,書式設定,書式設定,第,2,第,3,第,4,第,5,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,红外技术原理,1红外技术原理,1,2,红外线的发现,1800,年英国物理学家赫胥尔在研究太阳光谱的热效应时发现：七色光在红光谱的边界以外人眼看不见有任何光线的黑暗区，温度反而比红光区域的温度高。反复证明，在外光的外侧，确实存在一种人眼看不见的“热线”，后来称为“红外线”，又称“红外辐射”。,红外线处于波长,0.76-1000,m,之间,红外线是从物质内部发射出来的,反映物体表面的温度场,.,2红外线的发现 1800年英国物理学家赫胥尔在研究太,2,3,红外光谱在电磁波中的位置,3红外光谱在电磁波中的位置,3,4,大气传输,大多数红外成像系统采用的响应光谱范围为大气吸收较小的波长。大气传输率较高的光谱范围称为“大气窗口”。,4大气传输 大多数红外成像系统采用的响应光谱范围为大气,4,5,黑体和发射率,黑体是指吸收所有入射光线而不反射或透射的物体即黑体所吸收的红外线能量与发射红外线能量相等。,辐射率又称发射率：是实际物体与同温度的黑体，在相同条件下辐出度的比值。,5黑体和发射率黑体是指吸收所有入射光线而不反射或透射的物体即,5,6,黑体和发射率,影响辐射率的因素：材料、粗糙度、温度等。,如：,1,、对于非金属电解质材料，发射率受表面粗糙度影响较小或者无关。,2,、对于金属电解质材料，发射率受表面粗糙度影响较大。,6黑体和发射率影响辐射率的因素：材料、粗糙度、温度等。,6,7,红外热像仪器成像理论,7红外热像仪器成像理论,7,8,红外热像仪器成像理论,温度升高,红外辐射,E,传感器,采用由红外电磁能产生的热效应引起的材料性能改变原理,。,电阻降低,加热,V=R,I,V:,电压变化,R:,由于红外吸收引起的电阻变化,I:,通过辐射测热仪的恒定电流,1.,红外辐射以电磁波的形式进入传感器，传感器吸收红外辐射，传感器温度升高。,2.,传感器电阻改变。,3.,电阻改变以电信号的形式被探测。,4.,不需要冷却，因为采用直接加热的效应。,8红外热像仪器成像理论温度升高红外辐射E传感器采用由红外电磁,8,9,红外热像仪成像原理,感受红外辐射，将红外能量转换成电信号，通过电子处理，最终转化为人眼可见的红外图象。,9红外热像仪成像原理感受红外辐射，将红外能量转换成电信号，通,9,10,非制冷焦平面探测器,采用微型辐射热量探测器,工作原理：类似热敏电阻，即探测器吸收入射的红外辐射，致使自身的温度升高，从而导致探测器电阻值发生变化，在外加电流的作用下可以产生电压信号输出。,10非制冷焦平面探测器采用微型辐射热量探测器,10,11,红外镜头,能够将红外辐射能量聚焦到探测器上的特殊镜头。,材料是锗单晶，表面镀金钢石膜。,Ge,是红外长波仪器镜头最好的材料，但价格昂贵。,11红外镜头能够将红外辐射能量聚焦到探测器上的特殊镜头。,11,12,红外热像仪的基本参数,帧频：反映探测器变化快慢的量。,如,HY6800,帧频是,50Hz,即,1/50,秒。,12红外热像仪的基本参数帧频：反映探测器变化快慢的量。,12,13,空间分辨率,空间分辨率：红外热像仪分辨物体的能力，单位,mrad,。可理解为测量距离和目标大小的关系。,空间分辨率为,1.3mrad,的热像仪,：如果被测目标与热像仪之间距离为,100m,，那么,0.13M,大小的物体在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满,1,个探测器单元像数,.0.26M,大小的物体在热像仪的镜头聚焦,并投影到探测器上,正好充满四个探测器单元像数,并能确保必然充满其中一个像数,.,13空间分辨率空间分辨率：红外热像仪分辨物体的能力，单位m,13,14,空间分辨率,24,标准镜头的视场角为,24 18,，空间分辨率为,1.3mrad,。