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路车辆部门维修维护管理规程明确规定，维护车辆轴温智能探测系统（THDS，也称红外线轴温探测系统）的工作只能在天窗点进行，THDS的维护包括：临修、周检、半月检，以及故障抢修、配合其他部门的设备检修（如工务捣固）等。
在规定时间内必须完成检修或维护工作。
目前，由于THDS没有完整的检测手段，在天窗时间段常无法完成对THDS的维护和恢复工作，无法及时发现故障点[1]。
因此，为解决这些维修过程中遇到的困难和问题，研制开发一套THDS 综合检测设备具有重要意义。
1 THDS维修工作常见问题现场维修工作中具体遇到的问题主要有以下几方面：（1）检测过程中经常需要对THDS中的接头部位、磁头灵敏度和探头精准度等重要环节进行检测，在此过程中经常需要人工检查接头、插拔接头、检测磁头触发电压和标定探头测温精度等[2]，费时费力，如遇复杂故障，没有合适的检测手段，很难在规定时间内完成任务。
（2）THDS出现突发状况需要抢修时，没有一套齐全的检测设备快速检测出故障点，进行快速、准确抢修。
常在天窗时间段无法完成对THDS的恢复工作。
（3）因检测手段落后，无法及时发现因磁头引发的故障，通常作业人员用替换法、对调法等方式检测，且检测结果也无法准确确认磁头的好坏[3]。
不明确的结果致使设备存在安全隐患。
（4）在如京沪三线、承德等地区，每天经过车辆很少。
虽然在天窗时间段内可以完成对THDS的检修或维护工作，但需长时间等待列车通过，用以检测THDS 是否恢复正常工作[4]。
在冬季遇到周检、月检、季度检等时，维护人员工作环境非常艰苦。
（5）为配合工务部门定期对轨枕的维护和捣固、换轨换枕等工作，必须拆卸轨边所有探测设备，待工务完工后，轨边探测设备需重新安装和调试。
THDS模拟列车综合检测设备研究李国直1，李建国2（1. 北京铁路局 北京科学技术研究所，北京 100036；2. 北京铁路局 丰台车辆段，北京 100071）摘 要：THDS模拟列车综合检测设备是针对THDS存在的维护维修管理问题而研制。
交流与建议成铁科技2020年第2期THD5-A型调制双光子探测系统郑黄松：广汉科峰电子有限责任公司工程师联系电话：151****3003摘要该系统在THDS-A型车辆轴温智能探测系统的基础上，将原热敏探头和光子探头组合升级为双光子探头，并对原系统进行了相应的配套改造及优化。
该系统调制式光子探头室外箱体无需拦板校零，结构和控制原理比直流光子探头更简洁，故障率相对更低，维护量更少。
调制式光子探头不存在直流漂移，测温精度比直流光子探头和热敏探头更高，有利于提高热轴兑现率。
关键词双光子直流漂移调制1问题的提出红外线轴温探测系统(THDS)是确保铁路运输安全，“防燃灭切”的重要设备。
轴温探头是THDS系统的重要关键部件，探头采用的敏感器件类型有：红外热敏器件、红外光子器件。
探头采用的电路方式有：调制式、直流式。
热敏探头用于轴温探测已有40余年，优点是技术成熟、测温线性较好，缺点是速度响应较低、元件故障率较高、抗电磁干扰性能不强。
光子探头是近十几年发展起来的新型探头，优点是速度响应很快、元件故障率很低、抗电磁干扰性能强。
THDS设备应用最广的型号是THDS-A型，采用热敏探头和光子探头相结合的双角度探测方式。
主要问题是热敏探头故障率较高，现场维护和配件返修工作量较大。
光子探头通过十多年的现场应用和优化改进，早期存在的测温精度、抗阳光干扰等问题已有效解决。
再加上在故障率、可靠性等方面的巨大优势，光子探头取代热敏探头已经是技术发展的主流趋势。
项目组通过充分技术论证提出了“THDS-A型调制双光子探测系统”。
