【正文】 是各部分溫度高低的量值和熱圖像要根據(jù)物體的視頻信號標(biāo)示出。由于視頻信號是時序信號，所以要經(jīng)過同步復(fù)掃描才能將它轉(zhuǎn)變成二維空間的物體溫度分布熱圖像。熱圖像的形成、清晰度和圖像的顯示模式是熱圖像顯示的基本問題。①熱圖像的形成。熱圖像的形成過程就是把時序視頻信號經(jīng)同步復(fù)掃描轉(zhuǎn)換成二維空間景物溫度場圖像的過程。②灰度和假彩色顯示。熱像儀在正常顯示時是以較暗的灰度對應(yīng)較低的物體溫度，在相反顯示時則以較暗灰度對應(yīng)較高物體溫度。③各種顯示模式。熱像儀除用正?；叶然蚣俨噬@示物體整體熱圖像外，還能根據(jù)需要完成其它模式的顯示。通常，先進的紅外熱像儀都配置有完整的圖像處理系統(tǒng)，運用其中的圖像分析軟件，在采集紅外熱圖像的同時，把測量參數(shù)記錄到圖像信息中去，可以隨時測量并顯示出目標(biāo)及其熱圖像上任意位置點溫度值的精確結(jié)果和區(qū)域分析結(jié)果等。并且，針對采集的紅外圖像也配置專門的處理軟件，通過計算機和處理軟件對采集的紅外圖像進行顯示、處理，包括物體的表面發(fā)射率的設(shè)定、標(biāo)記檢測物體的熱光標(biāo)、冷光標(biāo)，將紅外圖像與可見光圖像進行比較，以便了解設(shè)備各部分的溫度分布狀況等。通過這些方面的處理，就可以充分了解設(shè)備的熱分布信息分布狀況，再通過對熱分布信息分布狀況的分析、研究，就可實現(xiàn)對機械設(shè)各潛在故障的正確診斷。紅外熱成像技術(shù)利用紅外探測器將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可見圖像，通過對設(shè)備表面溫度場進行測定，進而評估其狀態(tài)。熱成像技術(shù)的發(fā)展與紅外探測器技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，紅外探測器技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從單元到多元、致冷到非致冷的發(fā)展過程，探測技術(shù)的每次進步都在不同程度上推動了熱成像技術(shù)從一個臺階躍進到另一個新高度【11】。紅外輻射的能量可用物體表面的溫度來度量，輻射的能量愈大，表明物體的表面溫度愈高。反之，表明物體表面的溫度愈低。溫度是反映物體冷熱程度的物理量，溫度的數(shù)值是通過溫標(biāo)來表示的，有了溫標(biāo)，物體的冷熱程度，才能準(zhǔn)確客觀地表示出來。通常電氣設(shè)備在發(fā)生故障前往往相關(guān)部位的溫度會出現(xiàn)異常的變化，因此，通過監(jiān)測設(shè)備的這種溫度異常狀態(tài)的變化，就可以對設(shè)備的工作狀態(tài)進行了解，從而確定設(shè)備中潛在的故障。設(shè)備故障紅外診斷的前提，是用紅外方法監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)的變化及故障信息。運行良好的設(shè)備按其基本結(jié)構(gòu)特點，一般都伴隨著正常的溫升及熱分布，然而當(dāng)設(shè)備潛在故障時在運行中將出現(xiàn)異常的溫升及熱分布。因此我們可以從溫升及熱分布正常與否來判斷設(shè)備是否存在或潛在故障。利用紅外熱像儀對設(shè)備進行紅外成像，將物體發(fā)出的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷臒岱植紙D像，從而獲得設(shè)備的溫度及熱分布，即設(shè)備的熱圖像，通過這種熱圖像的變異，可以分析、判斷設(shè)備中可能存在的各種故障。紅外熱成像檢測技術(shù)在電力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用，對電力系統(tǒng)故障的診斷已取得了良好的技術(shù)狀態(tài)和經(jīng)濟效益。 用紅外熱成像技術(shù)，探測目標(biāo)物體的紅外輻射，并通過光電轉(zhuǎn)換、信號處理等手段，將目標(biāo)物體的溫度分布圖像轉(zhuǎn)換成視頻圖像的設(shè)備，我們稱為紅外熱成像儀。