CN111678558A - 一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统及方法 - Google Patents
一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统及方法，包括：油位采集模块：用于对充油设备的油位进行实时采集，得到油位值；前端ARM主板：与油位采集模块连接，用于接收油位值，当油位值低于预设的告警值时输出油位告警信息；并且根据油位值输出预设的监测区域以及各区域对应的报警温度；红外热成像模块：与前端ARM主板连接，用于对充油设备进行实时拍摄，得到实际红外图像，并且根据预设的监测区域和报警温度，对红外图像进行热源算法分析，得到温度分析信息；通讯模块，与前端ARM主板连接，用于发出油位告警信息和温度分析信息。综合判断充电设备中各个监测区域的实时温度，实现各个监测区域温度过高的精确报警。
Description
技术领域
本申请涉及充油设备油位监测的技术领域，尤其是涉及一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统及方法。
背景技术
随着我国国民经济的增长和生活水平的提高，电力的需求也日益增加，电力系统电网规模的扩大和电力负荷的提高，使电力设备损坏、故障及严重时造成设备烧损等事故发生的可能性增加。
为了保障电网的安全运行，提高供电质量，电力设备的在线监测与安全预警受到人们的普遍重视。油位是电力变压器的重要监测参数之一，及时发现油位过低或过高并采取相应措施对于确保电力变压器安全运行具有重要意义。根据变压器油温比空气温度高的原理，利用红外成像设备可清晰监测到变压器的油枕内的油位水平。目前大多数的红外检测方法还是采用工作人员手持红外测温或成像仪器定期对设备进行巡检，耗时费力。
发明内容
本申请的目的是提供一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，具有自动在线监测充油设备油位和温度，对充油设备的运行状态判断更准确的优点。
本申请的上述目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，包括：
油位采集模块：用于对充油设备的油位进行实时采集，得到油位值；
前端ARM主板：与所述油位采集模块连接，用于接收油位值，当油位值低于预设的告警值时输出油位告警信息；并且根据油位值输出预设的监测区域以及各区域对应的报警温度；
红外热成像模块：与所述前端ARM主板连接，用于对充油设备进行实时拍摄，得到实际红外图像，并且根据预设的监测区域和报警温度，对红外图像进行热源算法分析，得到温度分析信息；
通讯模块，与所述前端ARM主板连接，用于发出油位告警信息和温度分析信息。
通过采用上述技术方案，对充油设备的油位进行自动监测，提高油位的监测效率、实时性以及准确性，可及时发现油位过低或过高，并采取相应措施便于电力变压器安全运行；充油设备的油位不同，将导致其各个监测区域的范围和各区域对应的报警温度不同，根据油位值选取相应的监测区域和报警温度，综合判断充电设备中各个监测区域的实时温度，能够减少误报的情况出现，实现各个监测区域温度过高的精确报警；根据红外图像上温度越高的物体颜色越偏向红色，在监控界面上显示温度数值，当温度超出报警温度，发出温度分析信息提示监测人员，并将温度分析信息记录到数据库中。
本申请进一步设置为：所述前端ARM主板包括关系库模块，所述关系库模块对红外热成像模块在各种场景下拍摄的图像于卷积神经网络上进行标注和训练，所述场景包括油位和温度，建立不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库。
通过采用上述技术方案，将拍摄的红外图像在卷积神经网络上进行标注和训练，生成图像模型，并建立图像模型、监测区域与温度值的关系库；通过卷积神级网络进行深度学习使得数据越丰富，可以在热源算法分析时，得到更加准确的各个监测区域的温度值，从而使温度过高的报警更加精确。
本申请进一步设置为：所述红外热成像模块包括数字化单元、预处理单元、特征单元和比较单元，
数字化单元，对拍摄的实际红外图像进行数字化，转换成适于计算机处理的数字信息；
预处理单元，对数字信息进行预处理，除去混入的干扰信息并减少变形或失真；
提取单元，对预处理后的数字信息进行监测区域选择，选择需要识别图像的监测区域，根据监测区域和图像模型在关系库中提取充油设备实际红外图像的温度值；
比较单元，当提取的温度值超过报警温度时，输出温度分析信息。
通过采用上述技术方案，经过实验和实际应用，具有适应能力强、准确率高等优点。
本申请进一步设置为：所述红外热成像模块采用两台红外热成像仪，所述前端ARM主板包括计算模块，所述计算模块通过红外热成像仪与充油设备之间的距离，自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度。
通过采用上述技术方案，调整焦距和温度补偿，可以让各区域的报警温度更加准确。
本申请进一步设置为：所述通讯模块包括无线传输单元，所述无线传输单元采用4G、ZigBee和网口中一种或多种进行信息的传输。
通过采用上述技术方案，可根据不同的环境进行更换传输模式。
本申请的上述目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，包括如下步骤：
实时采集充油设备的油位情况，得到油位值；
对油位值进行判断，若油位值低于预设的告警值，则发出油位告警信息；
