新冠疫情以來，采用熱成像技術(shù)的紅外人體測溫儀器逐漸在人流密集的場所普及，成為一道道保護大眾的防疫關(guān)卡。然而鮮為人知的是，紅外測溫應(yīng)用于鐵路安全系統(tǒng)已行之有年，利用MCT探測器進行準確、高效的鐵路軸溫監(jiān)測，也已是國際公認的推薦方案。
常見的紅外熱成像相機（圖片來源：withplex from Pixabay）
安全是鐵路運輸最重要的指標。如今地球上布滿了鐵軌，人們享受著各類軌道交通帶來的便利生活。然而，每年仍然有少數(shù)鐵路交通事故發(fā)生，其中有一些便是由于不良的車輪軸承引起。列車運行當中，車軸與軸承相互摩擦產(chǎn)生熱能，當車輪軸承出現(xiàn)故障時，增大的摩擦力產(chǎn)生更大的熱能、更高的軸箱溫度。對于列車輪軸的自動化熱監(jiān)控可以確定軸箱的工作狀態(tài)是否正常，最大限度地減少所有計劃外故障、并防止代價高昂的故障和停機時間。
便捷的中國高鐵（圖片來源： 終有 那天 on Unsplash）
最早的軸溫監(jiān)測依賴人手觸摸，費時又危險。上世紀50年代以來則逐漸出現(xiàn)了自動化的鐵路熱監(jiān)測系統(tǒng)。如同紅外人體測溫，列車軸箱溫度的變化可以通過期紅外輻射能量的變化來測定。每個溫度高于絕對零度（0K = -273.15°C）的物體都會從其表面發(fā)射電磁輻射，其強度與其溫度成正比。這種輻射的一部分是紅外輻射，輻射的強度和該輻射強度具有最大值的波長取決于主要是物體的溫度（普朗克定律，Wien位移定律），因此可以用來測量物體的溫度。
鐵路熱監(jiān)測系統(tǒng)依照系統(tǒng)安裝位置大致可以分為兩種：（1）安裝于列車（2）安裝于鐵軌。
（1）安裝于列車：主要使用熱敏電阻作為傳感器，探頭直接逐一安裝在輪軸上，與分布于各個車廂的報警器通過光纖通信連接成一個總線式的網(wǎng)絡(luò)，當某一個探頭監(jiān)測到異常時便報警。其優(yōu)勢是可以通過低單價的大量探頭，實現(xiàn)在線地毯式的所有輪軸監(jiān)控；劣勢則是大量人力的耗費，無論常規(guī)的汰換，或是日常發(fā)生的零星監(jiān)測異常處理和故障排查，都需要人力去逐個維護數(shù)量龐大的探頭。
安裝于輪軸上的熱監(jiān)測探頭（圖片來源： Foundry Co from Pixabay）
（2）安裝于鐵軌：歐美等國由于人力成本高，大多采取安裝于鐵軌側(cè)/下的形式，對經(jīng)過的列車輪軸進行監(jiān)測。常用的探測技術(shù)為熱成像分析及MCT探測器。
安裝于鐵軌的熱監(jiān)測系統(tǒng)（圖片來源：www.railway-technology.com）
熱成像：用于鐵路系統(tǒng)的熱成像技術(shù)大多基于熱敏電阻，并需要額外的圖像處理與分析。由于反應(yīng)時間較慢、采樣率限制在50Hz左右，只能用于車速較低（<120km/h）的軌道系統(tǒng)。
MCT（碲鎘汞）探測器：鐵路系統(tǒng)的最佳光譜范圍在3.0~5.5μm之間，是MCT探測器的理想測量區(qū)間。相較于熱敏電阻，MCT探測器的準確度和精度較高（可達1mK），能夠適應(yīng)不同的環(huán)境部署。反應(yīng)速度快、采樣頻率最高能達到100 MHz，足以適用于當今的高鐵系統(tǒng)，是目前的國際推薦方案。
海爾欣HPPD-M-B 前置放大制冷一體型碲鎘汞紅外探測器集成了高端探測器、前置放大電路和半導體熱電冷卻器（TEC），通過反饋電路將探測器元件的溫度控制在負四十攝氏度，從而將熱噪聲對輸出信號的影響最小化。其全鋁合金材料的外殼可屏蔽環(huán)境電磁干擾，也具備良好的散熱性能。
安裝在軌道上的探測器可以監(jiān)測車輛單元的外部和內(nèi)部軸承、制動器和車輪過熱的情況，在各種環(huán)境條件下進行快速和準確的測量，實時提供絕對、相對和差異溫度。固態(tài)紅外探測技術(shù)可以在各種環(huán)境條件下進行快速和準確的測量，滿足鐵路軸溫監(jiān)測的需求。
海爾欣HPPD-M-B 探測器用于列車軸溫熱掃描系統(tǒng)示意圖
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