新型模式红外热成像测温系统设计与实现

谭振鹏

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

0 引 言

随着科学技术的快速发展，温度监测逐渐变成了保证电力系统稳定运行的重要手段，有诸多电力设备故障的发生原因都与温度过高有直接关系。红外成像测温技术凭借自身优势在电力设备中得到了广泛应用，同时也在电力系统中发挥了巨大作用。文章以传统红外成像仪器设备自身存在的缺点为基础，开发了新型红外成像测温系统，同时在电力设备中对系统进行准确测试。

1 新型红外线成像测温系统设计特点

新型红外成像测温系统与传统红外温测装置相比优势凸显，其信息交互能力、经济性、可移植性、工作模式随机切换性以及测温准确性在电力设备运行中均获得了广泛应用，详情见图1所示。

图1 新型红外线成像测温系统特点

2 新型红外成像测温系统研制

新型红外成像温测系统的核心装置为红外测温传感器，其主要作用是利用电力设备热辐射捕捉生成热像图，为后面数据分析提供参考。为了监测现场温度数据，可连接智能终端与传感器来完成热像图的处理分析。在线监测传感装置主要作用是实现后台软件控制功能，不仅包括对数据信号的采集与处理，还可实时监控报警，充分体现了传感器的综合管理控制功能。

2.1 新型红外测温传感器

监测系统主要部分为新型红外测温传感器，制冷与非制冷型探测器是目前红外成像的重要组成。在电力系统运行过程中，新型红外测温传感器主要负责信号之间的随机切换，并根据电力现场对温度监测的需求，从设备便携性进行考虑。红外测温传感器结构如图2所示。

图2 红外测温传感器结构框架

据图2所示，驱动板重要组成部分分别为AD转换模块、温度控制以及偏置电压模块，而FPGA板则包括SRAM、FPGA模块以及配置电路3部分。

2.2 在线监测交互控制装置

内存、电源管理、处理器以及通信模块是在线监测交互控制模块的主要组成部分。若红外成像测温系统需要通过在线监测平台进行工作时，要先连接USB接口与该监测装置，然后传输并储存获取的数据。FPGA是用来处理传输的红外图像，然后通过处理器将其进行展示[1]。移动通信模块可以支持红外传感器对电力设备疑似故障或特定设备故障进行监测，并上传其数据。在线监测交互控制模块如图3所示。

图3 在线监测交互控制模块

2.3 红外测温终端APP设计

为了实现红外测温终端的便携性，可将智能设备与红外测温系统进行融合设计，将智能终端与红外测温传感器利用USB接口相连接，然后再启动红外测温App，即可完成。红外测温App的设计主要包括用户功能层、核心功能层以及基础功能层，每一层都由不同的模块组成，各个模块之间既可以相互联系协同工作，又可以发挥自身功能。其核心功能为App的主干功能，通过分析红外测温发出的需求数据，设计满足电气设备的测温需求。

2.4 PC端后台软件

PC端后台软件实现了对电力设备运行状态的评估，具体包括对电气设备温度的远程监测、报警以及预警等功能[2]。在电力现场的维修和生产过程中，智能终端或监控中心可利用PC软件优势实时监控现场，并查看和分析历史数据，同时还可以查看当时的红外成像等，促使监测手段更加灵活。

3 新型红外测温系统性能测试

3.1 实验室测试

根据Stefan-Boltzmann Law来设计红外测温系统精确度的测试实验[3]。电力系统在正常运行情况下的黑体灰度曲线如图4所示，环境温度不同下的黑体温度利用红外传感器灰度值与其进行拟合，达到温度-灰度关系。

图4 黑体定标温度-灰度曲线

环境温度为48 ℃的测温结果如表1所示，环境温度为37 ℃的测温结果如表2所示。通常红外测温传感器在对目标区域的温度进行辐射采集时，周围环境有温度辐射并出现杂散红外辐射的现象，致使采集到的灰度值与实际辐射之间存在一定误差，这也就是为什么会出现测温误差。误差曲线如图5所示，根据测试数据与曲线图可充分体现新型红外测温传感器测温的精确度能够在电力设备实际生产运行中，满足设备对测温提出的需求，测温误差值在±2 ℃时，完全符合电力设备工作要求。

表1 环境温度为48 ℃测温结果

表2 环境温度为37 ℃测温结果

图5 测温误差曲线

3.2 现场对比测试

本文为了验证新型红外测温系统的各部分性能参数及可行性，采用Flires56手持式红外热像测温仪作为参照，并在现场对桐柏抽蓄电站四号主变的C相套管开展实例测试[4]。通过测试结果证明了新型红外测温系统与FlireS56测温设备所测出的温度结果没有差异，同时新型红外测温系统可利用装有测温App的智能设备来凸显该系统对数据的传输、储存以及显示功能，不仅携带方便，而且操作起来非常简便[5]。

在线监测控制装置在电力设备实际生产环境中的可用性，也可通过设计相关实验进行验证。在线监测控制装置在模式切换及测量方面操作较为简单，可充分利用后台软件对红外测温传感器测温现在进行布置，并通过连接移动网络来控制红外测温终端系统[6]。

4 结 论

全文以传统测温装置为基础，设计研发新型红外测温系统。该系统主要由PC端后台软件、红外传感器以及智能移动终端等3部分构成。通过设计实验对新型红外测温系统进行测试，其测试结果充分满足了现阶段电力设备对测温装置的需求，如监测范围、测温结果是否准确、灵活性、可移植性以及成本低等，并且可利用移动终端与红外测温系统的相互连接，实现数据的传输、分析以及储存。