CN106197683B - 一种便携智能红外测温系统 - Google Patents

Abstract

一种便携智能红外测温系统，包括现场采集设备、后台处理系统、掌上平台，现场采集设备在现场进行数据采集，然后将这些数据传输到掌上平台，在掌上平台进行初次数据处理和显示，同时掌上平台将这些数据传递到后台处理系统，由后台处理系统的历史数据信息和环境参数信息，对数据进行更深入的处理并生成报告，最后将所得图谱和报告一并通过互联网传回掌上平台。本发明一种便携智能红外测温系统，将温度采集模块与图像处理模块分离，同时采用软件实现图像处理功能，从而大幅减小现场设备体积和重量，释放图像处理空间；采用矢量映射算法实现温度图谱的方位归一化，增强图谱互比性，实现设备信息的实时处理、智能分析、快速诊断。

Description

一种便携智能红外测温系统

技术领域

本发明涉及红外测温领域，具体是一种便携智能红外测温系统。

背景技术

红外技术具有远距离、非接触等技术优势，能够在不停电、不取样、不解体的情况下对电力设备进行故障诊断分析，通过红外测温对电力设备进行有效的监测和检测，可使维修费减少25%～50%，设备事故率减少75%，经济效益十分显著。

目前，轨道机器人式和固定式红外测温在快速推广，但手持式红外测温在测温精确性和灵活性方面有其独特优势，无法完全被前者取代，但现有的手持式红外测温设备普遍将温度采集模块和图像处理模块以及供能模块集成于一体。现场巡检人员普遍的反馈表示现有的红外成像仪设备较为笨重，对操作精度的影响较大，且现有设备对数据的适时处理能力有限，多次测量温度图谱的互比性不足。文献《目标到测试系统距离对红外测温精度的影响》(陆子凤)也阐明了由于目标到测试系统的距离会对测量精度产生显著影响，故现有的手持式红外测温由于设备沉重和目标到测试系统距离难以控制，给现场巡检人员带来了操作困难。

现有技术中的红外测温缺点具体体现在：

缺点一：便捷程度不足。现有的手持式红外测温设备一般将温度采集模块和图像处理模块以及供能模块集成于一体，导致设备沉重且体积较大，由此导致红外设备不便于操控，现场巡检人员采集图谱工作强度大，很难得心应手的捕捉到理想的温度图谱，使手持式红外测温的优势无法充分发挥；

缺点二：数据处理实时性不够。数据处理主要依赖人工将数据从红外成像仪导入电脑终端，通过电脑终端进行图谱分析及设备运行状态评估，实时性不足的问题尤为突出，而电力设备的运行状态随时在变化，由此导致的信息延迟会造成决策人员对设备状态的掌握不足，严重情况可能导致故障处理不及时。

缺点三：图谱互比性不强。红外测温图谱分析时，需要图谱具有强互比性，这即是要求多次测量时图谱的拍摄角度、拍摄距离等一致。但由于实际操作时，现场巡检人员没有上一次测量的数据，且不同人员技能水平存在差异，导致多次测量时捕捉的图谱温度很难一致，无法满足图谱互比性的要求。

中国专利(CN102507013A)一种基于网络的红外热成像仪，基于将系统拆分的思想将数据上传到网上，但无法减轻现场设备的重量，对数据的处理也停滞不前。中国专利(CN104406699A)基于自适应红外图像校正算法红外热像仪，通过对修正系数的调整得到更优质的红外图像，但其主要针对单一图像进行修正，无法提高图像之间的互比性。

发明内容

本发明提供一种便携智能红外测温系统，将温度采集模块与图像处理模块分离，同时采用软件实现图像处理功能，从而大幅减小现场设备体积和重量，释放图像处理空间；采用矢量映射算法实现温度图谱的方位归一化，增强图谱互比性，实现设备信息的实时处理、智能分析、快速诊断。

本发明所采用的技术方案是：

一种便携智能红外测温系统，包括现场采集设备、后台处理系统、掌上平台，现场采集设备在现场进行数据采集，然后将这些数据传输到掌上平台，在掌上平台进行初次数据处理和显示，同时掌上平台将这些数据传递到后台处理系统，由后台处理系统的历史数据信息和环境参数信息，对数据进行更深入的处理并生成报告，最后将所得图谱和报告一并通过互联网传回掌上平台。

