电力设备红外测温.ppt

9、空间分辨率
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整机的空间分辨率参数是概括了物镜、摄像管、视 频电路和显像管各个分辨率影响的综合参数。 产生不同空间频率最简单的方法是使用几何尺寸不 同的冷热条测试卡，这种测试卡可以作为辐射形状， 也可以作为栅栏形状。 空间分辨率的测定同样也有主观和客观两种方法。 目前通用的是主观方法，即以临街显示为标准，由 观察人员来确定可以分辨的冷热条组别，从而确定 空间分辨率。这种方法不十分可靠，不宜用来作为 标准。
红外辐射的大气衰减及其对热状态信息检测的影响 大气除因其自身辐射而构成背景辐射影响对设备运
行状态的检测以外，还有因被测设备辐射信息向检 测仪器传输过程中大气效应引起的影响，其中包括： 1、大气吸收和散射导致被测目标辐射信号衰减。这 种辐射信号衰减不仅增大测量误差，而且当使用 红外热像仪检测时还会降低同组设备上有无故障 部位之间的辐射对比度或相间温差。 2、辐射传输路径上大气性质的随机起伏，可导致辐 射场的空间和时间起伏。不仅会引起检测仪接收 远处目标辐射出现强度调制，当探测远距离小目 标时，会造成目标方向抖动。因此对选择检测仪 的斩波频率、扫描速度、时间常数都提出要求。
红外测温仪的工作原理
把被测目标发射的红外辐射能量经红外镜头搜集起
来，再送到红外探测器上进行辐射能向电能的转换； 然后，将转换好的电信号经放大、处理；最后将结 果显示并输出。 红外测温仪的技术指标主要有:测温范围、距离系数、 瞄准方式、测温精度、响应时间、工作波长、环境 温度、温度重复性（即温度稳定性）等。其中最重 要的技术指标是：距离系数，即被测目标的距离L 与光学目标的直径d之比 。 KL=L/d
减小背景辐射影响的有效方法 为了减小背景辐射的影响，检测时除选择无阳光照
射的时间进行检测和采取遮挡等措施避开周围背景 辐射外，更有效的主动措施是选择合适的检测距离 与仪器视场角进行检测。 任何红外仪器都可以检测无穷远处物体辐射，若不 恰当选择检测距离，会严重影响检测结果的可靠性； 原因在于除大气衰减随距离增加而越发严重以外， 背景辐射也将进入视场来干扰检测。
红外热成像仪的工作原理
它是利用红外探测器、光学成像物镜接收被测目标
的红外辐射信号，经过光谱滤波、空间滤波，使聚 焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光 敏元上，对被测物的红外热像进行扫描并聚焦在单 元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成 电信号，经放大处理，转换成标准视频信号通过电 视屏或监视器显示红外热像图。
热像仪工作原理
热像仪由两个基本部分组成:光学器件和探测器。
光学器件将物体发出的红外辐射聚集到探测器上， 探测器把入射的辐射转换成电信号，进而被处理 成可见图像，即热图。
探测器 物 体 辐射线 红外热图 镜头 光栅
什么是红外热成像技术？
热成像技术是利用热感应照相机的红外线成像技
术。
可见光图像 相对应的热图
2、温差
不同被测物体或同一被测物体不同部位之间的温度 差值。
3、温升
被测物体表面温度与周围环境参照体表面温度之差 的温度值。
4、相对温差
两个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比 的百分数。相对温差δt可用下式求出： δt = (τ1－τ2)／τ1 ×100% = (T1－T2)／(T1－T0) ×100% 式中： τ1和T1———发热点的温升和温度； τ2和T2———正常相对应点的温升和温度； T0———环境参照体的温度。
另一种方法是使用示波器来显示不同空间频率冷热 条视频信号的调制度，作为调制度与空间频率的曲 线。以接近零频率调制度为1，当调制度下降大0.5 时（或其它值）的空间频率作为热像仪的空间分辨 率。
10、视场
是光学系统视场角的简称。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）时都能被光学系统发现，即成像于光 学系统像平面的视场光阑内。
黑体的红外辐射规律