预先建立油位值与监测区域、各区域对应的报警温度的对应关系，根据采集到的油位值得到监测区域和各区域对应的报警温度；
实时对充油设备进行拍摄，得到实际红外图像；
对红外图像进行热源算法分析，并根据油位值得到的监测区域和报警温度，得到温度分析信息；
将油位告警信息和温度分析信息传输给监测人员。
通过采用上述技术方案，对充油设备的油位进行自动监测，提高油位的监测效率、实时性以及准确性，可及时发现油位过低或过高，并采取相应措施便于电力变压器安全运行；充油设备的油位不同，将导致其各个监测区域的范围和各区域对应的报警温度不同，根据油位值选取相应的监测区域和报警温度，综合判断充电设备中各个监测区域的实时温度，能够减少误报的情况出现，实现各个监测区域温度过高的精确报警；根据红外图像上温度越高的物体颜色越偏向红色，在监控界面上显示温度数值，当温度超出报警温度，发出温度分析信息提示监测人员，并将温度分析信息记录到数据库中。
本申请进一步设置为：对所述红外图像进行热源算法分析，包括如下步骤：
将红外图像转换为灰度图像，将灰度图像的每个像素点的像素值以二进制数据的形式进行存储；
根据红外热成像模块的规格参数和温度检测范围，利用红外辐射通量与温度直接的转换公式，结合不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库，将每个像素值表示成摄氏温度值的形式；
对预设的监测区域的像素点进行扫描，若当前像素点的摄氏温度值超过预设的报警温度，则记录当前像素点的坐标值，以该像素点为热源的边缘点，向周围寻找相同温度的连续多个像素点，形成热源最外层边缘；
从最外层边缘向中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，并依次连线形成温度分界多边形，然后再向温度分界多边形中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，直至找到质点，该质点即为监测区域最高温度值的像素点，整个图像即为分析结果图像。
本申请进一步设置为：选择充油设备所述模型图像，包括如下步骤：
对待识别图像进行预处理操作；其中，预处理操作包括特征检测和关键点标注；
根据关键点将待识别图像调整到对应位置；
将待识别图像划归至同一尺度；
基于卷积神经网络中的图像特征提取相应的模型图像。
通过采用上述技术方案，经过实验和实际应用，具有适应能力强、准确率高等优点。
本申请进一步设置为：所述红外热成像模块采用两台红外热成像仪，根据两台红外热成像仪之间夹角，计算出红外热成像仪与充油设备的之间距离；根据距离自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度。
通过采用上述技术方案，调整焦距和温度补偿，可以让各区域的报警温度更加准确。
本申请进一步设置为：所述油位告警信息和温度分析信息的传输采用4G、ZigBee和网口中的一种或多种方式。
通过采用上述技术方案，可根据不同的环境进行更换传输模式。
综上所述，本申请的有益技术效果为：
1.充油设备的油位进行自动监测，提高油位的监测效率、实时性以及准确性，可及时发现油位过低或过高，并采取相应措施便于电力变压器安全运行；
2.充油设备的油位不同，将导致其各个监测区域的范围和各区域对应的报警温度不同，根据油位值选取相应的监测区域和报警温度，综合判断充电设备中各个监测区域的实时温度，能够减少误报的情况出现，实现各个监测区域温度过高的精确报警；
3.根据红外图像上温度越高的物体颜色越偏向红色，在监控界面上显示温度数值，当温度超出报警温度，发出温度分析信息提示监测人员，并将温度分析信息记录到数据库中。
附图说明
图1是本申请实施例的系统框图；
图2是本申请实施例的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，参照图1，包括：油位采集模块：用于对充油设备的油位进行实时采集，得到油位值；前端ARM主板：与油位采集模块连接，用于接收油位值，当油位值低于预设的告警值时输出油位告警信息；并且根据油位值输出预设的监测区域以及各区域对应的报警温度。对充油设备的油位进行自动监测，提高油位的监测效率、实时性以及准确性，可及时发现油位过低或过高，并采取相应措施便于电力变压器安全运行。
为了更加准确的得到油位值，油位采集模块的前端连接有油位计，通过油位计可以对充油设备进行实时采集。其它实施例中，油位采集模块的前端也可以采用红外热成像仪，充油设备内有油部分和没油部分在红外图像上的颜色有明显区别，根据红外图像上的颜色分界线得出充油设备的油位值即可，具体的方式可以建立若干个关于油位值的红外图像模型，通过对比得出相应的油位值。
本申请的监测系统还包括红外热成像模块：与前端ARM主板连接，用于对充油设备进行实时拍摄，得到实际红外图像，并且根据预设的监测区域和报警温度，对红外图像进行热源算法分析，得到温度分析信息。充油设备的油位不同，将导致其各个监测区域的范围和各区域对应的报警温度不同，根据油位值选取相应的监测区域和报警温度，综合判断充电设备中各个监测区域的实时温度，能够减少误报的情况出现，实现各个监测区域温度过高的精确报警；根据红外图像上温度越高的物体颜色越偏向红色，在监控界面上显示温度数值，当温度超出报警温度，发出温度分析信息提示监测人员。
