【文章內容簡介】 確定物體的溫度。對于黑體，恒為1，如果其溫度也為，通過同一個熱像儀成像得到的圖像同一像素點灰度值對應的電壓值為式()： ()由式()和式()可得式()： ()根據紅外熱像儀測得的實際物體的加上物體的發(fā)射率，通過式()可以得到相同溫度下的黑體成像灰度值。通過實驗的方法可以確定與的對應關系，得到黑體電壓—溫度曲線，從而可得值即被測物對應區(qū)域的溫度值[21]。 紅外熱像儀的系統(tǒng)組成[9][22][23]?，F(xiàn)在大規(guī)模使用的焦平面熱像儀的紅外探測器呈二維平面狀，具有電子掃描功能，被測物體的紅外輻射通過光學系統(tǒng)聚焦到紅外探測器的陣列平面上成像，然后通過探測器轉換成電信號，再通過放大電路、補償電路及線性處理后，利用熱像儀內置的圖像采集單元生成被測物體表面溫度分布的熱像圖，最終將熱像存儲到圖像存儲器中或者利用終端進行顯示。由于被檢測的對象、測量范圍和使用場合不同，紅外熱像儀的外觀設計和內部結構不盡相同，但基本結構大體相似。系統(tǒng)主要由光學系統(tǒng)、焦平面探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成，其核心是紅外探測器，探測器的主要功能是將入射輻射能轉換成可測量的電信號，其中調制電機是用來對j鏡頭進行調焦的。被測物體紅外輻 射光學鏡頭焦平面探測器調制電機信號處理電路補償電路紅外熱像紅外熱像儀 紅外熱像儀系統(tǒng)組成結構紅外熱像儀的工作原理其實與人的眼睛看物體原理相近，人眼是將光線匯聚到視網膜上，視網膜再將信號傳送到大腦，產生明暗的區(qū)別；而熱像儀是通過一組透鏡將物體發(fā)射的紅外輻射匯聚到探測器上，探測器被匯聚到的輻射光線照射便產生電信號，然后電信號被傳到后面的處理電路，從而計算出物體的溫度分布。 紅外熱像儀技術性能指標對紅外熱像儀的主要技術性能指標加以了解，可以幫助用戶更深刻地掌握熱像儀的工作原理，在實際使用過程中，用戶需要對測量要求進行詳細的分析，然后與各種型號的紅外熱像儀的性能指標相對照，在幾種指標之間遇到矛盾難以取舍時，可在功能、價格和指標之間尋找平衡點，選擇性價比較高的熱像儀[24]。1) 測溫范圍測溫范圍是紅外熱像儀能夠測量的溫度上限和溫度下限，目前紅外熱像儀總的測溫范圍能到達50℃到3000℃。每個型號的熱像儀都有自己的測溫范圍，對被測目標的溫度范圍一定要考慮準確、周全，既不要過窄，也不要過寬。如果測溫范圍過寬，儀器動態(tài)范圍越大，不但增加了儀器的成本，而且導致測溫精度下降。所以測溫范圍是紅外熱像儀最重要的一個性能指標，應優(yōu)先考慮。2) 工作波長工作波長是根據紅外熱像儀的測溫范圍所選擇的紅外輻射波段，因為如果熱像儀工作在合適的工作波段內，能使被測物體有較高的輻射率和較低的透射率、反射率，提高測溫精度。例如在高溫區(qū)，~；在低溫區(qū)，一般選用8~14的長波段，從這里可以看出，[25]。3) 測溫精度測溫精度是指黑體溫度的測量值與其真實值之間的最大誤差，通常以測溫范圍的上限的百分數加以表示。例如177。2%，當測溫范圍上限為100℃時，儀器的最大測量誤差為177。2℃，當然這不能完全代表現(xiàn)場可能出現(xiàn)的誤差，因為測溫精度通常是在確定的環(huán)境下通過多次測量獲得的。高精度意味著高成本，所以用戶在選擇的時候只要能夠滿足基本要求即可，無需盲目追求高精度。4) 距離系數 距離系數示意圖，距離系數K是指熱像儀與被測目標的距離L和被測目標的直徑R之比。K越大，紅外熱像儀的分辨率越高。因此，如果熱像儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠離目標之處，而又要測量小的目標，就應選擇高光學分辨率的，以減小測量誤差。