本發(fā)明屬于紅外熱成像
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀。
背景技術(shù)：
：溫度的檢測(cè)在電力系統(tǒng)、石化、冶金等行業(yè)中受到高度的重視，它關(guān)系著系統(tǒng)的安全、產(chǎn)品的質(zhì)量以及生產(chǎn)的效率。紅外測(cè)溫技術(shù)由于測(cè)溫范圍理論上無(wú)上下限、不改變被測(cè)物體溫度、測(cè)溫響應(yīng)時(shí)間短以及可以測(cè)量物料表面的溫度分布等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備在線故障診斷和節(jié)約能源等方面都發(fā)揮著重要作用。隨著儀器的制造水平的提高，現(xiàn)代紅外測(cè)溫有著0.3％的測(cè)量精度，重復(fù)測(cè)量誤差小于0.2％的水平，滿(mǎn)足當(dāng)前電力系統(tǒng)、石化、冶金等行業(yè)對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的要求。紅外熱成像技術(shù)是一項(xiàng)前途廣闊的高新技術(shù)。比0.78微米長(zhǎng)的可見(jiàn)光光譜紅色以外電磁波，稱(chēng)為紅外線，又稱(chēng)紅外輻射。其中波長(zhǎng)為0.78-2.0微米的部分稱(chēng)為近紅外，波長(zhǎng)為2.0-1000微米的部分稱(chēng)為熱紅外線。自然界中，一切物體都可以輻射紅外線，因此利用探測(cè)儀測(cè)量目標(biāo)本身與背景間的紅外線差可以得到不同的熱紅外線形成的紅外圖像。同一場(chǎng)景的熱圖像和可見(jiàn)光圖像不同，它不是人眼所能看到的可見(jiàn)光圖像，而是表面溫度分布圖像。紅外熱成像使人眼不能直接看到表面溫度分布，變成可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。所有溫度在絕對(duì)零度(-273℃)以上的物體，都會(huì)不停地向外輻射熱紅外能量。紅外輻射是自然界中存在最為廣泛的輻射，它還具有兩個(gè)重要的特性：(1)物體的熱輻射能量的大小，直接和物體表面的溫度相關(guān)。熱輻射的這個(gè)特點(diǎn)使人們可以利用它來(lái)對(duì)物體進(jìn)行無(wú)接觸的溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，從而為工業(yè)生產(chǎn)、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面提供了一個(gè)重要的檢測(cè)手段和診斷工具。(2)大氣、煙云等吸收可見(jiàn)光和近紅外線，但是對(duì)3-5微米和8-14微米的熱紅外線卻是透明的。因此，這兩個(gè)波段被稱(chēng)為熱紅外線的“大氣窗口”。利用這兩個(gè)窗口，可以使人們?cè)谕耆珶o(wú)光的夜晚，或是在煙云密布的戰(zhàn)場(chǎng)，清晰地觀察到前方的情況。被動(dòng)地接收目標(biāo)的熱輻射，通過(guò)光學(xué)成像系統(tǒng)聚焦到探測(cè)元件上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，放大信號(hào)，數(shù)字化后，經(jīng)圖像技術(shù)處理，在屏幕上以偽彩色顯示出場(chǎng)景溫度場(chǎng)——熱紅外圖像(熱圖、熱像)。熱圖像色調(diào)的明暗決定于物體表面溫度及輻射率?，F(xiàn)有技術(shù)中，紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀局限于節(jié)點(diǎn)測(cè)溫模式，嘗試精準(zhǔn)測(cè)溫，功能比較單一。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)存在的缺陷，提供一種紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀，是一種利用長(zhǎng)波紅外(波長(zhǎng)8-14μm)熱成像，通過(guò)測(cè)量大功率器件內(nèi)部或外部溫度信息并轉(zhuǎn)換成圖像溫度分布的技術(shù)，能夠利用大功率物體紅外輻射把熱能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，揭示大功率物體溫度的分布及變化規(guī)律，自動(dòng)判別電力系統(tǒng)中大功率設(shè)備功耗故障。