℃左右，降至環(huán)溫后每含有1kg干空氣的濕空氣中將有約0．45g水析出并結(jié)冰。2．3干燥指標(biāo)的選定

防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的關(guān)鍵在于對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥處理，除去其中水份，使其壓力露點(diǎn)低于環(huán)境溫度。為確保空氣管路系統(tǒng)低溫下正常工作，我們應(yīng)正確選定干燥器的干燥指標(biāo)。根據(jù)世界各國經(jīng)驗(yàn)，為防止管路系統(tǒng)出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，空氣管路系統(tǒng)使用的壓縮空氣相對(duì)濕度應(yīng)低于35％，當(dāng)然這是指壓縮空氣在壓力狀態(tài)和環(huán)境溫度下的相對(duì)濕度值。實(shí)際上由于在干燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣溫度有可能高于環(huán)溫15℃(螺桿壓縮機(jī)供風(fēng))甚至更多(活塞壓縮機(jī)供風(fēng))，在其降溫過程中，相對(duì)濕度必然上升，所以干燥器出風(fēng)口處干燥指標(biāo)應(yīng)低于35％方能滿足要求。究竟低多少合適呢?我們可假定機(jī)車由螺桿壓縮機(jī)供風(fēng)，此時(shí)干燥器出風(fēng)口處的壓縮空氣與環(huán)境的溫差為15℃(忽略總風(fēng)冷卻管、干燥簡(jiǎn)的散熱以及吸附過程中的發(fā)熱)。從圖1可看出，該溫差將導(dǎo)致空氣飽和含濕量下降為原來的1／4～1／2，即壓縮空氣充分冷卻后相對(duì)濕度將為高溫狀態(tài)下的2～4倍。所以為確保壓縮空氣相對(duì)濕度始終低于35％，干燥器出風(fēng)口處干燥指標(biāo)宜選定為不大于8％。此外，雙塔干燥器的干燥效果與轉(zhuǎn)換周期有一定關(guān)系，一般而言縮短轉(zhuǎn)換周期可提高干燥效果，但會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換閥件的工作頻率增高而縮短使用壽命。由于高溫和低溫環(huán)境下干燥劑的吸附效果都會(huì)明顯下降，所以此時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短干燥器轉(zhuǎn)換周期，并增大再生孑L徑，以確保干燥效果。2．4防治管路系統(tǒng)凍結(jié)的重點(diǎn)部位

根據(jù)對(duì)機(jī)車低溫下故障情況的統(tǒng)計(jì)，我們將下面三個(gè)部位作為重點(diǎn)來做好管路系統(tǒng)凍結(jié)的防治工作。2．4．1干燥器干燥器低溫下易出現(xiàn)內(nèi)部氣流通道堵塞或無法正常排污等故障。這是因?yàn)楦稍锲鲀?nèi)部一些管路、閥件處在高濕度甚至有冷凝水析出的情況下工作，水份殘留在內(nèi)壁，日積月累可能導(dǎo)致排污管和濾清簡(jiǎn)冰凍堵塞，排污閥和進(jìn)氣閥等部件動(dòng)作卡位。針對(duì)這類問題，我們可在安裝設(shè)計(jì)中盡量避免排污管大角度折彎，并在該管外包自控溫電伴熱線和防寒管材；同時(shí)對(duì)排污閥和進(jìn)氣閥等部位采用加熱板或電熱套進(jìn)行加熱保溫。過去為確保干燥器故障后能維持機(jī)車運(yùn)行，通常設(shè)有干燥器短接塞門，以將其隔離而直接導(dǎo)通壓縮機(jī)與總風(fēng)缸。該做法對(duì)防寒工作十分不利，因?yàn)閷?dǎo)通短接塞門將導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的飽和高濕度壓縮空氣直接進(jìn)入后續(xù)管路，低溫下極易引發(fā)凍結(jié)故障，在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)盡量避免。若干燥器的可靠性很高，則可考慮在設(shè)計(jì)中取消短接塞門。2．4．2總風(fēng)冷卻管路

