在線式全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)(技術(shù)說明書)

在線式全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)說明書深圳鍵橋通訊技術(shù)股份有限公司REV1.0

目錄1、前言.....................................32、紅外熱成像原理與基本知識(shí)3、傳統(tǒng)測(cè)溫方法及特點(diǎn)..................4........................54、全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)....................75、系統(tǒng)組網(wǎng)方案..............................106、系統(tǒng)參數(shù)..................................147、系統(tǒng)安裝與系統(tǒng)出廠清單....................152

一前言高壓輸電線、變配電設(shè)備等在電力系統(tǒng)中有著極其重要的地位，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)造成巨大財(cái)產(chǎn)損失及不良社會(huì)影響等嚴(yán)重后果。電力設(shè)備故障一般是由于過流、過載、老化、接觸不良、漏電、設(shè)備內(nèi)部缺陷或其他異常導(dǎo)致的，而上述故障一般都會(huì)伴隨有發(fā)熱異常等現(xiàn)象，通過對(duì)設(shè)備的溫度變化就能監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外測(cè)溫由于具備非接觸測(cè)溫的能力，對(duì)設(shè)備缺陷具有很強(qiáng)的診斷和預(yù)警能力，迅速成為電力設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)的首選技術(shù)。目前，各變電站對(duì)電力設(shè)施溫度的監(jiān)測(cè)方式一般是安排工員定期使用手持式紅外測(cè)溫儀對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行巡檢。該種方式下，工作人員須在規(guī)定的距離內(nèi)將紅外測(cè)溫儀對(duì)準(zhǔn)被測(cè)節(jié)點(diǎn)，調(diào)整焦距，從而獲得目標(biāo)的溫度值，完成上一個(gè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量后再進(jìn)行下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量。但人工巡檢測(cè)溫方式存在以下問題：人工操作。浪費(fèi)人力并且溫度測(cè)量準(zhǔn)確度人為因素影響較大單點(diǎn)測(cè)溫。測(cè)溫點(diǎn)多時(shí)操作時(shí)間過長(zhǎng)人工巡查，不能自動(dòng)報(bào)警，可靠性差數(shù)據(jù)只能存儲(chǔ)在紅外測(cè)溫儀的存儲(chǔ)卡中，安全性差存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量有限，不利于工作人員做報(bào)表深圳鍵橋通訊技術(shù)股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的在線式全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)，采用最新的紅外技術(shù)及先進(jìn)的紅外圖像處理算法，實(shí)現(xiàn)了全視場(chǎng)的準(zhǔn)確測(cè)溫，并基于先進(jìn)的通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)時(shí)在線地對(duì)眾多變電站進(jìn)行溫度監(jiān)控。3

二紅外熱成像原理與基本知識(shí)在光譜圖中，波長(zhǎng)2.0~1000微米之間的部分稱為熱紅外線。-273℃）以上的物體，都會(huì)不停地向自然界中所有溫度在絕對(duì)零度（外輻射熱紅外線。所以，熱紅外線（或稱熱輻射）是自然界中存在最為廣泛的輻射。紅外熱輻射除存在的普遍性之外，的特性。還有另外兩個(gè)重要大氣、煙云等吸收可見光和近紅外線，8~14微米的熱紅外線卻是透明的，這兩個(gè)波段被稱為熱紅外線的“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。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，熱紅外成像技術(shù)為軍事上提供了先進(jìn)的夜視裝備為并飛機(jī)、艦艇和坦克裝上了全天候前視系統(tǒng)。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對(duì)物體進(jìn)行無接觸溫度測(cè)量和熱狀態(tài)分析，這就是紅外測(cè)溫技術(shù)的基本物理原理。紅外熱成像系統(tǒng)一般工作在中波紅外區(qū)域（波長(zhǎng)但是對(duì)3~5微米和3~5um）或長(zhǎng)波紅外區(qū)域（波長(zhǎng)8~12um）。通過探測(cè)物體發(fā)出的紅外輻射，將不可見的輻射圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷?、清晰的圖像。熱成像儀非常靈敏，能探測(cè)到小于0.1℃的溫差。4三傳統(tǒng)測(cè)溫方法及特點(diǎn)在全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)出現(xiàn)以前，有：接觸式溫度傳感器、紅外點(diǎn)溫儀、手持式紅外成像測(cè)溫儀，下面對(duì)這三種傳統(tǒng)工業(yè)測(cè)溫方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)述。1、接觸式溫度傳感器測(cè)溫將溫度傳感器與測(cè)溫目標(biāo)緊密接觸，線通信的方式發(fā)送給測(cè)控主機(jī)。優(yōu)點(diǎn)常見的工業(yè)測(cè)溫方法主要測(cè)溫結(jié)果采用有線或無單點(diǎn)測(cè)溫成本低測(cè)溫結(jié)果準(zhǔn)確度高缺點(diǎn)處于高溫高壓的惡劣環(huán)境，安裝維護(hù)極其困難可靠性差，容易誤警通信方式很難解決，測(cè)溫點(diǎn)多時(shí)成本急劇上升2、紅外點(diǎn)溫儀紅外點(diǎn)溫儀雖然采用的是紅外測(cè)溫技術(shù)，但使用的紅外傳感器是非成像的，因此盡管能夠進(jìn)行非接觸測(cè)溫，但不能成像。優(yōu)點(diǎn)非接觸式測(cè)溫，安全便宜，適合單點(diǎn)測(cè)溫缺點(diǎn)人工操作，需要瞄準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果需人工匯總5

