CN111189541A - 一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法 - Google Patents

一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，属于热损失测量技术领域。其技术方案为：一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，包括如下步骤：红外热像图采集和红外热像图处理。本发明的有益效果为：本发明采用红外热成像扫描技术，实现了拍摄物体表面的微元分割，并确定每个面积微元的温度值，降低了操作难度，提高了测量精度。利用软件截取目标区域，根据相似原理，折算出每个面积微元所代表的真实尺寸，从而确定待测物体的实际面积。最后通过微元累加求和
Figure DDA0001866025000000011
求得物体表面总热损；软件的运行有效提高了计算效率和准确度。

Description

一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法
技术领域
本发明涉及热损失测量技术领域，尤其涉及一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法。
背景技术
为实现油田能耗监测评价，需要对油田内高温设备的表面热损失进行监测。目前对表面散热损失的测量方法主要有以下几种方法：(1)通过红外测温仪对散热表面进行多点测温取平均值求得表面平均温度Tpj，再根据经验公式求得散热面的表面换热系数ht，现场测得环境温度为Te，设备散热面表面积为A，根据Q＝A·ht·(Tpj-Te)求得表面散热量Q。该方法测量单点温度精度较高，但多点测量取平均求表面平均温度误差较大。(2)通过热电偶进行多点测量取平均值的方法求得表面平均温度，计算过程与红外测温技术相同。该方法测量精度高，但操作复杂，耗时较长。(3)通过热流密度计直接测得该处的平均热流密度Qi，通过多点测量取平均
Figure BDA0001866024980000011
根据Q＝Qpj·A求得表面总散热量。该方法测量单点的平均热流密度误差较大，多点取平均同样误差较大，且操作复杂，耗时较长。
综上所述，目前采用的三种测量表面热损失的方法存在误差较大，操作复杂且耗时较长的问题。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于红外热成像扫描的在线热损失测量方法，实现面积微分和快速处理，根据
Figure BDA0001866024980000012
求得表面总热损失。
本发明是通过如下措施实现的：一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：红外热像图采集：
a、表面发射率的确定：根据被测物体的表面发射率调整设备参数，采用红外热像仪拍摄得红外热像图；建立油田常用工程材料表面的发射率数据库，根据待测物体的表面属性匹配相应的表面发射率，输入红外热像仪，测得该物体表面的温度分布；
b、红外热像图的温度矩阵解析：红外热像仪导出的红外热像图，经过红外热像仪自带的分析软件可以读取单点、线的温度或平均温度；
步骤二：红外热像图处理：基于红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件，根据采集的图像和导出的数据实现目标物体表面散热损失的测量，确定物体实物尺寸；测量方法如下：
a、红外热像图的数据输入：使用所述红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件，导入红外热像图数据，包括热像图图片文件和与图片像素坐标对应的温度分布文件；
b、热像图与设备尺寸的匹配：
对平面物体：假设红外热像图中标准件在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m标、n标；红外热像图中标准件的水平长度和垂直长度分别为：
Figure BDA0001866024980000021
标准件在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure BDA0001866024980000022
红外热像图中实物在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m实、n实；根据相似原理，单位像素在水平与垂直方向上代表的实际长度分别为：
Figure BDA0001866024980000023
实物在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure BDA0001866024980000024
则实物的真实面积为
Figure BDA0001866024980000025
曲面的实际长度L＝弧AB，红外热像图的长度为投影长度L图＝AB，当根据平面物体的尺寸折算后，需对其进行修正，即单位像素所代表的真实长度为
Figure BDA0001866024980000026
其余测量过程与平面测量相同；
c、热像图的分割：
红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件根据被测物体的形状，采用矩形或自定义多边形方式选取目标区域；当目标区域选择完成后，红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件会计算该区域的像素点个数，并根据该像素点的坐标自动匹配该像素点处的温度值；
d、表面散热损失的计算：
表面总散热量由每个像素点对应真实面积上的散热量累加求和可得
Figure BDA0001866024980000027
平均热流密度
Figure BDA0001866024980000028
在所述步骤二中，依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
所述步骤一中红外热像仪导出的红外热像图经过编辑读取整个红外热像图所有像素点温度的热像仪，通过红外图谱分析管理软件，可以输出整个图片的像素点坐标和每个像素点对应的温度信息，导出.xls文件。
所述步骤二中目标物体表面散热损失的测量是通过测量表面为平面或圆柱曲面，在被拍摄物体旁等距放置相应的标准件，将红外热像图中物体尺寸与其真实尺寸按照热像图中标准件尺寸与标准件实物尺寸比例进行折算。
所述步骤二中的依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
所述步骤二中红外热像图的数据导出为高温管道的红外热像图和与像素坐标对应的温度分布。
