带电设备红外诊断培训课件.ppt
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1、带电设备红外诊断红外热像图和可见光图比较红外热像图和可见光图比较红红 外外 热热 图图可可 见见 光光 图图可见光的波长范围为可见光的波长范围为0.380.78 0.380.78 m m,普通玻璃能透过可见光,普通玻璃能透过可见光,但是却几乎不能透过红外线。但是却几乎不能透过红外线。带电设备红外诊断2红外线就在我们身边!红外线就在我们身边!热量或热辐射是红外线的主要来源,任何温度高于绝对零度(-273.16K)的物体都会发出红外线。比如冰块也会辐射红外线。带电设备红外诊断3平时,我们是看不到红外线的,但它产生的热量我们的神经末梢是可以感觉到的。日常生活中,阳光、火、散热器等散发的被我们感觉到的
2、热量都是红外辐射。不论是白天还是夜晚红外辐射都在我们的身边。物体的温度越高它发射红外射线就越强。带电设备红外诊断4红外热像技术是研究红外辐射的产生、传输、红外热像技术是研究红外辐射的产生、传输、转换、探测并付诸于应用的科学技术。转换、探测并付诸于应用的科学技术。热传输的方式热传输的方式热传输有三种方式,分别是:传导、对流和辐热传输有三种方式,分别是:传导、对流和辐射。对流通常只发生在流体介质中。射。对流通常只发生在流体介质中。红外热成像仪红外热成像仪显示目标热像的过程,叫做红外热成像。而实显示目标热像的过程,叫做红外热成像。而实现这个过程的设备称为红外热成像装置。现这个过程的设备称为红外热成像
3、装置。带电设备红外诊断5红外探测器的工作原理红外探测器的工作原理A A、红外探测器:能把被测物体红外辐射量的变化变成电量变红外探测器:能把被测物体红外辐射量的变化变成电量变化的装置。化的装置。B B、红外热像仪一般是由三部分组成:红外探测头、图像处理、红外热像仪一般是由三部分组成:红外探测头、图像处理、监视器;探测器分为光机扫描型和聚焦平面凝视型。监视器;探测器分为光机扫描型和聚焦平面凝视型。C C、光机扫描指红外探测头由高速光学机扫描装置和低温致冷光机扫描指红外探测头由高速光学机扫描装置和低温致冷装置等组成其原理:光机扫描是通过平行光束扫描技术,将进装置等组成其原理:光机扫描是通过平行光束扫
4、描技术,将进入硅窗口的被测物体表面红外辐射经红外光学器件扫描到多元入硅窗口的被测物体表面红外辐射经红外光学器件扫描到多元探测器列阵上,该探测器列阵处于低温恒器内,一般是冷却到探测器列阵上,该探测器列阵处于低温恒器内,一般是冷却到-186-186C C的多元红外探测器列阵,逐点把红外辐射信号转换成的多元红外探测器列阵,逐点把红外辐射信号转换成电信号,经放大处理后,被测物体表面的热分布以可见光图像电信号,经放大处理后,被测物体表面的热分布以可见光图像显示在屏幕上。显示在屏幕上。带电设备红外诊断6IR optics2 dim.detector-matrix带电设备红外诊断7D D、焦平面红外探测器的
5、、焦平面红外探测器的工作原理:是依靠探测微型辐射热工作原理:是依靠探测微型辐射热量的热探测器量的热探测器(Microbolometer)(Microbolometer)。探测器通过吸收入射的红。探测器通过吸收入射的红外辐射致使自身温度上升,从而引起探测器电阻变化,在外外辐射致使自身温度上升,从而引起探测器电阻变化,在外加电压的情况下进而产生信号电压。加电压的情况下进而产生信号电压。红外辐射能红外辐射能微桥微桥带电设备红外诊断8整个成像技术过程如下图所示:目目 标标 空空 气气 热热 像像 仪仪 热热 图图带电设备红外诊断9目标物体目标物体黑体:在任何情况下对一切波长的入射辐 射的吸收率都等于1