壓縮機(jī)至干燥器之間的總風(fēng)冷卻管路凍結(jié)堵塞問題曾經(jīng)在電力機(jī)車上多次出現(xiàn)。其主要原因是該段管路位于干燥器之前，內(nèi)部的壓縮空氣未經(jīng)干燥處理，富含水份，低溫下易導(dǎo)致該段管路上的止回閥凍結(jié)卡位或鋼管內(nèi)部完全冰封堵死。止回閥是通過閥芯在閥體內(nèi)上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體單向流動(dòng)的，閥芯表面附著的冷凝水結(jié)冰后，容易使閥芯凍結(jié)在閥體上不能動(dòng)作，導(dǎo)致壓縮空氣流動(dòng)受阻。要解決該問題可考慮在止回閥外部加裝效果良好的加熱裝置，使其溫度升至冰點(diǎn)以上。如果壓縮機(jī)自帶止回閥(目前裝車的螺桿壓縮機(jī)都屬該情況)，則總風(fēng)冷卻管上的止回閥多余，可予以取消總風(fēng)冷卻管內(nèi)部完全冰封堵死的情況主要出現(xiàn)在SS9型機(jī)車上，且一般位于距干燥器較近的底架管路低凹處以及穿越車底地板處。這是因?yàn)镾S9型機(jī)車壓縮機(jī)與干燥器總體布置距離較遠(yuǎn)，總風(fēng)冷卻管較長(zhǎng)，且多布置于車底，使得高溫壓縮空氣與外界的熱交換比較充分，冷凝水有足夠時(shí)間冷卻并結(jié)冰。相比之下SS4改型機(jī)車因?yàn)閴嚎s機(jī)與干燥器的距離較近，總風(fēng)冷卻管較短，而極少出現(xiàn)這種情況。這說明要避免總風(fēng)冷卻管凍結(jié)堵塞，應(yīng)盡量將干燥器與壓縮機(jī)布置在一塊，以縮短該段管路長(zhǎng)度，若條件允許還可在該段鋼管外纏繞自控溫電伴熱線，外包防寒保溫材料。2．4．3升弓管路系統(tǒng)

以前電力機(jī)車升弓管路系統(tǒng)出現(xiàn)凍結(jié)故障的情況比較嚴(yán)重，這是因?yàn)闄C(jī)車庫停后重新升弓合主斷時(shí)，有時(shí)需要輔助壓縮機(jī)提供壓縮空氣，而輔助壓縮機(jī)提供的壓縮空氣一般未進(jìn)行有效的干燥處理，其中肯定會(huì)有凝結(jié)水隨溫度下降而析出，并容易在隨后管路中的止回閥、調(diào)壓閥等處集結(jié)成冰使其動(dòng)作失靈，導(dǎo)致機(jī)車故障。針對(duì)這類問題首先可考慮減少易故障部件，如：受電弓一般自帶調(diào)壓閥，設(shè)置在管路中的受電弓調(diào)壓閥可考慮取消；其次，可在輔助壓縮機(jī)出口設(shè)置冷卻風(fēng)缸，以盡快降低壓縮空氣溫度，并通過分水濾氣器或小型干燥器及時(shí)處理掉已析出的冷凝水，防止其進(jìn)入后部件；再次，可對(duì)易故障閥件采取有效的加熱措施，防止其凍結(jié)；最后，在嚴(yán)寒氣候下還應(yīng)盡量少用輔助壓縮機(jī)打風(fēng)，以避免產(chǎn)生水汽而影響后續(xù)管路系統(tǒng)。3結(jié)論

電力機(jī)車空氣管路系統(tǒng)的防寒工作經(jīng)過幾年的摸索，目前已積累了一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。為確保機(jī)車能夠在高寒地區(qū)更好的運(yùn)用，建議從優(yōu)化機(jī)車整體布置、提高干燥器干燥效果與可靠性、增加升弓管路除水措施等方面考慮機(jī)車防寒，并通過進(jìn)行相關(guān)低溫試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步提高空氣管路系統(tǒng)在低溫下工可靠性。

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紅外線傳感器利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器。紅外線又稱紅外光，它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性質(zhì)。任何物質(zhì)，只要它本身具有一定的溫度（高于絕對(duì)零度），都能輻射紅外線。紅外線傳感器測(cè)量時(shí)不與被測(cè)物體直接接觸，因而不存在摩擦，并且有靈敏度高，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

紅外線傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路。光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類。檢測(cè)元件按工作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件。熱敏元件應(yīng)用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻受到紅外線輻射時(shí)溫度升高，電阻發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由硫化鉛、硒化鉛、砷化銦、砷化銻、碲鎘汞三元合金、鍺及硅摻雜等材料制成。

