红外检测技术（通用12篇）
红外检测技术 篇1
随着社会经济的不断发展和进步, 发供电的安全性及可靠性方面的重要性不言而喻。但是考虑到一直处于高温、高电压以及大电流工作状态下的电力系统设备, 此外还受到了潮湿、日晒、长时间运行等环境和和条件的损害。而且电力生产从发电、输电、变电到用电环节繁多所涉及和使用的设备数量庞大。因此设备经常容易发生故障, 从而导致事故的出现。为了确保电网能够运行的安全、稳定、可靠, 在故障的诊断与检测方面就需要特别的注意, 尤其是在线形式故障诊断技术。而红外检测具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点, 给电力系统电气设备状态检测提供了一种先进手段, 但是目前我国对带电设备的检测经验还较少, 缺乏完备的国家标准。为此, 本文对红外检测技术的基本原理及故障判别方法进行了探讨, 同时结合实际试验情况对带电设备缺陷情况进行了分析。
1 红外检测技术基本原理
红外技术的原理主要基于在大自然当中的物体, 其温度相比绝对零度偏高, 并且红外线在每一时间段都有辐射出现。此外, 也有物体的特征信息在红外线辐射当中存在, 因此在探测红外线或者是对于其他的被探测目标的热分布以及温度方面提供了客观的基础。
红外线属于一种电磁波, 其波长在0.76到1000 m之间, 按照红外线的波长对于其进行分类, 可以分为极远、远、中以及近四个方面, 而在磁波连续的频谱当中, 红外线所在的区域处于无线电波与可见光之间。
红外线辐射作为一个电磁波辐射, 广泛地存在于大自然当中, 在常规环境之下, 自然界当中的任何物体在原子与分子的无规则运动之下, 会有热红外能量不断地辐射出来, 当原子与分子无规则的运动越来越剧烈时, 产生的辐射所包含的能量也就越来越大, 相反, 当原子与分子无规则的运动越来越弱时, 产生的辐射所包含的能量也就越来越小。
当物体的问题处于绝对零度之上的时候, 由于自身的分子运动, 会有红外线辐射出来。当物体表面的绝对温度发生变化的时候, 物体的发热功率会随着表面绝对温度的变化而更快的改变。在物体进行红外线辐射, 并且产生热量的时候, 在物体周围的分布场也会出现一定的表面温度, 而物体材料所具有的热物性则决定了温度的分布场。
使用红外线探测器能够将物体辐射所发出的功率信号完全转化成为电信号, 使得成像装置的输出信号就能够——对应到温度空间分布 (属于模拟扫描物体的表面) , 然后再通过电子系统对其处理, 再传输到显示屏之上, 从而得到的热像图是与物体的表面热分布相对应的。
对于红外线的辐射特点来讲, 除了其本身所具备的特性之外, 还同时具备以下几个方面的特性:
第一, 在物体的表面, 其红外线辐射的波长峰值与分布的温度存在一定的联系, 它们之间呈现反比状态。当波长越短的时候, 其温度就越高;而波长越长的时候, 其温度就越低。
与红外线辐射峰值波长对应的温度见表。
所以, 其红外线辐射实际能量的大小以及波长的实际分布与物体表面温度都有着一定的联系。
考虑到这一特性, 在探测物体的红外线辐射的时候, 在判断与分析方面就可以通过侧温以及远距离的热状态图像来实现。
第二, 当在大气当中传播红外线辐射的电磁波的时候, 由于大气会对其进行吸收, 从而不断地衰减红外线辐射的能量, 但是红外线辐射的波长与其实际的吸收量有着直接的关系。
2 红外检测设备种类及其特性比
红外线辐射的探测主要是对于被测物体的辐射能, 将其转换成为可以进行测量的形式, 物体红外线辐射的强弱能够通过对于热效应的热电转化来实现, 或者是利用光电效应所产生的在电性质方面的变化来实现。因为对于电量测量的结果更加的精确与方便, 所以进行红外辐射的探测测量的时候, 总是将其转变成为电量进行测量。红外探测器种类繁多, 根据不同的功能已覆盖整个红外波段, 按其性质可分为两大类:其一是依据物体辐射特性进行测量和控制, 其二是依据材料的红外光学特性进行分析和控制。目前, 我国电力行业所使用的红外探测器可分为红外测温仪、红外热电视、红外热像仪三种, 以下是三种红外设备的基本工作原理及其性能比:
