CN109282900A - 一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，通过分步研究红外测温中各影响因素的实际作用大小，建立数学模型，分步补偿误差，达到提高变电站巡检机器人红外测量的准确度的目的。分别对影响测温准确度的因素：电力设备与红外相机之间的距离、不同温度下镀膜锗玻璃透过率、其他影响因素:大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度等进行数学建模，构建补偿数学模型，分步补偿。本发明针对影响温度测量值的因素分步补偿，适用性广，效果明显，针对性强。在不同的变电站环境下都适用。能够很好的对温度误差进行补偿，并且不影响原始数据。
Description
技术领域
本发明涉及红外测温技术，具体为一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法。
背景技术
随着无人值守智能化变电站的快速发展，变电站智能巡检机器人得到了广泛的应用。变电站中电力设备由于工作或故障产生能量损耗从而导致自身温度上升，当温度高于正常值时，电力设备不但会寿命大大降低存在安全隐患，严重的会直接导致事故的发生，影响电网稳定。因此，变电站巡检机器人配备红外摄像头，实时或定期记录监控设备温度，以此来分析设备的运行状况。
在实际红外测量中，电力设备与红外相机之间的距离、镀膜锗玻璃透过率、大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度等都会影响最后的测量结果。除此之外，出于对红外相机的防爆保护，防污染保护等，变电站巡检机器人会在镜头前加装镀膜锗玻璃窗口，由于镀膜锗玻璃对不同波长光线透光率不同的特性，红外相机测量到的温度也会受到影响。
以上所述原因导致红外相机测量到的温度与设备的实际温度相差较大，使得变电站巡检机器人实际应用效果下降。红外测量准确的提高是变电站巡检机器人现场应用中需要重点解决的问题之一。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，该方法能够提高变电站巡检机器人在工作过程中红外测温的准确度，同时易于操作、效果优秀。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，分步研究各影响因素的实际作用大小，建立数学模型，分布补偿误差，提高变电站巡检机器人红外测量的准确度，影响红外测温准确度的各影响因素主要有：电力设备与红外相机之间的距离、不同温度下镀膜锗玻璃透过率、其他影响因素:大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度等。
根据各影响因素对红外测量准确度的影响的实际作用大小，建立数学模型，分布补偿误差，提高变电站巡检机器人红外测量的准确度。
具体包括以下步骤：
步骤1，测量标准(合适)温度下，电力设备与红外之间不同距离时的温度误差，建立距离与温度数学模型，得到红外相机显示的温度一，通过距离温度补偿数学模型得到补偿温度，对红外相机显示的温度进行补偿，得到与距离有关的实际温度，消除距离对红外测量过程中的误差。
步骤2，在不同温度下采集镀膜锗玻璃的透过率相关数据，建立温度与透过率数学模型，得到当前温度下的锗玻璃透过率，通过当前温度下的锗玻璃透过率补偿，得到补偿后的与透过率有关的实际温度，消除透过率对红外测量过程中的误差。
步骤3，在不同温度下采集红外相机的误差值相关数据，建立红外相机与热源温度误差值数学模型，通过红外相机与热源温度误差进行补偿，得到当前温度下补偿后与误差有关的实际温度，消除距离对红外测量过程中的误差。
步骤4，测温时，测得的温度通过步骤1、2、3进行补偿，得到最终的实际温度Treal。
优选的：步骤1中的距离与温度数学模型：
T1＝-0.3205Ldist+60.24
其中,T1表示红外相机显示温度一，Ldist表示红外相机与电力设备之间的距离。
优选的：所述步骤1中的距离温度补偿数学模型为：
其中：ΔT为补偿温度，Ldist为红外相机与电力设备之间的距离。
优选的：所述步骤1中将补偿温度ΔT与红外相机中显示的温度T1相加即可得到补偿后的与距离有关的实际温度T′real。
优选的：所述步骤2中温度与透过率数学模型：
其中，τGe为当前温度下的锗玻璃透过率，T2为通过红外相机测量到的温度二，e表示以10为底的指数。
优选的：所述步骤2中可知当前温度下的锗玻璃透过率后，即可得到补偿后与透过率有关的实际温度T″real：
优选的：所述步骤3中红外相机与热源温度误差值数学模型：
其中，τ为黑体温度/红外显示温度，T3为红外显示温度三，e表示以10为底的指数。
优选的：所述步骤3中当前温度下补偿后与误差有关的实际温度T″real：
优选的：步骤3中引起红外相机产生误差的因素有大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
1.方案实现简单，可操作性强。
2.本发明针对影响温度测量值的因素分步补偿，适用性广，效果明显，针对性强。在不同的变电站环境下都适用。能够很好的对温度误差进行补偿，并且不影响原始数据。
附图说明
图1是分步补偿流程图
图2是距离与红外相机采集的温度关系图
图3是镀膜锗玻璃透过率与红外相机采集的温度关系数学图
