CN207662524U - 一种红外成像测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外成像测温系统，包括：至少一个便携式红外探测终端，其中每一个便携式红外探测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的便携式智能终端，所述便携式智能终端上装载有红外探测管理模块，所述红外探测管理模块对传输自红外探测器的数据进行分析和处理；至少一个在线监测终端，其中每一个在线监测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的在线监测交互控制装置；后台管理系统，其与所述在线监测交互控制装置连接，所述在线监测交互控制装置将接收自与其连接的红外探测器的数据传输给后台管理系统，以对与该在线监测终端对应的检测点进行实时在线监测。该红外成像测温系统的测温分辨率小，测温范围广，测温准确度高。

Description

一种红外成像测温系统

技术领域

本实用新型涉及一种测温传感器及测温系统，尤其涉及一种红外成像的测温传感器及测温系统。

背景技术

温度是表征电气设备运行状态的一个重要参数。实际运行经验和理论分析表明，母排、电缆接头处发生的各类故障并不是一个突发的过程，因为设备局部温度不断升高，使绝缘逐步老化、泄漏电流逐渐增加，到达一定程度后再发生击穿，是一个由量变到质变的过程。因此，连续地监测设备温度的变化，就可以掌握其运行状况，根据情况适时进行停电检修。通过电气设备实时在线测温，对电气设备运行状态进行监控和评估，是保证电气设备安全运行的有效手段之一。

而目前针对电力设备现场温度测量的差异化，现有技术中的在线测温方式主要采用接触式的温度传感器进行温度变换，这种方式在电气设备电压等级较高时具有一定的安全隐患。而传统的红外检测方法采用红外测温仪、红外行扫描仪、红外热像仪，定期对电力设备进行检测。现场应用情况表明，当前的红外测温成像仪，工作模式较为单一，影响了电力设备测温密度和便捷及时率，不能很好适应现场电力设备温度状态评估的差异化需求。

基于此，期望获得一种红外成像测温系统，该红外成像测温系统工作模式多样，提高传感器的可移植性，信号传输方式多样，从而满足电力设备现场温度测量的差异化需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种红外成像测温系统，所述的红外成像测温系统可以与各种智能终端配合使用，极大提高了红外成像测温系统的可移植性，并且便携性与普及性大大优于现有的传统红外传感测温装置。此外，本实用新型所述的红外成像测温系统还可以实现在线监测和便携检测两种工作模式。

为了达到上述实用新型的目的，本实用新型提供了一种红外成像测温系统，包括：

至少一个便携式红外探测终端，其中每一个便携式红外探测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的便携式智能终端，所述便携式智能终端上装载有红外探测管理模块，所述红外探测管理模块对传输自红外探测器的数据进行分析和处理；

至少一个在线监测终端，其中每一个在线监测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的在线监测交互控制装置；

后台管理系统，其与所述在线监测交互控制装置连接，所述在线监测交互控制装置将接收自与其连接的红外探测器的数据传输给后台管理系统，以对与该在线监测终端对应的检测点进行实时在线监测。

在本实用新型所述的红外成像测温系统中，在所述的便携式红外探测终端中，便携式智能终端可以作为红外探测器的便携测量时的扩展工作平台，在便携式智能终端与红外探测器连接后，通过红外探测管理模块实现数据的分析和处理例如可以查看实时数据、热像图分析以及下载历史数据分析。此外，便携式红外探测终端也可以具有监控功能，通过手持对电力设备的现场运作进行监控，采集数据。

而对于在线监测终端而言，其作用在于支持在线检测模式下的红外探测器的工作，通过在线监测交互控制装置与后台管理系统的连接实现数据的自动采集、通讯，信号处理、安全报警以及控制功能。后台管理系统在获取数据后，通过数据的存储分析，生成报表，实时进行监控报警，并对红外探测器进行综合管理控制。

