HBDS-III型红外热轴探测系统故障分析与处理

西 南 交 通 大 学 毕业设计（论文）

型红外热轴探测系统故障分析与处理

专业:电气工程及其自动化 学号: 09821640 姓名: 王增峰 指导老师:赵丽平 副教授 学习中心: 济南学习中心

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HBDS-III

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院 系 西南交通大学 专 业 电气工程及其自动化 年 级 2009春 姓 名 王增峰 题 目 HBDS-III型红外热轴探测系统故障分析与处理

指导教师

评 语

指导教师 (签章)

评 阅 人

评 语

评 阅 人 (签章)

成 绩

答辩委员会主任 (签章)

年 月 日

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毕业设计（论文）任务书

班 级 2009春 学生姓名 王增峰 学 号 09821640 发题日期：2011 年 3 月 1 日 完成日期： 2011 年 6 日 题 目 HBDS-III型红外热轴探测系统故障分析与处理

1、本论文的目的、意义 通过对HBDS-III型红外热轴探测系统常见故障的分析，找出在实际工作中对故障判断存在的问题以及解决方法；已现有室内、室外设备设施为基本原件，构建远程诊断装置，做到提早发现设备故障，即使处理，确保设备正常探测稳定，从而保证上到作业人员人身安全。 2、学生应完成的任务 （1）查阅资料，了解远程诊断装置建设的目的、意义 （2）以现有室内、室外设备，进行远程诊断装置方案设计 （3）以远程诊断装置对常见故障判断分析，并对故障进行处理 （4）撰写论文 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）

第一部分 查阅资料了解远程诊断装置建设的目的、意义， ( 2周) 第二部分 对现有室内、室外设备进行排查， 进行远程诊断装置方案设计(1周)

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第三部分 进行远程诊断装置方案设计 (2周) 第四部分 数据分析 (2周) 第五部分 对常见故障的分析判断 (2周) 第六部分 撰写论文 (2周) 评阅及答辩

(1周)

备 注

指导教师： 审 批 人：

年 月 日 年 月 日

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诚信承诺

一、 本论文是本人独立完成； 二、 本论文没有任何抄袭行为；

三、 若有不实，一经查出，请答辩委员会取消

本人答辩（评阅）资格。

承诺人（钢笔填写）：

年 月 日

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摘 要

红外热轴探测系统的研制和应用始于80年代，是空间遥感技术向国民经济领域转移项目，也是解决列车轴箱动态定量测温的技术关键。它主要用于运行中的各种客、货车辆轴温的自动监测；对防止列车燃轴、切轴事故，保证行车安全有重要作用。该系统结合我国车型复杂的具体情况，实现了客、货兼容；具有自动计辆计轴、自动测定轴箱温度，自动滚滑判别、自动热轴判别、自动报警打印和轴箱波形再现等功能。该系统除单机就地实时预报热轴外，还可微机联网通讯，实现热轴跟踪和集中管理。HBDS-Ⅲ型红外热轴探测系统采用HD-1型光子探头，其特点是：半导体制冷式碲镉汞(HgCdTe)探测器响应率高，响应速度快(小于1μs)；探头采用光学调制及交流放大电路，实现了高增益、低漂移；以调制盘为统一背景实现实时测温；采用新型的自适应温度标定方法，能够自动适应探头工作状态的变化。HBDS-Ⅲ型红外热轴探测系统的性能固然优越，但也时有故障发生，本文仅就三型机设备各易发故障关键部件，如热靶、探头、磁头等进行远程分析诊断并对故障处理进行的讨论。

关键词：三型机 故障 处理 热靶 探头 磁头

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Abstract

The infrared thermo-axis detection system's development and the application begin in the 80s, is the space remote sensing technique to the national economy domain shift project, also solves the train axle-box dynamic quota temperature measurement technical key. It mainly uses in the movement each kind of guest, goods axis arm warm automatic monitor; To prevents the train to burn the axis, the broken axle accident, guaranteed that the traffic safety has the influential role. This system unifies our country vehicle type complex special details, realized the guest, the goods to be compatible; Has the automatic idea idea axis, the automatic determination axle-box temperature, rolls automatically slides functions and so on distinction, automatic thermo-axis distinction, auto-alarm printing and axle-box profile reappearance. This system besides single plane real-time forecast thermo-axis, but may also the microcomputer networking communication, realize the thermo-axis track and the centralized management. HBDS-ⅢTh