能滿足精確檢測的要求，有能滿足現(xiàn)場測試要求的測量精度和測溫范圍，性能指標(biāo)較高，具有較高的溫度分辨率及空間分辨率，具有大氣條件的修正模型，圖像清晰、穩(wěn)定，操作簡便，有目鏡取景器，分析軟件功能豐富.（槍）式紅外熱像儀 能滿足一般檢測的要求，有最高點溫度自動跟蹤，采用LCD顯示屏，可無取景器，儀器輕便，操作簡單，圖像比較清晰、穩(wěn)定。滿足紅外熱像儀的基本功能要求，配備有中、長焦距鏡頭，空間分辨率達到使用要求。當(dāng)采用飛機巡線檢測時，紅外熱成像儀應(yīng)具備遠距離窄視野鏡頭和普通寬視野鏡頭，并且檢測人員可根據(jù)要求方便切換。 將熱像探頭固定在被檢測設(shè)備附近，進行在線測試，并將信號反饋到主控系統(tǒng)。要求有外部供電接口，連續(xù)穩(wěn)定工作時間長，并能滿足全天候的環(huán)境使用條件，其信號和接口可根據(jù)系統(tǒng)要求定制。 ：成像檢測、圖像直觀目前的熱像儀大部分是非致冷長波焦平面紅外熱像儀，探測器件為 320240元，像素高達 76800個點，成像質(zhì)量非常好，圖像清晰。檢測時，只要進入熱像儀視場內(nèi)的物體，都會在顯示屏上成像。若視場內(nèi)正好有溫度異常點，在顯示屏可以清楚地看到異常點的個數(shù)和位置，同時還可測出各異常點的溫度。 2　高靈敏度、高分辨率熱像儀其靈敏度普遍都很高，一般在 30℃溫度時，其靈敏度可達 ℃~℃，它可以分辨出設(shè)備表面的零點幾度的溫差，從而可以診斷出設(shè)備熱狀態(tài)微小變化。由于熱像儀的像素可達 76800點，所以空間分辨率可做得很高，一般在 。因此，可以探測設(shè)備的細節(jié)部位，并可實行遠距離的檢測。 3　檢測效率高熱像儀進入正常工作狀態(tài)后，只要熱像儀視場對準(zhǔn)設(shè)備，設(shè)備的熱分布狀態(tài)立即顯示在觀察屏幕上，若存在故障點，隨后可測出故障點溫度數(shù)據(jù)，或者將圖像存貯到PC卡上，待計算機作進一步分析處理。一臺先進的紅外熱像儀每秒可采集和存儲數(shù)百萬點的溫度信息。 4　非接觸檢測，檢測面積大紅外熱像儀在檢測電氣設(shè)備熱點故障時，都是遠離設(shè)備幾米、幾十米、甚至上百米。這樣在紅外熱像儀的視場內(nèi)可以觀察到一大片面積的電氣設(shè)備。對那些懸空的高壓線，范圍大的變電站，正在運轉(zhuǎn)的大型發(fā)電機組，以及配電控制系統(tǒng)等都可攝入熱像儀取景內(nèi)。先觀察總體情況，發(fā)現(xiàn)熱點再進行重點檢測。5　在線帶電檢測由于熱像儀探測的是設(shè)備表面熱輻射的紅外能，不需要與被測物體接觸，因此任何帶電工作的電氣設(shè)備都可以用紅外熱像儀檢測。以往的檢修方法是讓設(shè)備停止運行，由人工對電氣接頭進行清潔與緊固，這種檢修方法既費時又費工，效果不佳。采用紅外熱像儀檢測，可在不讓設(shè)備中斷運行的情況下，找出不良的接頭，非常省事省時，效果又好。 6　不受電磁干擾紅外熱像儀工作在 3~5μm和 ~13μm波段內(nèi)，與電磁頻譜相差甚遠。因此那些強電磁場的地方如輸變電站、高壓線等處，用熱像儀檢測不會受到任何影響，熱圖像始終穩(wěn)定可靠。 7　可用計算機分析處理目前大多數(shù)紅外熱像儀都備有與計算機連接的接口 RS232。這樣熱像儀就便于與計算機連接，利用計算機的圖像處理系統(tǒng)對紅外熱圖進行分析處理，同時把檢測過程中有保存價值的熱圖像存貯于 PC卡中，事后還可對熱圖中的故障點進行熱分析處理，并作出分析報告。 第四章紅外熱像儀在電氣設(shè)備故障診斷中的實踐本文采用的是浙江大立科技股份有限公司DL700C型熱像儀，其測量范圍、。該紅外熱像儀具有手動調(diào)焦、全屏可見光、雙存貯器、檢測靈敏度高、圖像清晰、測溫精確、可靠性好等諸多特點，使用方便可以在較廣的領(lǐng)域內(nèi)對溫度的狀態(tài)進行監(jiān)視。在電力故障診斷等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢。DL700C型熱像儀采用最先進的320240/384288非制冷整體熱敏電阻焦平面探測器，維護方便；工作在8～14um波段，避免陽光反射干擾；配合高速DSP實時圖像處理系統(tǒng)，通過紅外熱像儀對檢測物體的紅外輻射進行采集，形成所需的紅外熱圖像，之后將紅外熱像儀的USB接口與計算機相連，將紅外熱圖像傳輸入計算機中。 