2.1 红外测温仪的基本工作原理分析与探讨
红外线测温仪主要是通过仪器将目标产生的红外线辐射能量会聚到一起, 然后再通过红外滤光片的作用, 从而进行到探测器当中, 然后在探测器的作用下将其转变成为电能信号, 通过放大器将电子电路进行放大处理之后, 就能在显示器当中将被测物体的表面温度显示出来。
2.2 红外热电视的基本工作原理分析与探讨
红外热电视主要是通过热释电摄像管将被测的物体的表面红外辐射接收, 并且将内热辐射分布的不可见热图转变成为视频信号, 最后经信号放大, 处理由屏幕显示出目标热图像。
2.3 红外热像仪的基本工作原理
红外热像仪是利用光学系统收集被测目标的红外辐射能, 经光谱滤波、空间滤波、使聚焦的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上, 利用光学系统与红外探测器之间的光机扫描机构对被测物体进行红外扫描, 由探测器将红外辐射能转换成电信号、经放大处理转换成标准视频信号通过电视屏显示红外热像。
3 红外检测技术故障诊断方法
3.1 表面温度判断法
在判断设备表面温度的时候, 可以将测得结果当中的温度值与《交流高压电器在长期工作时的发热》相对照。如果其表面温度超过了规定当中的标准, 对于设备缺陷性质的确定上, 参考设备负荷率、实际的温度超标程度以及设备重要性等方面, 其中需要注意的是在负荷率较小时, 温度超过了标准或者是当设备承受机械应力较大的设备应当严格对待。
3.2 相对温差判断法
(1) 如果有导流部分热像异常的情况在电流致热型的设备当中出现, 就能够按照温差公式将相对的温差值计算出来, 此外, 对于设备的缺陷性质也能够通过温差值进行计算。
相对温差可用下式求出:
式中:T0表示的是环境参照体的温度
1和T1表示的是发热点的温升和温度
2和T2表示的是正常相对应点的温升和温度
(2) 对于温度升高较小、负荷率较小, 但是设备的相对温差较大的情况下, 可以将负荷电流适当的增加, 再进行一次复测, 从而将设备的缺陷性质确定出来。
3.3 同类比较法
(1) 在同一个电气回路当中, 三相设备与其电流对称相同的时候, 就可以进行对应部位温升值的相互比较, 就能够将设备是否运行正常判断出来。如果设备在同一时间出现异常状况, 就能够比较同一回路当中的同类设备。当考虑到负荷电流对其的影响的时候, 则是因为其三相负荷电流出现了不对称情况。
(2) 对于电压致热型设备具有相同的型号, 判断设备正常情况则可以考虑到对应点的温升值。电压致热型设备的缺陷的确定则可以通过允许温升或者是同类允许温差进行判断。当然, 通常来说, 重大的缺陷是定额在同类型的温差高于了允许温升值30%以上的时候。
3.4 热图谱分析法
在同类型设备正常、异常状态之下热象图存在的差异就能够判断出温度异常设备的缺陷。
3.5 档案分析法
可以根据试验报告来分析同一设备在不同时期的检测数据 (例如温升、相对温差和热像图) , 找出设备致热参数的变化趋势和变化速率, 以判断设备是否正常。
4 经济效益分析
我公司自2005年购进日本航空电子公司生产的TVS—2100型红外热像系统, 经过理论分析并结合电气设备测试的特点, 对全公司35KV～110KV共计168条架空输电线路进行了全面的红外普测工作, 在七年的检测工作中共发现各类缺陷212处, 其中重大缺陷57处, 紧急缺陷71处, 一般缺陷84处。
