新型模式紅外熱成像測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚振鵬

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，溫度監(jiān)測(cè)逐漸變成了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，有諸多電力設(shè)備故障的發(fā)生原因都與溫度過高有直接關(guān)系。紅外成像測(cè)溫技術(shù)憑借自身優(yōu)勢(shì)在電力設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也在電力系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大作用。文章以傳統(tǒng)紅外成像儀器設(shè)備自身存在的缺點(diǎn)為基礎(chǔ)，開發(fā)了新型紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)，同時(shí)在電力設(shè)備中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試。

1 新型紅外線成像測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

新型紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)紅外溫測(cè)裝置相比優(yōu)勢(shì)凸顯，其信息交互能力、經(jīng)濟(jì)性、可移植性、工作模式隨機(jī)切換性以及測(cè)溫準(zhǔn)確性在電力設(shè)備運(yùn)行中均獲得了廣泛應(yīng)用，詳情見圖1所示。

圖1 新型紅外線成像測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)

2 新型紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)研制

新型紅外成像溫測(cè)系統(tǒng)的核心裝置為紅外測(cè)溫傳感器，其主要作用是利用電力設(shè)備熱輻射捕捉生成熱像圖，為后面數(shù)據(jù)分析提供參考。為了監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)，可連接智能終端與傳感器來(lái)完成熱像圖的處理分析。在線監(jiān)測(cè)傳感裝置主要作用是實(shí)現(xiàn)后臺(tái)軟件控制功能，不僅包括對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集與處理，還可實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警，充分體現(xiàn)了傳感器的綜合管理控制功能。

2.1 新型紅外測(cè)溫傳感器

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要部分為新型紅外測(cè)溫傳感器，制冷與非制冷型探測(cè)器是目前紅外成像的重要組成。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，新型紅外測(cè)溫傳感器主要負(fù)責(zé)信號(hào)之間的隨機(jī)切換，并根據(jù)電力現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的需求，從設(shè)備便攜性進(jìn)行考慮。紅外測(cè)溫傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 紅外測(cè)溫傳感器結(jié)構(gòu)框架

據(jù)圖2所示，驅(qū)動(dòng)板重要組成部分分別為AD轉(zhuǎn)換模塊、溫度控制以及偏置電壓模塊，而FPGA板則包括SRAM、FPGA模塊以及配置電路3部分。

2.2 在線監(jiān)測(cè)交互控制裝置

內(nèi)存、電源管理、處理器以及通信模塊是在線監(jiān)測(cè)交互控制模塊的主要組成部分。若紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)需要通過在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行工作時(shí)，要先連接USB接口與該監(jiān)測(cè)裝置，然后傳輸并儲(chǔ)存獲取的數(shù)據(jù)。FPGA是用來(lái)處理傳輸?shù)募t外圖像，然后通過處理器將其進(jìn)行展示[1]。移動(dòng)通信模塊可以支持紅外傳感器對(duì)電力設(shè)備疑似故障或特定設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并上傳其數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測(cè)交互控制模塊如圖3所示。

圖3 在線監(jiān)測(cè)交互控制模塊

2.3 紅外測(cè)溫終端APP設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)溫終端的便攜性，可將智能設(shè)備與紅外測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行融合設(shè)計(jì)，將智能終端與紅外測(cè)溫傳感器利用USB接口相連接，然后再啟動(dòng)紅外測(cè)溫App，即可完成。紅外測(cè)溫App的設(shè)計(jì)主要包括用戶功能層、核心功能層以及基礎(chǔ)功能層，每一層都由不同的模塊組成，各個(gè)模塊之間既可以相互聯(lián)系協(xié)同工作，又可以發(fā)揮自身功能。其核心功能為App的主干功能，通過分析紅外測(cè)溫發(fā)出的需求數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)滿足電氣設(shè)備的測(cè)溫需求。

2.4 PC端后臺(tái)軟件

PC端后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估，具體包括對(duì)電氣設(shè)備溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、報(bào)警以及預(yù)警等功能[2]。在電力現(xiàn)場(chǎng)的維修和生產(chǎn)過程中，智能終端或監(jiān)控中心可利用PC軟件優(yōu)勢(shì)實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，并查看和分析歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)還可以查看當(dāng)時(shí)的紅外成像等，促使監(jiān)測(cè)手段更加靈活。

3 新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)性能測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

根據(jù)Stefan-Boltzmann Law來(lái)設(shè)計(jì)紅外測(cè)溫系統(tǒng)精確度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)[3]。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下的黑體灰度曲線如圖4所示，環(huán)境溫度不同下的黑體溫度利用紅外傳感器灰度值與其進(jìn)行擬合，達(dá)到溫度-灰度關(guān)系。

圖4 黑體定標(biāo)溫度-灰度曲線

環(huán)境溫度為48 ℃的測(cè)溫結(jié)果如表1所示，環(huán)境溫度為37 ℃的測(cè)溫結(jié)果如表2所示。通常紅外測(cè)溫傳感器在對(duì)目標(biāo)區(qū)域的溫度進(jìn)行輻射采集時(shí)，周圍環(huán)境有溫度輻射并出現(xiàn)雜散紅外輻射的現(xiàn)象，致使采集到的灰度值與實(shí)際輻射之間存在一定誤差，這也就是為什么會(huì)出現(xiàn)測(cè)溫誤差。誤差曲線如圖5所示，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)與曲線圖可充分體現(xiàn)新型紅外測(cè)溫傳感器測(cè)溫的精確度能夠在電力設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，滿足設(shè)備對(duì)測(cè)溫提出的需求，測(cè)溫誤差值在±2 ℃時(shí)，完全符合電力設(shè)備工作要求。

表1 環(huán)境溫度為48 ℃測(cè)溫結(jié)果

表2 環(huán)境溫度為37 ℃測(cè)溫結(jié)果

圖5 測(cè)溫誤差曲線

3.2 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比測(cè)試

本文為了驗(yàn)證新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)的各部分性能參數(shù)及可行性，采用Flires56手持式紅外熱像測(cè)溫儀作為參照，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)桐柏抽蓄電站四號(hào)主變的C相套管開展實(shí)例測(cè)試[4]。通過測(cè)試結(jié)果證明了新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)與FlireS56測(cè)溫設(shè)備所測(cè)出的溫度結(jié)果沒有差異，同時(shí)新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)可利用裝有測(cè)溫App的智能設(shè)備來(lái)凸顯該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸、儲(chǔ)存以及顯示功能，不僅攜帶方便，而且操作起來(lái)非常簡(jiǎn)便[5]。

在線監(jiān)測(cè)控制裝置在電力設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的可用性，也可通過設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在線監(jiān)測(cè)控制裝置在模式切換及測(cè)量方面操作較為簡(jiǎn)單，可充分利用后臺(tái)軟件對(duì)紅外測(cè)溫傳感器測(cè)溫現(xiàn)在進(jìn)行布置，并通過連接移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制紅外測(cè)溫終端系統(tǒng)[6]。

4 結(jié) 論

全文以傳統(tǒng)測(cè)溫裝置為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)研發(fā)新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由PC端后臺(tái)軟件、紅外傳感器以及智能移動(dòng)終端等3部分構(gòu)成。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)新型紅外測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，其測(cè)試結(jié)果充分滿足了現(xiàn)階段電力設(shè)備對(duì)測(cè)溫裝置的需求，如監(jiān)測(cè)范圍、測(cè)溫結(jié)果是否準(zhǔn)確、靈活性、可移植性以及成本低等，并且可利用移動(dòng)終端與紅外測(cè)溫系統(tǒng)的相互連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、分析以及儲(chǔ)存。