CN101963531A - 基于无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外热成像设备运行状况在线监测系统，其包括：至少一个图像采集系统(12)，用于采集被监控设备的图像数据；至少一个接收控制器(13)，用于接收来自图像采集系统的图像数据；和在线监测软件系统(14)，用于对通过接收控制器收到的图像数据进行分析监测；其特征在于：图像采集系统与接收控制器之间以无线通信方式进行数据传输，接收控制器与在线监控软件系统之间通过光纤传输数据。本发明将设备按功能需求分开，把原本可以设计成一体的设备分成图像采集系统和图像接收与中心控制系统。这两部分设备之间采用无线通信方式进行数据传输，既保证了前端图像采集系统体积小、重量轻的特点，也能保证两部分设备之间接线少，施工简单的要求，在接收控制器与控制中心之间采用光纤进行数据传输，能够保证可靠地远距离传输视频图像和红外图像以及控制信息，保证了被监控车间与主控室之间不受距离的限制。

Description

基于无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，尤其涉及一种基于无线通信和红红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，属于红外图像监控和无线数据传输领域。

背景技术

工厂的电气设备、机械设备和回转窑在运行时，设备的零部件和元器件表面会产生一定的温度和温差。如果设备在长期运行过程中零部件和元器件老化变质或窑炉炉壁会变薄，其表面温度会发生变化，常此以往会造成设备运行安全隐患，给生产带来损失。这些变化人工不易和无法识别，普通离线红外点式测温手段也无法检测出温度变化。目前市场上有售便携式红外热像仪，检测人员手持便携式红外热像仪也能检测设备表面温度图像，但是这种人工随机抽检方式不适合工业现场的实际应用。

此外，现有的红外热成像设备运行状况在线监测技术中采用的是有线连接方式，需要布线，安装不便，系统可扩展性差。特别是当云台带动着集成在其上的CCD视频摄像机和非制冷焦平面热像仪，每天都需频繁地在水平方向做0°～350°转动和在垂直方向做0°～±30°俯仰转动，被云台拖动着的导线经常被缠绕，有时会被绞断；另外，摄像机和热像仪传输的是高频视频和红外图像；连接摄像机和热像仪的是弱电导线，而连接云台的是强电导线。尽管，弱电导线和强电导线可以分别采用屏蔽电缆，但是，只要弱电导线和强电导线捆扎在同一个线束或放置在同一大电缆中，相互之间必然会产生干扰，从而影响高频视频和红外图像的正常传输。另一方面，由于工厂环境复杂且各不相同，采用传统铺设有线电缆的方式来连接红外热成像设备在线监测将会十分困难，线路铺设的难度之大，造价之高、施工周期之长和日后维护之不便都是企业所无法承受的。

另外，由于在工厂的各种车间中存在许多的专用设备，诸如窑炉和专用设备各个部位的表面温度，刀闸、开关、PT、CT、电容器、电抗器、整流机组等电器设备的连接部位的表面温度，需要实时和定时轮回巡检设备部件的表面温度。而对于每个需要监测的设备都设立一个固定的图像监控系统也是不现实的，因此，也有必要设计一种只需少量的红外监控仪器就可以监测多个专用设备的监控系统。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，其包括：至少一个图像采集系统(12)，用于采集被监控设备的图像数据；至少一个接收控制器(13)，用于接收来自图像采集系统的图像数据；和在线监测软件系统(14)，用于对通过接收控制器收到的图像数据进行分析监测；其特征在于：图像采集系统与接收控制器之间以无线通信方式进行数据传输，接收控制器与在线监控软件系统之间通过光纤传输数据。