所述现场采集设备与后台处理系统之间通过掌上平台进行连接，所述掌上平台为具备蓝牙和上网功能的手机或者平板电脑。

所述掌上平台通过蓝牙或数据线与现场采集设备进行连接和数据传递，掌上平台通过互联网与后台处理系统进行连接和数据传递。

所述现场采集设备由光学系统、红外探测器、转换电路、供能模块和传输模块组成。

或者：所述现场采集设备由光学系统和红外探测器构成，其供能和信号处理全部转到掌上平台实现，二者用数据线进行连接。

所述后台处理系统包括数据处理器、SCADA系统及其数据库、PMS系统及其数据库、图像处理软件，后台处理系统通过软件对现场采集设备传回的温度图像数据进行处理。

一种便携智能红外成像系统的图像处理方法，采用矢量映射的方法，寻求现场采集设备获取的初始温度数据与参考图谱方位的温度显示数据的映射函数关系，将每次测量得到的图谱转换到参考图谱角度进行显示，实现一定测量范围内温度图谱归一化输出，增强互比性的红外。

红外图谱的矢量映射中，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点一一对应。将不同方向、不同距离、不同时期拍摄得到的电气设备红外图谱均转换为参考图谱，从而提高同一电气设备红外图谱的可比性，保证电气设备红外图谱监控的延续性，方便长期跟踪电气设备的运行状态。

红外测温精确度与其拍摄角度和视场有很大关系，为保证修正到参考图谱方位的温度图谱尽量准确。现场采集设备获取初始温度数据，拍摄距离应与参考图谱拍摄距离尽量一致，误差不超过20cm；拍摄角度范围应距垂直方向30°角范围内。

参考图谱的角度方位为所测设备或部件的垂线方向。垂线方向辐射出的红外光谱最强，选此作为参考方向可有效增强测温准确性。

与现有最好技术相比，本发明一种便携智能红外测温系统，的优点在于：

1.现场采集设备和后台处理设备分离，使设备重量大幅减轻，现场操作难度降低，又可增强多次测量时图谱的互比性。

2.大幅提升了现场数据的处理能力和实时性。

3.后台处理设备的引入，以及温度图谱归一化处理大幅增强了对温度图谱信息的分析能力。

4. 首先基于功能拆分原则，对红外成像仪进行重新设计，剥离出光学系统、红外探测器，构成温度采集模块；同时采用手机APP软件+后台服务器实现图像处理与故障分析，实现红外测温仪的便捷化和实时性；测量方法上，通过矢量映射的手段，将每次实测的温度图谱转换至参考图谱方位进行统一显示，实现一定测量范围内温度图谱归一化输出，从而满足图谱的互比性，且可有效降低对现场巡检人员的技能要求，实现现场测温的傻瓜化。

附图说明

图1为现有技术中的红外测温仪模块结构示意图。

图2为本发明系统的模块结构示意图。

图3为本发明所述的现场采集设备由光学系统和红外探测器构成示意图。

图4为本发明系统的原理示意图。

图5为本发明矢量映射原理示意图。

具体实施方式

一种便携智能红外测温系统，包括现场采集设备2、后台处理系统、掌上平台8，现场采集设备2在现场进行数据采集，然后将这些数据传输到掌上平台8，在掌上平台8进行初次数据处理和显示，同时掌上平台8将这些数据传递到后台处理系统，由后台处理系统的历史数据信息和环境参数对数据进行更深入的处理并生成报告，最后将所得图谱和报告一并通过互联网传回掌上平台8。

历史数据信息包括：同一电气设备的红外图像，以及设备表面的最高温度、最低温度及其对应位置和温度变化趋势等。

环境参数包括：红外拍摄时的环境温度、风速、湿度，以及电气设备的瞬时电压和电流变化范围。

所述现场采集设备2与后台处理系统之间通过掌上平台8进行连接，所述掌上平台8为具备蓝牙和上网功能的手机或者平板电脑。

所述掌上平台8通过蓝牙或数据线与现场采集设备2进行连接和数据传递，掌上平台8通过互联网与后台处理系统进行连接和数据传递。

所述现场采集设备2由光学系统3、红外探测器4、转换电路5、供能模块6和传输模块7组成。光学系统3接红外探测器4，将被测物体表面辐射出的红外线由光信号转为电信号，再接传输模块7进行传输；、供能模块6分别给红外探测器4、转换电路5、传输模块7供能。

