红外热像技术培训教程ppt课件.ppt

,红外热像技术培训课程,一、红外成像技术理论基础,1、温度 华氏温标(F)与摄氏温标（C）、热力学温度关系：摄氏温度和华氏温度的关系 ：T = 1.8t + 32 （t为摄氏温度数，T为华氏温度数）摄氏温度和开尔文温度的关系： K=+273.15,一、红外成像技术理论基础,1、温度 温度与机器设备的运行状态密切相关，是表征设备运行状态的一个重要指标，设备出现故障的一个明显特征就是温度升高，同时温度的异常变化又是引发机械设备故障的一个重要因素。因此温度监测在设备故障诊断技术体系中占有重要的地位。,一、红外成像技术理论基础,1、温度 温度测量方式可分为接触式与非接触式两类。（1）接触式测温：将温度计和被测物的表面很好地接触，并使其经过足够长的时间达到热平衡，则二者的温度相等，此时温度计显示的温度即为被测物表面的温度。如热膨胀式温度计、电阻式温度计、热电偶温度计等。（2）非接触测温：利用物体的热辐射能随温度变化的原理来测定物体的温度。由于感温元件不与被测物接触，因而不会改变被测物体的温度分布，且辐射热与光速一样快，故热惯性很小。如红外点温仪和红外成像仪等。,一、红外成像技术理论基础,2、红外线,红外线是国外著名科学家赫歇尔在一次科学实验中发现的，他发现在太阳的可见光线以外存在着一种神奇的光线，人的肉眼无法看见这种光线，但它的物理特性与可见光线极为相似，有着明显的热辐射。由于它位于可见光中红光的外侧，故而称之为红外线，红外线的波长范围很宽，介于0.751000微米之间。,一、红外成像技术理论基础,2、红外线,（红外光是电磁光谱中介于可见光的红光和微波之间的波段）,一、红外成像技术理论基础,2、红外线,红外线特点：红外能量是一种肉眼看不见的能量，它的波长很长，无法被肉眼探测到。它是电磁波谱中的一部分，人类将它感知为热量。与可见光不同，在红外领域里，凡是温度在绝对零度以上的物体都能够散发热量。即使如冰块这样表面非常寒冷的物体，同样能够发射红外能量。物体的温度越高，它所辐射的红外能量就越强。红外热像仪能够帮助我们看见肉眼无法看见的情况。红外线是由物体表面辐射出来的，不能穿透大部分物体，因此，红外检测设备检测的是物体表面的温度。,一、红外成像技术理论基础,3、红外成像技术,简单地说：热像仪是一台红外相机原理和用途：通过检测物体发射和反射过来的红外光强度，算出物体表面每一点的温度，以不同的颜色显示不同的温度。 可以用于检测物体整个面的温度！,一、红外成像技术理论基础,3、红外成像技术,红外光谱,红外热像技术是一门利用非接触式热像设备获取和分析红外光谱波段在7.5-15微米热信息的科学技术。,一、红外成像技术理论基础,3、红外成像技术,FLIR ITC 给出的定义：红外热像技术是一门利用非接触式热像设备获取和分析热信息的科学。近年来电力设备的维修正向预知性维修变化，依据每个设备的工作状况进行定期的监测，根据其劣化和损害程度来计划维修；实现了这种预知维修，设备才会获得更高的可靠性，并能减少维修的人力物力。据统计，工业中的电力设备故障，其25%是由于连接松动引起的。因为大量的电气接头和连接件由于磨损、腐蚀、胜污、氧化、材料不合格、工艺设计等方面的问题都可造成过热。任何电力设备很少事先没有征兆就发生故障的，任何电力设备，不管维护得多么好，都会在每次检查时发现些新问题。一旦设备有一处开始发热，若不予以维修，那它发生故障仅仅是个时间早晚的问题。通过红外检测诊断，可预防设备的电气和机械事故及灾难性火灾，改变维修管理体制，使其从预防性的，甚至是紧急状态下的抢修变成为预知性维修。,一、红外成像技术理论基础,3、红外成像技术,优点：（1）可进行非接触检测；（2）可给出空间分辨率和温度分辨率都较好的设备的温度场的二维图像；（3）可进行快速、实时测量，允许人们进行瞬态研究和大范围设备的快速观测，并 可记录与重放物面温度场及其演变过程，进行数据显示、计算、处理和分析；（4）具有全天候的特点。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,红外热像仪能够接收红外线，生成红外图像或热辐射图像，并且能够提供精确的非接触式温度测量功能。几乎所有物体在发生故障之前，温度都会产生变化，因此在很多领域内，红外热像仪是一种经济有效的检测工具。由于很多行业都将高效生产、能源管理、提高产量和生产安全作为企业发展的重要目标，因此红外热像仪正在被不断的应用在各种行业和各种应用领域中。