红外热成像技术在电力设备检测与诊断中的应用

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1、红外热成像技术及其在电力设备检测与诊断中的应用引言太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线”，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线。这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0・78〜1000um的电磁波。其中波长为0.78〜1.5um的部分称为近红夕卜，波长为1.5〜10um的部分称为屮红外，波长为10〜1000um的部分称为远红外线。而波长为2.0〜1000um的部分，也称为热红外线。红外线辐射是门然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。这种红外线辐射是，基于任何物体在常规环境下

2、都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大;反之，辐射的能量愈小。温度在绝对零度以上的物体，都会因口身的分了运动而辐射出红外线。红外热成像技术的发展从1800年，英国物理学家赫胥尔发现了红外线后，开辟了人类应用红外技术的广阔道路。在第二次世界大战中，德国人用红外变像管，研制出了主动式夜视仪和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。二次世界大战后，首先由美国德克萨斯仪器公司(TI)在1964年首次开发研制成功第一代用于军事领域的红外成像装置，称之为红外寻视系统(FLIR)o它是利用光学机械系统对被测

3、目标的红外辐射扫描，由光子探测器接收两维红外辐射，经光电转换及处理，最后形成热图像视频信号，并在荧屏上显示。六十年代中期，瑞典AGA公司和瑞典国家电力局，在红外寻视装置的基础上,开发了具有温度测量功能的热红外成像装置。这种第二代红外成像装置，通常称为热像仪。七十年代，法国汤姆茹公司又研制出，不需致冷的红外热电视产品。1986年，瑞典研制出工业用的实时成像系统，它无须液氮或高压气，而以热屯方式致冷，可用电池供电；1988年又推出全功能热像仪，它将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于-•体，重量小于7kg,使仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。九十

4、年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用转民用并商品化的新一代红外热像仪，它是属焦平面阵列式结构的一•种凝视成像装置,技术功能更加先进,现场测温吋只需对准口标摄取图像，并存储到机内的PC卡上。各种参数的设定,可冋到室内用软件进行修改和分析，最后直接得出检测报告。由于取代了复杂的机械扫描，仪器重量已小于2kg,如同手持摄像机一样，单手即可操作使用。七十年代，中国有关单位已经开始对红外热成像技术进行研究。八十年代末,中国已经研制成功了实时红外成像样机，其灵敏度、温度分辨率都达到很高的水平。进入九十年代，屮国在红外成像设备上使用低噪声宽频带前置放大器，微型致冷器

5、等关键技术方面有了发展，并且从实验走向应用。如用于部队的便携式野战热像仪，反坦克飞弹、防空雷达以及坦克、军舰火炮等。近几年來，中国的红外成像技术得到突飞猛进的发展，与西方的差距正在逐步缩小，有些设备的先进性也口J同西方同步。如目前己能生产面积小于30um2的1000X1000像素的探测器阵列，由于采用了基于锐化錮的新器件，口前己达到了分辨率小干o.orc的温差，使对目标的识别达到更高的水平。红外热成像仪，可以分为致冷型和非致冷型两大类。红外电视产品和非致冷焦平面热成像仪是非致冷型产品，其他为致冷型红外热成像仪。前一代的热像仪主要出带冇扫描装置的光学仪器和电子

6、放大线路、显示器等部件组成，已经成功装备部队，并己用于夜间的地面观察、空屮侦查、水面保险等方面。目前，新的热成像仪主耍采用非致冷焦平而阵列技术，集成数万个乃至数十万个信号放大器，将芯片置于光学系统的焦平面上，无须光机扫描系统而取得目标的全景图像，从而大大提高了灵敏度和热分辨率，并进一步地提高耳标的探测距离和识别能力。红外热成像技术原理依据红外热成像技术是一种被动红外夜视技术，其原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度（-273。0的物体，每时每刻都辐射出红外线，同吋这种红外线辐射都载有物体的特征信息，这就为利用红外技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场捉供了

7、客观的基础。利用这一特性，通过光电红外探测器将物体发热部位辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置就可以一一对应地模拟出物体表面温度的空间分布，最后经系统处理，形成热图像视频信号，传至显示屏幕上，就得到与物体表面热分布相对应的热像图，即红外热图像。他所参照的依据有：著名的普朗克定律表明温度、波长和能量之间存在一定的关系，红外总能量随温度的增加而迅速增加；峰值波长随温度的增加向短波移动。根据斯蒂芬•玻耳兹曼定律，当温度变化时，红外总能量与绝对温度的四次方成止比，当温度有较小的变化时，会引起总能量的很大变化。红外热成像技术在电力设备的温度监测与诊断中的应用一、故障

8、分类正常运行的电力设备，由于电流、电压的作用将产生发