或者，所述现场采集设备2由光学系统3和红外探测器4构成，其供能和信号处理全部转到掌上平台8实现，二者用数据线进行连接。

所述后台处理系统包括数据处理器、SCADA系统及其数据库、PMS系统及其数据库、图像处理软件，后台处理系统通过软件对现场采集设备传回的温度图像数据进行处理。SCADA系统是电力系统的数据采集与监视控制系统，主要用于对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，该系统在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。PMS为电力生产管理系统，可实现系统功能组件化、数据信息一体化、信息系统平台化、数据与应用集中部署、工作业务流程化、生产业务模型化等等,将多元化的数据进行融合,便于企业共享,以此为基础来促进电力生产管理水平的提升。SCADA系统、PMS系统主要为后台处理系统提供电气设备运行参数和红外图谱历史数据，以便比较分析电气设备表面的温度变化趋势，判断电气设备的运行状态。

一种便携智能红外成像系统的图像处理方法，采用矢量映射的方法，寻求现场采集设备2获取的初始温度数据（现场实际拍摄方向、拍摄距离情况下的温度数据）与参考图谱方位（不同拍摄方向、拍摄距离需要利用矢量映射归算至相同的拍摄方向和拍摄距离）的显示温度数据的映射函数关系，将每次测量得到的图谱转换到参考图谱角度进行显示，实现一定测量范围内温度图谱归一化输出，增强互比性的红外。

现场直接拍摄得到的温度图谱称为初始温度图谱，其各点的温度数据称为初始温度数据。通过矢量映射，将初始温度图谱各点的温度数据一一转化到参考图谱方位进行显示，所得到的即为参考图谱方位的显示温度数据。

红外图谱的矢量映射中，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点一一对应。通过矢量映射将现场采集到的图谱转换到参考图谱方位得到的图谱，成为参考图谱。参考图谱是：不同拍摄方向、拍摄距离得到的红外图谱需要利用矢量映射归算至相同拍摄方向和拍摄距离情况下得到的红外图谱。

现场采集设备2获取初始温度数据，拍摄距离应与参考图谱拍摄距离尽量一致，误差不超过20cm；拍摄角度范围应距垂直方向30°角范围内。

参考图谱的角度方位为所测设备或部件的垂线方向。

具体实施例1：

参考方位选取：首先选定适当的观测距离，如距待测设备1m-5m。以让待测设备或待测部件1充满现场采集设备2中的光学系统3的整个视场为准，然后选定观察角度，建议选择垂直于待测设备或待测部件的方向，最后通过本发明所述的便携智能红外测温系统进行多次拍摄，选择效果最好的作为参考图谱，并将其数据传输到后台处理系统的服务器中，留待后用。具体的拍摄过程和数据处理过程如下：

红外图谱拍摄：在待测设备或待测部件1参考图谱的观察距离附近（前后20cm范围），垂直方向呈30°范围内，将本发明所述的便携智能红外测温系统中的现场采集设备2的光学系统3对准待测设备或待测部件1，待测设备或待测部件1表面辐射出的光通过光学系统3，进入红外探测器4，红外探测器4将这些光中的特定波段的红外光的部分转换为电信号，转换电路5将得到的电信号经过降噪处理后转换成数字信号，然后利用蓝牙或数据线与手机进行连接，并将所得到的数字信号传输到手机，在手机通过APP软件进行初次成像和显示。

数据处理：经手机可将这一数字信号通过互联网送到数据处理器9，数据处理器9连接着SCADA系统和PMS等电力智能控制和管理系统及其数据库10，数据处理器9抽取当前的温度湿度等环境信息，待测设备的历史拍摄信息和参考图谱信息，再在数据处理器9中，用具有矢量映射功能的图像处理软件将其转换至参考图谱方向进行输出，矢量映射具体处理中，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点一一对应，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点的温度一一对应，要求第n次测量时，应保证待测物体尽量充满整个视场，测点距待测物体的距离与参考图谱拍摄时尽量一致，误差不超过20cm，拍摄角度可以是距垂直方向30°角范围内的任意角度，经过处理得到归一输出的图谱后，结合实时的环境温度和湿度信息和该设备的历史信息进行对比分析，生成简要设备状态报告，再通过互联网，将报告和归一化的图谱由后台服务器传回到手机，从而增强数据处理的能力，实时性及图谱互比性。

具体实施例2：

参考方位选取：首先选定适当的观测距离，如距待测设备1m-5m，以让待测设备或待测部件1充满现场采集设备2中光学系统3的整个视场为准。然后选定观察角度，建议选择垂直于待测设备或待测部件的方向，最后通过本专利所述的便携智能红外测温系统进行多次拍摄，选择效果最好的作为参考图谱，并将其数据传输到后台处理系统的服务器中，留待后用。具体的拍摄过程和数据处理过程如下：