在一些实施方式中，在线监测交互控制装置包括处理器、内存模块、电源管理模块以及通信模块，其中，内存模块包括存储器以及缓存器，存储器可以为NAND Flash存储器，以用于存放内核代码、应用程序、文件系统和数据资料。此外，存储器还可以包括SD卡，以用于扩展存储容量、存放红外探测器的数据、文档。而缓存器可以采用Mobile DDR。而在线监测交互控制装置的电源管理模块通过处理器管理充放电指示。通过通信模块例如wifi、3G/4G通信模块，实现多设备的就地组网以及电力设备现场无线化检测，从而能够实现实时交换监测数据，以便于操作人员的巡视。

在一些实施方式中，红外探测器和在线监测交互控制装置中的处理器进行数字图像传输处理后，数字图像信号可以通过处理器控制的LCD进行显示。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述便携式智能终端与所述后台管理系统连接，以向后台管理系统传输数据。

便携式智能终端的可以通过例如无线联网方式与后台管理系统连接，将便携式智能终端中的数据实时传输到后台管理系统中，从而在后台管理系统中记录管理分析数据。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述红外探测器包括探头和与探头数据连接的现场可编程门阵列信号处理单元，所述探头采集监测点的原始热像图，所述现场可编程门阵列信号处理单元对原始热像图进行处理，以将原始热像图的图像信号处理为数字信号。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述红外探测器为非制冷型红外探测器。

上述方案中，非制冷型红外探测器可以采用384×288阵列的长波红外探头，该长波红外探头对8～14μm长波段光辐射敏感，是一种可靠度高、体积小、重量轻、功耗低的光电转换元件。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述便携式智能终端包括智能手机或平板电脑的至少其中之一。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述红外探测器与便携式智能终端通过USB接口连接。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述红外探测器与在线监测交互控制装置通过USB接口连接。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述在线监测交互控制装置与后台管理系统无线连接。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，所述便携式智能终端与所述后台管理系统无线连接。

上述方案中，无线连接可以为wifi连接，也可以为3G/4G连接。

进一步地，在本实用新型所述的红外成像测温系统中，还包括：

云端服务器，其与所述后台管理系统和/或便携式智能终端连接，所述云端服务器存储后台管理系统和/或便携式智能终端传输的数据；

便携式监控终端，其与所述云端服务器连接，以获取云端服务器存储的数据。

上述方案中，通过设置云端服务器和便携式监控终端可以简化所述的红外成像测温系统的系统结构，以降低使用成本。

本实用新型所述的红外成像测温系统具有监测信息的多样化传输通道以及低成本条件下的可靠测量能力。在电力现场，不仅需要便携灵活的测温，还需要能够定期、长期监测的在线监测。而本实用新型所述的红外成像测温系统，不仅能够实现采集传输与数据展示、分析的隔离，支持独立在线监测工作，而且还能与便携测量工作模式形成互补，满足现场差异化需求。

此外，本实用新型所述的红外成像测温系统成本低，与传统红外热像仪相比，采用适当的构架经过有针对性的选型，使得本实用新型所述的红外成像测温系统大大降低了生产成本。

附图说明

图1为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的结构示意图。

图2为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的便携式红外探测终端结构框架图。

图3为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的在线监测终端结构框架图。

图4为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的后台管理系统框图。

图5为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的红外探测管理模块的示意性框图。

图6为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的便携式红外探测终端结构示意图。

图7为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的在线监测终端结构示意图。

图8显示了本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的灰度-温度定标曲线。

图9显示了本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的测温误差曲线。

具体实施方式

下面将根据具体实施例及说明书附图对本实用新型所述的红外成像测温系统作进一步说明，但是该说明并不构成对本实用新型技术方案的不当限定。

图1为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的结构示意图。

如图1所示，在本实施方式中，红外成像测温系统1包括便携式红外探测终端4、在线监测终端5以及与在线监测终端5中的在线监测交互控制装置连接的后台管理系统6。此外，红外成像测温系统1还包括与云端服务器2以及与云端服务器2连接的便携式监控终端3。其中，云端服务器2与后台管理系统6和便携式红外探测终端4中的便携式智能终端连接，用以存储后台管理系统6和便携式智能终端传输的数据，而便携式监控终端3可以获取云端服务器存储的数据，进行实时监控。