在兰州电网红外普测的同时, 我们有选择地对重点区域进行了连续红外检测诊断, 检修单位对检测出的热缺陷故障及时进行了认真处理, 使线路设备过热故障逐年下降, 同时检修效率及质量也有了显著提高, 由于对检测出的热态异常处认真分析、正确分级, 根据不同过热等级, 分别采取加强监督、安排计划、申请停电等不同的处理方式, 优化安排检修计划, 并及时停电处理了多起热故障, 避免了重大事故的发生, 使电网的运行稳定性和可靠性得到了极大提高, 取得了显著的经济效益和社会效益。
总之, 自我公司开展红外测温工作以来, 我们发现了大量的设备缺陷和隐患, 取得了明显的经济效益和社会效益。通过近几年艰苦细致的测试工作, 加上检修质量的不断提高, 我局电力设备的热缺陷已经越来越少, 供电可靠性越来越高。我们相信, 随着电力红外诊断技术自身的不断完善和发展, 它一定会在电力系统中发挥越来越重要的作用。
5 结语
(1) 在电气设备的诊断与线路热故障的分析方面, 电力红外诊断技术是非常先进, 并且具备有效性的一门技术。红外线测温在检测当中属于非接触式的方法:其一, 在设备运行的情况下, 停电所花费的时间减少了;其二, 对于设备来说, 红外线测温技术不会产生任何的伤害, 也能够对热状态的变化进行准确的掌握, 从而确定出检修设备的时间。
(2) 使用红外检测技术, 其工作效率较高, 而且测试速度较快, 对于故障部位的显示与严重程度都能够清晰地显示出来。相比传统的方式, 更加有效。
(3) 红外检测技术不仅可以发现设备外部过热, 还可以检测出设备内部缺陷发热点, 从而弥补了常规试验的不足。
(4) 红外诊断技术, 在检查设备是否正常运行时, 可以采取对设备温度进行检测的方式进行, 进而对于设备的维修以及事故的防范提供有利的科学依据。
(5) 红外检测技术应用于电力系统中将大大提高供电可靠性、减少停电次数, 有效地将事故消灭于萌芽状态, 从而保证了电网的安全稳定运行, 取得了显著的经济效益和社会效益。
摘要：对红外技术的基本工作原理, 红外检测设备种类及其特性比以及红外诊断技术的故障判别方法进行讨论, 对影响红外诊断的因素进行了分析并提出了解决对策, 并从实际应用角度出发对高压设备易发生故障部分进行了实例判断及原因分析。
关键词：红外检测,高压设备,故障诊断
参考文献
[1]吴存衡等.导体接头过热的早期诊断和防治[J].华东电力, 1995, 23 (11) :24
[2]带电设备红外诊断技术应用导则.中华人民共和国电力行业标.DL/T664—1999
[3]电力设备预防性试验规程.中华人民共和国电力行业标准.DL/T596—1996
红外检测技术 篇2
关键词：清晰;稳定;节能;远距离
1.前言
安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，加强现代化的安防技术就显得更为重要。
视频监控系统是安防领域中的重要组成部分，是安全系统中最关键的子系统。
随着社会的进步和经济的发展，对安全的要求也变为更加苛刻，因此要求视频监控系统能在各种恶劣的环境下进行全天候的实现实时监控[1]。
目前，监控系统广泛应用于农业、工业、国防、公安等领域和部门，监控系统的应用保证了国家和人民的人生安全和财产安全，因而也愈来愈引起人们的高度重视，例如在重要的场所的监控、刑事的侦察、交通管制等，必须24小时监控，尤其是在夜晚的监控，传统的监控系统采用摄像机的红外灯进行夜间“照明”，但该照明为24小时工作，浪费电能，缩短了摄像机的使用寿命。
由于红外监控一体摄像机只经历了几年的发展阶段，如何在原有设备上实现夜视功能以至实现全天候的实时监控，成为企业技术改造的难点。
为了能在夜间更清楚地进行监控，出现了一种安装光传感器的监控系统，通过安装该光传感器来控制红外灯的开启与关闭，从而节约了电能，延长了摄像机的使用寿命，但该监控系统监测距离短，当距离变远时，无法清楚地看到，不利于监控。
2.红外激光监装置的结构及具体实施方式