红外图谱拍摄：在待测设备或待测部件1参考图谱的观察距离附近（前后20cm范围），垂直方向呈30°范围内，将本发明所述的便携智能红外测温系统中的现场采集设备2的光学系统3对准待测设备或待测部件1，待测设备或待测部件1表面辐射出的光通过光学系统3进入红外探测器4，红外探测器4将这些光中的特定波段的红外光的部分转换为电信号，转换电路5将得到的电信号经过降噪处理后转换成数字信号，然后利用蓝牙或数据线与平板电脑进行连接并将所得到的数字信号传输到平板电脑，在平板电脑通过APP软件进行初次成像和显示。

数据处理：经平板电脑可将这一数字信号通过互联网送到数据处理器9，数据处理器9连接着SCADA系统和PMS等电力智能控制和管理系统及其数据库10，数据处理器抽取当前的温度湿度等环境信息，待测设备的历史拍摄信息和参考图谱信息，再在数据处理器9中，用具有矢量映射功能的图像处理软件将其转换至参考图谱方向进行输出，矢量映射具体处理中，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点一一对应，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点的温度一一对应，要求第n次测量时，应保证待测物体尽量充满整个视场，测点距待测物体的距离与参考图谱拍摄时尽量一致，误差不超过20cm，拍摄角度可以是距垂直方向30°角范围内的任意角度，经过处理得到归一输出的图谱后，结合实时的环境温度和湿度信息和该设备的历史信息进行对比分析，生成简要设备状态报告，再通过互联网，将报告和归一化的图谱由后台服务器传回到平板电脑，从而增强数据处理的能力，实时性及图谱互比性。

具体实施例3：

本发明所述的便携智能红外测温系统的一种现场采集设备2，由光学系统和红外探测器组成，通过数据线与手机相连，并由手机给现场采集设备2进行供能，

参考方位选取：首先选定适当的观测距离，如距待测设备1m-5m，以让待测设备或待测部件1充满现场采集设备2中光学系统3的整个视场为准。然后选定观察角度，建议选择垂直于待测设备或待测部件的方向，最后通过本发明所述的便携智能红外测温系统进行多次拍摄，选择视场中待测设备或部件位置最好的作为参考图谱，并将其数据传输到后台处理系统的服务器中，留待后用。具体的拍摄过程和数据处理过程如下：

红外图谱拍摄：在待测设备或待测部件1参考图谱的观察距离附近（前后20cm范围），垂直方向呈30°范围内，将现场采集设备2的光学系统3对准待测设备，待测设备表面辐射出的光通过光学系统3进入红外探测器4，红外探测器4将这些光中的特定波段的红外光的部分转换为电信号，利用数据线与手机8进行连接，并将所得电信号传输到手机，在手机通过APP软件进行信号和数据处理以及初次成像和显示。

数据处理：经手机可将这一数字信号通过互联网送到数据处理器9，数据处理器9连接着SCADA系统和PMS等电力智能控制和管理系统及其数据库10，数据处理器抽取当前的温度湿度等环境信息，待测设备的历史拍摄信息和参考图谱信息，再在数据处理器9中，用具有矢量映射功能的图像处理软件将其转换至参考图谱方向进行输出，矢量映射具体处理中，要求第n次测量时，应保证待测物体尽量充满整个视场，测点距待测物体的距离与参考图谱拍摄时尽量一致，误差不超过20cm，拍摄角度可以是距垂直方向30°角范围内的任意角度，经过处理得到归一输出的图谱后，结合实时的环境温度和湿度信息和该设备的历史信息进行对比分析，生成简要设备状态报告，再通过互联网，将报告和归一化的图谱由后台服务器传回到手机，从而增强数据处理的能力，实时性及图谱互比性。

具体实施例4：

本发明所述的便携智能红外测温系统的一种现场采集设备2，由光学系统和红外探测器组成，通过数据线与平板电脑相连，并由平板电脑给现场采集设备2进行供能。

参考方位选取：首先选定适当的观测距离，如距待测设备1m-5m，以让待测设备或待测部件1充满现场采集设备2中光学系统3的整个视场为准。然后选定观察角度，建议选择垂直于待测设备或待测部件的方向，最后通过本发明所述的便携智能红外测温系统进行多次拍摄，选择视场中待测设备或部件位置最好的作为参考图谱，并将其数据传输到后台处理系统的服务器中，留待后用。具体的拍摄过程和数据处理过程如下：