本申请实施例中，红外热成像模块的前端连接有红外热成像仪，通过红外热成像仪对充油设备进行实时拍摄。红外热成像仪有两台，前端ARM主板包括计算模块，计算模块通过红外热成像仪与充油设备之间的距离，自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度。由于温度显示精度与红外热成像仪本身精度无关，而与拍摄对象的距离有关，所以当得出目标的距离后，就可以根据距离自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，提高温度监测的精度，这样系统就不会发生对过热故障的漏判和误判，可以让各区域的报警温度更加准确。
前端ARM主板还包括关系库模块，关系库模块对红外热成像模块在各种场景下拍摄的图像于卷积神经网络上进行标注和训练，场景包括油位和温度，建立不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库。将拍摄的红外图像在卷积神经网络上进行标注和训练，生成图像模型，并建立图像模型、监测区域与温度值的关系库。
卷积神经网络是一类包含卷积计算且具有深度结构的前馈神经网络，是深度学习的代表算法之一。卷积神经网络具有表征学习能力，能够按其阶层结构对输入信息进行平移不变分类，因此也被称为“平移不变人工神经网络”。本申请实施例中，通过卷积神级网络进行深度学习使得数据越丰富，可以在热源算法分析时，得到更加准确的各个监测区域的温度值，从而使温度过高的报警更加精确。
红外热成像模块包括数字化单元、预处理单元、特征单元和比较单元，数字化单元，对拍摄的实际红外图像进行数字化，转换成适于计算机处理的数字信息；预处理单元，对数字信息进行预处理，除去混入的干扰信息并减少变形或失真；提取单元，对预处理后的数字信息进行监测区域选择，选择需要识别图像的监测区域，根据监测区域和图像模型在关系库中提取充油设备实际红外图像的温度值；比较单元，当提取的温度值超过报警温度时，输出温度分析信息。经过实验和实际应用，具有适应能力强、准确率高等优点。
本申请的系统还包括通讯模块，与前端ARM主板连接，用于发出油位告警信息和温度分析信息。通讯模块包括无线传输单元，无线传输单元采用4G、ZigBee和网口中一种或多种进行信息的传输；可根据不同的环境进行更换传输模式。
本实施例还公开了一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，参照图2，包括如下步骤：实时采集充油设备的油位情况，得到油位值；对油位值进行判断，若油位值低于预设的告警值，则发出油位告警信息；预先建立油位值与监测区域、各区域对应的报警温度的对应关系，根据采集到的油位值得到监测区域和各区域对应的报警温度；实时对充油设备进行拍摄，得到实际红外图像；对红外图像进行热源算法分析，并根据油位值得到的监测区域和报警温度，得到温度分析信息；将油位告警信息和温度分析信息传输给监测人员。
对红外图像进行热源算法分析，包括如下步骤：将红外图像转换为灰度图像，将灰度图像的每个像素点的像素值以二进制数据的形式进行存储；根据红外热成像模块的规格参数和温度检测范围，利用红外辐射通量与温度直接的转换公式，结合不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库，将每个像素值表示成摄氏温度值的形式。
红外辐射通量与温度直接的转换公式为M=ε*σ*T4，其中，M为红外辐射通量，ε为辐射系数，σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T为绝对温度。还将所有像素点的像素值相加除去像素点总数，得到像素值平均值，进而得到最大像素值和最小像素值，用于后续进一步的监测区域分析。
对红外图像进行热源算法分析，还包括如下步骤：对预设的监测区域的像素点进行扫描，若当前像素点的摄氏温度值超过预设的报警温度，则记录当前像素点的坐标值，以该像素点为热源的边缘点，向周围寻找相同温度的连续多个像素点，形成热源最外层边缘；从最外层边缘向中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，并依次连线形成温度分界多边形，然后再向温度分界多边形中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，直至找到质点，该质点即为监测区域最高温度值的像素点，整个图像即为分析结果图像。
选择充油设备模型图像，包括如下步骤：对待识别图像进行预处理操作；其中，预处理操作包括特征检测和关键点标注；根据关键点将待识别图像调整到对应位置；将待识别图像划归至同一尺度；基于卷积神经网络中的图像特征提取相应的模型图像。经过实验和实际应用，具有适应能力强、准确率高等优点。
红外热成像模块采用两台红外热成像仪，根据两台红外热成像仪之间夹角，计算出红外热成像仪与充油设备的之间距离；根据距离自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度；调整焦距和温度补偿，可以让各区域的报警温度更加准确。油位告警信息和温度分析信息的传输采用4G、ZigBee和网口中的一种或多种方式；可根据不同的环境进行更换传输模式。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，其特征在于，包括：
油位采集模块：用于对充油设备的油位进行实时采集，得到油位值；
前端ARM主板：与所述油位采集模块连接，用于接收油位值，当油位值低于预设的告警值时输出油位告警信息；并且根据油位值输出预设的监测区域以及各区域对应的报警温度；
红外热成像模块：与所述前端ARM主板连接，用于对充油设备进行实时拍摄，得到实际红外图像，并且根据预设的监测区域和报警温度，对红外图像进行热源算法分析，得到温度分析信息；
通讯模块，与所述前端ARM主板连接，用于发出油位告警信息和温度分析信息。
