CN114136451A - 低温环境下红外广域测温系统 - Google Patents
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Abstract
低温环境下红外广域测温系统，涉及测温领域，现有在低温环境下探测到的带电设备温度准确性差。用每一时刻接收到的校准温度校准该时刻带电设备温度，得到校准后的带电设备温度，选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度，用每个时刻得到的负载电流、带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度、带电设备的电阻值和模拟外界环境风速训练神经网络模型，得到训练好的神经网络模型，当将实际采集的带电设备的温度、实际带电设备的负载电流、实际带电设备的电阻值和实际风速输入至训练好的神经网络模型中时，得到带电设备最终温度。用于测量带电设备的温度。
Description
技术领域
本发明涉及带电设备测温系统，涉及测温领域。
背景技术
由于北方冬季气温大部分时间低于0℃，而要求测试环境温度不低于0℃，不符合规程的检测环境条件要求，因此，其缺陷判据是否适用尚需近一步研究确认。红外诊断在现场实际应用中，情况是极其复杂的。这是因为红外辐射信号的接收会受多种因素的干扰，红外探测的准确性往往得不到保证。
当前对带电设备的温度测量过程主要采用手持式测温仪进行测量，其测量方法简单，测量距离小，测量范围小，并且没有将外界环境的各种因素考虑到温度测量过程中去。因此，其测量精度很难达到测量的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有在低温环境下探测到的带电设备温度准确性差的问题，提出了低温环境下红外广域测温系统。
低温环境下红外广域测温系统，所述系统包括控制器、高低温试验箱、低温黑体、在线分析系统、在线式双光谱云台系统、回路电阻测试仪、风扇、风速仪和大电流发生器；
大电流发生器和回路电阻测试仪设置在高低温试验箱外部，带电设备、在线式双光谱云台系统、风扇和风速仪设置在高低温试验箱内；
控制器，用于模仿外界环境温度，根据外界环境温度变化，控制高低温试验箱内的温度变化；
低温黑体，用于设定不同的温度源，将该设定温度源作为校准温度传送至在线分析系统；
大电流发生器，用于向带电设备施加不同的负载电流，并将该负载电流传送至在线分析系统；
在线式双光谱云台系统，用于在高低温试验箱内的温度下实时采集带电设备的图像和带电设备的温度，将该图像传送至在线分析系统；
回路电阻测试仪，用于测试带电设备的电阻值，将该电阻值传送至在线分析系统；
风扇，用于模拟外界环境风速，对带电设备施加该模拟外界环境风速；
风速仪，用于测量风扇的模拟外界环境风速，将该风速传送至在线分析系统；
在线分析系统，用于用每一时刻接收到的校准温度校准该时刻带电设备温度，得到校准后的带电设备温度，选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度，用每个时刻得到的负载电流、带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度、带电设备的电阻值和模拟外界环境风速训练神经网络模型，得到训练好的神经网络模型，当将实际采集的带电设备的温度、实际带电设备的负载电流、实际带电设备的电阻值和实际风速输入至所述训练好的神经网络模型中时，能够得到该带电设备的最终温度。
优选地，在线分析系统，还用于显示选取带电设备的图像中的点、线的平均温度、面区域的平均温度、线中的最大温度点或面区域中的最大温度点。
优选地，所述系统还包括热电偶，
热电偶设置在高低温试验箱内，热电偶，用于测量带电设备的真实温度，将该真实温度传送给在线分析系统；
在线分析系统，还用于用每一时刻接收到的带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度对比，验证带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度是否一致，如果否，则说明校准后的带电设备温度不正确，如果是，则选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度作为神经网络模型的训练数据。
优选地，在线式双光谱云台系统为2台；
在线分析系统(1)，用于用每一时刻接收到的校准温度分别校准该时刻2台在线式双光谱云台系统采集的带电设备的温度，各得到1张校准后的带电设备的温度，对比2个校准后的带电设备的温度，如果校准后的带电设备的温度不同，则认为其中有1台在线式双光谱云台系统异常，如果2个校准后的带电设备的温度相同，则认为2台在线式双光谱云台系统工作状态正常。
优选地，在线式双光谱云台系统均包括云台、红外系统和可见光系统，
云台，用于根据带电设备摆放的位置调节姿态，使得红外系统和可见光系统朝向带电设备；
红外系统，用于实时采集带电设备的红外数据；
可见光系统，用于实时采集带电设备的可见光图像；
在线分析系统，用于根据接收到的红外数据和可见光图像，分别得到带电设备的温度和带电设备的图像。