單點(diǎn)測(cè)溫，測(cè)溫點(diǎn)多時(shí)操作冗長(zhǎng)測(cè)溫結(jié)果依賴瞄準(zhǔn)的準(zhǔn)確度3、手持式紅外成像測(cè)溫儀手持式紅外成像儀是目前最普及的工業(yè)測(cè)溫方式，采用非制冷紅外焦平面作為溫度傳感器，具有非接觸成像測(cè)溫的顯著優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)行業(yè)尤其是電力、優(yōu)點(diǎn)鋼鐵行業(yè)得到了大范圍的應(yīng)用。非接觸式測(cè)溫測(cè)溫結(jié)果可視化使用方便，便于攜帶目前最主要的測(cè)溫裝置缺點(diǎn)人工操作，人工對(duì)準(zhǔn)人工聚焦逐點(diǎn)測(cè)溫，測(cè)溫點(diǎn)多時(shí)操作冗長(zhǎng)測(cè)溫點(diǎn)工作狀態(tài)需要人工判斷測(cè)量結(jié)果需人工匯總漏測(cè)、誤測(cè)難免6

四全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)針對(duì)上一章節(jié)介紹的幾種測(cè)溫方式的缺點(diǎn)，份有限公司研發(fā)生產(chǎn)出全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)，最新的紅外測(cè)溫技術(shù)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：具備全視場(chǎng)測(cè)溫能力深圳鍵橋通訊技術(shù)股該系統(tǒng)融合了當(dāng)前每個(gè)變電站里，需要測(cè)量的目標(biāo)點(diǎn)大約有數(shù)百個(gè)之多。時(shí)往往只會(huì)挑出少數(shù)幾個(gè)特別關(guān)鍵的目標(biāo)點(diǎn)來測(cè)量，的目標(biāo)點(diǎn)漏測(cè)，從而存在故障隱患。本產(chǎn)品具有全視場(chǎng)測(cè)溫能力，可以對(duì)鏡頭視場(chǎng)內(nèi)的每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)溫，測(cè)”。人工巡檢這就會(huì)造成大量真正達(dá)到“能見即能目標(biāo)距離的自適應(yīng)補(bǔ)償測(cè)溫目標(biāo)與紅外鏡頭之間的距離對(duì)測(cè)溫的準(zhǔn)確度有較大的影響。手持式紅外測(cè)溫儀需要對(duì)每一個(gè)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行距離估計(jì)。本產(chǎn)品采用了紅外雷達(dá)的一些技術(shù)，能夠自動(dòng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分析并對(duì)測(cè)溫準(zhǔn)確度進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償，保證了大范圍內(nèi)的目標(biāo)測(cè)溫準(zhǔn)確度。相對(duì)差分測(cè)溫和絕對(duì)測(cè)溫相結(jié)合全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)采用相對(duì)差分測(cè)溫和絕對(duì)值測(cè)溫兩種方法相結(jié)合的測(cè)溫算法，共同分析全視場(chǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的溫度變化情況。相對(duì)差分測(cè)溫：對(duì)同一測(cè)溫目標(biāo)點(diǎn)前后兩個(gè)時(shí)刻的溫度值進(jìn)行比較，分析其差值，若差值過大，則表示該目標(biāo)點(diǎn)的性能發(fā)生了急劇的變化，值得高度重視，該方法有利于發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障，比如過流等；絕對(duì)值測(cè)溫：對(duì)測(cè)溫目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行絕對(duì)溫度測(cè)量，若高于預(yù)先設(shè)定的容7