传统的红外监控系统包括：摄像机、镜头、红外灯、红外灯电源;摄像机要求是低照度摄像机，且红外灯发射的红外波长该摄像机能够接收，镜头则要求是夜视镜头，主要指标是F值(通光量)，F值越小，夜视效果越好。
红外摄像机的好与坏，关系到各部分的选用以及合理配合的问题[2]。
由于普通LED灯在照射距离、亮度、散热、寿命等方面存在诸多局限，已满足不了目前夜视监控领域的需求，虽然现在有的是为了增加监控距离及亮度，增加了LED灯的数量和功率，但是却牺牲了散热和寿命，想要实现远距离的监控，必须采用红外激光夜视技术。
红外激光监控装置如图1所示，包括摄像机1、控制器2、激光红外灯3、传输线缆、电动云台、感光元件4。
摄像机包括设于电动云台上部的摄像机和设于电动云台下部的运动摄像机，摄像机为变焦距摄像机，摄像机的外壳材料为铝合金，且外形小巧;摄像机还包括镜头、镜头还加防护罩，隐蔽性好，防水、防暴、抗腐蚀、抗冲击能力强。
激光红外灯由导体激光器和半导体激光二极管连接构成。
半导体激光二极管波长为810nm感光元件为光敏电阻，其电阻值随着光照的强弱而改变，当入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大，感光元件也可以是光照传感器，此两种感光元件较为常见，且安装方便。
选用摄像机时，重点在于摄像机的灵敏度及真实色彩。
摄像机灵敏度是红外夜视监控的核心部分，是当摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。
灵敏度越好，对红外线的感应能力也就越强，有不少生产厂家，人为地提高信号强度，灵敏度是秀不错了，但是信噪比很差，导致夜间图像“雪花点”很多、很大，像质恶劣。
选用不同类型尺寸CCD也是关系到红外摄像机的晚上图像效果。
红外摄像机尽量避免直射光源，因为红外灯电源控制部分是根据安装在红外灯板边的光敏电阻来感受，由此来控制红外灯的工作电压。
红外摄像机照射的地方，尽量避免跟全黑色物体、空旷处、有水等等吸收红外光线的物体直对射，红外灯是靠发射的红外光在物体上发射到摄像机CCD上成图像的，如果红外线被吸收或减弱，大大削弱红外灯的有效照射距离。
摄像机设于电动云台上，根据其摄像机安装的位置进行任意调节，可以通过云台让摄像头转动，以便全方位的进行监控。
由于控制器与摄像机相连，在夜间，通过激光红外灯为摄像机提供照明;控制器与感兴元件相连，该控制器也与激光红外灯相连，通过感光元件感知外界光照的强弱，并将信息传给控制器，控制器接受到信息后，从而控制激光红外灯的开启与关闭，摄像机为变焦距摄像机，其焦距可从10mm到500mm之间进行连续可变调焦，实现自动变焦、同步变焦、透雾光源整形匀化等功能，保证了在变焦过程中画面的清析、稳定。
激光红外灯由半导体激光二极管连接构成，且该半导体激光二极管波长为807nm，功率为1到10w之间，该结构高效、节能、且夜视效果更好，即使在没有任何光亮的情况下也可以使用，同时可实现1500到米内的夜视摄像监控，监控距离更长。
3.结语
综上所述，此红外激光监控装置，隐蔽性好，照明器只有一个发光点，极大的减少了红曝，在结构设计上，还能使产品防尘、防雨、防震，并采用双温控技术，低功率，产品更加节能。
红光激光监控系统通过感光元件来感知外界光照的强弱，通过控制器，控制激光红外灯的开启与关闭，实现自动变焦、同步焦焦、透雾光源整形匀化等功能，保证了变焦过程中画面的清晰、稳定，同时还节省了电能，延长了摄像机的使用寿命。
随着社会的发展，社会安全隐患逐步显现，从而推进各个安防领域的发展，尤其是安防产品在特殊环境的应用日趋成熟，针对性强，这对于安防事业的发展以及红外线的应用发展有着积级的意义[3]。
参考文献：
[1] 杨振宇.浅谈监控摄像头加装红外灯的技术[J].《计算机光盘软件与应用》，(15).
[2] 陈平、李元武， 红外线报警监控系统在项目管理中的应用[J].《浙江建筑》，(2).