进一步，本发明中所述的图像采集系统(12)包括：云台(1)，其安装在被监测设备的附近，作为图像获取设备的定位装置；非制冷焦平面热像仪(2A)，其安装于云台之上，能将物体的红外热谱图以伪彩图像展现出来，同时可对物体表面温度场进行分析以测得物体表面的温度；CCD视频摄像机(2B)，其与非制冷焦平面热像仪集成在一起，安装于云台之上，用于拍摄被监控对象；视频服务器(3)，其与摄像机和热像仪直接连接，完成图像数据的采集，并基于MPEG-4或H.264对采集的视频图像数据进行压缩，然后将经过压缩的数据发送到发送端无线路由器(4)中；发送端无线路由器(4A)，其配置了无线网卡，并连接有外接天线(6A)来增强无线信号；外接天线(6A)，其连接到发送端无线路由器(4A)，用于收发无线数据；串口网关(5)，其将发送端无线路由器送进来的控制信息进行转换，然后通过RS485接口送到云台，以对云台进行控制。

进一步，本发明中所述的接收控制器(13)包括：接收端无线路由器(4B)，其接收发送端无线路由器(4A)通过无线电波发送过来的信息；并将接收过来的信息分成两路，一路为经过压缩后的视频摄像机采集的可见光视频图像，一路为经过压缩后的非制冷焦平面热像仪采集的红外热像图像，并分别送到两个视频解码器(7)中；外接天线(6B)，用于收发无线数据；视频解码器(7)，接收由接收端无线路由器送进来的数据，还原数据格式并分解成图像、视频和控制信号三种数据形式；发送端光端机(8A)，其接收端无线路由器和两路视频解码器送来的信息。

进一步，本发明中所述的在线监测软件系统(14)包括：接收端数字光端机(8B)，其与发送端数字光端机相对应，一方面，接收发送端数字光端机发送过来的信息；另一方面，将接收过来的信息分成两路，一路送到计算机；一路送到嵌入式硬盘录像机；计算机(9)，放置在主控室中，用于远程控制图像采集系统的工作方式，并对通过数据传输接口传输进来的专用设备表面热成像图像进行整理、获取特征点温度数据，并与各专用设备正常工作状态下的热成像图像和正常工作状态下的特征点温度数据进行比较与分析；如果热成像图像异常状况超出设定的允许范围，或特征点温度数据的变化超出设定的允许范围，则系统立即发出报警信息；硬盘录像机(Digital Video Recorder简称DVR)(10)，其用于存储被监控区域的图像数据；

本发明的无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统，利用红外热像技术、无线通信技术和图像处理技术，实现了“全自动、无人值守”的安全运行监控，通过云台转动和俯仰来监控设备从而实现了一台监控仪器同时监测多个专用设备，从而节省了系统的成本。该系统以无线通信方式传输视频和红外图像，提供了可靠、高效、低成本的传输链路；由于，采用无线方式传输，弱电导线和强电导线无需捆扎在同一个线束或放置在同一大电缆中，因此相互之间不会产生干扰，从而可以保障高频视频和红外图像的正常传输。采用无线方式传输，避免了综合布线带来的不必要的麻烦，减少了系统架设的复杂度。在接收控制器与控制中心之间采用光纤进行数据传输，能够保证可靠地远距离传输视频图像和红外图像，保证了被监控车间与主控室之间不受距离的限制。达到了安装、维护方便，故障率低的要求。