許閾值，則發(fā)出報(bào)警，絕對(duì)值測(cè)溫主要針對(duì)那種緩慢性發(fā)展的故障，比如銹蝕等。相對(duì)測(cè)溫和絕對(duì)測(cè)溫技術(shù)的融合使用，提高了溫度監(jiān)測(cè)的可靠性。全天侯在線式全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫終端安裝在測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)溫圖像及結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳回監(jiān)控管理中心，能夠?qū)y(cè)溫目標(biāo)進(jìn)行全天侯的不間斷測(cè)溫監(jiān)控，避免了手持式紅外測(cè)溫方式存在的巡檢間隔中的監(jiān)控真空出現(xiàn)。監(jiān)控結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，有利于網(wǎng)管中心的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。預(yù)置點(diǎn)自定義設(shè)定盡管全視場(chǎng)紅外成像系統(tǒng)能夠?qū)θ晥?chǎng)進(jìn)行測(cè)溫，但用戶往往會(huì)對(duì)視場(chǎng)中的部分關(guān)鍵點(diǎn)特別感興趣，因此系統(tǒng)特別提供了預(yù)置點(diǎn)設(shè)置功能。用戶可以在網(wǎng)管軟件圖形界面上將視場(chǎng)范圍內(nèi)的任意點(diǎn)設(shè)置為興趣點(diǎn)，并賦予該預(yù)置點(diǎn)名稱，更有利于直觀的顯示目標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)化程度高本產(chǎn)品安裝完成后，無需人工干預(yù)，無需人工巡檢，在無人為操作的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄測(cè)溫目標(biāo)正常運(yùn)行情況及故障情況，且在被監(jiān)控設(shè)施發(fā)生故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警，真正實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化。歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢歷史溫度數(shù)據(jù)對(duì)于工作人員了解設(shè)備歷史運(yùn)行狀況、制作工作報(bào)表相當(dāng)重要。設(shè)備運(yùn)行的正常情況和異常情況均保存于數(shù)據(jù)庫，工作人員可在任意時(shí)刻調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)品可對(duì)任一測(cè)溫點(diǎn)的歷史溫度變化情況以曲線方式表示。8