图4是其他影响因素:大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度等与红外相机采集的温度关系图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，如图1所示，步骤1：将已知发射率的热源，放置在距离红外相机不同位置处，调整焦距使图像清晰，设定热源温度，分别记录红外相机中的温度显示。本案例以发射率为0.97的黑体源为热源，将黑体源温度设置为60℃，分别将黑体源放置在距离红外相机1-20米处，记录红外相机中的温度数据，如下：
数据拟合曲线如图2所示，拟合曲线数学模型为：
T1＝-0.3205Ldist+60.24
其中，T1表示红外相机显示温度一，Ldist表示红外相机与电力设备之间的距离。
根据红外相机性能的不同，当达到有一定距离后，温度差可近似为不再变化(此次所用红外相机约为35米)，对于本案例，完整的距离补偿数学模型为：
其中：ΔT为补偿温度(℃)，Ldist为黑体源(电力设备)距离红外相机距离(m)。
将补偿温度ΔT与红外相机中显示的温度T1相加即可得到补偿后的与距离有关的实际温度T′real。
步骤2：将已知发射率的热源，放置在距离红外相机1米处，调整焦距使图像清晰，分别记录不同温度下，加装镀膜锗玻璃与否时红外相机中的温度显示。本案例以发射率为0.97的黑体源为热源，记录在加装镀膜锗玻璃前后红外相机中的温度数据，如下：
数据拟合曲线如图3所示，镀膜锗玻璃透过率拟合曲线数学模型为：
其中，τGe为当前温度下的锗玻璃透过率，T2为通过红外相机测量到的温度二，e表示以10为底的指数。
可知当前温度下的锗玻璃透过率后，即可得到补偿后与透过率有关的实际温度T″real：
步骤3：将红外相机与热源固定距离，中间不设置任何遮挡物，实验温度一定，相对湿度一定，调整焦距使图像清，分别记录不同温度下红外相机中的温度显示。本案例以发射率为0.97的黑体源为热源，将黑体源放置在距离红外相机1米处，温度25℃，相对湿度50％。记录红外相机中的温度数据，如下：
图4是黑体温度比上显示温度随显示温度变化二变化的拟合曲线图，曲线的数学模型为：
其中，τ为黑体温度/红外显示温度，T3为红外显示温度三。
可知当前温度下补偿后与误差有关的实际温度T″real：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，测量标准温度下，电力设备与红外之间不同距离时的温度误差，建立距离与温度数学模型，得到红外相机显示的温度一，通过距离温度补偿数学模型得到补偿温度，对红外相机显示的温度进行补偿，得到与距离有关的实际温度，消除距离对红外测量过程中的误差；
步骤2，在不同温度下采集镀膜锗玻璃的透过率相关数据，建立温度与透过率数学模型，得到当前温度下的锗玻璃透过率，通过当前温度下的锗玻璃透过率补偿，得到补偿后的与透过率有关的实际温度，消除透过率对红外测量过程中的误差；
步骤3，在不同温度下采集红外相机的误差值相关数据，建立红外相机与热源温度误差值数学模型，通过红外相机与热源温度误差进行补偿，得到当前温度下补偿后与误差有关的实际温度，消除热源温度对红外测量过程中的误差；
步骤4，测温时，测得的温度通过步骤1、2、3进行补偿，得到最终的实际温度Treal。
2.根据权利要求1所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：步骤1中的距离与温度数学模型：
T1＝-0.3205Ldist+60.24
其中，T1表示红外相机显示温度一，Ldist表示红外相机与电力设备之间的距离。
3.根据权利要求2所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤1中的距离温度补偿数学模型为：
其中：ΔT为补偿温度，Ldist为红外相机与电力设备之间的距离。
4.根据权利要求3所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤1中将补偿温度ΔT与红外相机中显示的温度T1相加即可得到补偿后的与距离有关的实际温度T′real。
5.根据权利要求1所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤2中温度与透过率数学模型：
其中，τGe为当前温度下的锗玻璃透过率，T2为通过红外相机测量到的温度二，e表示以10为底的指数。
6.根据权利要求5所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤2中可知当前温度下的锗玻璃透过率后，即可得到补偿后与透过率有关的实际温度T″real：
7.根据权利要求1所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤3中红外相机与热源温度误差值数学模型：
其中，τ为黑体温度/红外显示温度，T3为红外显示温度三，e表示以10为底的指数。
8.根据权利要求7所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：所述步骤3中当前温度下补偿后与误差有关的实际温度T″real：
9.根据权利要求1所述提高变电站巡检机器人红外测温准确度的方法，其特征在于：步骤3中引起红外相机产生误差的因素有大气温度、大气透过率、大气反射率、环境湿度。
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