附图说明

图1是本发明的图像采集系统的功能框图。

图2是本发明的接收控制器的功能框图。

图3是本发明的在线监测软件系统的功能框图。

图4是本发明的基于无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统的整体结构图。

图5是本发明在电解铝厂车间的具体应用实例图。

图6是本发明在电解铝厂车间的具体应用实例的在线检测软件界面图。

本发明的最佳实施方式

下面参考附图来详细描述本发明的基于无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统。

图1是本发明的图像采集系统的功能框图，该系统包括：云台1，其安装在被监测专用设备的附近，作为图像获取的定位装置；云台是由中心控制室通过串口网关来进行控制的，云台根据程序指示来选择相应的定位点。其不仅起到支撑和安装集成在一起的摄像机和热像仪的作用，更重要的是扩大了摄像机和热像仪的视野范围。可以在水平方向做0°～350°转动和在垂直方向做0°～±30°俯仰；因而在某种意义上它起到了变一台摄像机和热像仪为多台摄像机和热像仪的作用；非制冷焦平面热像仪2A，简称热像仪，其安装于云台之上，能将物体的红外热谱图以高清晰度、高灵敏度的伪彩图像展现出来，同时可满足对物体表面温度场的分析、精确地非接触测温等需求。有多种报警状态设置，实时颜色和报警信号输出；多种连接接口能独立使用，并有以太网接口；CCD视频摄像机2B，简称摄像机，其与非制冷焦平面热像仪是集成在一起的，安装于云台之上，用于实时、不间断地拍摄被监控对象；网络视频服务器(DVS，digtal video server)3，又叫数字视频编码器，是一个集视频采集、实时压缩、网络传输(有线或无线)等功能为一体的嵌入式设备。其与摄像机和热像仪直接连接，完成图像数据的采集，并提供基于MPEG-4或H.264的视频图像数据压缩或解压功能，然后将经过压缩的数据送到发送端无线路由器中；发送端无线路由器4A，其配置了无线网卡，通过无线路由器外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的，解决了被监视对象在布线不便的问题。其通常放置在被监视对象附近；采用无线路由器方式，无需布线，安装方便，系统可扩展性好；发送端无线路由器将信息从被监控对象车间发送出去；串口网关5，用于将发送端无线路由器送进来的控制信息进行转换，然后通过RS485接口送到云台，以控制云台的操作。天线6A，其连接到发送端无线路由器4A，用于收发无线数据。

图2是本发明的接收控制器的功能框图。该接收控制器具体包括：天线6B，用于发送和接收无线数据；接收端无线路由器4B，其通常放置在被监控对象车间之外，其与发送端无线路由器4A相对应，一方面，接收发送端无线路由器从供电车间发送过来的信息；另一方面，将接收过来的信息分成两路，一路为经过压缩后的视频摄像机采集的可见光视频图像，一路为经过压缩后的非制冷焦平面热像仪采集的红外热像图像；分别送到两个视频解码器7中；视频解码器7，用于接收由接收端无线路由器送进来的数据，还原数据格式并分解成图像、视频和控制信号三种数据形式；发送端数字光端机8A，其是一种全数字无压缩、无损伤的传输方式。厂矿企业一般电磁环境恶劣，常规的同轴电缆视频传输有时会有干扰；采用数字光端机，抗电磁干扰能力强，能可靠地远距离传输视频。其接收端无线路由器和两路视频解码器送来的信息。

图3是本发明的在线监测软件系统的功能框图。该系统包括接收端数字光端机8B，其与发送端数字光端机相对应，一方面，接收发送端数字光端机发送过来的信息；另一方面，将接收过来的信息分成两路，一路送到计算机；一路送到嵌入式硬盘录像机；嵌入式硬盘录像机(Digital Video Recorder简称DVR)10，即硬盘录像机，用于存储被监控设备的图像数据。计算机9，在此又叫上位机，放置在主控室中，系统工作时工作人员可以在机房主控室中通过上位机远程控制和设定机器人的前进、后退等动作方式，同时也可控制和设定图像采集云台的旋转方式，还可控制和设定红外图像的拍照、采集、上传方式；监控软件系统，其安装在主控室的上位机中，构成了上位机的图像处理系统，对通过数据传输接口传输进来的专用设备表面热成像图像进行整理、获取特征点温度数据，并与各专用设备正常工作状态下的热成像图像和正常工作状态下的特征点温度数据进行比较与分析；如果热成像图像异常状况超出设定的允许范围，或特征点温度数据的变化超出设定的允许范围，则系统立即发出报警信息；本监测系统的正常工作方式是上位机设定检测时间，系统自动运行将已设的检测点的温度检测一遍后生成报表和温度曲线。工作人员也可以查询以往的检测记录，与现在检测的报表对比，发现异常。所述监控软件系统包括图像采集、修整部分，图像特征点提取部分，图像数据库部分，图像特征分析部分，报警部分和历史资料查询部分。在线监测软件系统集画面分割器、视频切换器、控制器、视频服务器、远程传输系统的全部功能于一体，可连接报警信号，实现报警检测联动功能，还可通过解码器控制云台和镜头、可通过使用TCP/IP协议同局域网进行连接，使工作人员通过网络连线，实现对被监控区域的监控和录像。适用于对图像进行长时间录像、远程监视和控制的场合。