6、的物体。普朗克定律、维恩位移定律和斯蒂芬-波尔兹曼定律对黑体的辐射作了全面地描述。带电设备红外诊断10普朗克定律:普朗克定律:描述了黑体辐射强度、温度和波长的描述了黑体辐射强度、温度和波长的 关系。关系。一个一个理想的辐射体所发出的电磁波功率,随波理想的辐射体所发出的电磁波功率,随波 长的长的分布可用分布可用PLANCKPLANCK定律公式示:定律公式示:带电设备红外诊断11光波辐射量(光波辐射量(J)波波 长长(um)带电设备红外诊断12可以看到黑体辐射覆盖很宽的波谱,但它们有各自不同的辐射强度最大值。最大值处的波长可以计算出来。这公式就是著名的维恩位移定律,表达为 max=2898/T T
7、 T:物体的绝对温度,开氏温标测量(K)max:最大强度的波长带电设备红外诊断13物体的辐射率小于1且随着波长的变化而变化。技术上为了近似处理,就引入了灰体。灰体:辐射率不随波长变化的物体。对于灰体,斯蒂芬-波尔兹曼公式为 -斯蒂芬-波尔兹曼常数,其值为5.6697x10-2W/cm2.T4-物体表面发射率-物体的热力学温度带电设备红外诊断14 自然界中没有绝对的黑体,不同的物体具有不同的辐射性能,我们需要引入辐射率()来描述这一性能。=Wbb:黑体的辐射能量;Wobj:同温度的“普通”物体的辐射能 :辐射率由物体自身决定Wobj带电设备红外诊断15波长(波长(m)光光谱谱辐辐射射能能黑体辐射
8、源黑体辐射源,=1灰体辐射源灰体辐射源,1带电设备红外诊断16自然界中的物体不但自身辐射能量,同时也接收到周围物体的辐射能量。入射辐射入射辐射 W反射辐射反射辐射 W吸收辐射吸收辐射 W透射辐射透射辐射 W吸收系数(吸收系数()反射系数(反射系数()透射系数(透射系数()带电设备红外诊断17简化为:1=+。1=+;物体透射率=0时,1=+当物体处在热平衡状态 时,辐射率等于吸收 率,即 =,此即基尔 霍夫定律 或 =1-。带电设备红外诊断18影响辐射率的因素影响辐射率的因素1.不同的材料性质不同的材料性质 化学成分和性质化学成分和性质,物理性质和内部结构物理性质和内部结构.绝大多数纯金属很低绝
9、大多数纯金属很低,非金属较高非金属较高2.2.表面状态表面状态 表面粗糙度表面粗糙度,非金属受影响较小非金属受影响较小,金属金属受影受影 响较大响较大3.温度的影响温度的影响 非金属随温度升高而减小非金属随温度升高而减小,金属随温度升金属随温度升4.高而减小高而减小带电设备红外诊断19物体物体(非黑体非黑体)表面辐射特性:表面辐射特性:A A、辐射率强烈的取决于其表面特性;辐射率强烈的取决于其表面特性;B B、高度抛光的金属表面的发射率非常小;高度抛光的金属表面的发射率非常小;C C、所有金属表面的辐射率随温度而增加;所有金属表面的辐射率随温度而增加;D D、表面粗糙和氧化层的形成使发射率明显
10、地增加;表面粗糙和氧化层的形成使发射率明显地增加;E E、非金属表面的发射率比金属表面的发射率高得非金属表面的发射率比金属表面的发射率高得多,一般随温度的增加而减少;多,一般随温度的增加而减少;F F、具有有色氧化物的金属具有有色氧化物的金属(铁、锌、铬铁、锌、铬)的发射率比有的发射率比有白色氧化物的金属白色氧化物的金属(钙、铝、镁钙、铝、镁)高得多。高得多。G G、涂有油漆的金属表面辐射率比没涂油漆的金属表涂有油漆的金属表面辐射率比没涂油漆的金属表面会高面会高H H、红色油漆和黄色油漆的表面辐射率比较接近红色油漆和黄色油漆的表面辐射率比较接近注:注:在检测过程中,由于辐射率对测温影响很大,因
11、此必须选在检测过程中,由于辐射率对测温影响很大,因此必须选择正确的辐射系数,对于电力设备,其发射率一般在择正确的辐射系数,对于电力设备,其发射率一般在0.85-0.85-0.950.95之间。之间。带电设备红外诊断20吸收分子吸收分子透透射射率率近红外近红外中红外中红外远红外远红外波长波长0531814 15 带电设备红外诊断21红外热成像仪性能的重要参数红外热成像仪性能的重要参数l噪声等效温差(温度分辨率-灵敏度)l准确度l分辨频率带电设备红外诊断22噪声等效温差(温度分辨率噪声等效温差(温度分辨率-灵敏度灵敏度 )NETDNETD:用热像仪观察一个低空间频率的标靶是,当其用热像仪观察一个低