2国内现状2.1THDS系统使用情况国内共有广汉科峰电子有限责任公司、哈尔滨局威客、北京康拓红外有限公司等三家研制生产车辆轴温智能探测系统的厂家，主要的设备型号是按铁路总公司统型要求研制的THDS-A型、THDS-B 型。
THDS-A型系统内探采用光子调制探头，外探采用热敏调制探头。
THDS-B型系统内探采用光子直流探头，外探采用热敏调制探头。
第37卷第5期 铁道机车车辆Vol. 37 No. 5 2017 年 10 月RAILWAY LOCOMOTIVE &CAR Oct.2017文章编号：l〇〇8—7842 (2017) 05 —0079 —03THDS综合检测仪的研制与应用李国直(北京铁路局北京科学技术研究所，北京100036)摘要THDS综合检测仪是针对THDS红外线轴温探测系统存在的维护维修管理问题而研制的。
通过THDS模拟列车综合检测仪发出仿真模拟列车信号，能够检测THDS红外线系统的运行状态，实现了THDS红外测温系统的动态检测及模拟标定，对提高红外线轴温探测系统防燃、防切轴能力具有重要意义，在铁路车辆系统实际应用中具有良好效果。
关键词THDS检测；仿真；动态检测；列车信号中图分类号：U270.7文献标志码：A doi:10.3969/j.issn.1008 —7842. 2017. 05.19铁路车辆部门维修维护管理规程明确规定，维护 THD S红外线轴温探测系统的工作，只能在天窗点进行，THDS红外线轴温探测系统的维护包括，临修、周检、半月检，以及故障抢修、配合其他部门的设备检修 (例如工务捣固）等。
在规定的时间内必须完成检修或 维护工作。
到目前为止，由于TH D S系统没有完整的 检测手段，在天窗时间段，常常无法完成对TH D S红外 线轴温探测系统的维护和恢复工作，无法及时发现故障 点。
因此，为了解决这些维修过程中遇到的困难和问 题，研制开发一套TH D S综合检测仪具有非常明现实 的重要意义。
1T H D S维修中的常见问题现场维修过程工作中具体遇到的问题主要有以下几个方面：1)在检测过程中经常需要对TH D S红外线 轴温探测系统中的接头部位、磁头灵敏度和探头精准度 等重要环节进行检测，再此过程中经常需要检查接头、插拔接头、检测磁头触发电压和标定探头测温精度等相 关人工操作行为。
但是这个过程费时费力，如遇复杂的 故障，没有合适的检测手段，很难在规定的时间内完成 任务；（2)在TH D S红外线轴温探测系统出现突发状 况，需要进行抢修时，没有一套齐全的检测设备快速检 测出故障点，进行快速而准确的抢修。
常常在“天窗”时间段，无法完成对TH D S红外线轴温探测系统的恢复 工作；（3)有时候故障出在磁头上，但检测手段落后，无 法及时发现，通常作业人员用替换法、对调等相关繁琐 的方式检测。
而且检测完成，对检测出的结果无法准确 确认磁头的好坏。
这样不明确的结果，存在许多安全隐 患，无法保证铁路运行安全；（4)在有些地方，例如京沪三线、承德地区等，每天经过的车辆很少。
虽然在“天窗”时间段内可以完成对TH D S红外线轴温探测系统 的检修或维护工作，但是需要长时间等待列车通过，用 以检测TH D S红外线轴温探测系统是否恢复正常工 作。
在寒冷的冬天遇到周检、月检、季度检等，维护工人 的工作环境是非常艰苦的；（5)为配合工务部门定期对 轨枕的维护和捣固、换轨换枕等工作，必须把轨边所有 探测设备拆卸下来，待工务完工后，轨边探测设备需要 重新安装和调试，若有一套功能完整的能够模拟列车运 行的检测设备，对TH D S红外线轴温探测系统进行测 试，这些工作完成后对系统的恢复工作，将变得非常简 单和轻松。
2 T H D S综合检测仪研究思路THD S综合检测仪的研究是为了实现对红外线探 测系统进行快速标定而研制。
以前单面与三面高精度 黑体辐射源对红外线探测设备探测温度标定时，需要多 次调节黑体辐射源的温度，并逐一标定。