,计算方式如下：,空间分辨率,(FOV)=0.0013 rad,=1.3 mrad,24,320,（像素数）,180,14空间分辨率24标准镜头的视场角为24 18，空间,14,15,空间分辨率,12,标准镜头的视场角为,12 9,，空间分辨率为,0.65mrad,。,计算方式如下：,空间分辨率,(FOV)=0.00065 rad,=0.65 mrad,12,320,（像素数）,180,15空间分辨率12标准镜头的视场角为12 9，空间分,15,16,空间分辨率,7,标准镜头的视场角为,7 5,，空间分辨率为,0.38mrad,。,计算方式如下：,空间分辨率,(FOV)=0.00038 rad,=0.38mrad,7,320,（像素数）,180,16空间分辨率7标准镜头的视场角为7 5，空间分辨率,16,17,空间分辨率,物体成像必须充满一个像素点才能测温精确,图像中的,“,十,”,字测温交叉点的中心点。,探测器阵列的概念：,17空间分辨率物体成像必须充满一个像素点才能测温精确探测器阵,17,18,空间分辨率,未充满像素数：,探测器像数单元：,黑色的部分是天空背景，为,-30,。,探测器像数单元：,红外的部分是发热接头。,此时探测器像数单元测得温度为：,二者一平均，测量温度数据偏低很多。,18空间分辨率未充满像素数：探测器像数单元：探测器像数单元,18,19,空间分辨率,为了保障红外图片细节的清晰和测温准确性，,对不同类型电气设备拍摄需要采用不同的镜头。,变电站内设备拍摄时一般采用,24,标准镜头（高压套管、避雷器，独立,CT,等）。,近距离线路设备拍摄采用,12,两倍镜头（如,35kV,户,外线路电缆头等）,远距离线路设备拍摄采用,7,三倍镜头（如,500kV,线路耐张线夹等）。,19空间分辨率为了保障红外图片细节的清晰和测温准确性，,19,20,瞬时视场和分辨率的关系,单元数量,空间分辨率,FOV,（）,180,X,FOV,角,空间分辨率有以下公式计算,FOV,单元数量,=,20瞬时视场和分辨率的关系单元数量空间分辨率FOV（,20,21,NETD,NETD,又称温度分辨率,是评价热成像系统探测灵敏度的一个客观参数,.,21NETDNETD又称温度分辨率,21,22,影响红外测温的因素,1.,观测角度的影响,朗伯余弦定律,：就是黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比。,此定律表明，黑体在辐射表面法线方向的辐射最强。因此，实际做红外检测时，应尽可能选择在被测目标表面法线方向进行,。,22影响红外测温的因素1.观测角度的影响,22,23,2.,不同性质的材料的影响,不同性质的材料因对辐射的吸收或反射性能各异，因此它们的发射性能也应不同。一般当温度低于,300k,时，金属氧化物的发射率一般大于,0.8,。,232.不同性质的材料的影响,23,24,3.,表面状态的影响,任何实际物体表面都不是绝对光滑的，总会表现为不同的表面粗糙度。因此，这种不同的表面形态，将对反射率造成影响，从而影响发射率的数值。这种影响的大小同时取决于材料的种类。例如，对于非金属电介质材料，发射率受表面粗糙度影响较小或无关。但是，对于金属材料而言，表面粗糙度将对发射率产生较大影响。另外，应该强调，除了表面粗糙度以外，一些人为因素，如施加润滑油及其他沉积物,(,如涂料等,),，都会明显地影响物体的发射率。,243.表面状态的影响,24,25,4.,物体之间的辐射传递的影响,物体对于给定的入射辐射必然存在着吸收、反射，而当达到热平衡后，其吸收的辐射能必然转化为向外发射的辐射能。因此，当我们在一个变电站中，检测任意一个目标时，所检测出来的温度，必然还存在着附近其它物体的影响。,因此，我们在检测时，要注意检测的方向和时间，使其它物体的影响降到最小。,254.物体之间的辐射传递的影响,25,26,5.,大气衰减的影响,大气对红外辐射有吸收、散射、折射等物理过程，对物体的红外辐射强度会有衰减作用，我们称之为消光。