红外图谱拍摄：在待测设备或待测部件1参考图谱的观察距离附近（前后20cm范围），垂直方向呈30°范围内，将现场采集设备2的光学系统3对准待测设备，待测设备表面辐射出的光通过光学系统3进入红外探测器4，红外探测器4将这些光中的特定波段的红外光的部分转换为电信号，利用数据线与平板电脑进行连接，并将所得电信号传输到平板电脑，在平板电脑通过APP软件进行信号和数据处理以及初次成像和显示。

数据处理：经平板电脑可将这一数字信号通过互联网送到数据处理器9，数据处理器9连接着SCADA系统和PMS等电力智能控制和管理系统及其数据库10，数据处理器抽取当前的温度湿度等环境信息，待测设备的历史拍摄信息和参考图谱信息，再在数据处理器9中，用具有矢量映射功能的图像处理软件将其转换至参考图谱方向进行输出，矢量映射具体处理中，要求第n次测量时，应保证待测物体尽量充满整个视场，测点距待测物体的距离与参考图谱拍摄时尽量一致，误差不超过20cm，拍摄角度可以是距垂直方向30°角范围内的任意角度，经过处理得到归一输出的图谱后，结合实时的环境温度和湿度信息和该设备的历史信息进行对比分析，生成简要设备状态报告，再通过互联网，将报告和归一化的图谱由后台服务器传回到平板电脑8，从而增强数据处理的能力，实时性及图谱互比性。

Claims (1)

1.一种便携智能红外测温系统，包括现场采集设备（2）、后台处理系统、掌上平台（8），其特征在于：现场采集设备（2）在现场进行数据采集，然后将这些数据传输到掌上平台（8），在掌上平台（8）进行初次数据处理和显示，同时掌上平台（8）将这些数据传递到后台处理系统，由后台处理系统的历史数据信息和环境参数信息，对数据进行更深入的处理并生成报告，最后将所得图谱和报告一并通过互联网传回掌上平台（8）；

所述历史数据信息包括：同一电气设备的红外图像，以及设备表面的最高温度、最低温度及其对应位置和温度变化趋势；

所述环境参数信息包括：红外拍摄时的环境温度、风速、湿度，以及电气设备的瞬时电压和电流变化范围；

所述后台处理系统包括：数据处理器、SCADA系统及其数据库、PMS系统及其数据库、图像处理软件；后台处理系统通过软件对现场采集设备（2）传回的温度图像数据进行处理；

SCADA系统是电力系统的数据采集与监视控制系统，用于对现场的运行设备进行监视和控制，用于实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警；PMS为电力生产管理系统，用于实现系统功能组件化、数据信息一体化、信息系统平台化、数据与应用集中部署、工作业务流程化、生产业务模型化；SCADA系统、PMS系统用于为后台处理系统提供电气设备运行参数和红外图谱历史数据，便于比较分析电气设备表面的温度变化趋势，判断电气设备的运行状态；

采用上述测温系统的图像处理方法，采用矢量映射的方法，寻求现场采集设备（2）获取的初始温度数据与参考图谱方位的显示温度数据的映射函数关系，将每次测量得到的图谱转换到参考图谱角度进行显示，实现一定测量范围内温度图谱归一化输出，增强互比性；

所述初始温度数据包括现场实际拍摄方向、拍摄距离情况下的温度数据；

所述参考图谱方位包括不同拍摄方向、拍摄距离需要利用矢量映射归算至相同的拍摄方向和拍摄距离；

现场直接拍摄得到的温度图谱称为初始温度图谱，其各点的温度数据称为初始温度数据；

通过矢量映射，将初始温度图谱各点的温度数据一一转化到参考图谱方位进行显示，所得到的即为参考图谱方位的显示温度数据；

红外图谱的矢量映射中，现场采集得到的图谱中的点与参考图谱中的点一一对应；

通过矢量映射将现场采集到的图谱转换到参考图谱方位得到的图谱，成为参考图谱；

所述参考图谱是不同拍摄方向、拍摄距离得到的红外图谱需要利用矢量映射归算至相同拍摄方向和拍摄距离情况下得到的红外图谱；

所述现场采集设备（2）由光学系统（3）、红外探测器（4）、转换电路（5）、供能模块（6）和传输模块（7）组成；

光学系统（3）接红外探测器（4），将被测物体表面辐射出的红外线由光信号转为电信号，再通过传输模块（7）进行传输；

供能模块（6）分别给红外探测器（4）、转换电路（5）、传输模块（7）供能；

或者，所述现场采集设备（2）由光学系统（3）和红外探测器（4）构成，其供能和信号处理全部转到掌上平台（8）实现，二者用数据线进行连接。