红外测温技术原理和作用的探讨 篇3
关键词：电力检修 问题 红外测温技术
电力系统的检修方式包括两种：①周期检修；②缺陷检修，这两种方式有着不同的特点，在实际操作中有利有弊。红外测温技术是根据电力设备在运行时候反映出来的温度判断电力故障的，具有明显的故障检修优势。
1、电力检修中的主要问题
对电力线路进行周期性的检修就比较重视电力设备的检修周期，总体上来说，这种方式的盲目性比较大，同时还会浪费很多的人力和物力，增加了电力设备的成本，并且进行定期检修会耗费很大的工作量，如果技术人员的水平不过关，就会在检修的过程中给电力设备造成新的损害。
对电力线路进行缺陷检修是对系统做的一种周期性的巡视工作。技术检测人员通过使用望远镜等的外部器械来不断提高观察物体的视觉分辨力，以便更好地发现线路设备上存在的有关缺陷，为缺陷定性提供强有力的依据。这种检修方式的最大特点就是非常简单，容易操作，它也有一定的缺点，对设备的缺陷的判断是非常有限的，它虽然可以判断外部的缺陷，对内部的缺陷难以准确地去把握。
状态检修是在原来的检修体系上建立起来的比较完善的检修体制，它的本质特征是在电力设备运行的过程中进行维护和检修工作。现阶段，国内的电力线路检修的情况尚且还处在发展的阶段，电力检修的方式也比较原始，常用的方式就是利用仪表仪器对电力设备进行常规的测量和检测，然后将收集到的数据加以科学地整理，依据相关的运行结果找到正确指导线路检修的方法，从而起到对电力系统的有效检修。
2、红外测温技术
红外测温技术是利用红外线对运行中的电力设备进行故障检修的一种方式，红外线本身属于电磁波，红外线测温技术的主要原理都是在温度的基础上展开的。利用红外检测技术来对电力设备的运行情况进行检测的优势在于，不用停止机器设备的运转就可以及时判断出有无故障‘的发生，还可以确定故障出现的位置，同时判断故障的严重程度。
电力设备在正常运行的过程中，会产生很多的热量，主要是由于电流与电压的双重作用的结果，二者都会引发电力设备的热效应。一旦电力设备存在某种缺陷，或者在运行的时候发生了某种故障，那么设备在运行的时候，该部位的温度就会产生异样。输电线路在使用的过程中经常会收到环境的影响而产生污浊的情况，包括受到风霜的侵蚀，大气的污染，人为投放垃圾物质的损害等，加速了线路的老化进程，导致设备的使用寿命大大缩短，同时也将产生很多的危害，例如极大增强介质的损耗、导致电流的泄露等，这些问题如果没有及时发现和处理就会给电力设備带来更多的隐患。
电力设备的故障通常包括外部故障和内部故障两种。一般来说，外部发热故障的特征主要是通过局部的热量辐射到设备周围，进而产生一系列的热故障。内部发热故障的发热时间通常比较长，发热的过程也比较稳定。而且当产生故障的时候，一些固体，液体，气体容易与故障点发生热传递和辐射等现象，这样的方式会导致设备内部由于故障而产生的热量的大量外流，对设备的外壳造成热场效应的分布，这就给红外测温技术的应用提供了条件，当电力设备内部发热的情况较为复杂的时候，这些构件之间的热效应的情况会有所区别，包括导电回路、绝缘介质、铁芯等部件都有所不同，在检修处理的时候，要具体问题具体分析。主要有以下几种情况：
（1）当电力设备的电阻损耗逐渐增大的时候，所带来的热量也会有所不同，这是属于电流效应造成的过度发热，通常的原因是导电线路的接头接触不良，或者是由于连接点没有进行很好的连接所致。
（2）由于电力设备介质的过度损耗而形成的很大的热量，这是属于电压效应的发热，通常是因为绝缘介质的逐渐老化所致，在受潮的情况下也是会发生同样的情况。
（3）一些铁芯和可导磁部位发生故障，从而引起的发热。通常会发生在磁回路中，导致磁滞涡流的不断增强，发热的现象也会逐渐加大。产生这种现象的原因主要是电力设备中的构件的绝缘工作没有做到位引起的，或者是因为设备的设计不当引起漏磁而产生的局部过热。
（4）电力设备内部缺油而引起的温度的变化。如果油位持续下降，设备绝缘的强度就会持续不断地降低，从而导致的设备的局部放电，设备就会产生局部的热量。当油位下降的时候，上下介质的不同也会导致局部热量过多。
红外测温技术的应用，对电力检修中问题的解决起到了很好的促进作用。电力设备不同，其具体的工作原理就有所不同，在表面上的体现也有所不同，发生故障时候的特征就各不相同，例如有些故障是通过形状的变化而反映出来的，有些是运作的声音出现了异常而产生的。温度的变化是电力设备发生故障的最常见的表征。通过利用红外热像仪还可以发现传统的方式解决不了的问题，尤其可以有效地对重负荷线路、重负荷杆上变压器进行跟踪测量。在这一过程中还可以对线路的耐张线夹和直线压接管等进行科学地测量，以便及时了解电力设备在运行过程中是否出现了设备故障，保证及时找到有效的解决措施，消除电力系统存在的各种隐患。红外测温技术总体来说具有简便、快捷、安全的检修性质，这为系统的安全性提供了更可靠的保障。
3、总结
综上所述，对电力设备的检修具有非常重要的作用和意义，对电力线路进行状态的检修具有诸多的优点，不仅可以对设备的运行状况进行及时的了解与检测，还可以有效地判断出电力设备是否需要进行更换与维修，在这样的制度的监督下，电力系统的运行就得到了高效的保障，同时还可以对设备使用更加多样化的检修方式，不会影响到电力系统的正常运行计划，保证了电力用户的利益。在利用红外线测温技术对电力系统进行检修的同时要做好数据的整理和收集工作，加快完善红外热图数据库的建设，为今后的实践多积累理论经验与实践经验。
参考文献：
[1]张金广.论电力线路检修及红外测温分析[J].科园月刊，2008 （7）.