key words：Iii machine Failure Processing Hot target Probes Head

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目 录

第一章 绪论 ............................................ 错误！未定义书签。 第二章 远程诊断装置的研究 .............................................. 3 2.1 系统功能 ............................................................ 3 2.2 系统构成 ............................................................ 3 2.3 组网方式 ............................................................ 4 2.4 使用方法 ............................................................ 4 第三章 数据分析 ......................................................... 7 第三章 数据分析 ...................................................................................................................... 7 3.1热靶标定数据及热靶曲线的分析 ........................................ 7 3.2静态数据的分析 ...................................................... 9 3.3全列报表的分析 ...................................................... 9 3.4常见故障及其处理方法 ................................................ 9

3.4.1探头异常 .............................. 9 3.4.2致冷异常 ............................ 10 3.4.3大门异常 ............................ 10 3.4.4热靶异常 ............................ 10 3.4.5磁头异常 ............................. 11

第四章 故障处理 .................................................................................................................... 12 4.1故障查找步骤 ....................................................... 12 4.2故障判别流程图 ..................................................... 12 4.2.1探头异常处理流程图 ............................................... 12

4.2.2大门异常处理流程图 ........ 13 4.2.3盘环温异常处理流程图 .... 14 4.2.4磁头异常处理流程图 ........ 15

4.3三型机轴错分析过程 ................................................. 16 致谢 .......................................................................................................................................... 18

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第一章 绪论

1.1背景资料：

HBDS-III型红外热轴探测系统(以下简称三型机)是为适应列车不断提速需要而开发的新型红外热轴探测系统。能够满足5～360公里/小时运行的列车轴温探测和热轴报警的需要。目前，该探测系统在我济南局辖内京沪、京九和荷兖日等线上一共安装了87台，为我局的行车安全起到了至关重要的安全保障作用。

系统分析：

三型机采用了调制型致冷式以碲镉汞光导型(HgCdTe-Pc)器件为核心元件的光子探头，器件响应时间常数小于1微秒；采用半导体二级致冷技术，探头的响应率及信噪比比常温工作状态下有很大提高。探头光路用调制盘调制，电路采用交流放大，实现高增益而没有漂移。以调制盘为参考背景，解决了交流放大定量测温的问题。

三型机采用新型的自适应轴温计算方法，定量测温，轴温计算准确；能够自动适应探头工作状态和性能的变化，适应探测器件响应率的变化，适应探头光学系统增益和电路增益的变化，适应探头物镜保护膜的变化，弥补探头的不一致性，使探头工作状态和性能的变化不影响测温精度，保证轴温计算准确。自适应轴温计算包括热靶标定、盘温补偿和系统标定三部分。热靶标定提供轴温计算的标准曲线，热靶标定时机根据探头的工作状态自动确定。盘温补偿是计算轴温时按照一定方法补偿调制盘温度变化引起的误差。系统标定校正轴温计算参数，消除探头不一致性带来的影响。

提出问题：

由于三型机采用采用了计算机、光学、自动控制、电子、网络及通信技术，技术含量较高。为了能够及时有效的处理设备发生的故障，避免因设备故障造成对行车安全的影响，有必要对三型机系统各项数据运行进行综合分析，通过反映的数据指导维修人员尽快的排除故障，确保设备的正常使用。

应用现状分析和意义：

现在三型机的应用已经十分的广泛，特别是在京沪线干线，是防止列车燃、切

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轴，保障列车运行安全的重要手段。因此，保证设备的正常运行就变的尤为重要，这就把日常设备的修护、临时故障抢修质量提升到了一个新的高度。目前，京沪京九繁忙干线旅客列车运行速度已达到160公里/小时以上，即使普通货物列车的运行速度也已接近120公里/小时，维修人员在高密度、高速度的线路上作业，人身安全问题成为各项工作的重中之重。如何既能保障设备的正常探测稳定又能保证维修人员上道作业人身安全成为了一个新的问题。因此需要能够对设备进行远程数据分析和及时进行故障分析判断处理，以确保设备的正常探测。

