红外热像检测技术在设备内部缺陷诊断的应用

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1、机机电工程技术电工程技术2010年第39卷第06期应用技术红外热像检测技术在设备内部缺陷诊断的应用张毅（广东省石油化工职业技术学校，广东广州510300）摘要：红外热像检测技术是近年来迅速发展和推广的一项技术，在工业设备故障诊断和内部缺陷探查中使用十分广泛。引入基于红外测温技术和导热反问题的设备内部诊断方案，对石油输送管道的内部缺陷进行定量的诊断。关键词：红外热像检测；设备内部缺陷；石油管道中图分类号：TP274＋．5文献标识码：A文章编号：1009－9492(2010)06－0115－031引言有完全对应的关系。原始的热像分布图信号非常弱，对比在工业生产中，不

2、少设备均有其正常运行的条件，一度较差，为了在实际测量中能够更准确高效地判断被测目旦条件改变或者破坏，就会威胁到生产的安全性和可靠标的红外热分布场，一般会采取诸如直方图双向均衡化、性。一些工业生产的设备是长期处于高温高压状态的，假假彩色增强等数字图像处理方法对原始图像进行处理后得如其由于各类原因出现裂缝、腐蚀等现象，就很容易引发出更精确的细节。设备内部故障，形成安全隐患。红外热像检测技术具有非接触、高灵敏度的特点，在操作安全方面具备一定的优势，广泛适用于电力、石油化工等众多领域，在无损检测方面正在扮演越来越重要的角色。在测温方面比超声波更加优越。2设备内部缺陷的红

3、外热像诊断2．1红外热像检测原理红外热像检测技术运用红外热像仪探测物体各部分辐图1设备缺陷信息的红外探测原理图射出的红外线能量，以非接触的方式探测出物体表面温度场分布，并根据物体表面的温度场分布状况所形成的热像图，直观地显示出材料、结构物及其结合上存在的缺陷或2．2设备内部缺陷热传递的基本规律设备内部的工作状况［1］。红外热像检测技术是一种快速、对设备进行物理缺陷诊断的第一步是获取设备外表面非接触的无损检测技术，其原理是在光学扫描系统、光学的温度场，了解其表面的温度场分布情况是对内部缺陷诊成像物镜以及红外探测器的配合使用下，对被测目标的红断的基础和前提。因此，设

4、备外表面的温度场分布的准确性关系到诊断结果的正确率［2］。因此，需要首先得出设备外辐射进行探测，利用安置在红外探测器与光学系统之间的光学扫描机构，将目标的温度场分布逐点成像在红外探内部缺陷的信息进行热传递的基本规律。测器上转换为电信号，再经由放大单元进行放大处理之物理学中热量传递的模式有三种，分别是热传导、对后，变成符合标准的数据信息，在电视屏上显示其红外热流和热辐射。被检测设备的内部所进行的热量传导同样遵像图。具体原理如图1所示。循着以上的三种模式。在存在温度差的区域就会发生热量用这种技术生成的物体热像图实质是被测物体由于红的传导现象，当互相接触的物体之间具备

5、温差时，高温物外辐射而形成的热像分布图，它与物体表面的温度分布场体就会将热量传递给低温物体。收稿日期：2010－04－03115应用技术机机电工程技术电工程技术2010年第39卷第06期3设备内部缺陷红外热像诊断方法定地将原问题的部分信息进行恢复。在对反问题进行求解时，可以将其转化为最优化问题，转化的具体方法是：将物体内导热过程的求解可以分为两大类，其中一类是非线性的问题构建出迭代的格式，并逐次向求解反演变量已知物体的形状、热物性参数、初始条件和边界条件，欲进行逼近［3］。第一步从一个初始的估计值开始，在该点附求物体内部及边界上的温度分布和变化规律，这就是通常近

6、按照一定方法进行搜索，获取该变量的修正值，随之对的导热正问题算法，其目的在于取得设备内部不同缺陷下变量值进行改变，并获取新的变量估计值，反复迭代直到表面温度分布特征或红外热像特征及其变化规律，为确定最后收敛条件得到满足为止。物体内部缺陷的红外诊断提供参考依据；另一类则是利用4［5］实验测得的设备边界上的温度及其变化，通过求解获得物数值计算及结果分析体内部边界或内热源位置及强度等，这类问题称为导热反数值计算进行的步骤如下。问题。导热反问题的目的在于通过设备缺陷信息并利用某（1）模拟石油输送管道的实际情况，首先假设其为圆些已知量来确定出内部缺陷具体位置、形状及几何尺

7、寸。柱空心形状并具有某个缺陷。结合传统的导热问题，解出红外热像检测技术通常以导热反问题为理论基础，利用采对应于该缺陷的外壁表面温度分布，从而对红外热像仪采集到的物体表面温度场数据，为导热反问题的求解提供了集的参数进行模拟。强制性的附加边界条件，通过反问题计算就可实现对设备（2）将第一步得出的石油输送管道表面温度分布数据内部缺陷的红外热诊断。来取代红外热像仪采集到的实际数据，并结合测量误差，3．1算法的选择进行一定的数值调整，将调整结果作为导热反问题的输入参数。（1）最速下降法（3）结合前文所分析的共轭梯度优化算法，引入极小又名梯度法，是最早用于对多个变量函数极值

8、问题的化目标函数J［Rn