紅外線傳感器常用于無接觸溫度測(cè)量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測(cè)量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位，及時(shí)對(duì)疾病進(jìn)行診斷治療（見熱像儀）；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對(duì)地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報(bào)；采用紅外線傳感器可檢測(cè)飛機(jī)上正在運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的過熱情況等。

■傳感器論文■紅外線傳感器的應(yīng)用

人的眼睛能看到的可見光按波長(zhǎng)從長(zhǎng)到短排列，依次為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。其中紅光的波長(zhǎng)范圍為0.62～0.76μm；紫光的波長(zhǎng)范圍為0.38～0.46μm。比紫光光波長(zhǎng)更短的光叫紫外線，比紅光波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光叫紅外線

最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件，紅外傳感器就是其中的一種。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外線傳感器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，下面結(jié)合幾個(gè)實(shí)例，簡(jiǎn)單介紹一下紅外線傳感器的應(yīng)用。人體熱釋電紅外傳感器和應(yīng)用介紹被動(dòng)式熱釋電紅外探頭的工作原理及特性：

一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10UM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10UM左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，電后續(xù)電路經(jīng)檢驗(yàn)處理后即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

1)這種探頭是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的。所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感。2)為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。

3)被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。4)一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。

5)菲尼爾濾光片根據(jù)性能要求不同，具有不同的焦距（感應(yīng)距離），從而產(chǎn)生不同的監(jiān)控視場(chǎng)，視場(chǎng)越多，控制越嚴(yán)密。

在電子防盜、人體探測(cè)器領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測(cè)器的應(yīng)用非常廣泛，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。

紅外線遙控鼠標(biāo)器中的傳感器

在機(jī)械式鼠標(biāo)器底部有一個(gè)露出一部分的塑膠小球,當(dāng)鼠標(biāo)器在操作桌面上移動(dòng)時(shí)，小球隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在鼠標(biāo)器內(nèi)部裝有三個(gè)滾軸與小球接觸，其中有兩個(gè)分別是X軸方向和Y軸方向滾軸，用來分別測(cè)量X軸方向和Y軸方向的移動(dòng)量，另一個(gè)是空軸，僅起支撐作用。拖動(dòng)鼠標(biāo)器時(shí)，由于小球帶動(dòng)三個(gè)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，X軸方向和Y軸方向滾軸又各帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)軸（稱為譯碼輪）轉(zhuǎn)動(dòng)。譯碼輪(見圖1)的兩側(cè)分別裝有紅外發(fā)光二極管和光敏傳感器，組成光電耦合器。光敏傳感器內(nèi)部沿垂直方向排列有兩個(gè)光敏晶體管A和B，如圖2所示。由于譯碼輪有間隙，故當(dāng)譯碼輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線時(shí)而照在光敏傳感器上，時(shí)而被阻斷，從而使光敏傳感器輸出脈沖信號(hào)。光敏晶體管A和B被安放的位置使得其光照和阻斷的時(shí)間有差異，從而產(chǎn)生的脈沖A和脈沖B有一定的相位差，利用這種方法，就能測(cè)出鼠標(biāo)器的拖動(dòng)方向