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第二章 远程诊断装置的研究

红外探测站的远程数据分析和故障诊断处理系统以《车辆轴温智能探测系统（THDS）设备检修维护管理规程》为设计依据，并且结合红外线维修现状，完成红外轴温探测站远程故障诊断处理和自动检测，系统由探测站分机、动态监测中心和维护工班主机构成。

2.1系统功能

2.1.1自动监测红外轴温探测站的两路交流电源供电情况，并在主机形成记录。 2.1.2远程监测探测站电源箱直流电压和电压波纹，并在主机形成记录。 2.1.3远程测量磁钢噪声电压；

2.1.4监听通信线路通信信号状态；分析网络通信IP包数据； 2.1.5主机（电话）可远程对探测站进行停电、供电和复位操作；

2.2系统构成

红外轴温探测站远程故障诊断系统由探测站分机、动态监测中心和维护工班主机构成。如图2.1所示：

分机 探测站 路局安全检测中心主机 红外线专用通信信 分机 探测站 分机 车辆段主机 电话交换网探测站 分机 探测（PSTN） 图2.1系统构成图

站

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2.3组网方式

分机安装于红外轴温探测站机房探测站机柜内。分机分双向双线、单向上行、单向下行三种。双向双线可控制上、下行两套红外轴温探测站设备；单向上行、单向下行适用于单套红外轴温探测站设备。

主机安装于动态检修车间调度及红外线维护工班值班室，确保24小时有人值班。

工程设计时，设备数量的配备原则是： 每套探测站一套分机；

主机按维修工班配备，每个主机控制分机数量按维修工班包保设备数量确定。 1．分机的“电源输入”从探测站机房配电箱的输出端引入，使用3×1.5m2的电源线，该电源线为总电源供电，联接要可靠。

2．“一路检测”/“二路检测”分别从配电箱的一路电源闸刀/二路电源闸刀下方端子引入，使用2×0.35m2屏蔽电缆即可。该线为二路电源停送电检测线，联接要可靠。

3．“上行输出”/“下行输出”是向探测站电源箱供电的输出插座，这里可通过一根带电源插座的专用接线，一端插入“上行输出”端子，插座一端供电源箱的插头插入，要注意联接可靠。针对上、下行探测站共用一个电源箱的机型，原则上电源从“上行输出”插座引入。

4．“上行测试”/“下行测试”的航空插座用于探测站主机磁钢和各直流电源电压的测量。

2.4使用方法

当维修人员接到故障通知后，可使用铁路电话或手机（市话与铁路联网的条件下）拨通探测站电话进行处理，其操作流程如图2.2所示：

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拨号 振铃 摘机：这是××探测站，请输入密码 输入6位密码 错误 判断密码是否正确 正确 欢迎使用，进入测控状态 图2.2操作流程图

挂机

进入测控状态后，按以下操作方法进行测控： ⑴、供电检测 序功能 拔号指令 检测供电 上行供电检测 下行供电检测 上行加热检测 下行加热检测 100# 1路停电/2路停电/两路停电/两路有电 101# 上行设备有电/上行设备无电 102# 下行设备有电/下行设备无电 103# 上行加热有电/上行加热无电 104# 下行加热有电/下行加热无电 情况报告 号

1 2 3 4 5 5

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⑵、远程复位 序号 功能 拔号情况报告 指令 1 上行设备201# 上行设备复位成功/不成功 复位 2 下行设备202# 下行设备复位成功/不成功 复位

⑶、监听通信

序功能 拔号情况报告 号 指令 1 监听通信状态 300# 监听通信信号声音有无

⑷、设备停电

序功能 拔号情况报告 号 指令 1 上行设备停401# 上行设备停电成功/不成功 电 2 下行设备停402# 下行设备停电成功/不成功

电 ⑸、设备送电

序功能 拔号情况报告 号 指令 1 上行设备送501# 上行设备送电成功/不成功 电 2 下行设备送502# 下行设备送电成功/不成功 电

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第三章 数据分析

3.1热靶标定数据及热靶曲线的分析

3.1.1热靶标定数据分析指标要求

查阅热靶标定数据以下内容，可了解探测站设备状况。 1．热靶标定曲线：曲线平滑，没有波动，没有突变点；

2．热靶标定起始温度：左右热靶起始温度相近，一般相差不超过2度； 3．器件温度：器件温度至少应比盘温低大约40度，若器件温度比盘温低不到30度，应考虑是否存在问题；