紅外熱像儀工作時，只能測定被測目標表面上確定面積的平均溫度。當被測目標的面積大于儀器的視場時，熱像儀能顯示被測物體位于儀器光學目標內確定面積的真實溫度；當被測物體小于儀器的視場時，熱像儀顯示被測物體及背景二者溫度的加權平均值，此時顯示出的溫度誤差與被測物體的背景溫度有關，通常情況下，被測目標尺寸應超過儀器視場的50%。5) 響應時間響應時間表示紅外熱像儀對被測目標溫度變化的反應速度，是從溫度開始變化到顯示值穩(wěn)定所需的時間。當測量快速運動或溫度變化較快的目標時，要選擇快速響應的熱像儀，否則來不及響應目標溫度的變化，導致誤差產生；但對于靜止的目標或具有熱慣性的目標，儀器的響應時間可以放寬要求，所以這個指標要視被測目標的具體情況而定。 影響紅外熱像儀測溫的因素及相關對策[26][27][28]影響紅外測溫的因素很多，如大氣、測試背景、物體輻射率、距離系數、相鄰設備輻射和工作波長區(qū)間范圍等等，其中有些因素是必然存在的，也是不可避免的。對于這些因素，可以通過選擇合適的測溫時間或采用特殊的診斷算法來消弱其影響，本節(jié)通過對輻射率和儀器工作環(huán)境的分析來闡述這些常用的減小誤差的方法。1) 輻射率的影響在紅外熱像儀測溫過程中，輻射率的標定是非常重要的。輻射率是描述被測物體相對于黑體輻射能力的大小，理想黑體的輻射率為1，而實際物體的輻射率均小于1。物體輻射率的大小與物體的材料、粗糙度、顏色、厚度等有關，紅外熱像儀從物體上接收到的輻射能量的大小與該物體的輻射率成正比。不同物體的輻射率是不同的，并隨物體表面的狀況變化，在不同的溫度和不同的波長下其值也會發(fā)生變化，所以在進行紅外診斷時需根據被測物體的形狀、檢測角度和方向對輻射率進行修正。若要進行絕對溫度的準確測量，就必須事先知道被測物體的輻射率，一般儀器說明書中都有常見材料輻射率對照表，測溫時應將熱像儀的輻射率值調到與表中被測目標輻射率一致或接近，否則測量值將與實際值存在較大的誤差；若對運行設備進行紅外診斷時，可采用比較法來消除不能精確設定輻射率所帶來的影響，即相鄰部位的橫向比較和本身不同部位的縱向比較，只需求出相對溫升，不必精確知道被測設備的輻射率。2) 工作環(huán)境的影響 工作環(huán)境的影響主要來自大氣環(huán)境，在紅外輻射的過程中，由于大氣吸收作用的存在，紅外輻射的能量總要受到一定程度的衰減；另一方面，大氣中存在塵埃和懸浮顆粒，它們對紅外輻射具有散射作用，使其偏離原來的傳播方向從而引起衰減。為了減小上兩種因素的影響，紅外診斷應該選擇在無雨、無霧、無塵、空氣清新的環(huán)境條件下進行。另外兩個環(huán)境因素是太陽光輻射和風力。當被測設備處于太陽光的輻射下時，由于太陽光的反射和漫反射的波長區(qū)域與紅外熱像儀的測溫波長區(qū)域相近，會使得測出的被測目標的溫度比實際的溫度偏高，從而引起誤報警；而風力的影響則相反，由于受到風速對流冷卻的影響，會使被測設備熱缺陷處的溫度降低，測得的溫度比實際溫度偏低，存在安全隱患，所以紅外診斷測溫一般選擇在夜間或者無風的陰天進行。 熱像儀選擇基本原則[24]紅外熱像儀種類繁多，通常分為掃描式、在線式和手持式三種，每種里面又有不同的型號和規(guī)格，另外紅外熱像儀的供應商也非常多。在選擇時應從如下幾個方面加以綜合考慮：1)首先明確要解決的實際問題和測量需要，如被測目標的環(huán)境、大小、測量距離以及儀器測溫范圍、測溫精度、響應時間等；2)將測量要求和所要解決的問題和現(xiàn)有的儀器型號進行比對，選出滿足要求的型號，在此基礎上再選出性價比較高的幾款；3)對供應商的技術實力和信譽、售后服務和技術培訓等方面進行必要的考察和了解，這是非常重要的一點，因為選擇口碑較好的供應商進行合作比較有保障。 系統(tǒng)熱像儀的選擇本系統(tǒng)對某市供電局城西變電站的一臺11萬伏的電力變壓器進行24小時在線監(jiān)測，所以熱像儀應選擇在線式的。