需要说明的是，本领域内的技术人员可以根据实施方式的具体情况设置多个便携式红外探测终端4以及多个在线监测终端5，例如可以设置三个便携式红外探测终端4以及两个在线监测终端5。

关于本实施方式中的便携式红外探测终端4、在线监测终端5以及后台管理系统6的具体情况可以进一步参考图2至图7。图2为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的便携式红外探测终端结构示意图。图3为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的在线监测终端结构示意图。

如图2所示，并在必要时参考图1和图3，在本实施方式中，便携式红外探测终端4，包括红外探测器41与红外探测器41连接的便携式智能终端42，便携式智能终端42上装载有红外探测管理模块，红外探测管理模块对传输自红外探测器41的数据进行分析和处理。在本实施方式中，便携式智能终端42可以为智能手机，也可以为平板电脑。

在本实施方式中，红外探测器41与便携式智能终端42的连接通过USBTypeC连接器43实现连接，也就是说，红外探测器41与便携式智能终端42通过USB接口连接。

进一步参考图2可以看出，红外探测器41包括探头411和与探头数据连接的现场可编程门阵列信号处理单元，所述的现场可编程门阵列信号处理单元包括驱动板412以及FPGA模块413。探头411采集监测点的原始热像图，而所述现场可编程门阵列信号处理单元对原始热像图进行处理，以将原始热像图的图像信号处理为数字信号，具体工作过程如下所述：

探头411采集被检测对象的原始热像图，而驱动板412，其与探头411连接，驱动板412上设有温度控制模块4121、A/D转换模块4122以及偏置电压模块4123，偏置电压模块2123为探头411提供电压，而A/D转换模块4122将探头411传输的图像信号转换为数字信号，温度控制模块4121控制探头411的焦平面阵列的温度；FPGA板413与驱动板412连接，而FPGA板413上设有FPGA模块4131、存储模块4132和USB接口驱动模块4133，存储模块4132和USB接口驱动模块4133均与FPGA模块4131连接，FPGA模块4131给探头411和A/D转换模块4122输出驱动时钟信号，以使探头411和A/D转换模块4122开始工作，A/D转换模块4122将数字信号传输给FPGA模块4131进行处理，FPGA模块4131将处理后的数字信号写入存储模块4132。USB接口驱动模块4133上设有USB接口，当USB接口用于外接设备例如便携式智能终端42或在线监测交互控制装置51时，FPGA模块4131从存储模块4132调取数据并将其经由USB接口传输给外接设备，也就是传输给便携式智能终端42或在线监测交互控制装置51。

需要说明的是，在本实施方式中，存储模块4132包括SRAM1和SRAM2，经过处理的数字信号被交替写入SRAM1和SRAM2，当SRAM1和SRAM2中任意一个把数据准备好之后，可以通过USB接口传送给与红外探测器41连接的在线监测终端5或便携式智能终端42。

而在本实施方式中，探头411为非制冷型红外探头，非制冷型红外探头包括非制冷微测辐射热计焦平面阵列、读出电路、热电制冷器和温度传感器，非制冷微测辐射热计焦平面阵列通过和温度传感器与驱动板412的温度控制模块4121连接，以实现温度控制模块4121对所述的非制冷微测辐射热计焦平面阵列的温度控制。