照相機(jī)中的紅外線傳感器——夜視功能

紅外夜視，就是在夜視狀態(tài)下，數(shù)碼攝像機(jī)會(huì)發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，關(guān)掉紅外濾光鏡，不再阻擋紅外線進(jìn)入CCD，紅外線經(jīng)物體反射后進(jìn)入鏡頭進(jìn)行成像，這時(shí)我們所看到的是由紅外線反射所成的影像，而不是可見光反射所成的影像，即此時(shí)可拍攝到黑暗環(huán)境下肉眼看不到的影像。索尼數(shù)碼攝像機(jī)首創(chuàng)了紅外線夜視攝影功能，能夠在全黑環(huán)境下進(jìn)行拍攝，甚至連肉眼也不能分辨清楚的物體，現(xiàn)在也可以清晰地拍攝下來。這種夜視的特點(diǎn)是可以在完全沒有光線的條件下進(jìn)行拍攝，但由于采用的是紅外攝影，無法進(jìn)行彩色的還原，所以拍攝出來的畫面是單色的，影像會(huì)變綠。不久之后，索尼又推出了擁有超級(jí)紅外線夜視攝功能的數(shù)碼攝像機(jī)，紅外線功能的慢速快門為2段選擇，超級(jí)紅外線夜攝功能的慢速快門為自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以獲得更好的影像效果。舉一個(gè)大家都見過的例子，在美國空襲伊拉克時(shí)，伊拉克首都大部分地區(qū)都處于停電狀態(tài)，這時(shí)除了防空曳光彈和導(dǎo)彈爆炸引起的火光以外就只有月光或星光照明了，能見度極差。我們?cè)陔娨曅侣勆峡吹降膹默F(xiàn)場(chǎng)傳回來的錄像片的畫面都呈現(xiàn)綠色，說明電視記者在拍攝時(shí)使用了紅外線夜視儀，導(dǎo)致影像是綠色的，如果不使用紅外攝像技術(shù)，那么我們從電視畫面上將只能聽到聲音，而看不到任何影響了。

需要注意的：因?yàn)榧t外線夜視攝影儀的前提是數(shù)碼攝像機(jī)能發(fā)出人們?nèi)庋劭床坏降募t外光線去照亮被拍攝的物體，所以說它的拍攝距離是有一定限制的，如果攝

像機(jī)發(fā)出的紅外線到達(dá)不了要拍攝的物體，那么當(dāng)然就什么也拍不到了C-211D微型黑白紅外線攝像機(jī)

紅外線傳感器在工程上的應(yīng)用———紅外線軸套掃描器

ROTA-SONDETS201*通過光機(jī)系統(tǒng)掃描視場(chǎng)，并且無需任何光學(xué)調(diào)整。它精確測(cè)量線材、棒材等生產(chǎn)線的活套大小，甚至對(duì)特殊鋼或有色金屬以及在水汽、煙霧嚴(yán)重的情況下也能可靠工作。DELTA的紅外傳感器TS201*可用于活套控制、熱帶材或熱板材的對(duì)中控制以及在其它很廣的應(yīng)用中提供位置信息。ISO9002

紅外檢測(cè)高靈敏度250℃或400℃使用維護(hù)簡(jiǎn)單、方便具有自監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能ROTA-SONDETS201*特點(diǎn)

TS201*檢測(cè)位于其視場(chǎng)范圍內(nèi)的熱工件（鋼，銅，合金及玻璃等）的位置并輸出與工件在視場(chǎng)中的角度位置成正比的信號(hào)。

ROTA-SOROTA-SONDENDETS201*是掃描方式工作的測(cè)量用傳感器，它對(duì)溫度高于250°C(480°F)的熱工件的紅外輻射敏感。

主要特點(diǎn)：

高靈敏度：400°C/750°F或250°C/480°F紅外光譜：1至3m由自監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)字式控制無需光學(xué)調(diào)整使用維護(hù)方便

專為鋼鐵工業(yè)惡劣的工作環(huán)境設(shè)計(jì)，光電子電路放置于重型外殼中(IP66)設(shè)有空氣吹掃裝置和水冷卻系統(tǒng)

提供連接器和帶有不銹鋼辮型編織保護(hù)層的電纜

ROTA-SONDETS201*應(yīng)用典型應(yīng)用

熱鋼板的對(duì)中控制和糾偏控制

紅外線邊緣傳感器FR50

邊緣糾偏傳感器FR50是以反射原理工作的。發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一束波長(zhǎng)為880nm的平行紅外線，這束紅外線被對(duì)面整齊排列的CCD元件所接收。一個(gè)處理器評(píng)估這些信號(hào)并發(fā)送出估計(jì)好的實(shí)際位置到CAN總線。傳感器在＋/-10mm的測(cè)量范圍內(nèi)以0.02毫米的精確度確定出紙邊位置。光學(xué)設(shè)備只是接收平行光束從而排除了位置偏差導(dǎo)致的高度起伏。

一個(gè)位向控制器監(jiān)控鏡頭掃描污漬并反饋適當(dāng)?shù)奈蹪n信息到控制器。

傳感器應(yīng)用與軍事上——軍用遙感技術(shù)