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,成像仪主要结构,热像仪主要的特性是由所采用的探测器及处理系统决定的。现在在电力系统使用的探测器一般有热释电型、160120非制冷焦平面、 320240非制冷焦平面，使用的处理系统有FPGA（可编程控制器）、DSP（嵌入式操作系统）及FPGA与DSP相结合的处理系统。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,探测器结构,Microbolometer阵列示意图,IRFPA,探测器,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,斯蒂芬-玻耳兹曼定律-辐射功率随温度的变化规律,Mb(T)=0Mb(T)d=T4 式中=4C1/(15C24)=5.669710-8w/(m2k4)，称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数；为物体的发射率，与物体材料性质、表面状况等有关，电力系统设备一般为0.9。斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所有红外测温的基础。公式可以看出物体红外辐射的功率与物体的温度与发射率成正比关系，辐射率与温度越高物体红外辐射的热能越强。所以探测红外线的强度即可探测物体的温度。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,所谓朗伯余弦定律，就是黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，如图所示：,I=I0COS,I=I0COS,朗伯余弦定律-辐射的空间分部规律,在实际做红外检测时，应尽可能选择在被测表面法线方向进行，如果在与法线成一定角度检测，则有可能会测量温度偏低。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,红外成像仪和点温仪的区别,点温仪 主要用于测量目标某一点的大致温度数值。红外热成像仪 以“面”的形式对目标整体实时成像，使操作者通过屏幕显示的图像色彩和热点追踪显示功能就能初步判断发热情况和故障部位，然后加以后续分析，从而高效率、高准确率地确认问题所在。,一、红外成像技术理论基础,4、红外成像仪,E系列,T系列,P系列,新一代T系列,一、红外成像技术理论基础,5、红外成像仪的基本参数,1）视场角 它表示能够在光学系统像平面视场光阑 内成像的空间范围,当目标位于以光轴为轴线,顶角为视场角的圆锥内的(任一点在一定距离内)时候被光学系统发现,即成像于光学系统像平面的视场光阑内.即使物体能在热像仪中成像的物空间的最大张角叫做视场。热相仪镜头的度数就是以视场角的度数来表示的，比如：1410,一、红外成像技术理论基础,5、红外成像仪的基本参数,2）像素 像素越高成像的细节越多，同样度数的镜头下，像素越多可以测量的有效距离就越远3）热灵敏度 热像仪能分辨的最小温度变化，热灵敏度(数值)越低热像仪能观测到的温度变化就细微。4）帧频帧频是热像仪每秒钟产生完整图象的画面数,单位为HZ。一般电视帧频为25Hz。根据热像仪的帧频可分为快扫描和慢扫描两大类。电力系统所用的设备一般采用快扫描热像仪(帧频在25Hz以上) 。,一、红外成像技术理论基础,5、红外成像仪的基本参数,5）空间分辨率 空间分辨率是指图像中可辨认的临界物体空间几何长度的最小极限，即对细微结构的分辨率。 空间分辨率直观的理解就是通过仪器可以识别物体的临界几何尺寸。通常用瞬时视场角（IFOV）的大小来表示（毫弧度 mrad）,一、红外成像技术理论基础,6、影响红外测温的几个因素,热量发射来自物体本身.反射来自于其前面的物体; 有时候操作者也会包括进去.,T,T,发射和反射是互补的.,发射,反射,大气（各种气体、水雾、尘土、微粒等）,一、红外成像技术理论基础,6、影响红外测温的几个因素,影响因素：物体本身发射红外光的能力物体反射红外光的能力红外光穿过大气等传播介质时的衰减,一、红外成像技术理论基础,6、影响红外测温的几个因素,结果：对长波热像仪-发射率对测温结果影响最大反射温度其次近距离室内测量，其他因素影响很小,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,实际物体的辐射度除了依赖于温度和波长外还与构成该物体的材料性质及表面状态等因素有关。