此外，FGPA板413内还可以设置与FPGA模块4131连接的配置电路，以提供电源。

如图3所示，并在必要时参考图1，在本实施方式中，在线监测终端5包括红外探测器41和与红外探测器41通过第二USB接口515连接的在线监测交互控制装置51。

在线监测交互控制装置51，包括处理器511、内存模块、电源管理模块513以及通信模块514，其中，内存模块包括存储器5121、外扩存储器5123以及缓存器5122，存储器5121为NAND Flash存储器，以用于存放内核代码、应用程序、文件系统和数据资料。扩展存储器5123为SD卡，以用于扩展存储容量、存放红外成像测温装置的数据、文档。而缓存器5122采用Mobile DDR。此外，在线监测交互控制装置的电源管理模块513通过处理器511管理充放电指示，电源管理模块513上设有直流电源输入接口5131，用于提供电源。通信模块514包括wifi通信模块5141以及3G/4G通信模块5142，以实现多设备的就地组网以及电力设备现场无线化检测，从而能够实现实时交换监测数据，以便于操作人员的巡视。

红外探测器41和在线监测交互控制装置51中的处理器511进行数据传输处理后，图像信号可以通过处理器511控制的LCD516进行显示。

图4为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的后台管理系统框图。

如图4所示，并在必要时结合图1，在本实施方式中，后台管理系统6与在线监测交互控制装置51连接，在线监测交互控制装置51将接收自与其连接的红外探测器41的数据传输给后台管理系统，以对与该在线监测终端5对应的检测点进行实时在线监测。在本实施方式中，后台管理系统6可以实现的功能包括终端与检测点管理、数据采集与显示，温度管理与分析以及系统维护。

图5为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的红外探测管理模块的示意性框图。

如图5所示，并在必要时结合图1和图2，红外探测管理模块被设计为app，包括红外测温模块、图像拍摄模块、数据记录模块以及数据查询模块，安装了app后通过便携式智能终端42开启便携测温共模式，功能模块及结构如图5所示。红外探测管理模块通过安装相应的app实现各模块的使用。UI界面是app将各项功能呈现给用户的界面，是app开发后最终的呈现结果。用户功能层显示了app呈现给使用者的主干功能，而核心功能层则显示了红外探测管理模块在采用app后所能实现的功能，基础功能层为用户功能层提供数据资源、网络服务和安全保证，其中，Socket和HTTP提供阻塞和非阻塞的网络通信。Socket是TCP/IP协议的封装，是一个调用接口，解决数据如何在网络中传输的问题；而HTTP是应用层协议，是解决数据包装的问题，只有Socket和HTTP的结合才能使数据在网络中传输并被识别。Provider则是向其他模块提供数据支持。

图6为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的便携式红外探测终端结构示意图。

结合参考图1、图2和图6，便携式红外探测终端4处于便携测量工作模式时，通过红外探测器41上的探头411采集被检测对象的红外图像，夹具71以及与夹具71连接的可旋转支持臂72用于固定红外探测器41以及便携式智能终端42。可旋转支撑臂72具有转动轴，可以在轴向方向上360°旋转，以便于便携式红外探测终端4多角度测量。

该便携测量工作模式的优点在于，红外探测器41可以通USB接口与便携式智能终端42连接，接口通用性高、连接方便快捷，整体设备结构轻巧灵活，便于操作人员手持作用，可以直接进行测温工作，所获取的数据可以实时传输记录。

图7为本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的在线监测终端结构示意图。

结合参考图1、图3和图7，在线监测终端5处于短时在线监测工作模式时，通过红外探测器41上的探头411采集被检测对象的红外图像，红外探测器41可以采用支持长期工作的电子元器件，以保证在外接电源情况下维持在线长时间运作，并对关键电力设备的敏感位置或疑似故障隐患进行在线监测，获取短时间内的连续数据以分析电力设备工况。

可调节挂扣73以及永久性磁铁74用于固定红外探测器41以及在线监测交互控制装置51。可调节挂扣73具有转动轴，可以在轴向方向上360°旋转，以便于在线监测终端5多角度测量。

此外，本实施方式中的红外成像测温系统1还可以处于在线监测工作模式，处于该工作模式下的红外成像测温系统1采用分布式控制结构，即“集中监控，分散采集”的工业控制方式。红外探测器41对各监测点温度实时监测，通过时间触发、温度触发、外度I/O触发以及其他本领域内的技术人员所知晓的方式触发测温。而便携式红外探测终端4以及在线监测终端5在各种工作模式下灵活切换。