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[3]王东.10～35kV金属铠装封闭式高压开关柜红外窗口的安装应用[J].内蒙古电力技术，2011（3）.
远红外辐射加热增强红外探雷技术 篇4
被动式红外探雷技术安全方便,但它受天气和雷场条件的制约很大。譬如在阴雨多云的天气或晚上无太阳照射的情况下就无能为力。为了增强被动红外探雷的能力,可以利用远红外辐射源加热可疑雷区。由于地雷和土壤热学性能的不同,加热后有地雷区域和无地雷区域地表温度会产生差异对比,进而可以利用红外相机捕捉该信息,突破原有被动红外探雷技术的局限[1]。
远红外辐射加热技术利用波长为2.5 μm至1 000 μm的红外线进行加热,具有高效、清洁、安全、控制精度高、占地少及操作维护简便等特点[2]。因此利用红外辐射源加热增强红外探雷技术具有很大的可行性。本文探讨非金属地雷,建立了远红外辐射下的雷场模型,并进行了仿真分析,仿真结果表明此技术是可行的,最后讨论了该技术的进一步研究方向。
1 雷场的热传导模型
1.1 几何模型
在该模型中,我们假设土壤和地雷都由热学特征各向同性且均匀分布的材料组成,雷区表面平坦,没有其他覆盖物。地雷由一个圆柱体模拟,浅埋于土壤中,埋藏深度为h,其半径为rm,高度为hm。土壤只取地雷周围有限范围,也用一个圆柱体模拟,半径为rs,深度为hs(见图1)。
1.2 边界条件
如果雷场表面与外界交换的热流密度均匀,当土壤半径rs大到一定程度时,在圆柱型土壤的侧壁只有竖直方向的热流,垂直侧壁的方向是绝热的。深度hm足够大时,土壤底面的温度在一段时间内将几乎不受外界的影响,保持恒定值。该模型用数学语言描述如下[3,4]。
范定方程:
边界条件:
①侧面绝热:
②下底恒温:
③上顶换热:
初始条件:
式中α(x)为介质的热扩散系数(包括土壤的和地雷的),
自然条件下,辐射源为太阳。 忽略地表水分蒸发换热的情况下,q(x,t)由四个贡献组成[3],分别为太阳辐射qsun(t),大气辐射qsky(t),地表对流换热qcon(x,t),地表辐射qemis(x,t)。
在远红外辐射源加热下的雷场,由于辐射源功率很强,加热时间很短(1 min左右)。此期间内可以忽略人造辐射源以外的其他地表热流[5]。此时q(x,t)的形式为:
qfif(x,t)为红外辐射源的辐射能流密度。
2 雷场仿真
2.1 雷场仿真参数
假设埋雷介质为干燥沙子,深度hs=15 cm,圆周半径rs=20 cm(均匀辐射源半径应大于此值)。这个范围是在以前经验的基础上选取的,是符合实际的一个范围。非金属地雷用TNT代替。地雷半径为rm=4 cm,厚度为hm=3 cm,对于反单兵地雷,埋藏深度可设为h=1 cm。
假设远红外辐射源能流密度均匀,大小为1 000 W/m2。首先由于反射率较低,可以认为进入雷场表面的能流也为此值。其次远红外穿透深度很小,只有微米到毫米数量级,表面吸收全部能量,表面以下以热传导形式传热,符合第1节中建立的模型[5]。共做四个仿真,照射时间分别为45 s,60 s,90 s,180 s。沙子和地雷的初始温度均匀15 ℃。TNT和干燥沙子的热学参数如表1所示。
2.2 仿真结果
用Ansys13.0仿真后雷场表面的温度分布云图和拟合曲面图分别见图2和图3。由图可以看出温度分布以地雷为中心对称分布,地雷中心上方的温度最高,往两边逐渐降低,在地雷的边缘附近急剧下降,地雷周围表面温度值基本保持一致。造成该现象的主要原因是TNT的热传导率远小于干燥沙子的热传导率。
2.3 仿真结果分析
地雷上方雷场表面和其周围表面温度平均值如表2所示。
假设所用红外相机的最大分辨率为0.1 K,那么照射60 s后基本能够判断地雷的存在,照射90 s对比就比较明显,照射180 s对比已经十分明显。