所述步骤二中红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件的数据导入；打开红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件界面，依次点击“打开图片”，“代开Data文件”选择导入的热像图和温度数据，并输入每个像素与实物对应的水平方向和垂直方向真实尺寸。
所述步骤二中目标区域的选取，根据待测目标的外表形状，可以选择矩形框或多边形进行分割，将待测目标截取出来，红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件显示所选区域的像素点个数以及计算得到的总传热量和平均热流密度。
所述分析软件是AnalyzIR软件。
本发明实际使用时：将标准件放置在被测物体旁，标准件和被测物体与红外热像仪的距离相等；调整拍摄距离，确保红外热像仪与被测物体表面平行并能够完整拍摄待测设备表面；拍摄多张红外热像图，选择成像质量最好的图片，用设备自带软件将图片和单位像素对应的温度值文件导出；将导出的图片文件和温度数据导入红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件中，依次输入单位像素对应实物的水平和高度尺寸比例系数，被测物体表面对流换热系数，被测物体环境温度；根据拍摄对象表面轮廓，选择矩形框或多边形对图像进行分割，截取目标区域图像；完成截图后，软件输出框输出截图区域的像素点个数，总散热量和平均热流密度；点击保存，可将目标区域的温度值数据导出。
本发明的有益效果为：通过红外测温仪对散热表面进行多点测温取平均值求得表面平均温度，再根据经验公式求得散热面的表面换热系数，现场测得环境温度，设备散热面表面积为，根据求得表面散热量。该方法测量单点温度精度较高，但多点测量取平均求表面平均温度误差较大；通过热电偶进行多点测量取平均值的方法求得表面平均温度，计算过程与红外测温技术相同。该方法测量精度高，但操作复杂，耗时较长；通过热流密度计直接测得该处的平均热流密度，通过多点测量取平均，根据求得表面总散热量。该方法测量单点的平均热流密度误差较大，多点取平均同样误差较大，且操作复杂，耗时较长。采用红外热成像扫描技术，实现了拍摄物体表面的微元分割，并确定每个面积微元的温度值，降低了操作难度，提高了测量精度。利用软件截取目标区域，根据相似原理，折算出每个面积微元所代表的真实尺寸，从而确定待测物体的实际面积。最后通过微元累加求和
Figure BDA0001866024980000041
求得物体表面总热损；软件的运行有效提高了计算效率和准确度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明实施例中对圆柱曲面的热像图与设备尺寸的匹配时的俯视图。
图3为本发明实施例中的红外热像图采集，红外图像处理结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
参见图1至图3，本发明是：一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：红外热像图采集：
a、表面发射率的确定：根据被测物体的表面发射率调整设备参数，采用红外热像仪拍摄得红外热像图；建立油田常用工程材料表面的发射率数据库，根据待测物体的表面属性匹配相应的表面发射率，输入红外热像仪，测得该物体表面的温度分布；
b、红外热像图的温度矩阵解析：红外热像仪导出的红外热像图，经过红外热像仪自带的分析软件可以读取单点、线的温度或平均温度；
步骤二：红外热像图处理：基于红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件，根据采集的图像和导出的数据实现目标物体表面散热损失的测量，确定物体实物尺寸；测量方法如下：
a、红外热像图的数据输入：使用所述红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件，导入红外热像图数据，包括热像图图片文件和与图片像素坐标对应的温度分布文件；
b、热像图与设备尺寸的匹配：
对平面物体：假设红外热像图中标准件在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m标、n标；红外热像图中标准件的水平长度和垂直长度分别为：
Figure BDA0001866024980000042
标准件在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure BDA0001866024980000043
红外热像图中实物在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m实、n实；根据相似原理，单位像素在水平与垂直方向上代表的实际长度分别为：
Figure BDA0001866024980000044
Figure BDA0001866024980000051
实物在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure BDA0001866024980000052
则实物的真实面积为
Figure BDA0001866024980000053
曲面的实际长度L＝弧AB，红外热像图的长度为投影长度L图＝AB，当根据平面物体的尺寸折算后，需对其进行修正，即单位像素所代表的真实长度为
Figure BDA0001866024980000054
其余测量过程与平面测量相同；
c、热像图的分割：
红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件根据被测物体的形状，采用矩形或自定义多边形方式选取目标区域；当目标区域选择完成后，红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件会计算该区域的像素点个数，并根据该像素点的坐标自动匹配该像素点处的温度值；
d、表面散热损失的计算：
表面总散热量由每个像素点对应真实面积上的散热量累加求和可得
Figure BDA0001866024980000055
平均热流密度
Figure BDA0001866024980000056
在所述步骤二中，依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
所述步骤一中红外热像仪导出的红外热像图经过编辑读取整个红外热像图所有像素点温度的热像仪，通过红外图谱分析管理软件，可以输出整个图片的像素点坐标和每个像素点对应的温度信息，导出.xls文件。
所述步骤二中目标物体表面散热损失的测量是通过测量表面为平面或圆柱曲面，在被拍摄物体旁等距放置相应的标准件，将红外热像图中物体尺寸与其真实尺寸按照热像图中标准件尺寸与标准件实物尺寸比例进行折算。