工人上线作业 需配带U PS不间断电源，耗时耗力，已落后于现代铁路车辆管理模式的需要。
THD S综合检测仪可以装备4个黑体辐射源，能同 时提供4个温度点对红外线探测系统探头的标定，工人 上线一次即可完成对探头系统的标定。
该装置内部设 计内置电源，在线下运用AC 220 V供电，调节黑体辐 射源温度，当黑体辐射源温度达到设定值时，拔下电源，利用内置电源供电，工人上线标定无需配带UPS。
为了同时控制4个黑体辐射源温度，THD S综合检 测仪选用先进的新型PID温度控制仪，预计工人使用该 装置上线对探头标定时间不超过20m in。
李国直（1973—）男，高级工程师（修回日期：2017 —06 —30)铁道机车车辆第37卷由于工人在天窗点工作，工人在线维修完成后，无 法判断红外线检测系统是否恢复正常，利用TH D S综 合检测仪可以模拟出列车来车信号，这样可以完成对红 外线检测系统功能正常与否的验证，从而确定维修工作 是否完成。
解决了以往只能等待列车通过后，才能判断 红外线检测系统是否恢复正常。
3 THDS综合检测仪的方案设计采用国内外先进的单片机主控板、轴温控制模块、车辆运行模拟终端、工业PID控制仪表、标准黑体、磁 头激励线圈、触控屏及电源模块进行模块化设计。
设计 方案如图1所示。
图1THDS综合检测仪的设计方案简图上述设计方案包括列车信号发生模块、轴温模拟模 块和电源模块3部分组成。
列车信号发生模块包括主 电路板、磁头信号触发板、磁头信号发生器（磁头安装卡 尺）和彩色液晶屏。
轴温模拟模块包括4个PID温度 控制仪和4个黑体辐射源，分别代表左内、左外、右内和 右外4个探头探测的轴温。
电源模块包括：电源逆变装 置、充电器和锂电池。
4 THDS综合检测仪的功能简述4.1单片机系统项目选用A tm el公司的A V R系列中档单片机 ATmegal28作为核心处理单兀。
ATmegal28为基于 AVR RISC结构的8位高性能、低功耗CMOS微处理 器。
传承了传统单片机的优点和功能，又兼有D SP芯片的优点，比传统单片机速度快，采用哈佛结构，并且有 乘法器，可以进行大量信息的实时处理，同时A V R单 片机也具有与DSP芯片几乎相同的硬件资源。
由于其 先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmegal2 8 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，（工作于16 M H z时性能高达16 MIPS)从而可以缓减系统在功耗和处理速 度之间的矛盾。
A V R内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄 存器。
所有的寄存器都直接与算逻单元（ALU)相连 接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。
这种结构大大提高了代码效率，并且具 有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。
4.2触控与信息处理触控屏与主控板通过RS232标准串行接口进行连 接，采用自定义通信协议进行通信。
当触摸触控液晶屏 时，液晶屏将触控信息转换为相关信息，以串行方式发 送至主控板。
主控板采用MAGE128十六位高档单片机作为控 制CPU，包括：串行接口、串行协议、校验模块、A D转 换、定时计数、车辆数据库、PW M控制、信号触发等软 件模块组成。
主控板是系统的核心处理单元，主要负责 采集处理磁头模拟信号、处理液晶屏及仪表的串行消 息、发送温控及模拟参数、运算处理车辆信息等功能。
触控屏、轴温控制模块及车辆运行模拟终端3个模块与 主控板直接连接。
触控屏与主控板通过RS232串行接口进行连接，采用自定义通信协议进行通信。