图4是本发明的基于无线通信的红外热成像设备运行状况在线监测系统的整体结构图。该系统包括：可以有1-6个图像采集系统，可以有1-6个接收控制器，和在线监测软件系统，其特征在于图像采集系统与接收控制器之间以无线通信方式进行数据传输，接收控制器与在线监控软件系统之间通过光纤传输数据。

图5是本发明在中铝贵州分公司电解铝厂供电一车间的应用实例。在该供电一车间有两排电器设备，一排有五台变压器，一排有五台电容器组，这些电器设备都有很多连接点和部件。设备运行时由于电流通过，这些连接点和部件会发热，如果连接的不紧密或部件老化，将导致运行的不稳定，他们的表面温度与正常时对比会有变化，而对这些情况一般技术手段很难发现，容易产生运行隐患。

面对这样的需求，可以在两排电器设备之间架一根金属杆，在其上面安装一台图像采集系统，利用云台上下左右旋转监测两排电器设备；也可以利用建筑物，在每一排设备旁的建筑物顶端各安装一台图像采集系统。主要视现场实际情况的需求而定。每台图像采集系统的接收控制器可以远离现场安装在建筑物的墙壁上，要求距离应在150米之内，收发天线之间最好不要被其它物体阻挡。接收控制器到监控室之间可以敷设光纤电缆，也可以利用已有的光纤电缆，通过网络交换器光纤电缆连接到上位机和硬盘录像机上。

图6是本发明具体应用实例的在线监测软件的操作界面图，在该操作界面下，可以进行系统参数设定，将需要监测的设备的各个监测点按照顺序编码，与它们的正常工作温度值一同保存到数据库中，此项工作只进行一次，直到发生变化时止。然后利用在线监测软件系统的特征点定位及采集子系统，对各个监测点的位置进行云台定位并进行红外图像拍照，并将这些数据保存到数据库中，这项也只进行一次，直到发生变化时止。经过以上过程后，在线监测软件系统就达到了对设备进行实时在线监测能力。每天图像采集系统按照设定的时间开始工作，由于云台已经记住了各个监测点的位置，因此它能按照顺序从一号监测点开始对位、聚焦、拍照和图像上传，一直到设备的最后一个监测点，依此重复这些工作。在图像采集系统监测下一个监测点时，在线监测软件系统将上传的监测点图像和温度数据分析出后保存到数据库中，并与该监测点的标准图像数据和温度数据比较，如温度有正偏差则要报警，报警信息也要保存到数据库中。为了防止长时间运行云台在旋转时产生机械误差导致监测点在图像画面上偏移，甚至监测点偏移出图像画面状况出现，系统提供图像自动校正对位功能。如果监测点在图像画面上偏移达到一定程度，图像自动校正对位功能就会自动启动，调整和校正云台的角度和位置，保证监测点总是在图像画面的中央。为了使得本领域普通技术人员更直观地理解本发明，在图6中给出了在线监测软件的手动监测界面、自动检测界面、现场测试界面和检测报表界面图。