1.辐射的光谱分布规律—普朗克辐射定律 一个绝对温度为T（K）的黑体，单位表面积在波长
λ附近单位波长间隔内，向整个半球空间发射的辐射 功率（简称为光谱辐射度）。Wλb （T）与波长λ、 温度T满足下列关系：
普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础。
2.辐射光谱的移动规律——维恩位移定律 为了确定与黑体光谱辐射度极大值相对应的波长λm
红外测量有关的基本概念
1、温度
温度是反映物体冷热程度的一个物理量，温度的数 量表示法是通过温标实现的，有了温标，物体的冷 热程度才能准确客观地表示出来。 红外辐射的能量大小用物体表面的温度来度量，辐 射的能量愈大，表明物体表面的温度愈高，反之， 表明物体的表面温度愈低。
绝对零度相当于摄氏－273.15℃。
红外辐射具有可见光的一般特性，即直线传播、透
射、反射、折射、散射和偏振特性。 红外辐射电磁波在空气中传播要受到大气吸收而使 辐射的能量被衰减，空气、大气，烟云对红外辐射 的吸收程度与红外线辐射的波长有关。 波长范围在（ 1～2.5μm）, （ 3～5μm）, （ 8～ 14μm）的三个区域相对吸收很弱，红外线在这些区 域穿透能力较强，透明度较高，这三个区域被称之 为“大气窗口” 。
红外辐射的性质
辐射就是从物质内部发射出来的能量。这种辐射就
称之为热辐射。热辐射有时也叫温度辐射，这是因 为热辐射的强度及光谱成分取决于辐射的温度，就 是说温度这个物理量对热辐射现象起着决定性的作 用。 凡是温度高于热力学零度（－273.15℃）的物体均 为热辐射体，其分子、原子、离子和电子等微观粒 子受热激励后，在能态之间跃迁而发射电磁辐射， 其辐射强度和谱域由物体的性质决定。
4.辐射的空间分布规律——朗伯余弦定律
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。 Iθ=Iocosθ Iθ ——在与辐射表面法线夹角为θ方向上的辐射强 度； Io：——在与辐射表面法线方向（θ=0）的辐射强 度； 结果表明，黑体或辐射物体在辐射表面法线方向的 辐射最强。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。
11、非黑体辐射
对于不透明材料，=0，所以： αλ+ρλ=1 根据能量守恒定律，在任意指定温度和波长下，在 热平衡情况下，物体的光谱辐射比和光谱吸收比相 等，因此，对于不透明的物体： ελ+ρλ=1 得出结论，反射强度越大的物体，其辐射能力越弱。
热传递的形式
热传导 热对流 热辐射
（也称峰值辐射波长）随温度的变化关系，可对波 长λ求微商，并令其等于零，解该方程度可得到：
λmT=2897.8um· K
该关系式称为维恩位移定律，它表明最大辐射波长
等于一个常数与物体温度之比。即物体越热其最大 辐射波长越短。 工业状态检测用红外热像仪一般工作在远红外波段。
3.辐射功率随温度的变化规律——斯蒂芬-玻耳兹曼
电力设备红外测温
红外技术的起源和发展
1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔做了个实验，让
阳光通过一个大三棱镜，在白色屏上展示出一副七 色光带，然后将七支体温计分别挂在每种单色光带 上，为了监测环境温度，又在七色光带周围放置几 个温度计。实验结果令他大为惊奇： 从紫外区到红光区的温度显示象阶梯一样，一个比 一个高，但最高温度不在可见的有色光区，却在可 见红外光区外的不可见光区，这一意外发现意味着 人类捕捉到了一个肉眼看不见的红外辐射区，它蕴 藏着丰富的热能 ，由此红外技术随着红外探测技术 和红外探测器的发展而发展。
红外热像仪能做什么？
几乎所有利用或者发射能量的物体在发生故障前
都会产生发热现象。 红外热像仪可将热信息瞬间可视化，快速定位故 障。 在专业的分析软件的帮助下，可进行分析，完成 预防性维护工作。
红外热成像检测的优点
• 是被动的检测，设备本身无辐射； • 是非接触式的检测，检测可以在不干扰被检测对 象的正常工作下进行；
当检测距离很大时，小的被测目标（如电气接头或