优选地，所述系统还包括交换机，
低温黑体、大电流发生器、在线式双光谱云台系统、回路电阻测试仪和风速仪均通过交换机与在线式双光谱云台系统通信。
优选地，高低温试验箱内的温度变化为-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃。
本发明的有益效果是：
本申请研究环境温度和负荷条件对红外成像测试结果的影响，根据某一种带电的电气设备或金属部件连接点在不同温度、不同负荷电流条件下的红外成像检测结果，绘制各个负荷电流的温度补偿曲线，给出低温环境下的温度补偿表达式修正各等级缺陷的判定依据，从而拓展红外成像检测的适用领域。
本申请的试验装置结合对带电设备的多个影响因素，使得带电设备在低温环境下测量到的温度更准确、精度更高，所以根据测得的准确温度更能准确评价带电设备的老化程度。保障了电气设备供电的可靠性。本申请缩短了试验时间，提升了试验效率。
本申请优点：
(1)本申请是将带电设备置于低温环境，并在多种因素干扰的情况下，测量带电设备的温度，系统具有低温环境优势，低温环境测温可以解决手持设备因电池问题使用时间变短，无法满足工作的情况。
(2)本申请试验测温装置，使用的高低温试验箱空间较大，降温时间较长，完全可以模拟外界环境温度。
(3)本申请测温精度高于手持测温仪，在环境-50℃～0℃连续变化时保证带电设备不同电流等级下的测温精度。
(4)系统可结合风速仪、黑体和双光谱热像仪绘制带电设备在不同电流等级的温度对比曲线。
(5)本申请可显示带电设备任意点、线、面多区域的温度，可针对不同的带电设备进行测温。
附图说明
图1为低温环境下红外广域测温系统的原理示意图；
图2为用低温黑体温度校正在线式双光谱云台系统采集的温度得到校正后的温度图；
图3为测量的110KV隔离开关的温度曲线图；
图4为电流等级与带电设备温度的关系曲线图；
图5为电流等级与环境温度的关系曲线图；
图6为电流等级与风速的关系曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的低温环境下红外广域测温系统，所述系统包括控制器、高低温试验箱、低温黑体5、在线分析系统1、在线式双光谱云台系统2、回路电阻测试仪3、风扇、风速仪4和大电流发生器7；
大电流发生器7和回路电阻测试仪3设置在高低温试验箱外部，带电设备、在线式双光谱云台系统2、风扇和风速仪4设置在高低温试验箱内；
控制器，用于模仿外界环境温度，根据外界环境温度变化，控制高低温试验箱内的温度变化；
低温黑体5，用于设定不同的温度源，将该设定温度源作为校准温度传送至在线分析系统1；
大电流发生器7，用于向带电设备施加不同的负载电流，并将该负载电流传送至在线分析系统1；
在线式双光谱云台系统2，用于在高低温试验箱内的温度下实时采集带电设备的图像和带电设备的温度，将该图像传送至在线分析系统1；
回路电阻测试仪3，用于测试带电设备的电阻值，将该电阻值传送至在线分析系统1；
风扇，用于模拟外界环境风速，对带电设备施加该模拟外界环境风速；
风速仪4，用于测量风扇的模拟外界环境风速，将该风速传送至在线分析系统1；
在线分析系统1，用于用每一时刻接收到的校准温度校准该时刻带电设备温度，得到校准后的带电设备温度，选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度，用每个时刻得到的负载电流、带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度、带电设备的电阻值和模拟外界环境风速训练神经网络模型，得到训练好的神经网络模型，当将实际采集的带电设备的温度、实际带电设备的负载电流、实际带电设备的电阻值和实际风速输入至所述训练好的神经网络模型中时，能够得到该带电设备的最终温度。
本实施方式中，风扇是为了对比出不同的风速对温度的影响；
依据高低温试验箱来模仿-50℃～0℃不同的温度条件，在线式双光谱云台系统在-50℃～0℃环境温度下对带电设备测温，同时带电设备根据自身特性更改负载电流200A，400A，600A，800A，1000A，1200A。测试在不同负载电流下，温度变化关系。
以下是各设备的作用：
(1)高低温试验箱为试验提供低温测试环境，试验箱可根据试验指标设定不同的温度，试验用的设备都在低温试验箱内进行测试。
(2)高精度低温黑体可在不同的环境温度下调节不同的温度，为在线式双光谱云台系统提供测温依据。
黑体工作温度范围如下：
| 高低温试验箱内温度 | 低温黑体最低温度 | 低温黑体最高温度 |
| -54 | -65 | 60 |
| -40 | -55 | 85 |
| -20 | -35 | 110 |
| 0 | -25 | 140 |
| 20 | -5 | 150 |
| 50 | 25 | 150 |
| 70 | 48 | 150 |
(3)在线分析系统采用红外在线分析系统可对温度数据进行采集、分析，将在线式双光谱云台系统中采集到灰度数据转换为被测设备温度数据。系统可实时显示被测设备的温度，监测带电设备的平均温度与最大温度，同时系统支持点线面测温，可根据不同的带电设备进行温度测量。
(4)为验证风速对测温的影响，选择风速仪作为测量风速的设备，通过风速仪和在线式双光谱云台系统可以判定风速对温度是否有影响。