遙感從字面上說就是從遠(yuǎn)處感覺事物。嚴(yán)格一點(diǎn)的意義上定義為：遠(yuǎn)遠(yuǎn)地去感覺某一定對(duì)象的技術(shù)。廣義地講，遙感是不直接接觸地收集關(guān)于某一定對(duì)象的某種或某些特定的信息，從而了解這個(gè)對(duì)象的性質(zhì)。很早以前，人們就希望從空中來觀察地球，當(dāng)時(shí)人們使用的是普通的照相機(jī)，后來發(fā)展成為專門的航空照相機(jī)。航空攝影的技術(shù)在世界大戰(zhàn)期間獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，基于這種照片的識(shí)別技術(shù)也得到了提高。隨著飛行器技術(shù)的提高，尤其是火箭和衛(wèi)星的出現(xiàn)，遙感技術(shù)獲得了一個(gè)全新的平臺(tái)。現(xiàn)在，遙感技術(shù)也日新月異，成為在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可取少的一種重要技術(shù)，尤其在軍事方面的應(yīng)用也很廣泛。遙感中收集到的信息，就是物體發(fā)射或者被它反射的電磁波。這些電磁波包括近紫外、紅外線、可見光、微波等。收集電磁波信息的裝置叫做傳感器。裝載傳感器的地方，稱為平臺(tái)。遙感就是用裝在平臺(tái)上的傳感器來收集（測(cè)定）由對(duì)象輻射或（和）反射來的電磁波，再通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得對(duì)象信息的技術(shù)。遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，一個(gè)重要的因素是它應(yīng)用于我們所生活的環(huán)境。人們?cè)絹碓叫枰�深刻地了解我們的地球，了解它的資源，了解他的變化，以便合理安排生產(chǎn)和生活活動(dòng)。遙感主要原理

注：傳感器裝載在平臺(tái)上

遙感中可以使用可見光和近紅外區(qū)的電磁波進(jìn)行遙感，這是利用了對(duì)象的反射特性，這種方式是航空攝影發(fā)展而來的結(jié)果，也是最為廣泛應(yīng)用的一種，在月球上觀察地球就是這樣的。另外有兩類技術(shù)也在遙感中大顯身手。其一是使用熱紅外和熱成像技術(shù)，主要是利用了物體的輻射特性。熱成像是與遠(yuǎn)距離測(cè)量地球表面特征的溫度有關(guān)的遙感分支。它所研究的問題小到可以探測(cè)一間屋子的熱能量泄漏，大到可以研究地球表面的洋流。因?yàn)闇囟葘?shí)質(zhì)是地球環(huán)境中一切物理、化學(xué)和生物過程的重要控制因素之一。因此，溫度數(shù)據(jù)在經(jīng)營(yíng)管理地球資源的活動(dòng)中必然占有極其重要的地位。其二是利用微波遙感器進(jìn)行遙感。微波遙感分為被動(dòng)式和主動(dòng)式。主動(dòng)式的微波遙感器主要是側(cè)視雷達(dá)。它是在50年代為軍事偵察目的而發(fā)展的。它目前的重要應(yīng)用主要在于快速取得大片有云地區(qū)的地面資源情報(bào)數(shù)據(jù)。被動(dòng)式微波遙感器感受的是它們視場(chǎng)內(nèi)的自然可利用的微波能量，其工作方式和熱輻射計(jì)或熱掃描儀非常相似，但是能夠接受到的信號(hào)也比熱紅外區(qū)微弱得多，同時(shí)信號(hào)所伴隨的噪聲也大得多。因此這種信號(hào)的判釋問題也要比其他各種遙感器困難得多。但和側(cè)視雷達(dá)一樣也有全天候的特性。依靠選擇適合的工作波長(zhǎng)，可以用它或者穿透大氣，或者觀察大氣。通常來說，微波遙感用在大氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量上，在海洋學(xué)、油污探測(cè)、融雪測(cè)定等方面都有應(yīng)用。