12、空间频率的标靶是,当其视频信号的信噪比(视频信号的信噪比(S/NS/N)为)为1 1时,观察者可以时,观察者可以分辨的最小目标与背景之间的等效温差。(可分辨的最小目标与背景之间的等效温差。(可分辨两点之间的温度差别的能力)分辨两点之间的温度差别的能力)例如:例如:0.08 0.08 准确度准确度:在最大测温范围内,允许的最大温在最大测温范围内,允许的最大温度误差,仪绝对误差货误差百分数表示。度误差,仪绝对误差货误差百分数表示。带电设备红外诊断2350帧帧/秒秒30帧帧/秒秒带电设备红外诊断24l视场角(Field of view)lFOVFOV是光学系统视场角的简称,是一个立体角,表示以是光学
13、系统视场角的简称,是一个立体角,表示以能够在光学系统成像的空间范围。视野范围水平能够在光学系统成像的空间范围。视野范围水平H H和垂和垂直直V V宽度的大小可以表达为:宽度的大小可以表达为:lH=24H=24/360/3602 2 D(DD(D代表目标距离代表目标距离)lV=V=1818/360/3602 2 D D l空间分辨率(IFOV=Instantaneous Field of View)l红外热像仪的空间分辨率是指单只敏感元经光学系统红外热像仪的空间分辨率是指单只敏感元经光学系统变换后投射到空间的变换后投射到空间的,(也就是仪器的瞬时视场角也就是仪器的瞬时视场角)以以毫弧度表示。毫弧
14、度表示。l空间分辨率是红外测温仪器分辨空间尺寸能力的技术空间分辨率是红外测温仪器分辨空间尺寸能力的技术参数。参数。带电设备红外诊断25是红外测温仪器分辨空间尺寸是红外测温仪器分辨空间尺寸能力的技术参数(能力的技术参数(仪器可分辨物体大小的能力)。仪器可分辨物体大小的能力)。以以毫弧度表示。毫弧度表示。空间分辨率空间分辨率=丌丌/180 x/180 x 镜头度数镜头度数 像素数像素数 3.14/180 x 24 3.14/180 x 24 320=1.3 320=1.3 毫弧度毫弧度VH24 18 视场角视场角(Field of(Field of view)view)与水平、垂直宽与水平、垂直宽
15、度的关系度的关系H=24H=24/360/3602 2 D D V=V=1818/360/3602 2 D D(D(D代表目标距离代表目标距离)带电设备红外诊断26与仪器空间分辨率、检测目标大小、目标温度等因与仪器空间分辨率、检测目标大小、目标温度等因素有关。素有关。带电设备红外诊断27l如常见220kV线路,导线LGJ2402,导线直径21.28mm22mm,一般杆塔呼称高24m。假如我们在30m测量,则要求红外仪器的=10m-0.65mm =30m-1.95mm要求红外仪器空间分辨率不大于要求红外仪器空间分辨率不大于0.7 仪器标准镜头都不能实现,要加长焦镜头l美国FLIR公司P65(价格
16、约80万)标准镜头2418像素320240,空间分辨率为1.3,要配备12 或6 镜头带电设备红外诊断28标准镜头标准镜头2418像素像素320240带电设备红外诊断29带电设备红外诊断应用规范带电设备红外诊断应用规范DL/T 664-2008一、引用标准:带电设备红外诊断30二、二、名词术语名词术语1.温升temperature rise:被测设备表面温:被测设备表面温度和环境温度参照体之间温度之差。度和环境温度参照体之间温度之差。2.温差 temperature difference:不同被测物或同一被测物不同部位之间的温度差。3.相对温差点 relative temperature di
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