当触摸触控液晶屏时，液晶屏将触控信息转换为相关信息及指令，以串行方式 发送至主控板。
主控板根据参数信息及指令类型，调用数据库存储 的车辆数据，并执行相应的处理及运算，然后将运算结 果分发到对应的轴温控制模块或车辆运行模拟终端。
4.3 轴温控制左、右两侧，内、外共4个轴温的模拟由相应的触控 窗控制，各触控框内设置温度测量值显示窗、温度给定 值显示窗及温度调节滚动条，调节温度滚动条将获得 0C〜120C的连续设定值调节，调节分辨率为1C。
设定的给定值通过温度给定值显示窗进行显示；同时，当触发设定按钮时，按照通信协议，通过触控屏串行接 口将设定值数据下发至主控板；主控板收到下发的设定 值，按照仪表协议将给定值分发给相应的仪表；仪表按 照收到的控温给定值，对黑体温度进行PID控制；仪表 实时测量的黑体温度值，经过主控板传输到触控屏，动态显示在温度测量值显示窗内。
4.4车辆运行动态模拟车辆运行模拟终端接收主控板调用的车辆数据库 信息，初始化单片机参数，设定定时计数器，设定PWM 值。
其中，定时器的频率的车辆速度参数由决定；车辆 的车型参数与轮位距离一一对应，不同的轮距决定了定 时器的定时值；磁头信号的大小由PW M值进行改变。
其原理为：(1)单片机输出与磁头信号大小相关的PW M信 号，经过低通滤波后形成标准直流信号，实现磁头信号第5期THDS 综合检测仪的研制与应用81的先行调节及电压设定；(2)当车辆模拟启动后，单片机发出脉冲信号。
脉 冲信号的频率和脉宽与车辆速度和车轮位置相关；(3) 脉冲信号控制驱动电路，将PW M 标准信号通 过功率驱动，发送至磁头激励线圈，触发2#、3#磁钢启 动；(4) PW M 标准信号经主控板A D 采集后，一是调节PWM ，形成一阶闭环控制，以提高电压控制精度；二是通过RS 232接口传输到触控屏。
综上所述，TH D S 综合检测仪通过融合现代控制技术及总线技术，实现了集红外探头标定、磁头标定及 TH D S 系统动态检测模拟标定，具备轴温设定功能以及温度、速度等动态信息的显示功能，解决了 TH D S 系 统日常维护中存在的问题。
检测仪采用的触屏设计性 能优良，人机交互性非常好。
THDS 综合检测仪将列车运行状态模拟及磁头动态激励技术融人轴温标定中，构建了便携式TH D S 综 合检测系统，首次实现了 TH D S 红外测温系统的动态 检测及模拟标定。
采用闭环控制技术、PW M 脉宽调制 技术，实现了电感线圈对磁钢的激励，首次实现了轮位 检测的动态模拟和磁钢的动态标定。
采用MODEBUS 协议、PID 工控仪表及标准黑体，实现了轴温参量的动 态高精度控制。
5检验及标定开启THD S 综合检测仪总电源后，将设定好温度 的4个便携式黑体辐射源，分别扣在4个探头靶门上， 同时把磁头信号发生器（即：Z R 磁头安装卡尺）放在磁 头上固定好，并与THDS 综合检测仪连接。
在TH D S 综合检测仪液晶显示屏设置好需要模拟 的列车信号，开启红外线检测系统，进人接车状态，激励 探测系统的一号磁钢，热靶探头大门打开。
按下开始键 后，磁头信号发生器接收到模拟器发出的脉冲信号，激 励磁头。
TH D S 红外线轴温探测系统可检测到模拟出 的来车信号，同时自动完成对探头温度的标定与磁头灵 敏度的检测，并生成报表，储存在TH D S 红外线轴温探 测系统中。
6应用效果随着列车的不断提速、列车运行图密度增加，现场 作业管理规程对红外线维修人员在线作业时间的要求 更加严格。
THDS 综合检测仪方便了工作人员对红外 线系统设备的维护，通过模拟列车通过，模拟车轮温度， 更真实的反应了红外线系统功能是否正常，在天窗时间较长情况，也无需等待列车通过检测，完全提高了工作效率；能准确、快速判断红外线系统设备的故障，减少工作人员在线时间。