遙感在軍事科學(xué)上的應(yīng)用是顯然的，因?yàn)榭梢赃h(yuǎn)距離地觀察目標(biāo)，而且可以獲得相對(duì)宏觀的分析數(shù)據(jù)。在軍事上，遙感的用途大致有：首先是對(duì)目標(biāo)國家和地區(qū)的資源狀況的監(jiān)視。通過有效地監(jiān)視資源及其變化，可以幫助確定戰(zhàn)略的目標(biāo)。其次，監(jiān)視對(duì)方軍事部署和大規(guī)模的軍事移動(dòng)。許多軍事部署的位置信息可以通過高精度的衛(wèi)星遙感獲得，大規(guī)模的軍事移動(dòng)也容易在遙感器上留下痕跡，這些都對(duì)于對(duì)應(yīng)國家采取相應(yīng)的措施提供了快速而有效的信息。其次，在具體的作戰(zhàn)當(dāng)中，遙感可以幫助分析局部的地形、資源狀況，從而幫助己方進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)的方案判斷。各種軍用衛(wèi)星的發(fā)射，也為全方位地監(jiān)視目標(biāo)提供了基礎(chǔ)。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)作為數(shù)字化的戰(zhàn)爭(zhēng)，信息在戰(zhàn)爭(zhēng)中是至關(guān)重要的，遙感作為一項(xiàng)能夠大范圍、高精度、快速獲得信息的技術(shù)，必然能夠在未來的戰(zhàn)爭(zhēng)中獲得更多的應(yīng)用。

可見，傳感器在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會(huì)對(duì)傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。而現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)則提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾。二十一世紀(jì)，人們一方面通過提高與改善傳感器的技術(shù)性能；一方面通過尋找新原理、新材料、新工藝及新功能來改善傳感器性能，制造出更多的傳感器．而紅外線傳感器作為其中的一部分也必將得到更大的發(fā)展．

紅外線溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳遠(yuǎn)金，程永進(jìn)，吳雄偉

摘要：本文介紹一種新型的紅外線溫度傳感器其基本工作機(jī)理是利用高精度紅外位移傳感器測(cè)量熱膨脹系數(shù)較大的有機(jī)玻璃長(zhǎng)度。用靈敏度為0.001℃的高精度石英溫度計(jì)對(duì)其校準(zhǔn)，證實(shí)這種儀器的溫度測(cè)量精度可達(dá)10℃數(shù)量級(jí)，比較市場(chǎng)上現(xiàn)有的溫度傳感器，其靈敏度和線性度都有較大優(yōu)勢(shì)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：紅外線；溫度；傳感器；分辨率中圖分類號(hào)：TP212.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在物理實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中，往往需要高精度的測(cè)量，環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量的影響是一個(gè)重要因素，因此，必須對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行精密測(cè)量。對(duì)測(cè)量?jī)x器則要求制造成本低、測(cè)量精度高、線性度好、應(yīng)用范圍廣、便于安裝和調(diào)試。目前市場(chǎng)上可以用于測(cè)量溫度的傳感器有石英溫度計(jì)、光纖傳感溫度計(jì)、熱敏電阻溫度計(jì)等。其中石英溫度計(jì)靈敏度最高，可達(dá)到1×10℃數(shù)量級(jí)。然而這些傳感器的價(jià)格一般都比較貴，線性度難以達(dá)到精密測(cè)量的要求。

本文介紹一種紅外線式高精度溫度測(cè)量?jī)x器。其具有單色性好、抗干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)，比較適合高精度測(cè)量。此種儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制作、便于安裝，所測(cè)溫度可直接輸出到微機(jī)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理，十分方便易行。

一、儀器原理和用途

本儀器采用北京東林松工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的微晶玻璃陶瓷材料，其具有真空性好、耐高低溫、絕緣和耐酸堿腐蝕等性能�；�本性能指標(biāo)如下：使用溫度-273~1000℃；體積電阻率1.08×1014Ωcm；熱膨脹系數(shù)為α1=8.6×10/℃。該材料抗熱沖擊性能非常好，從800℃急冷至0℃不破碎，200℃急冷到0℃強(qiáng)度

-6-4

-無變化。

用該陶瓷材料制成一個(gè)圓筒，筒內(nèi)的一端固定一根長(zhǎng)L=10cm的薄有機(jī)玻璃圓筒，另一端固定一個(gè)紅外位移傳感器，讓有機(jī)玻璃棒的自由端將紅外接收管的接收面遮住一半，使其工作在線性度最好的區(qū)域。由于有機(jī)玻璃的熱膨脹系數(shù)為。α2=1.7×10℃，兩者相差達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)，所以當(dāng)溫度變化時(shí)，可以認(rèn)為有機(jī)玻璃在陶瓷材料上的相對(duì)位移可以忽略，故其自由端同紅外位移傳感器之間的相對(duì)位置變化將改變紅外接收管的有效接收面積，從而使位移傳感器輸出電壓隨之改變。這種新型溫度傳感器的測(cè)量靈敏度為