这样构成的设备运行状态红外图像在线监测系统适合各种复杂的应用环境。首先图像采集系统可以根据需要安装到设备或设备群中的任何位置，可以固定也可以布置在滑轨上移动；接收控制器固定布置在被监视设备或被监视设备群以外的建筑物上，它与图像采集系统的物理距离可达150米，利用无线通信技术传输各种数据；上位机和图像处理系统可以布置在工厂或车间的监控室中，通过光纤进行数据通信，这个距离能达到几公里到几十公里。一套设备运行状态红外图像在线监测系统可以包含1-6台图像采集系统，可以利用一台上位机和一套在线监测软件系统。红外热成像使人眼不能直接看到表面温度分布，变成可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。放置在云台上的CCD视频摄像机和非制冷焦平面热像仪，可实时拍摄多现场被监控点视频与红外热像图像；发送端与接收端通过无线路由器链接，在工厂布线不便的场合下，中间可免去布线；同时，在厂矿企业电磁环境恶劣的环境下，采用数字光端机能可靠地远距离传输视频图像和红外图像，采用红外热成像镜头能固定安装在设备或设备群的上方，最好一台红外热成像镜头能够监测多台设备，这样可以节省投资。在线监测软件系统能够自动判断设备及部件的故障。实现具有“全自动、无人值守”功能的设备运行状况在线监测系统。

尽管参照优选实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述的实施例，鉴于上述教导，本领域的技术人员可对上述实施例进行各种修改和变化。这些修改和变化也都落入本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，其包括：至少一个图像采集系统(12)，用于采集被监控设备的图像数据；至少一个接收控制器(13)，用于接收来自图像采集系统的图像数据；和在线监测软件系统(14)，用于对通过接收控制器收到的图像数据进行分析监测；其特征在于：

图像采集系统与接收控制器之间以无线通信方式进行数据传输，接收控制器与在线监控软件系统之间通过光纤传输数据。

2.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，其特征在于所述图像采集系统(12)包括：

云台(1)，其安装在被监测设备的附近，作为图像获取设备的定位装置；

非制冷焦平面热像仪(2A)，其安装于云台之上，能将物体的红外热谱图以伪彩图像展现出来，同时可对物体表面温度场进行分析以测得物体表面的温度；

CCD视频摄像机(2B)，其与非制冷焦平面热像仪集成在一起，安装于云台之上，用于拍摄被监控对象；

视频服务器(3)，其与摄像机和热像仪直接连接，完成图像数据的采集，并基于MPEG-4或H.264对采集的视频图像数据进行压缩，然后将经过压缩的数据发送到发送端无线路由器(4A)中；

发送端无线路由器(4A)，其配置了无线网卡，并连接有外接天线(6A)来增强无线信号；

天线(6A)，其连接到发送端无线路由器(4A)，用于收发无线数据；

串口网关(5)，其将发送端无线路由器送进来的控制信息进行转换，然后通过RS485接口送到云台，以对云台进行控制。

3.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，其特征在于所述接收控制器(13)包括：

接收端无线路由器(4B)，其接收发送端无线路由器(4A)通过无线电波发送过来的信息；并将接收过来的信息分成三路，一路为经过压缩后的视频摄像机采集的可见光视频图像，一路为经过压缩后的非制冷焦平面热像仪采集的红外热像图像，并分别送到两个视频解码器(7)中，第三路为控制信息；

天线(6B)，用于收发无线数据；

视频解码器(7)，接收由接收端无线路由器送进来的数据，还原数据格式并分解成图像、视频和控制信号三种数据形式；

发送端数字光端机(8A)，其接收接收端无线路由器和两路视频解码器送来的信息。

4.根据权利要求1所述的基于红外热成像技术的设备运行状况在线监测系统，其特征在于所述在线监测软件系统(14)包括：

接收端数字光端机(8B)，其与发送端数字光端机相对应，一方面，接收发送端数字光端机发送过来的信息；另一方面，将接收过来的信息分成两路，一路送到计算机；一路送到嵌入式硬盘录像机；

计算机(9)，放置在主控室中，用于远程控制图像采集系统，并对通过数据传输接口传输进来的被监控设备的表面热成像图像进行整理、获取特征点温度数据，并与各被监控设备正常工作状态下的热成像图像和正常工作状态下的特征点温度数据进行比较与分析；如果热成像图像异常状况超出设定的允许范围，或特征点温度数据的变化超出设定的允许范围，则系统立即发出报警信息；

硬盘录像机(Digital Video Recorder简称DVR)(10)，其用于存储被监控区域的图像数据。

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