(5)回路电阻测试仪测试带电设备的电阻，为试验提供数据支撑。
(6)在线式双光谱云台系统是测温系统的主要组成之一，现场安装了两台在线测温设备，采集到的温度数据可以相互对比，在线式双光谱云台系统由云台、红外系统和可见光系统组成，云台可根据带电设备摆放的位置调整姿态，红外系统可实时采集设备温度。
为保证在线式双光谱云台系统测温准确性，在高低温试验箱中建立-50℃～0℃的测温模型，将低温黑体和在线式双光谱云台系统置于相同外界环境的恒温箱中，分别设定黑体温度为5℃、15℃、25℃、35℃、45℃、55℃、65℃七个温度档，待黑体温度稳定后，将黑体置于与测温系统一定距离处，改变恒温箱温度为-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃。运用红外测温系统实时监测低温黑体温度变化，监测时长两小时，同时每秒钟记录一次在线式双光谱云台系统得到的监测数据，修改异常数据。将各个环境温度监测的数据导入EXCEL，生成趋势变化图像并进行数据分析，得到在不同环境温度测温的变化性规律，通过此规律对在线式双光谱云台系统进行算法修正。修正后，在相同条件下再次进行不同环境温度下的测温，得到了准确的测量结果。修正过程如图2所示。
用建立好的带电设备的温度变化规律模型得到最终带电设备温度的例子：
将建立好的带电设备的温度变化规律模型植入到测温系统中，使用含有带电设备的温度变化规律模型的测温系统对带电设备进行测温，带电设备以110KV隔离开关为例，分别测试隔离开关接触处与线夹A、B三处的温度，同时隔离开关以200A为间隔增加电流等级，记录数据。
温度数据：
| 负载电流 | 20A | 40A | 60A | 80A | 100A | 200A | 400A |
| 隔离开关接触处 | 17.4 | 17.4 | 18.6 | 17.9 | 17.9 | 18.3 | 20.7 |
| 线夹A | 16.9 | 17.1 | 18.5 | 18.1 | 18.6 | 22.2 | 36.2 |
| 线夹B | 16.9 | 17.1 | 18.5 | 18.5 | 19.1 | 24.8 | 47.5 |
得到的温度曲线如图3所示，图3中附图标记9表示100KV隔离开关，附图标记10表示线夹A，附图标记11表示线夹B。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，在线分析系统1，还用于显示选取带电设备的图像中的点、线的平均温度、面区域的平均温度、线中的最大温度点或面区域中的最大温度点。
本实施方式中，在线分析系统1可以对带电设备测温，同时在所选区域显示平均温度、最大温度，也可在全局区域搜索最高温与平均温度。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括热电偶7，
热电偶7设置在高低温试验箱内，热电偶7，用于测量带电设备的真实温度，将该真实温度传送给在线分析系统1；
在线分析系统1，还用于用每一时刻接收到的带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度对比，验证带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度是否一致，如果否，则说明校准后的带电设备温度不正确，如果是，则选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度作为神经网络模型的训练数据。
本实施方式中，系统针对不同电流等级、不同环境温度、不同风速可绘制曲线，直观分析带电设备温度风速和环境温度对其影响，如图4至图6所示。
本申请可以对带电设备在不同高低温试验箱内的温度下所反馈的温度值进行分析，找出-50℃-0℃下的环境温度与在线式双光谱云台系统所采集图像的灰度数据的关系，如下图所示。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，在线式双光谱云台系统2为2台；
在线分析系统1，用于用每一时刻接收到的校准温度分别校准该时刻2台在线式双光谱云台系统2采集的带电设备的温度，各得到1张校准后的带电设备的温度，对比2个校准后的带电设备的温度，如果校准后的带电设备的温度不同，则认为其中有1台在线式双光谱云台系统2异常，如果2个校准后的带电设备的温度相同，则认为2台在线式双光谱云台系统2工作状态正常。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，在线式双光谱云台系统2均包括云台、红外系统和可见光系统，
云台，用于根据带电设备摆放的位置调节姿态，使得红外系统和可见光系统朝向带电设备；
红外系统，用于实时采集带电设备的红外数据；
可见光系统，用于实时采集带电设备的可见光图像；
在线分析系统1，用于根据接收到的红外数据和可见光图像，分别得到带电设备的温度和带电设备的图像。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括交换机8，