2.根据权利要求1所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，其特征在于，所述前端ARM主板包括关系库模块，所述关系库模块对红外热成像模块在各种场景下拍摄的图像于卷积神经网络上进行标注和训练，所述场景包括油位和温度，建立不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库。
3.根据权利要求2所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，其特征在于，所述红外热成像模块包括数字化单元、预处理单元、特征单元和比较单元，
数字化单元，对拍摄的实际红外图像进行数字化，转换成适于计算机处理的数字信息；
预处理单元，对数字信息进行预处理，除去混入的干扰信息并减少变形或失真；
提取单元，对预处理后的数字信息进行监测区域选择，选择需要识别图像的监测区域，根据监测区域和图像模型在关系库中提取充油设备实际红外图像的温度值；
比较单元，当提取的温度值超过报警温度时，输出温度分析信息。
4.根据权利要求1所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，其特征在于，所述红外热成像模块采用两台红外热成像仪，所述前端ARM主板包括计算模块，所述计算模块通过红外热成像仪与充油设备之间的距离，自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度。
5.根据权利要求1所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测系统，其特征在于，所述通讯模块包括无线传输单元，所述无线传输单元采用4G、ZigBee和网口中一种或多种进行信息的传输。
6.一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的监测系统，具体如下步骤：
实时采集充油设备的油位情况，得到油位值；
对油位值进行判断，若油位值低于预设的告警值，则发出油位告警信息；
预先建立油位值与监测区域、各区域对应的报警温度的对应关系，根据采集到的油位值得到监测区域和各区域对应的报警温度；
实时对充油设备进行拍摄，得到实际红外图像；
对红外图像进行热源算法分析，并根据油位值得到的监测区域和报警温度，得到温度分析信息；
将油位告警信息和温度分析信息传输给监测人员。
7.根据权利要求6所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，其特征在于，对所述红外图像进行热源算法分析，包括如下步骤：
将红外图像转换为灰度图像，将灰度图像的每个像素点的像素值以二进制数据的形式进行存储；
根据红外热成像模块的规格参数和温度检测范围，利用红外辐射通量与温度直接的转换公式，结合不同油位值下图像模型、监测区域与温度值相对应的关系库，将每个像素值表示成摄氏温度值的形式；
对预设的监测区域的像素点进行扫描，若当前像素点的摄氏温度值超过预设的报警温度，则记录当前像素点的坐标值，以该像素点为热源的边缘点，向周围寻找相同温度的连续多个像素点，形成热源最外层边缘；
从最外层边缘向中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，并依次连线形成温度分界多边形，然后再向温度分界多边形中心寻找摄氏温度值更高的多个像素点，直至找到质点，该质点即为监测区域最高温度值的像素点，整个图像即为分析结果图像。
8.根据权利要求7所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，其特征在于，选择充油设备所述模型图像，包括如下步骤：
对待识别图像进行预处理操作；其中，预处理操作包括特征检测和关键点标注；
根据关键点将待识别图像调整到对应位置；
将待识别图像划归至同一尺度；
基于卷积神经网络中的图像特征提取相应的模型图像。
9.根据权利要求6所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，其特征在于，所述红外热成像模块采用两台红外热成像仪，根据两台红外热成像仪之间夹角，计算出红外热成像仪与充油设备的之间距离；根据距离自动调整红外热成像仪的焦距和温度补偿，获得各区域的报警温度。
10.根据权利要求6所述的一种应用于充油设备的红外热成像油位、温度监测方法，其特征在于，所述油位告警信息和温度分析信息的传输采用4G、ZigBee和网口中的一种或多种方式。
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| 张坤石: "《潜艇光电装备技术》", 31 January 2007 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116030062A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 深圳探谱特科技有限公司 | 基于热成像的压铸模具在线温度检测方法、装置及系统 |
| CN116030062B (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-06 | 深圳探谱特科技有限公司 | 基于热成像的压铸模具在线温度检测方法、装置及系统 |
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