后台管理系统6通过无线通信与在线监测终端5置进行数据交互，实时显示各监测点的温度信息；并对监测的数据进行处理，完成报警、历史运行温度曲线生成、设备状态评估、数据存储、打印报表等功能。而操作人员通过便携式智能终端42访问云服务器器2从云端随时随地监控电力设备温度数据、下载监控中心分析结果，掌握现场动态。

上述方案中，FPGA是指现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array)，SRAM,是指静态随机存储器。

为了验证本实施方式中的红外成像测温系统的测温精度，根据史蒂芬-玻尔兹曼定律，通过黑体进行温度-灰度定标，也就是记录不同黑体温度下，本实施方式中的红外探测器41的灰度值，进行温度-灰度拟合，得到图8所示的灰度-温度定标曲线。图8显示了本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的灰度-温度定标曲线。

由于红外探测器41采集目标温度辐射时，带有环境温度辐射以及其他杂散红外辐射，导致采集到的目标灰度与实际辐射有一定的误差，也就造成测温误差。通过软件算法进行温度补偿的方式，进行测温计算。误差曲线如图9所示，图9显示了本实用新型所述的红外成像测温系统在一种实施方式下的测温误差曲线。

此外，表1和表2分别显示了环境温度为48℃以及环境温度为37℃下的测温结果。

表1.环境温度为48℃下的测温结果

表2.环境温度为37℃下的测温结果

温度(℃)	测试值(℃)	误差(℃)
			5	5.31	0.31
10	10.03	0.03
			20	19.82	0.18
35	34.54	0.46
			50	49.33	0.67
65	64.4	0.6
			80	79.29	0.71
100	99.18	0.82
			120	118.5	1.5

结合图9、表1和表2可以看出，本实用新型所述的红外成像测温系统的测温分辨率小于0.1℃；测温范围为0～200℃；测温准确度达到±2％或±2℃；最大测温距离不小于50米，充分能够满足对电力设备测温的需求。

需要说明的是，本实用新型的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本实用新型的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本实用新型的保护范围。

另外，还需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本实用新型的具体实施例。显然本实用新型不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本实用新型公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外成像测温系统，其特征在于，包括：

至少一个便携式红外探测终端，其中每一个便携式红外探测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的便携式智能终端，所述便携式智能终端上装载有红外探测管理模块，所述红外探测管理模块对传输自红外探测器的数据进行分析和处理；

至少一个在线监测终端，其中每一个在线监测终端均包括红外探测器和与红外探测器连接的在线监测交互控制装置；

后台管理系统，其与所述在线监测交互控制装置连接，所述在线监测交互控制装置将接收自与其连接的红外探测器的数据传输给后台管理系统，以对与该在线监测终端对应的检测点进行实时在线监测。

2.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述便携式智能终端与所述后台管理系统连接，以向后台管理系统传输数据。

3.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述红外探测器包括探头和与探头数据连接的现场可编程门阵列信号处理单元，所述探头采集监测点的原始热像图，所述现场可编程门阵列信号处理单元对原始热像图进行处理，以将原始热像图的图像信号处理为数字信号。

4.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述红外探测器为非制冷型红外探测器。

5.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述便携式智能终端包括智能手机或平板电脑的至少其中之一。

6.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述红外探测器与便携式智能终端通过USB接口连接。

7.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述红外探测器与在线监测交互控制装置通过USB接口连接。

8.如权利要求1所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述在线监测交互控制装置与后台管理系统无线连接。

9.如权利要求2所述的红外成像测温系统，其特征在于，所述便携式智能终端与所述后台管理系统无线连接。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的红外成像测温系统，其特征在于，还包括：

云端服务器，其与所述后台管理系统和/或便携式智能终端连接，所述云端服务器存储后台管理系统和/或便携式智能终端传输的数据；

便携式监控终端，其与所述云端服务器连接，以获取云端服务器存储的数据。