低温黑体5、大电流发生器7、在线式双光谱云台系统2、回路电阻测试仪3和风速仪4均通过交换机8与在线式双光谱云台系统2通信。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的低温环境下红外广域测温系统进一步限定，在本实施方式中，高低温试验箱内的温度变化为-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃。
Claims (7)
1.低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，所述系统包括控制器、高低温试验箱、低温黑体(5)、在线分析系统(1)、在线式双光谱云台系统(2)、回路电阻测试仪(3)、风扇、风速仪(4)和大电流发生器(7)；
大电流发生器(7)和回路电阻测试仪(3)设置在高低温试验箱外部，带电设备、在线式双光谱云台系统(2)、风扇和风速仪(4)设置在高低温试验箱内；
控制器，用于模仿外界环境温度，根据外界环境温度变化，控制高低温试验箱内的温度变化；
低温黑体(5)，用于设定不同的温度源，将该设定温度源作为校准温度传送至在线分析系统(1)；
大电流发生器(7)，用于向带电设备施加不同的负载电流，并将该负载电流传送至在线分析系统(1)；
在线式双光谱云台系统(2)，用于在高低温试验箱内的温度下实时采集带电设备的图像和带电设备的温度，将该图像传送至在线分析系统(1)；
回路电阻测试仪(3)，用于测试带电设备的电阻值，将该电阻值传送至在线分析系统(1)；
风扇，用于模拟外界环境风速，对带电设备施加该模拟外界环境风速；
风速仪(4)，用于测量风扇的模拟外界环境风速，将该风速传送至在线分析系统(1)；
在线分析系统(1)，用于用每一时刻接收到的校准温度校准该时刻带电设备温度，得到校准后的带电设备温度，选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度，用每个时刻得到的负载电流、带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度、带电设备的电阻值和模拟外界环境风速训练神经网络模型，得到训练好的神经网络模型，当将实际采集的带电设备的温度、实际带电设备的负载电流、实际带电设备的电阻值和实际风速输入至所述训练好的神经网络模型中时，能够得到该带电设备的最终温度。
2.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，在线分析系统(1)，还用于显示选取带电设备的图像中的点、线的平均温度、面区域的平均温度、线中的最大温度点或面区域中的最大温度点。
3.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，所述系统还包括热电偶(7)，
热电偶(7)设置在高低温试验箱内，热电偶(7)，用于测量带电设备的真实温度，将该真实温度传送给在线分析系统(1)；
在线分析系统(1)，还用于用每一时刻接收到的带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度对比，验证带电设备的真实温度与校准后的带电设备温度是否一致，如果否，则说明校准后的带电设备温度不正确，如果是，则选取带电设备的图像中的点、线或面区域，得到该带电设备的图像中的点、线或面区域对应的校准后的带电设备温度作为神经网络模型的训练数据。
4.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，在线式双光谱云台系统(2)为2台；
在线分析系统(1)，用于用每一时刻接收到的校准温度分别校准该时刻2台在线式双光谱云台系统(2)采集的带电设备的温度，各得到1张校准后的带电设备的温度，对比2个校准后的带电设备的温度，如果校准后的带电设备的温度不同，则认为其中有1台在线式双光谱云台系统(2)异常，如果2个校准后的带电设备的温度相同，则认为2台在线式双光谱云台系统(2)工作状态正常。
5.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，在线式双光谱云台系统(2)均包括云台、红外系统和可见光系统，
云台，用于根据带电设备摆放的位置调节姿态，使得红外系统和可见光系统朝向带电设备；
红外系统，用于实时采集带电设备的红外数据；
可见光系统，用于实时采集带电设备的可见光图像；
在线分析系统(1)，用于根据接收到的红外数据和可见光图像，分别得到带电设备的温度和带电设备的图像。
6.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，所述系统还包括交换机(8)，
低温黑体(5)、大电流发生器(7)、在线式双光谱云台系统(2)、回路电阻测试仪(3)和风速仪(4)均通过交换机(8)与在线式双光谱云台系统(2)通信。
7.根据权利要求1所述的低温环境下红外广域测温系统，其特征在于，高低温试验箱内的温度变化为-40℃、-30℃、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃和60℃。
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