套管）可近似看作一个点辐射源。因此，目标不能 充满检测仪器视场，必须有大量周围背景辐射进入 视场，此时，检测结果将显示目标与背景的平均效 果。当远距离检测小目标时，即使在不考虑大气衰 减影响发的情况下，还会有背景辐射的影响，并使 目标辐射信号随距离平方成反比下降。 适当缩小检测距离或选择视场角较小的红外仪器检 测时，被测目标可充满仪器视场，不仅使得目标附 近的背景辐射不能进入仪器视场（大气散射或目标 反射的背景辐射除外），而且检测结果在不考虑大 气衰减的情况下将与检测距离无关，还可以收到抑 制背景辐射影响的效果。
任何一种红外监测仪都有给定的视场。只有当物体
处在红外检测仪器的视场范围之内时，它的辐射才 可能被仪器接收到，当检测仪器距目标很远处进行 检测时，虽能接收到目标辐射，但会产生三种不利 影响： 1、增大辐射传输路径上的大气衰减； 2、目标辐射的发散降低检测仪器接收的辐射，使 检测结果随距离增大而减小； 3、背景辐射的混入，造成检测结果不真实。
5、环境温度参照体
用来采集环境温度的物体叫环境温度参照体。它可 能不具有当时的真实环境温度，但它具有被测物体 相似的物理属性，并与被测物体处在相似的环境中。
6、黑体
所谓黑体，就是在任何情况下对一切波长的入射辐 射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。 黑体只是人们抽象出来的一种理想化物体模型。因 为自然界中实际存在的任何物体对不同波长的入射 辐射都是有一定的反射（吸收率不等于1）。
距离系数越大，表示在相同测距的情况下被测目标
的尺寸可以小；或是在检测相同大小的目标时，测 量距离可以更远。 红外测温仪在检测中应注意的问题： 测温仪在进行测温时被测目标应充满测温仪视场， 如果目标尺寸小于视场背景，辐射能量就会进入测 温仪的视场干扰测温仪读数；如果目标大于测温仪 的视场，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影 响。 建议：被测目标尺寸超过视场大小的50%为好
定律 斯蒂芬-玻耳兹曼定律描述的是黑体单位表面积向整 个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Mb（T） 随其温度的变化规律。
斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度
（-273.16°C）的物体，都会自发地向外发射红外 热辐射，且黑体单位表面积发射的总辐射功率与其 开氏温度的四次方成正比。 只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的 辐射功率很大变化，红外热像仪具有很高的灵敏度 能够很好地捕捉到该变化。 该定律表明温度越高辐射能量越强，而且是成倍增 长，反之辐射能量越强则温度越高。
7、辐射率
黑体所吸收的红外线能量与发射的红外线能量相等， 恒等于1，并且红外线辐射的吸收率与辐射的波长 无关。实际物体红外辐射的功率与相同条件下黑体 红外辐射功率的比值，成为辐射率。
8、温度分辨率
温度分辨率标志着红外成像设备整机的热成像灵敏 度。是一项极为重要的参数指标，它常用主观参数 或客观参数表示。
目前常用的主观参数为最小可分辨率温差（MTDT）
和最小可探测温差。它是通过观察人员对特定的目 标进行主观判断，以临界显示为标准，来确定目标 与背景的最小温差。一般情况下以30℃，空间频率 80线的黑体作为被测目标进行试验。 温度分辨率的客观参数是噪声等效温差（NETD）。 它是通过仪器的定量测量来计算出热像仪的温度分 辨率，从而排除了测量过程中的主观因素。它定义 为当信号与噪声之比等于1时的目标与背景之间的 温差。
外壳温度分布
内部线路或器件故障导致发热，热量可以通过传
导、对流等形式传递到外壳，通过红外热成相仪 可直接在外壳上发现温度异常。
电力设备故障红外探测的原理
红外辐射的发射及其规律： 红外辐射（或红外线，简称为红外），就是电磁波
谱中比微波波长还短、比可见光的红光波长还长的 电磁波。具有电磁波的共同特征，都以横波形式在 空间传播，并且在真空中都有相同的传播速度； 波长在0.75 - 3.0um间的电磁波称为近红外； 波长在 3.0 - 6.0um间的电磁波称为中红外； 波长在 6.0 - 15.0um间的电磁波称为远红外； 波长在15.0-1000um间的电磁波称为极远红外；