紅外熱像在線(xiàn)測溫系統的設計與實(shí)現

1 紅外熱像技術(shù)在輸電線(xiàn)路溫度監測中的應用模型
1．1 紅外熱像技術(shù)簡(jiǎn)介
紅外熱像技術(shù)是探測輸電線(xiàn)路中各種電氣設備表面輻射的不為人眼所見(jiàn)的紅外線(xiàn)的技術(shù)。它反映設備表面的紅外輻射場(chǎng)，即溫度場(chǎng)。并根據設備表面的溫度場(chǎng)，測量設備某一部分的平均溫度。是一種被動(dòng)的、非接觸式的檢測手段。紅外熱像儀就是利用該技術(shù)制作而成的檢測設備，目前已在電力設備故障診斷領(lǐng)域得到廣泛應用。其簡(jiǎn)單工作示意圖如圖1所示。

1．2 紅外熱像技術(shù)在輸電線(xiàn)路溫度監測中的應用
輸電線(xiàn)路的溫度信息可以通過(guò)紅外圖像進(jìn)行有效反映。紅外成像是惟一一種可以將熱信息瞬間可視化，并加以驗證的診斷技術(shù)。紅外熱像儀可揭示熱故障，并通過(guò)非接觸溫度測量加以定性分析，在專(zhuān)業(yè)的紅外分析軟件的幫助下，數秒內便可自動(dòng)完成分析報告。
所有利用或者發(fā)射能量的設備在發(fā)生故障前都會(huì )產(chǎn)生發(fā)熱現象。保證電氣設備運行可靠性的關(guān)鍵便是對能源的有效管理，而紅外熱像技術(shù)已成為預防性維護領(lǐng)域最有效的檢測工具，它能夠在設備發(fā)生故障之前，快速、準確、安全地發(fā)現故障。在電氣接點(diǎn)發(fā)生故障之前及時(shí)發(fā)現并進(jìn)行維修，可以避免輸電線(xiàn)路因高溫熱故障造成斷電掉電所帶來(lái)的高昂代價(jià)。
紅外熱像儀能夠正確引導預防性維護專(zhuān)家對電氣設備的運行情況進(jìn)行準確判斷?？梢詫y量溫度值與歷史溫度進(jìn)行比較，或者與相同時(shí)間同類(lèi)設備的溫度讀數進(jìn)行比較，以準確判斷是否發(fā)生了顯著(zhù)的溫升，是否會(huì )導致部件失效，帶來(lái)生產(chǎn)隱患。主要用于電力預防性維護等用途。特別是用于輸電線(xiàn)路預防性維護、檢測方面，具有很大的優(yōu)越性。

2 輸電線(xiàn)路紅外熱像在線(xiàn)測溫系統的實(shí)現方案
2．1 系統的工作原理
安裝在輸電線(xiàn)路現場(chǎng)的前端采集終端利用高精度數字式溫度傳感器對環(huán)境溫度參數值進(jìn)行采集；利用高精度紅外熱像儀對準需要進(jìn)行溫度監測的電氣設備。前端系統定時(shí)地采集到各種電氣設備有關(guān)溫度分布的熱像圖后，將數據傳送給電路系統，電路系統經(jīng)過(guò)分析處理后將熱像圖進(jìn)行壓縮和打包處理，然后通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的方式發(fā)送到監控中心的計算機數據服務(wù)器上。數據服務(wù)器安裝相應的應用軟件程序進(jìn)行數據的自動(dòng)處理，主要完成熱像圖的接收與解壓還原，之后以圖像和圖形的形式將各種電氣設備的溫度分布情況直觀(guān)的顯示在客戶(hù)端，不同溫度以不同顏色顯示。系統結合數據軟件系統和各種修正理論模型分析各種電氣設備存在的熱缺陷和故障狀態(tài)，及時(shí)給出診斷信息，有效預防輸電線(xiàn)路高溫熱故障的發(fā)生。系統集成了環(huán)境溫度在線(xiàn)監測和輸電線(xiàn)路溫度分布的在線(xiàn)紅外熱像監測等，并借助現有中國移動(dòng)強大的GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行實(shí)時(shí)數據傳輸，實(shí)現了對輸電線(xiàn)路溫度狀態(tài)的監測。
2．2 系統的結構
整個(gè)監控系統主要分為兩個(gè)部分：圖像采集與傳輸終端(前端)；監控中心計算機數據服務(wù)器(中心端)。在系統構成上可分為上位機(監控中心計算機數據服務(wù)器)和下位機(圖像采集與傳輸終端)兩大部分。計算機數據服務(wù)器負責對圖像采集與傳輸終端進(jìn)行管理和控制，處于管理層次的上層，因此稱(chēng)為上位機。圖像采集與傳輸終端處在數據中心的控制下，負責對數據進(jìn)行采集和傳輸，處于管理層次的下層，因此稱(chēng)為下位機。系統結構如圖2所示。

圖像采集與傳輸終端包括以圖像采集芯片處理器為核心的圖像采集與JPEG壓縮部分和GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸部分以及紅外報警部分。圖像采集部分由視頻A／D芯片實(shí)現模擬圖像的數字化轉換，使用專(zhuān)用芯片實(shí)現JPEG圖像壓縮編碼。GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸部分由專(zhuān)用GPRS模塊實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸功能，它與圖像采集部分的接口是通用異步串行接口(UART)。紅外報警部分實(shí)現輸電線(xiàn)路溫度出現異常狀況的報警功能。下位機主要實(shí)現輸電線(xiàn)路現場(chǎng)原始圖像的采集和壓縮以及壓縮圖像數據的GPRS無(wú)線(xiàn)信道傳輸，這些功能都由相應的軟件支持系統實(shí)現。
服務(wù)器包括硬件和軟件，硬件為具有公網(wǎng)IP地址的計算機，軟件即為服務(wù)器程序，由服務(wù)器程序實(shí)現GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊和中心間的命令傳遞和數據傳輸。監控中心計算機數據服務(wù)器也包括硬件和軟件部分。硬件為一臺能接入Internet的計算機，軟件為監控程序，電腦的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)為公網(wǎng)、動(dòng)態(tài)IP。在這里特別指出，因為監控中心端滿(mǎn)足服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò )要求，所以該系統將服務(wù)器和監控中心端放到一臺計算機上，以節約硬件和網(wǎng)絡(luò )資源。上位機主要實(shí)現壓縮圖像數據的接收及解碼和接收圖像數據的數據庫保存和處理。
2．3 系統的功能描述
2．3．1 上位機(監控中心計算機數據服務(wù)器)
上位機系統在用戶(hù)計算機上實(shí)現和運行并將相關(guān)數據存入數據庫。主要完成對各個(gè)監測點(diǎn)數據的收集，并將下位機的相關(guān)配置信息、設置狀態(tài)信息和環(huán)境數據存儲到數據庫中，方便用戶(hù)進(jìn)行數據處理和分析。上位機系統主要功能如下：
(1)顯示：數據的顯示包含多項內容，包括：溫度傳感器采集數據和紅外熱像監控器熱像圖的顯示、歷史值的顯示、按照時(shí)間顯示數據等。
(2)存儲內容：實(shí)時(shí)數據、歷史數據、運行記錄、當前狀態(tài)
(3)歷史數據整理：該系統可以對歷史數據文件進(jìn)行整理，刪除選定的歷史數據文件，刪除某段時(shí)間以前的歷史數據。
(4)打印報表：可以打印兩種報表，選擇日期，再選擇報表類(lèi)型，即可打印。