DL700C型熱像儀的功能參數(shù)Tab． Function parameters of DL700C thermal imager 型號DL700C圖像性能視場角/最小焦距20176。15176。/空間分辨率熱靈敏度℃ (在30℃時)幀頻50/60Hz聚焦手動探測器類型非制冷焦平面微熱型探測器像素320240數(shù)碼變焦功能1~8倍連續(xù)數(shù)碼變焦 ()波長范圍8－14um圖像顯示模擬視頻輸出PAL/NTSC數(shù)字視頻輸出VGA尋像器高分辨率彩色LCD液晶顯示屏4”彩色高分辨率VGA液晶屏，可接遙控手柄測量測溫范圍﹣20℃ +220℃（擋位1）+200℃ +1200℃（擋位2）精度177。2℃，177。2%（讀數(shù)范圍)測溫校正自動/手動，內(nèi)置黑體測量模式點測溫實時4點，可全屏移動自動捕捉點實時1點，靜態(tài)3點，區(qū)域最高溫、最低溫捕捉線溫分析實時水平、垂直或斜線區(qū)域分析實時1個矩形，靜態(tài)3個矩形，最高溫、最低溫捕捉，平均溫度測量，可全屏移動、調(diào)整大小等溫分析有，實時分析溫差分析有，實時分析溫度報警實時高低溫報警（顏色）菜單控制調(diào)色板調(diào)色板（鐵紅，彩虹，黑白，黑白反轉(zhuǎn)等9條）圖像調(diào)整自動調(diào)整（連續(xù)/手動），手動對比度、亮度調(diào)整設(shè)置功能日期/時間，溫度單位℃/℉，語言輻射率校正，或通過預(yù)定義的物質(zhì)輻射率表校正輻射率環(huán)境溫度校正自動，根據(jù)輸入的環(huán)境溫度測量測量距離校正自動，根據(jù)輸入的距離相對濕度校正自動，根據(jù)相對濕度圖像存儲類型存儲卡內(nèi)置64M存儲器，128M CF卡，可存儲1200幅圖像存儲方式手動/自動單幀圖像存儲S/N改善圖像平均（∑∑∑∑16），圖像濾波文件格式標(biāo)準(zhǔn)帶14位測量數(shù)據(jù)圖像語音注釋40秒語音記錄，隨圖像一同存儲（內(nèi)置麥克風(fēng)）激光指示器等級二級類型半導(dǎo)體AlGanInP二極管：1mW/635nm紅色電源系統(tǒng)電池類型鋰電池，可充電，可現(xiàn)場更換電池工作時間單節(jié)2小時連續(xù)工作充電類型智能充電器環(huán)境參數(shù)操作溫度﹣20℃ +50℃存儲溫度﹣40℃ +70℃濕度工作及存儲：≦95％（非冷凝）電磁兼容EN 61326：1997+A1；1998+A2；2001+A3；2003物理特性重量尺寸245mm x 120mm x131mm三角架尺寸1/4 20手提箱塑膠接口電源接口有音頻輸出有模擬視頻輸出PAL/NTSC數(shù)字視頻輸出VGAUSB圖像，測量數(shù)據(jù)，語音傳送至計算機3紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備故障的診斷分析3．1診斷機理3．3紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備外部故障的診斷采用紅外成像技術(shù)可以有效地診斷如下各種外部缺陷：①各種裸露接頭、線夾、導(dǎo)電板外連接以及軟連接不良引起的過熱缺陷。其主要原因有連接處氧化及連接禁錮螺絲松弛等因數(shù)導(dǎo)致其導(dǎo)電部件電阻增大，在電流的作用下過熱。其熱像圖譜實例如圖3．1所示：(a)llOkV變壓器A、C相套管外聯(lián)結(jié)不良Co)lOkV斷路器引流鋁排聯(lián)結(jié)不良(c)110kV導(dǎo)線松股及線夾連接不良(d)llOkV導(dǎo)線T型線夾連接不良圖3,1連結(jié)不良引起的過熱缺陷Fj驢．1 Hot flaw caused by impropcrcontact⑦刀閘的刀口與觸指以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合不良而引起的刀口過熱和轉(zhuǎn)動體重慶大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備故障的診斷分析過熱。這種缺陷是由于結(jié)合體結(jié)合不緊密或結(jié)合面產(chǎn)生氧化層等因素導(dǎo)致接觸電阻增大，在電流的作用下引起過熱。