經過現(xiàn)場實地考察和研究之后，為了使熱像儀的測溫精確度達到最佳，決定將熱像儀安裝在變壓站監(jiān)控室旁邊的房檐上，距離變壓器三米左右，但近距離測量有可能使得熱像儀無法通過調焦獲得能夠包含整個變壓器的視場，所以本系統(tǒng)需為熱像儀配置云臺，通過云臺設置多個預置位，將變壓器分成幾個部分進行巡檢。另外，在安裝完畢以后用戶可以通過云臺方便調整熱像儀的監(jiān)測角度，獲得想要的監(jiān)測效果。 S680DM60熱像儀現(xiàn)場安裝最終本系統(tǒng)的熱像儀決定采用浙江大立科技股份有限公司生產的非制冷焦平面熱像儀S680DM60，并為該熱像儀配置云臺和護罩。云臺主要功能是使得熱像儀可以在多個不同的預置位上對帶電設備進行測溫。護罩具有防水、防塵、遮陽等功能，使得熱像儀能夠不受外界環(huán)境的影響進行精確測溫。除此之外，該公司能夠提供比較全面的與熱像儀配套的SDK開發(fā)包，便于本系統(tǒng)軟件的開發(fā)，而且該公司提供完善的售后服務，包括軟件開發(fā)包的升級和硬件維修。，整個云臺、護罩、熱像儀安裝在支架上，通過4根膨脹螺釘固定在墻壁上。膨脹螺釘原理是在旋入螺釘時使脹管直徑擴大，對墻體的鉆孔壁施加壓力，從而增大摩擦力，大大超過螺釘受到的拉拔力，確保不會被拉出。本系統(tǒng)采用的膨脹螺釘最大能承受力遠遠超過熱像儀和云臺等的重量，杜絕意外的發(fā)生，保證系統(tǒng)可靠運行。 本章小結本章詳細闡述了紅外熱像儀的工作原理，包括理論基礎和硬件實現(xiàn)。在此基礎上介紹了熱像儀的主要技術性能參數，分析了影響熱像儀測溫準確性的因素，并根據選購熱像儀時需要注意的原則，在性價比盡可能高的情況下選擇本系統(tǒng)所需的熱像儀的型號。本章是在線監(jiān)測系統(tǒng)得以最終實現(xiàn)的先決條件。13碩士論文 基于紅外測溫技術的電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā)3 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體方案設計90%以上的電力設備發(fā)生故障時都有明顯的熱源部位，本監(jiān)測系統(tǒng)是通過紅外熱像儀來監(jiān)測電力變壓器運行時的幾個主要潛在故障點的溫度，利用采集的溫度對設備的運行狀況加以判斷。紅外檢測技術是“九五”國家科技成果重點推廣項目，上世紀九十年代以后我國各省市供電局致力于電力紅外診斷標準的規(guī)范，提出了一系列行之有效的診斷方法，例如濮陽電力公司的《帶電設備紅外診斷技術標準》、河南省電力公司《配網電力設備紅外檢測現(xiàn)場應用規(guī)范》，利用這些規(guī)范即可根據測得設備的溫度判斷設備的運行情況?！吨袊嗣窆埠蛧娏π袠I(yè)標準帶電設備紅外診斷規(guī)范》于1999年8月2日首次發(fā)布，經過接近10年的探索，國家發(fā)改委于2008年6月4日發(fā)布了該標準的修訂版，修訂之后的標準更加全面，標志著我國電力設備紅外診斷技術日漸成熟。修訂之后的標準給出了使用紅外熱像儀檢測帶電設備的方法、儀器要求、儀器適用范圍、缺陷的判斷依據及紅外數據的管理規(guī)定等，適用于具有電流、電壓致熱效應或其他致熱效應的各電壓等級設備，包括電機、變壓器、電抗器、斷路器、隔離開關、互感器、套管、電力電容器、避雷器、電力電纜、母線、導線、絕緣子、組合電器、低壓電器及二次回路等，該標準對本監(jiān)測系統(tǒng)的設計具有重要的指導作用。 