这里，我们引入一个随材料性质及表面状态变化的辐射系数，则就可把黑体的基本定律应用于实际物体。这个辐射系数，就是常说的发射率，或称之为比辐射率(T)，其定义为实际物体与同温度黑体辐射性能之比。发射率是介于01之间的一个数值。,发射率（辐射率）,斯蒂芬-玻耳兹曼定律应用于实际物体可表示为：,M(T) =(T)T4,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,对于不透明的物体，有下列因数影响物体发射率的大小：,不同材料性质的影响,不同性质的材料因对辐射的吸收或反射性能各异，因此它们的发射性能也应不同。一般当温度低于300K时，金属氧化物的发射率一般大于0.8，非金属电介质材料的发射率一般在0.9左右。总的来说，非金属物体有较高的发射率，金属物体发射率较低。,发射率有关的特性,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,表面状态的影响,任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，将对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。 这种影响的大小同时取决于材料的种类。例如，对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小或无关。但是，对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。如熟铁，当表面状况为毛面，温度为300K时，发射率为0.94；当表面状况为抛光，温度为310K时，发射率就仅为0.28。,发射率有关的特性,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,另外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物(如涂料等)，都会明显地影响物体的发射率。 因此，我们在检测时，应该首先明确被测物体的发射率。在一 般情况下，我们不了解发射率，那么只有用相间比较法来判别故障。 综上所述，对于电力设备中变压器套管、避雷器、耦合电容器等使用非金属电介质材料的设备，其发射率一般在0.90左右；而对于导线、母线、隔离开关、并联电容器等使用金属材料的设备，一般由于表面有涂料标识、热塑套管标识、污秽覆盖、氧化等现象的存在，其发射率一般也在0.85-0.95之间。对于有条件的设备我们可以做简单的测试可以定出设备的发射率。但对于密封开关柜等设备，由于其发热元件与外部表面之间没有传导路径或传导不良，因此不便于红外检测，这一点在红外检测时要注意。,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,物体的发射率与反射率关系,发射率反射率1,这个公式的意义在于：物体的发射率大时，反射率就低，反之则反射率高。在实际测试中，当测试的是发射率高的物体时，其反射率低，所以环境反射温度可以忽略不计；测试发射率低的物体时，因为其反射率高，所以环境物体的反射对测试的影响很大，有时候测试的温度可能完全是环境的温度。所以，测试温度时，对发射率低的物体测试一定要注意是否有反射温度的影响，有可能的情况下多换几个测试角度测试，判断是否是反射温度。,一、红外成像技术理论基础,7、物体的发射率,如何测得材料的发射率？,步骤：一、用可靠手段，如高精度热电偶测出被测物实际温度，或把绝缘胶带粘到被测物体上提高被测物的发射率，待温度恒定后用热像仪（发射率设为0.97）测出实际温度。二、避免高温反射源的干扰，用热像仪测被测物体，调节发射率，当显示数值与实际温度相等时，记录下当前发射率，此数值即为被测物的发射率。,一、红外成像技术理论基础,8、关于反射温度,从目标反射进热像仪的辐射叫做反射表象温度.常常写做 TRefl.,反射总是存在的!对于热像专家来说会伴随一生.,一、红外成像技术理论基础,8、关于反射温度,实例：反射是错误分析的罪魁祸首.,问题在这里.,你看到的是铜牌上的反射，这里没有热点.,一、红外成像技术理论基础,8、关于反射温度,这里有问题吗？答案否. 这里的反射率高而已,你看到的是不锈钢表面上的反射，这里没有热点.,一、红外成像技术理论基础,8、关于反射温度,你这里看到的是操作员的反射. 这里有热点吗？导线是发热的？