4．探头系数：不应过大或过小。大多数探头系数范围为80~120，一般不会超出55~145；

5．盘温：左右盘温应相差不大，一般相差不超过5度，若相差过大，要分析具体原因，并观察是否相差越来越大；

6．热靶标定时间长度：最短1’30”，最长2’30”；

7．热靶标定次数：盘温每变化4℃或器件温度变化2℃标定一次。

3.1.2对异常热靶标定曲线的分析判断

热靶标定曲线要平滑，而实际工作中出现的热靶曲线往往形状不一，几种典型曲线的示意图及成因分析设备故障如图3.1所示。

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（1） （2）

（3）

异常热靶曲线原因分析：.

1．图（1）器件温度不稳定，地线未接好； 2．图（2）电缆受潮或进水；

（4）

图3.1 几种典型曲线的示意图及成因分析设备故障

3．图（3）曲线横向波动，原因为靶温测量问题，主要是测温板、热靶、或电缆出现故障。检查方法:将控制箱后面热靶插头拔下,测量线间电阻,室外轨边触及相关电缆、引线及插头，阻值有变化则有问题；

4．图（4）曲线纵向波动，一般为探头问题；

5．若热靶曲线为一条水平直线，则要从以下几方面分别考虑其原因： ①探头输出电压为0伏，则探头电缆插头松动；

②探头输出电压为5伏，则大门未关上或探头问题（调制盘不转）； ③探头输出电压值为-2、-3伏，则为电源问题，如果是双向，另一方向没问题有可能是电源电缆问题；

6．若热靶曲线为一条垂直线，则要考虑靶温测量问题，需测量线间电阻加以判断；

7．若热靶曲线为一个点，则可能为热靶加热、功放板（多为首级继电器老化不动作或松动）、电缆等问题；

8．左、右起始靶温相差应相小于2℃ ，如不然，则应从以下方面考虑： ①无阳光照射等外界因素干扰情况下相差较大应进行测温正校；

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②靶温测量误差大直接影响轴温精度，环温误差影响温升、热轴判别，盘温、器件温度不会影响测温；

9．靶温温升小于75℃报异常；

10．器件温度比同侧盘温相差应为40℃以上，否则为器件温度不稳定； 11．热靶标定中的制冷电流约为500mA，如不稳定换恒流板。若还不理想，换电流传输温控板，在轨边增加一模块，转换成电流传入室内，避免噪声干扰。

3.2静态数据的分析

1．器件温度：与上一次热靶标定的器件温度应相近。 2．制冷电流：应没有突变（器件温度不稳定会有突变）。

3．靶温：一般接近轨边温度，左右相差不大，如果太高则有问题（刚做完热靶标定除外）。

4．天空值：应在－5v左右，如果大于－3v可能为阳光干扰。 5．磁头错误计数：磁头板阀值应高于干扰信号幅值

3.3全列报表的分析

全列报表中若同侧轴温都异常，则要查看热靶标定曲线是否异常，并查看静态数据中靶温是否稳定；若仅仅是个别轴温异常，则可能是探头信号问题，也可能是.热靶曲线异常或主控电缆虚接。

3.4常见故障及其处理方法

三型机的故障大致可以分为探头异常、制冷异常、大门异常、热靶异常、磁头异常等，下面来分别介绍几种典型故障的分析方法。

3.4.1探头异常

1．检查热靶标定曲线，若曲线过于平坦，则探头响应率过低，需要更换探头； 2．若热靶标定曲线为一条直线，则调制盘可能不转或大门没关上，现场处理故障时需重点对此两部件进行检查；

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3．若热靶标定曲线为直线且电压值为0V左右，则探头电缆可能松扣，现场处理故障需检查各电缆连接情况；