-4

其中△L為紅外位移傳感器對(duì)有機(jī)玻璃長(zhǎng)度測(cè)量的靈敏度。

紅外位移傳感器主要由紅外發(fā)光二極管發(fā)射和接受裝置、數(shù)據(jù)放大去噪部分以及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成。

它是利用紅外光電二極管的光電轉(zhuǎn)換規(guī)律，通過其遮擋的光通量與輸出電流的關(guān)系確定遮擋體，將微小的溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，通過放大電路進(jìn)行放大處理，結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡建立電壓信號(hào)與溫度的函數(shù)關(guān)系，然后利用高精度螺旋測(cè)微器定標(biāo)，最終形成可以得到一個(gè)較高測(cè)量精度(3×10m)的位移測(cè)量?jī)x。由于光電轉(zhuǎn)換的電流較小，而且紅外發(fā)光二極管的功率也較低，因此可以認(rèn)為紅外位移傳感器不會(huì)對(duì)測(cè)量的溫度環(huán)境有影響。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)如圖1。

-7

二、儀器的制作與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將設(shè)計(jì)好的溫度傳感器與靈敏度為0.001℃的石英溫度計(jì)放入一個(gè)銅制的匣子里，并且盡可能使兩者接近，以減少環(huán)境溫度差別。同時(shí)放置一個(gè)用黑盒子包裹的功率為1W的燈泡給匣子加熱，采用黑盒子是為了減少匣子內(nèi)背景光對(duì)紅外位移傳感器的影響。實(shí)驗(yàn)中利用PCL-711B數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，該采集卡具有高性能、高速度、多功能等特點(diǎn)，適用于現(xiàn)行的IBMPC或其它兼容計(jì)算機(jī)。高性能、豐富的軟件支持以及多種功用，使得PCL-711B成為工業(yè)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的理想選擇。利用其A/D轉(zhuǎn)換功能并結(jié)合串口通信將數(shù)據(jù)輸入到PC機(jī)進(jìn)行后期處理。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將燈泡打開約25min后，可達(dá)到60℃。由于升溫過程較快，所以選用降溫過程測(cè)量。約30min后溫度達(dá)到50℃，2h后達(dá)到室溫(28℃)，由于溫度變化所對(duì)應(yīng)的電壓變化比較劇烈，測(cè)量選用的溫度變化控制在40~39.905℃。每當(dāng)石英溫度計(jì)的讀數(shù)改變0.005℃時(shí)，便讀取相應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)。最終得到的電壓數(shù)據(jù)以及石英溫度計(jì)的測(cè)量溫度見表1。表1

對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，其曲線和擬合議程結(jié)果見圖2。

線性擬合方程式為T=39.949+(-0.00926)VR=-0.99863

從圖中可以看到盡管在有些地方出現(xiàn)了小的波動(dòng)，其線性度還是比較好的。

其中傳感器的靈敏度為/mV，和其它溫度傳感器比較

可以看到，其靈敏度較石英溫度計(jì)下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，且線性度比較好。從結(jié)構(gòu)來看，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣泛，而且特別適用于需要精密測(cè)量溫度的環(huán)境。三、總結(jié)

從整個(gè)傳感器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，發(fā)現(xiàn)由于選用材料的復(fù)雜性和性能指數(shù)的穩(wěn)定性，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有一定影響。今后將考慮選用線性度好和膨脹系數(shù)高的新型材料，有理由相信這種新型的紅外溫度傳感器的精度將會(huì)有進(jìn)一步提高。

當(dāng)然，由于位移傳感器分辨率的限制，這種新型的溫度傳感器在溫度變化較大的環(huán)境中使用尚有不足，但就常用工作和實(shí)驗(yàn)環(huán)境而言，它完全可以取代傳統(tǒng)的溫度計(jì)，具有較好的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：

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光傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。光傳感器不只局限于對(duì)光的探測(cè)，它還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動(dòng)控制和非電量電測(cè)技術(shù)中占有非常重要的地位。

光敏傳感器的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、光電耦合器、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。

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