電力系統(tǒng)中大功率設(shè)備，如變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等等，由于本身消耗大量的電能而產(chǎn)生熱輻射，通過(guò)該儀器探測(cè)其溫度狀況和分布。如果大功率設(shè)備出現(xiàn)故障或者軟故障，其溫度分布將發(fā)生變化，以此作為設(shè)備能量過(guò)耗檢測(cè)與診斷的一種手段。簡(jiǎn)單的說(shuō)利用該儀器可直觀的探測(cè)出功率設(shè)備內(nèi)部工作情況和故障情況。紅外測(cè)溫技術(shù)，就是在紅外輻射的作用下，對(duì)功耗設(shè)備進(jìn)行溫度檢測(cè)的一種技術(shù)，主要的原理就是通過(guò)紅外測(cè)溫儀器對(duì)設(shè)備所發(fā)出的紅外輻射進(jìn)行接收并測(cè)量溫度的技術(shù)。紅外測(cè)溫系統(tǒng)是借助于紅外鏡頭來(lái)實(shí)現(xiàn)接收紅外輻射，然后再對(duì)其進(jìn)行電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)內(nèi)部系統(tǒng)的處理后，以圖像或者視頻的形式表現(xiàn)在顯示屏上，便于技術(shù)人員直接觀察和數(shù)據(jù)記錄，進(jìn)而制定科學(xué)合理的設(shè)備監(jiān)測(cè)和維修方案。其具體技術(shù)方案為：一種紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀，包括紅外光學(xué)鏡頭、紅外探測(cè)器、信號(hào)處理板及計(jì)算機(jī)；所述紅外鏡頭匯聚紅外能量，投射到紅外探測(cè)器焦平面上；所述紅外探測(cè)器屬于長(zhǎng)波非制冷探測(cè)器，將紅外能量轉(zhuǎn)化為模擬電信號(hào)，傳輸至信號(hào)處理板；信號(hào)處理板將反應(yīng)紅外能量的模擬信號(hào)數(shù)字采樣，成為紅外數(shù)字圖像，紅外數(shù)字圖像經(jīng)過(guò)非均勻校正、圖像增強(qiáng)之后生成人眼可以觀看的灰度圖像；所述紅外光學(xué)鏡頭、紅外探測(cè)器和信號(hào)處理板組成紅外熱像儀，負(fù)責(zé)將大功率設(shè)備被測(cè)對(duì)象溫度分布轉(zhuǎn)換為灰度圖像；紅外熱像儀圖像輸出分為兩路：一路通過(guò)dac轉(zhuǎn)換為模擬視頻圖像，用監(jiān)視器觀看，另一路通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至計(jì)算機(jī)。進(jìn)一步，所述計(jì)算機(jī)中包含進(jìn)行圖像處理的軟件，其中包括被測(cè)對(duì)象溫度分布統(tǒng)計(jì)、偽彩色顯示、直方圖統(tǒng)計(jì)、故障分析及報(bào)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能夠?qū)脑O(shè)備進(jìn)行紅外成像測(cè)溫，具有紅外成像、紅外測(cè)溫、記錄、報(bào)警等功能；體積小、功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)惡劣的環(huán)境工作?？衫锰綔y(cè)儀獲取存儲(chǔ)多種環(huán)境下的紅外圖像，為過(guò)耗故障分析處理提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本課題具有廣闊的應(yīng)用前景，在能耗監(jiān)測(cè)、故障分析、節(jié)能減排、綠色環(huán)保等方面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明在被動(dòng)長(zhǎng)波紅外應(yīng)用于能耗監(jiān)測(cè)、故障分析上有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。設(shè)備操作簡(jiǎn)單，在溫度分布統(tǒng)計(jì)、偽彩色顯示、故障分析及報(bào)警等功能特點(diǎn)鮮明。