选取照射180 s时的仿真结果进一步研究,其中心切面温度分布云图和等温线分别见图4和图5。可以看出远红外辐射的影响主要集中在雷场表面以下较浅的一段区域,对于雷场底部(15 cm处)几乎没有影响,这也是为什么雷场模型选取此深度的原因。因而此技术对于埋藏较浅的反单兵非金属雷非常有效,对于埋藏深度较深的地雷则需要更大的辐射功率密度和更长的辐射时间。雷场表面中心(0,0,0)和边缘点(0.2,0,0)温度随时间的变化曲线见图6。大约前45 s内两曲线变化基本一致,因为此时间段内热流传递尚未受到到地雷的明显影响,之后中心温度慢慢高于边缘温度,随着时间的推移,两者差距越来越大,雷场表面的对比度就会越来越明显。从此曲线可以基本估算出要到达某温差所需要的加热时间。
3 结论
文章通过建模和仿真分析验证了该技术理论上的可行性,辐射功率密度只需要千瓦每平方米数量级,辐射时间为几分钟,便可使雷场显现良好的对比度。通过该模型的仿真和分析,我们还能看出, 若需在较小的时间内产生较好的对比度, 地雷的埋藏深度不能太深,应在厘米数量级。其次,不同的材料会对加热效果影响非常大,不仅与热传导率关系明显,而是受密度、热容和热传导率综合影响。进一步,金属雷和非金属雷很多电磁性质不同,对于体加热方法有所不同,但对于远红外辐射这种表面加热的方法其模型是一致。实际的雷场是非常复杂的,地雷和埋藏介质都不是均匀的,雷场内部也会埋藏有石头或空洞等其他异物,水分分布不同对雷场影响也非常大。雷场表面也不是平坦的,会有杂草、沙石等各种覆盖物,雷场表面对流换热等条件也不能全部忽略。因此,对于实际雷场应用该技术还需要更多细分的深入研究,即便如此,该技术对解决地雷探测这一难题又提供了新的方法,同时该方法在生产生活中也能找到新的应用。
摘要：针对被动红外探雷技术受雷场外环境影响大的弊端,提出了利用远红外作为辐射源加热雷场,增强雷场表面对比度的新方法。首先建立了红外辐射下雷场的热传导模型并进行了一组仿真,其中一个在1 000 W/m2的功率密度下加热3 min后,雷场有雷表面和周围表面温度相差1.134℃。很多红外相机完全能够捕捉该对比信息,紧接着分析了影响加热效果的因素。最后分析了该技术存在的问题和进一步要研究的方向。
关键词：红外探雷,远红外辐射,雷场模型
参考文献
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[4]胡汉平.热传导理论.合肥:中国科学技术大学出版社,2010:1—3
红外探测技术的应用与发展 篇5
从下图可以看出，当物体温度较低时，光谱辐射发射量较小，主要以不可见的红外光进行辐射，其红外辐射主要集中在长波红外（8～12μm）;当温度升高时，光谱辐射发射量迅速变大，辐射的峰值波长会向短波方向移动，在中波红外（3～5μm）的辐射会增强。
由此可知，树木燃烧时，火焰中心温度升高发出较强的中波红外辐射，周围随着温度的逐渐下降则发出大量的长波红外，且遵从普朗克辐射定律：
S（λ）=■■=■■ （1）
式（1）中S（λ）为辐射度;λ为辐射波长;T为黑体温度;h，c，k，c1，c2为常数。
对式（1）的S（λ）求微商最大值，得到维恩位移定律：
T×λmax=2897。8Kμm （2）
黑体温度T和辐射峰值波长λmax成反比，即温度愈高，辐射峰值的波长愈小。
由式（2）对式（1）求整个波谱区的积分，得到单位面积辐射通量S：
S=σT4 （3）
式（3）中σ=5。6693×10—3，即斯蒂芬—波尔兹曼定律。
黑体的全波长辐射通量S与辐射温度T的4次方成正比。
也就是说即使地表的任一小块面积的温度升高，都会引起辐射的较大增加。
根据不同火焰温度与辐射强度的关系，建立对应关系如表1所示。
4 防林火灾应用
超、特高压架空输电线路通常处于高山峻岭的丛林密集区，林区燃烧时主要的辐射源是火焰和具有较高温度的碳化物等，其产生的火焰温度达500～1200℃，辐射的波长范围为0。8～80μm，峰值波长为2～6μm，辐射能量约为1。43W/m2;而未发生燃烧的林区及地被物发出的辐射称为背景辐射，其温度一般在—40～+60℃，辐射波长在1。5～30μm，辐射能量约为0。0173W/m2。