,大气的消光作用与波长相关，有明显的选择性。红外在大气中有三个波段区间能基本完全透过，我们称之为大气窗口，分为近红外（,0.76 1.1um,），中红外（,3 5um,），远红外（,8 14 um,）。,不过，请注意，即使工作在大气窗口内，大气对红外辐射还是有消光作用。尤其，水蒸气对红外辐射的影响最大。因此，在检测时，最好在湿度小于,85%,以下，距离则越近越好。,265.大气衰减的影响,26,27,红外检测专业术语,4.1,、温升：被测设备表面温度和环境温度参照体表面温度之差。,4.2,、温差：不同被测设备或同一被测设备不同部位之间的温度差。,27红外检测专业术语4.1、温升：被测设备表面温度和环境温,27,28,4.3,、相对温差：两个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。相对温差,t,可用下式求出：,式中：,1,和,T,1,发热点的温升和温度；,2,和,T,2,正常相对应点的温升和温度；,T,0,环境参照体的温度。,284.3、相对温差：两个对应测点之间的温差与其中较热点的温,28,29,4.4,、环境温度参照体：用来采集环境温度的物体。它不一定具有当时的真实环境温度，但具有与被检测设备相似的物理属性，并与被测检测设备处于相似的环境之中。,4.5,、一般检测：适用于用红外热像仪对电气设备进行大面积检测。,4.6,、精确检测：主要用于检测电压致热型和部分电流致热型设备的内部缺陷，以便对设备的故障进行精确判断。,294.4、环境温度参照体：用来采集环境温度的物体。它不,29,30,4.7,、电压致热型设备：由于电压效应引起发热的设备。,4.8,、电流致热型设备：由于电流效应引起发热的设备。,4.9,、综合致热型设备：即有电压效应，又有电流效应，或者电磁效应引起发热的设备。,304.7、电压致热型设备：由于电压效应引起发热的设备。,30,31,4.10,、噪声等效温差（,NETD,）：用热像仪观察一个低空间频率的靶标时，当其视频信号的信噪比（,S/N,）为,1,时，观测者可以分辨的最小目标与背景之间的等效温差。,NETD,是评价热像仪探测目标灵敏度和噪声大小的一个客观参数。,4.11,、准确度：在最大测量范围内，允许的最大温度误差，以绝对误差或误差百分数表示。,314.10、噪声等效温差（NETD）：用热像仪观察一个低,31,32,图,J.42 220kV,线夹发热，,接触不良,32图J.42 220kV线夹发热，接触不良,32,33,图,J.43,隔离开关内转头发热，接触不良,33图J.43 隔离开关内转头发热，接触不良,33,34,图,J.45,隔离开关刀口发热，刀口接触不良,34图J.45 隔离开关刀口发热，刀口接触不良,34,35,电缆出线接头接触不良,35电缆出线接头接触不良,35,36,电缆头局部绝缘不良,36电缆头局部绝缘不良,36,37,红外热像仪,：,是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像的上面的不同颜色代表被测物体的不同温度。,总 结,37红外热像仪：是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目,37,38,红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与表面温度之间建立相互联系的科学。辐射是指辐射能（电磁波）在没有直接传导媒体的情况下移动时发生的热量移动。现代红外热像仪的工作原理是使用光电设备来检测和测量辐射，并在辐射与表面温度之间建立相互联系。,38红外热像仪是一门使用光电设备来检测和测量辐射并在辐射与,38,39,所有高于绝对零度（-273）的物体都会发出红外辐射。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。通俗地讲红外热