在線監(jiān)測系統(tǒng)整體結構設計[17][29]本系統(tǒng)的設計方案中，以紅外熱像儀為采集核心，以高性能工控機為處理核心，利用基于TCP/IP協(xié)議的網絡通信技術，構成功能強大、操作簡單的電力變壓器過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的整體設計圖本系統(tǒng)的前端采集模塊利用紅外熱像儀獲得電力設備的實時溫度數據，熱像儀通過自帶的傳輸介質將溫度數據發(fā)送至變電站監(jiān)控室的工業(yè)控制計算機。DM_60非制冷焦平面熱像儀帶有網卡，采用RJ45網絡端口，其擁有自身的IP地址，易于實現(xiàn)數據的傳輸。變電站監(jiān)控室的工業(yè)控制計算機利用在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件接收數據，對接收的數據進行處理，實現(xiàn)報警判斷并顯示出最終結果，將處理結果存儲到本地計算機，最后再將采集的信息上傳至供電局檢修中心的PC機。檢修中心的PC機同樣需將數據進行一系列的處理，得出設備的最終運行狀態(tài)信息，為電力專家做出最終的檢修計劃提供參考。 在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)護罩本監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要是由研祥IPC810B特種工業(yè)控制計算機、雅安D3030室外云臺、大立S680DM60熱像儀、護罩等組成，每個硬件都是根據現(xiàn)場運行環(huán)境需要選購的，并力求使其具有較高的性價比，從而減少項目成本，利于本項目今后在電力系統(tǒng)中進行推廣。，注意熱像儀是放置在護罩當中的，且云臺和護罩都是與熱像儀配套的。工控機云臺變壓器熱像儀 系統(tǒng)主要硬件 電源模塊變電站能夠提供220V的交流電源，本系統(tǒng)采用的研祥工業(yè)計算機工作電源是220V交流電，而紅外熱像儀、護罩以及云臺所使用的電源是24V的交流電，所以需要采用一個小型的變壓器將220V的交流電轉換為24V的交流電，最終這個變壓器是安裝在一個電源箱當中，成為本系統(tǒng)的電源控制模塊。 防護罩簡介考慮到本課題當中熱像儀所處的工作環(huán)境是一種多塵環(huán)境，而且熱像儀長期工作在室外，所以必須對防護罩的防水、防塵提出高要求，才能保證熱像儀能夠長期正常運行，盡可能延長其使用壽命。本系統(tǒng)所配護罩防護等級為IP66。IP防護類別是用2個數字標記的，第一個數字表示接觸保護和外來保護等級，6級表示箱體內在20毫帕的低壓下不應該有灰塵進入，這是一個極高的防塵標準；第二個數字表示防水保護等級，6級表示從每個方向對準箱體的強射水都不應該引起損害[30]。從防護等級可以看出，本護罩是嚴格防水防塵的，能夠保證外界環(huán)境不對熱像儀造成損害。另外，本護罩還配有遮陽罩，能夠最大程度的減少陽光照射對熱像儀測溫產生的影響。恒溫模塊模擬視頻輸出口RJ45網口熱像儀 護罩內部結構除了提供一般的防塵、防水以及遮陽功能之外，在護罩的尾部裝有加熱和散熱裝置，其能夠實時檢測護罩內的溫度，并利用這些裝置使得熱像儀能夠在其所允許的極限溫度下工作。當護罩內的溫度高于50℃時，護罩內的小型風扇開始工作，使得熱像儀所處工作環(huán)境的溫度降低；當護罩內的溫度低于15℃，護罩尾部自帶的加熱片開始工作，使得護罩內的溫度上升。，該接口可用于傳輸實時視頻數據流，由于本系統(tǒng)未使用到實時視頻流，該接口并未使用到。 熱像儀簡介[31]DM60是由浙江大立科技股份有限公司產品生產的一款在線式紅外熱像儀，該紅外熱像儀采用非制冷焦平面紅外探測器，能將物體的紅外熱譜圖以高清晰度、高靈敏度的圖像展現(xiàn)出來，可滿足各行業(yè)對物體表面溫度場進行分析，實現(xiàn)精確的非接觸測溫。，D