4．检查上次列车数据的静态数据，电压最小值的最小值是否小于-6V，如偏

差较大，需更换探头。

3.4.2致冷异常

在检查是否为器件致冷异常时，首先需查看器件温度，正常值需比盘温低40℃左右。其次需查看器件温度是否稳定，可在测报中心查看相邻列车数据的器件温度是否接近，更换测温板或温控板及过车时器件温度与上次热靶标定的器件温度是否接近。如相邻列车之间没做热靶标定，则器件温度应不变。此外，还要使用万用表连续测量控制箱前面板背面的器件温度、致冷电流测量点，观察其器件温度及致冷电流是否稳定，致冷电流的正常值应维持在500mA左右，如变化范围较大，可加装恒流板。致冷电流超过800mA需更换温控板。

3.4.3大门异常

1．检查列车轴温数据，若连续3列车的同侧轴温变化量小于2℃，则报大门异常。查看轴温波形，如为噪声波形，则过车时大门没打开；

2．检查热靶曲线，若曲线为一直线，则大门可能没打开；

3．检查当日18：00—次日6：00的热靶标定数据，若天空值（正常为-5V左右）一直处于过高状态，则大门可能没打开。

3.4.4热靶异常

1．检查热靶标定数据，观察热靶温升是否大于75℃，如小于75℃，则报热靶异常；

2． 检查列车轴温数据是否同侧有10个以上轴温高于100℃或低于-80℃，如出现上述任何一种情况，则报热靶异常；

3．左右起始靶温不应该超过2℃，如超过2℃可能一侧有阳光，如每次都超过2℃则应使用测温检测板调整；

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4．查看热靶标定时间，如时间已超过2’30’’，需更换热靶.

3.4.5磁头异常

1. HBDS-III型红外热轴探测系统2号磁头、3号磁头计数不一致，造成此种情况的原因可能是磁头高低不一致或阈值不一致，亦有可能是磁头松动；

2.作逻辑实验时1号、2号、3号磁头均作用良好，但不接车，这种情况多发在冬季，可能是磁头电缆护管内有积水，天气寒冷结冰。建议去除磁头电缆护管，并在半月检过程中多多留意磁头电缆有无异常情况。

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第四章 故障处理

4.1故障查找步骤

4.1.1观

通过观察设备运行状态，查看相关数据内容，对故障部位和原因进行初步的认识；

4.1.2试

对系统性能进行局部或全部试验，试验是使故障再现的一种手段，通过试验可以发现系统工作中的性能缺陷，判别故障发生部位和性质；

4.1.3测

充分利用检查仪表仪器，采取在线或分割测量方法，对各个测量点和零部件进行电压、电位、电流、电阻等重要参数的测量，之后把测量结果与相关标准进行比对，从而确定故障发生部位及损坏部位；

4.1.4查

查找隐蔽故障原因时要遵循设备工作原理，采取分段法、优选法，分区、分块、分线进行，查一步、确认一步、排除一步，逐步缩小范围，分析故障发生原因。

4.2故障判别流程图

4.2.1探头异常处理流程图

如图4.1所示。

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图4.1探头异常处理流程图

4.2.2大门异常处理流程图

如图4.2所示。

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图4.2大门异常处理流程图

4.2.3盘环温异常处理流程图

如图4.3所示。

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图4.3盘环温异常处理流程图

4.2.4磁头异常处理流程图

如图4.4所示。

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图4.4磁头异常处理流程图

4.3三型机轴错分析过程

由于列车调速、减速、慢速及设备质量等问题，三型机计轴时偶尔会有轴错现象发生。为最大程度地减少这种情况，需要对设备进行及时的调整或改进，确定轴错的原因是第一步，下面谈一下三型机轴错的检查过程。

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1) 首先用示波器观察磁头波形。过车前、过车中、过车后、反向中的磁头波形要分别观察。通过观察波形，看一看干扰信号的幅度及过车信号的幅度，并以此为依据调整磁头阈值；

2) 检查磁头外观、阻值； 3) 检查磁头绝缘；

4) 检查磁头安装尺寸，如磁头尺寸出现异常，通过观察复示站接车数据的轴距变化，并结合列车速度和现场实际来调整磁头尺寸；

5) 检查磁头信号电缆连接是否牢靠； 6) 检查地线连接情况； 7) 检查磁头板阈值； 8) 更换抗干扰磁头；

9) 磁头不要安放在钢轨回流线一侧。

以上便是对HBDS-III型红外热轴探测系统常见故障及相应处理方法的一点浅显的认识,由于作者水平有限,文中错误之处在所难免,请多多批评指证。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c7nv.html