,表面反光案例,对非红外窗口拍摄,端子箱中光滑的金属表面,二、红外成像设备实操基础,1、电力设备的红外检测诊断技术的特点： 简便、快捷的设备状态在线检测 不停电、不取样、非接触、直观 准确、灵敏度高、快速、安全,二、红外成像设备实操基础,4、电力设备红外检测方法 1）一般检测 (1)环境条件 被检设备为带电运行设备,并尽量避开视线中的遮挡物，如门,玻璃等。 检测是环境温度一般不低于5摄氏度、空气湿度不大于85%。 检测不应在有雷、雨、雾、雪的情况下进行风速一般不大于5m/s。 检测时以阴天、多云气候为宜，晴天要避开阳光、灯光直接照射或反射 入 镜，无雾。 检测电流致热的设备，宜在设备负荷高峰状态下进行，一般不低于额定 负荷的30%。,二、红外成像设备实操基础,4、电力设备红外检测方法 1、一般检测 (2)现场操作 红外热像仪在开机后,先进行内部温差校 准，在图象稳定（5分钟）后即可开始检测。 一般先用红外热像仪对所有应测试部位进行全面扫描，发现过热异常部位，然后对异常部位和重点被检测设备进行准确检测。 热像系统的测温量程宜设置在环境温度加温升（10K-20K）之间进行检测。 在有电磁场的环境中，热像仪连续使用时每隔5-10min，或者图象出现不均衡现象是，应进行内部温度校准。,二、红外成像设备实操基础,4、电力设备红外检测方法2）准确检测(1) 环境条件 风速一般不大于0.5m/s(相当于1级风)。 被检测设备通电时间不小于6h,一般在24h以上。 检测时间为晴天日落后2h。 被检测设备周围应具有均衡的背景辐射，测温时应避开临近的热辐射源 的干扰。,二、红外成像设备实操基础,7、热像仪拍照步骤步骤：设定好正确的参数（发射率、反射温度）对焦清楚定格判断拍照质量保存图片故障分析方法：综合利用热像仪上各种测量工具。利用分析软件。,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,数码相机,照明灯,红外相机,热像仪镜头,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,内置数码相机,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,FLIR-热叠加,两个温度之间的热叠加,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,画中画,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,最新MSX多波段动态成像技术,最新MSX多波段动态成像技术，具备MSX红外图像增强功能，将可见光谱清晰实时添加至红外图像，以优化细节和及时定位，优越的品质让创建报告时无需另外天添加图片。,新一代T系列红外成像仪在同行中独一无二的技术！,二、红外成像设备实操基础,8、热像仪各种测量功能：,MSX多波段动态成像技术,传统热像图谱,MSX热像图谱,二、红外成像设备实操基础,9、热像仪测量工具,点温区域等温线温差自动冷热点跟踪目标参数,二、红外成像设备实操基础,9、热像仪测量工具,温差测量（T）,二、红外成像设备实操基础,10、热像仪后台诊断工具-flir QuickReport,软件界面,二、红外成像设备实操基础,10、热像仪后台诊断工具-flir QuickReport,打开 QuickReport 用USB连接热像仪到电脑. 或者把SD卡插入电脑. 使用Windows资源管理 器 拷贝和移动图像 (jpeg).,二、红外成像设备实操基础,10、热像仪后台诊断工具-flir QuickReport,调整电平和跨度 点测温、区域测温、报警等测量功能置于红外图像 输入图像说明 保存图像,分析,二、红外成像设备实操基础,10、热像仪后台诊断工具-flir QuickReport,选择模板 输入用户信息 拖放图像到报告 2种不同的模板： 红外和照片 红外和红外 创建报告,报告,三、现场教学演练（现场授教）,试验一、实验室教学试验1、自由落体的能量转换试验2、对流试验3、纸巾吸热试验4、检测日光灯的温度试验二、户外现场试验（找几个配电线路现场）,五、红外成像在电力行业的应用（案例分析）,1、配电部分,flir T390,2013.8 *供电公司配网线路小区变低压开关柜刀闸故障缺陷,七、课程总结,4) 不要在超过45/50时进行测量。角度垂直时也要留意，您自己可能成为反射源。,这个例子里观察角度是 70 / 75 ,七、课程总结,6) 输入正确的发射率和反射温度,7) 保存红外图像，同时存储可见光照片.,谢谢大家!,