其熱像圖譜實例如圖3．2所示。(a)110kV刀閘轉(zhuǎn)動球頭結(jié)合不良(b)110kV刀閘握手結(jié)合不矗(c)35kV刀閘靜觸頭座連接不良(d)aokV刀閘靜觸頭座結(jié)合不趙(e)110kV刀閘轉(zhuǎn)動球頭結(jié)合不良(f)35kV隔離刀閘A、C相鋁排聯(lián)結(jié)不良圖3．2刀閘結(jié)合體連結(jié)不緊引起發(fā)熱的熱像圖Fi醇．2 Thermal image chart caused by the knire switch improper contact③支持絕緣予發(fā)熱缺陷。正常的支持絕緣子在靠近導(dǎo)體處有輕微發(fā)熱，異常絕緣子則表現(xiàn)為整體或局部明顯發(fā)熱。④穿墻套管支撐板發(fā)熱。大電流穿墻套管的支撐鐵板未開口，引起較大的渦流損耗而發(fā)熱。其熱像圖譜實例如圖313所示。⑤導(dǎo)線松股或斷股引起的導(dǎo)線阻值不均勻而發(fā)熱。其熱像圖譜實例如圖3．4重慶大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備故障的診斷分析所示。圖3．3 35kV穿墻套管聯(lián)結(jié)不良圖3．4 110kV引流導(dǎo)線松股Fi93．3 35kV bushing improper contact Fi93．4 110kV drainage conductor looseness⑥變壓器類設(shè)備箱體上因漏磁產(chǎn)生的渦流損耗而引起的過熱。這種缺陷主要因設(shè)計不合理使得漏磁在螺栓或箱體上感應(yīng)出渦流而引起過熱。其熱像特征是以漏磁通穿過而形成環(huán)流的區(qū)域為中心的熱譜圖。其熱像圖譜實例如圖3．5和圖3．6所示。圖3．5變壓器渦流損耗引起箱體發(fā)熱Fi93，5Radiationofthe box bodycausedby the transformer eddy ITent loss圖3．6變壓器箱體頂部過熱Fj93．6Radiation oftopoftransformerbox body3．4紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備內(nèi)部故障的診斷電氣設(shè)備的內(nèi)部故障熱傳導(dǎo)延伸出的過熱情況，缺陷比較隱蔽，目前并沒有固定的規(guī)律可遵循。其過熱故障點密封在絕緣材料或金屬外殼中，由于紅外線的穿透能力較弱，基本不能穿透絕緣材料和設(shè)備外殼，因而無法直接用紅外熱像儀檢測到設(shè)備內(nèi)部熱缺陷。但內(nèi)部熱缺陷一般都發(fā)熱時間較長而且比較穩(wěn)定，故障點的熱量可以通過熱傳導(dǎo)和對流，與故障點周圍的導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱傳遞，引起這些部位的溫度升高，尤其是與之有電氣連接的導(dǎo)體，從而弓婕濕著的濕升效應(yīng)。以此通過對設(shè)備的紅外檢測、熱像圖的綜合分析可以發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部是否存在發(fā)熱缺陷。其發(fā)熱情況可能因為內(nèi)部電氣接頭不怠或內(nèi)部介質(zhì)損耗劣化，或內(nèi)部分布電壓不良或泄漏電流過大而引起，表現(xiàn)形式不一。采用紅外診斷技術(shù)可有效診斷電氣設(shè)備的內(nèi)部缺陷主要有以下幾方面情形：24重慶大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3紅外成像技術(shù)對電氣設(shè)備故障的診斷分析①各種內(nèi)部連接不良引起的內(nèi)部過熱。這種缺陷主要出現(xiàn)在變壓器套管的根部或頭部的將軍帽內(nèi)的連接不良、CT的一次接線內(nèi)連接不良、少油開關(guān)內(nèi)部觸頭座固定不良引起的內(nèi)部過熱缺陷。②各種斷路器的內(nèi)部觸頭接觸不良引起的觸頭過熱。由于接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻增大，在電流作用下引起過熱。這種缺陷主要出現(xiàn)在少油斷路器的動