本發(fā)明的紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀不再局限于節(jié)點(diǎn)測(cè)溫模式，嘗試精準(zhǔn)測(cè)溫，同時(shí)不斷完善紅外圖譜庫(kù)檔案、定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行普測(cè)、重點(diǎn)測(cè)溫，通過(guò)設(shè)備縱橫比較及典型紅外圖譜對(duì)比，能直觀顯示出測(cè)量區(qū)域內(nèi)的溫度分布情況，便于快速直觀發(fā)現(xiàn)隱藏的故障點(diǎn)或熱分布特性，能及早且有效地發(fā)現(xiàn)和診斷運(yùn)行中功耗設(shè)備的事故隱患和故障先兆，以便采取措施，減少或避免功耗設(shè)備因過(guò)熱故障而引發(fā)的突發(fā)性設(shè)備事故。附圖說(shuō)明圖1為黑體輻射圖；圖2為紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀的結(jié)構(gòu)圖；圖3為熱像儀尺寸圖，其中圖3a為正面，圖3b為側(cè)面。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。1紅外溫度測(cè)量原理任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)以電磁波的形式向外界發(fā)出紅外輻射能量，輻射能量的大小主要取決于物體的溫度。紅外測(cè)溫是以普朗克輻射定律為依據(jù)，通過(guò)測(cè)量被測(cè)物體紅外輻射能量，經(jīng)黑體標(biāo)定，確定被測(cè)物體溫度的測(cè)量方式。黑體的光譜輻射功率pb(λt)與絕對(duì)溫度t之間滿(mǎn)足普朗克定理。根據(jù)普朗克定律，黑體的光譜輻射能量和溫度之間的關(guān)系為：其中pb(λt)為黑體的輻射出射度；λ為波長(zhǎng)；t為絕對(duì)溫度；c1、c2為輻射常數(shù)，反應(yīng)在絕對(duì)溫度t下，波長(zhǎng)λ處單位面積上黑體的輻射功率為pb。根據(jù)這個(gè)關(guān)系可以得到圖1的關(guān)系曲線，可知：隨著溫度升高，物體的輻射能量越強(qiáng)，輻射峰值向短波方向移動(dòng)(向左)，并滿(mǎn)足維恩位移定理t·λm＝2897.8(μm·k)，峰值處的波長(zhǎng)λm與絕對(duì)溫度t成反比，虛線為λm處峰值連。輻射能量隨溫度的變化而變化，短波處溫度比長(zhǎng)波處高，且它的靈敏度高(曲線陡峭)，抗干擾性強(qiáng)。根據(jù)斯特藩-玻耳茲曼定理：黑體的輻出度(黑體表面單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射功率)pb(t)與溫度t的四次方成正比，即pb(t)＝σt4(2)式中，σ為斯特藩常數(shù)，t為熱力學(xué)溫度。如果在條件相同情況下，物體在同一波長(zhǎng)范圍內(nèi)輻射的功率總是小于黑體的功率，即物體的單色輻出度p(t)小于黑體的單色輻出度pb(t)，將它們之比稱(chēng)為物體的單色黑度ε(λ)，即實(shí)際物體接近黑體的程度?？紤]到物體的單色黑度ε(λ)是不隨波長(zhǎng)變化的常數(shù)，即ε(λ)＝ε，稱(chēng)此物體為灰體。它是隨不同物質(zhì)而值不同，即使是同一種物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同值也不同，只有黑體ε＝1，而一般灰體0＜ε＜1。由式(2)可得p(t)＝εpb(t)p(t)＝εσt4所測(cè)物體的溫度為式(4)是物體的熱輻射在紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)溫的理論基礎(chǔ)。由于紅外測(cè)溫是非接觸性的測(cè)量，同樣也會(huì)存在著各種誤差。測(cè)溫范圍越窄，精度就越高，測(cè)溫范圍過(guò)寬，會(huì)降低精度，尤其在低端測(cè)溫。影響紅外測(cè)溫的因素很多，除了儀器本身的因素外，主要還包括：輻射率(即輻射系數(shù))、距離系數(shù)、環(huán)境等因素，所以對(duì)于紅外測(cè)溫均需要溫度修正，或者預(yù)留溫度修正接口。2故障探測(cè)儀組成和性能紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫原理是先將物體發(fā)射的紅外輻射能量收集起來(lái)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理，并利用物體溫度與其輻射功率大小(表現(xiàn)為信號(hào)電壓高低)的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出物體溫度。