新型红外成像测温传感器集成设计.pdf

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1、《仪器仪表与分析监测》2017年第1期新型红外成像测温传感器集成设计IntegratedDesignofNewInfraredImagingTemperatureMeasurementSensor王艳1杜勇1吴军1李柏松1陆海冰2(1．国网湖北省电力公司检修公司，湖北武汉430050；2．上海慕荣电气有限公司，上海201804)[摘要】基于小型化红外热像传感模块和移动互联网通信技术，通过集成设计，研制了模块化新型红外热像测温传感器。该传感器通过信号采集、传输硬件一体化，实现了数据展示、分析的隔离，可直接提

2、供数值化测温数据，提高了传感器的易移植性；支持miniUSB有线和WiFi无线两种信号传输方式，实现了传感器的即插即用。初步的性能测试结果表明，研制的传感器测温精度可达±2℃，满足电力设备红外测温的粗测需求。[关键词】红外成像；传感器；数字化；网络化[中图分类号】TM73【文献标识码】A引言现场运行数据表明电力设备的大部分故障都与发热有关，对电力设备实施温度测量和监测已成为电力系统可靠与安全运行的重要保障手段。目前，人们已采用多种方式对电力设备的温度进行监测。红外热像技术具有非接触测量、响应速度快、可多点

3、测量、信息丰富、形象直观等特点，在电力行业得到了广泛应用，并已成为标配工具，为保障电力系统的安全运行发挥了巨大的作用。传统的红外检测方法多采用红外测温仪、红外行扫描仪、红外热像仪、红外热电视等专业检测仪器，定期对电力设备进行检测。现场应用情况表明，当前红外测温成像仪要么是便携式，要么是在线式，工作模式较为单一，影响了电力设备测温密度和便捷及时率，不能很好适应现场电力设备温度状态评估的差异化需求；另外技术分析还表明，传统商业化应用的红外热像测温传感器与后续应用软硬件系统是集成一体化设计的，一8一造成传感器可

4、移植性差．硬件系统也不具备复用性和扩展性，成本较高，已成为制约其技术经济性的主要因素之一，并给测温数据的管理与后续应用带来了诸多不便。可见，通过技术创新，采用小型化红外热像传感模块和移动互联网通信技术，研制出低成本、可独立的新型数字化、网络化红外热像测温传感器。以提高传感器的可移植性，丰富信号传输方式和测温数据的开放性，具有现实意义和工程价值。新型红外传感器设计方案1．1性能需求分析不同于传统红外热成像设备，新型红外传感器应具备可移植性、可独立工作性、多样化信息传输通道以及低成本条件下的可靠测量。1)可移

5、植性新型红外传感器的可移植性是指其可与各种智能终端配合使用，例如通过通用接口移植到智能手机。一方面，同传统手持式红外热像仪相比，新型红外成像测温传感器集成设计王艳，等与智能终端共享的信息传输通道使其能够及时上传红外数据，查询历史信息。以及便于终端组网，实现数据共享。另一方面。一旦与应用广泛的智能终端结合，其便携性与普及率都将大大优于传统红外传感器。2)工作的独立性为了进一步提高适用范围，降低监测成本，新型红外传感器还应具备可独立工作性。在电力现场，不仅需要便携灵活的红外传感器，还需要能够定期、长期监测的手

6、段。新型红外传感器应采用信号采集、传输一体化的设计，实现采集传输与数据展示、分析的隔离，可完成独立在线监测工作．与便携式工作模式形成互补，极大地提高了适用性，实现多监测模式的灵活组合。3)多样化信息传输通道在多工作模式组合互补的情况下，要求新型红外传感器具备多种信号传输通道，兼具miniUSB、3G／4G、WiFi等接口，以满足独立工作、组网在线工作以及与云服务相结合的要求。4)低成本根据现有客观技术条件．以及为实现红外测温的极高普及率与适用范围，要求新型红外传感器必须具备低成本的特征。调研得知，红外测温

7、模块的成本在逐渐下降，已经具备了低成本开发的条件。与传统红外热像仪相比，采用适当的构架经过有针对性的选型，新型红外传感器的成本将有大幅度的下降。5)测温精度及范围在低成本实现多工作模式灵活转换、多信号通道并存的情况下，新型红外传感器必须依然能够满足电力现场红外测温的各种要求。根据发热特性。发热造成的电气设备缺陷一般分为电流致热型与电压致热型设备缺陷，参考DLT664—2008，结合现场实际运行经验，确定了新型红外传感器测温分辨率应小于0．1℃；测温范围最少为0～200℃：最小测温距离应大于50m；测温准确

8、度应达到±2％或±2℃。1．2传感器拓扑结构新型红外传感器结构如图1所示，采用FPGA+ARM的综合设计，可以优势互补，大幅度减少外部扩展器件的使用量。主要包括了红外探测器、电路系统、通信模块、MicroUSB接口。厂—]制模块mG：I温度控LASER通信模tV■▲块：3G／红外探测器k1A，D转换_州4EPGA}●·JARMllk4G／W1-Flh▲I，卣霹由}⋯一t。ll压模块SRAMMlcroUSB接口图l系统框架图系统