所述步骤二中的依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
所述步骤二中红外热像图的数据导出为高温管道的红外热像图和与像素坐标对应的温度分布。
所述步骤二中红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件的数据导入；打开红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件界面，依次点击“打开图片”，“代开Data文件”选择导入的热像图和温度数据，并输入每个像素与实物对应的水平方向和垂直方向真实尺寸。
所述步骤二中目标区域的选取，根据待测目标的外表形状，可以选择矩形框或多边形进行分割，将待测目标截取出来，红外热像扫描的在线热损失测量技术图像处理软件显示所选区域的像素点个数以及计算得到的总传热量和平均热流密度。
所述分析软件是AnalyzIR软件。
本发明实际使用时：将标准件放置在被测物体旁，标准件和被测物体与红外热像仪的距离相等；调整拍摄距离，确保红外热像仪与被测物体表面平行并能够完整拍摄待测设备表面；拍摄多张红外热像图，选择成像质量最好的图片，用设备自带软件将图片和单位像素对应的温度值文件导出；将导出的图片文件和温度数据导入红外热像扫描的在线热损失测量图像处理软件中，依次输入单位像素对应实物的水平和高度尺寸比例系数，被测物体表面对流换热系数，被测物体环境温度；根据拍摄对象表面轮廓，选择矩形框或多边形对图像进行分割，截取目标区域图像；完成截图后，软件输出框输出截图区域的像素点个数，总散热量和平均热流密度；点击保存，可将目标区域的温度值数据导出。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：红外热像图采集：
a、表面发射率的确定：根据被测物体的表面发射率调整设备参数，采用红外热像仪拍摄得红外热像图；建立油田常用工程材料表面的发射率数据库，根据待测物体的表面属性匹配相应的表面发射率，输入红外热像仪，测得该物体表面的温度分布；
b、红外热像图的温度矩阵解析：红外热像仪导出的红外热像图，经过红外热像仪自带的分析软件可以读取单点、线的温度或平均温度；
步骤二：红外热像图处理：基于开发红外图像处理软件，根据采集的图像和导出的数据实现目标物体表面散热损失的测量，确定物体实物尺寸；测量方法如下：
a、红外热像图的数据输入：使用所述红外图像处理软件，导入红外热像图数据，包括热像图图片文件和与图片像素坐标对应的温度分布文件；
b、热像图与设备尺寸的匹配：
对平面物体：假设红外热像图中标准件在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m标、n标；红外热像图中标准件的水平长度和垂直长度分别为：
Figure FDA0001866024970000011
标准件在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure FDA0001866024970000012
红外热像图中实物在水平与垂直方向上的像素点个数分别为：m实、n实；根据相似原理，单位像素在水平与垂直方向上代表的实际长度分别为：
Figure FDA0001866024970000013
实物在水平和垂直方向上的真实长度分别为：
Figure FDA0001866024970000014
则实物的真实面积为
Figure FDA0001866024970000015
曲面的实际长度L＝弧AB，红外热像图的长度为投影长度L图＝AB，当根据平面物体的尺寸折算后，需对其进行修正，即单位像素所代表的真实长度为
Figure FDA0001866024970000016
其余测量过程与平面测量相同；
c、热像图的分割：
红外图像处理软件(demo)根据被测物体的形状，采用矩形或自定义多边形方式选取目标区域；当目标区域选择完成后，红外图像处理软件(demo)会计算该区域的像素点个数，并根据该像素点的坐标自动匹配该像素点处的温度值；
d、表面散热损失的计算：
表面总散热量由每个像素点对应真实面积上的散热量累加求和可得
Figure FDA0001866024970000021
平均热流密度
Figure FDA0001866024970000022
2.根据权利要求1所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，在所述步骤二中，依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
3.根据权利要求1或2所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤一中红外热像仪导出的红外热像图经过编辑读取整个红外热像图所有像素点温度的热像仪，通过红外图谱分析管理软件，可以输出整个图片的像素点坐标和每个像素点对应的温度信息，导出.xls文件。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤二中目标物体表面散热损失的测量是通过测量表面为平面或圆柱曲面，在被拍摄物体旁等距放置相应的标准件，将红外热像图中物体尺寸与其真实尺寸按照热像图中标准件尺寸与标准件实物尺寸比例进行折算。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤二中的依次输入b中得到的l、h值，得出对流换热系数ht及环境温度值Te，按照c进行目标区域的分割，计算出待测物体的表面平均热流密度及总热流。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤二中红外热像图的数据导出为高温管道的红外热像图和与像素坐标对应的温度分布。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤二中红外图像处理软件(demo)的数据导入；打开红外图像处理软件(demo)界面，依次点击“打开图片”，“代开Data文件”选择导入的热像图和温度数据，并输入每个像素与实物对应的水平方向和垂直方向真实尺寸。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于红外热像扫描的在线热损失测量方法，其特征在于，所述步骤二中目标区域的选取，根据待测目标的外表形状，可以选择矩形框或多边形进行分割，将待测目标截取出来，红外图像处理软件(demo显示所选区域的像素点个数以及计算得到的总传热量和平均热流密度。
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