本探測(cè)儀采用的是波段在8～14μm的紅外測(cè)溫單元，其測(cè)溫原理符合亮度測(cè)溫儀的規(guī)律，即測(cè)量的只是目標(biāo)在某個(gè)波段(8～14μm)的輻射功率。功耗設(shè)備發(fā)出的紅外輻射能量包括自身的紅外輻射能量和設(shè)備表面反射周?chē)h(huán)境產(chǎn)生的輻射能量，這些能量經(jīng)過(guò)大氣衰減后進(jìn)入測(cè)溫單元，被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。如圖2所示，紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀主要由紅外光學(xué)鏡頭、紅外探測(cè)器、紅外成像電路及計(jì)算機(jī)等組成。其中，紅外鏡頭、紅外探測(cè)器和紅外成像電路組成紅外熱像儀。紅外熱像儀負(fù)責(zé)將大功率設(shè)備溫度分布轉(zhuǎn)換為灰度圖像或者偽彩色圖像，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包含自主研制的軟件進(jìn)行圖像處理，其中包括設(shè)備溫度分布統(tǒng)計(jì)、偽彩色顯示、直方圖統(tǒng)計(jì)、故障分析及報(bào)警等。紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)儀的主要技術(shù)指標(biāo)：(1)探測(cè)溫度指標(biāo)a.功耗探測(cè)儀的探測(cè)溫度范圍-40℃-400℃；b.溫度測(cè)量精度可達(dá)到為0.2℃。(2)紅外成像指標(biāo)a.非制冷長(zhǎng)波紅外探測(cè)器；b.紅外成像儀成像尺寸為640×480像素；c.成像netd＝98mk；d.圖像幀頻＝50hz。(3)上位機(jī)指標(biāo)a.實(shí)時(shí)完成視頻黑白或者偽彩色顯示、溫度統(tǒng)計(jì)分析等工作；處理時(shí)間小于一幀圖像時(shí)間；b.自動(dòng)完成故障檢測(cè)、故障源分析、報(bào)警等；c.上位機(jī)界面使用方便，靈活操作，人性化設(shè)計(jì)。3紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)技術(shù)的研究紅外成像過(guò)耗故障探測(cè)技術(shù)的研究包括三個(gè)方面：3.1紅外成像功耗探測(cè)儀紅外成像功耗探測(cè)儀主要由長(zhǎng)波紅外鏡頭、非制冷長(zhǎng)波紅外探測(cè)器、成像驅(qū)動(dòng)處理板卡、電源系統(tǒng)等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景實(shí)時(shí)紅外成像。通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)。紅外鏡頭指標(biāo)如表1：表1焦距視場(chǎng)角角分辨率景深范圍1m視場(chǎng)5m視場(chǎng)6.5mm25°×18.7°5.4mrad1.2m-∞0.44×0.332.2×1.63.2計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和上位機(jī)軟件。計(jì)算機(jī)：帶有以太網(wǎng)的計(jì)算機(jī)。上位機(jī)軟件由vc6++開(kāi)發(fā)，具備以下功能：(1)成像功能實(shí)時(shí)紅外成像，黑白/偽彩色顯示，顯示溫度/時(shí)間曲線。圖像細(xì)節(jié)增強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)2倍放大。(2)測(cè)量功能實(shí)時(shí)全像面鼠標(biāo)測(cè)溫，并可添加點(diǎn)、線、圓、多邊形等測(cè)溫對(duì)象，測(cè)溫參數(shù)可實(shí)時(shí)修正。(3)記錄功能溫度數(shù)據(jù)/紅外熱圖保存，溫度數(shù)據(jù)流/紅外視頻保存。(4)報(bào)警/日志功能高低溫追蹤，閾值報(bào)警，報(bào)警存圖/存視頻，日志記錄，自動(dòng)生成報(bào)告。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見(jiàn)地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12