背景恒定顯示技術(shù)紅外熱成像儀所形成的可視化圖像是標(biāo)準(zhǔn)的8bit灰度圖像，0.1℃的溫差，則灰度級(jí)只能有256級(jí)，如果要在圖像中能區(qū)分0.1℃必須要分配4個(gè)灰度級(jí)，因此256個(gè)灰度級(jí)只能顯示(256/4)x0.1℃=6.4℃。視場(chǎng)內(nèi)的高低溫差一般都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用紅外熱成像儀解決的辦法是把背景濾掉6.4℃，（黑化）而只顯示高溫目標(biāo)。但在情景式測(cè)溫應(yīng)用模式下，沒有背景顯示是無法對(duì)測(cè)溫目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的，因此，全視場(chǎng)紅外成像測(cè)溫系統(tǒng)采用了背景恒定顯示技術(shù)，環(huán)境背景對(duì)測(cè)量者都是可見的。以上一些技術(shù)特點(diǎn)是本產(chǎn)品的顯著優(yōu)點(diǎn)，其解決方法也是產(chǎn)品的創(chuàng)新之處。同時(shí)，這些技術(shù)特點(diǎn)也使得本產(chǎn)品區(qū)別于市面上的其他工業(yè)用紅外成像測(cè)溫儀，其應(yīng)用更加符合當(dāng)前電力行業(yè)的需求，且在檢測(cè)相同數(shù)目的待測(cè)點(diǎn)的情形下，運(yùn)行成本大幅度降低。9五系統(tǒng)組網(wǎng)方案本產(chǎn)品的組網(wǎng)應(yīng)用方法如下圖所示：監(jiān)控中心傳輸網(wǎng)絡(luò)CCC紅外終端n紅外終端1紅外終端2系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)由三部分組成：監(jiān)控中心傳輸網(wǎng)絡(luò)紅外監(jiān)控終端其中，監(jiān)控中心和紅外監(jiān)控終端為產(chǎn)品組成部分，傳輸網(wǎng)絡(luò)由通信網(wǎng)絡(luò)提供。紅外終端與監(jiān)控中心之間的通信為TCP/IP方式，各紅有各自獨(dú)立的IP地址。紅外終端功能外監(jiān)控終端10紅外終端由紅外鏡頭、非制冷紅外探測(cè)平面、信號(hào)處理單元、高精度云臺(tái)組成。圖像處理圖像傳輸DSP模塊非制冷紅外焦平面紅外鏡頭主要功能是完成視場(chǎng)的熱成像，對(duì)待測(cè)節(jié)點(diǎn)的溫度預(yù)檢測(cè)，圖像數(shù)據(jù)的TCP/IP傳輸、云臺(tái)控制、閾值溫度預(yù)篩選等功能。紅外終端最快可以達(dá)到20幀/秒的圖像傳輸能力，可以根據(jù)中心處理后臺(tái)的處理能力來設(shè)置紅外終端的圖像發(fā)送頻率。原始樣機(jī)外形圖如下：11監(jiān)控軟件功能監(jiān)控中心管理軟件主要功能是給工作人員提供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻信息，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，給出聲光報(bào)警，報(bào)告并存儲(chǔ)故障位置及其記錄的時(shí)間、來源、屬性及告警等級(jí)等信息，工作人員可通過管理軟件查看和統(tǒng)計(jì)告警歷史記錄，也可查看和統(tǒng)計(jì)設(shè)備正常運(yùn)行歷史記錄，便于工作人員制作報(bào)表。具體的軟件功能請(qǐng)參閱對(duì)應(yīng)的網(wǎng)管軟件使用說明。下圖是中心軟件的基本操作界面及變電站實(shí)景紅外圖像。12紅外圖片1紅外圖片213六系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)傳感器類型：光敏面像素：圖像幀頻：測(cè)溫偏差：溫度分辨率：測(cè)溫距離：通信協(xié)議：通信接口：非制冷紅外焦平面384*288不大于20幀/秒不大于5%0.1℃不小于200米（標(biāo)配鏡頭時(shí)）TCP/IPRJ45外殼防護(hù)等級(jí):IP65環(huán)境溫度:運(yùn)輸和儲(chǔ)存時(shí)的溫度：-20℃～+60℃-40℃～+55℃使用時(shí)保證工作的溫度：濕度：濕度不大于供電電源95％交流電壓:AC185-245V功耗：≤5W（云臺(tái)靜止時(shí)）≤25W（云臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)）14

七系統(tǒng)出廠清單與系統(tǒng)安裝系統(tǒng)出廠清單包括：紅外測(cè)溫子系統(tǒng)（護(hù)罩及護(hù)罩內(nèi)紅外子系統(tǒng)）1臺(tái)高精度數(shù)字云臺(tái)技術(shù)說明書1臺(tái)1臺(tái)1份產(chǎn)品合格證及保修單系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)要過程：在變電站內(nèi)較高處（對(duì)被測(cè)溫目標(biāo)形成斜俯視）尋找一個(gè)位置，該位置應(yīng)對(duì)變電區(qū)域有較好的視野覆蓋，將紅外終端安裝在固定支架上，并把帶屏蔽的5類網(wǎng)線直連線與單股雙芯電源線（線徑不小于