因此，架空输电线路的防林火灾能根据其背景和燃烧区的温度差异与辐射差异，进行监控、识别、捕捉，起到事故前的灾害预警作用。
红外图像信息火灾识别技术，对具有动态变化特征的烟火图像能进行扑捉。
通过分析扑捉到的图像中辐射强度、火焰温度来提前预知是否发生火情;通过扑捉到的像素点所构成的区域统计该疑似火焰区域的面积，提前预知火灾发生后可能影响到的面积。
下图3为全天候森林火情自动识别系统构架，其所使用的在线监测装置就是基于这种原理。
利用红外探测技术，通过计算机对输电线路的背景物的辐射能量进行监控、分析、识别、捕捉、预警，替代传统的人工视觉识别与告警。
该系统主要是由视频图像采集部分、红外测温报警系统、智能数字转台、网络图像视频编/解码服务器、基站智能管控系统、图像综合分析单元和中央综合控管平台等构成，通过采用现有的可见光摄像机，不仅白天能拍摄到清晰的图像，在应用红外热成像原理后，不受夜晚和恶劣天气影响，也能拍摄到森林比较清晰的图像，并结合可见光图像和红外热图像的观测方式，达到全天候24小时监测森林火情，发出声光报警。
目前该系统已在部分城市的森林防火中开展应用。
5 结束语
根据红外光波的辐射特性，在全天候森林火情自动识别系统的应用技术基础上，结合输电线路杆塔处于林区较高点的特点，可运用下面三种红外探测技术来预防林火灾对输电线路造成灾害：
①检测高于正常环境温度的火点，工作波段为1～3μm;②检测相对背景的高温点，工作波段为3～5μm或8～12μm;③检测火灾前期产生的烟雾，工作波段为可见光。
通过检测不同波长对应的烟雾、高温、火点，对出现异常情况但尚未发生火灾的BC阶段进行重点关注与现场排除，对燃烧初起阶段的CD阶段进行紧急扑救，对火灾阶段的DE阶段进行火势观察，提前做好输电线路负荷的转移和电网系统的调配，保证电网安全稳定运行。
参考文献：
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[3]马宏斌。森林防火监测预警气象服务网技术研究与推广[J]。安徽农学通报，（4）。
[4]加纳龙三。红外在环境分析方面的应用[J]。日本赤外线学会志，1995（2）。
[5]刘永平。红外技术在煤矿井下测温和测气中的应用[J]。红外技术，（7）。
红外检测技术 篇6
关键词：红外测温技术；变电运维；故障
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0037-02
随着经济的发展，人们对电力的需求日益提升，配电网规模和电力设备的数量持续增加，导致电力系统存在的安全隐患也越来越多。变电站作为电力系统的重要组成部分，能否安全、稳定的运行直接影响着供电质量和稳定性。红外测温技术能在不接触、不停电的状态下检修变电站的运行状态，为判断电力设备的健康状况提供重要的信息支撑，是值得大力推广的。
1 红外测温技术的工作原理及优势
红外测温技术是指通过采集电力设备的热辐射，并通过自身功能将热辐射转换为图像信号，通过温度判断设备的工作状态，检测设备有无异常。与其他检测方式相比，红外检测主要具有下述几方面优势：①使用方便。红外检测设备通常为手持式、体积小，检测过程中不需要任何其他辅助设备，还可以随意移动，能够从不同角度实现对设备的检测；②真正做到不接触、不停电，极大的提高了变电巡视的安全性和工作效率；③具有红外辐射功能，能独立进行工作，并能确保检测结果的准确性和及时性；④通过电脑能有效的将图像和数据处理结合起来，实现对检测结果直接分析和存储，实现了资源共享；⑤为变电站电力设备状态的科学评估提供准确依据，防止状态评估主观化。
2 红外测温技术在变电运维应用的重要性
变电站运维中的一项重要工作是设备巡视工作，巡视不仅要查处各种安全隐患，还要随时检测设备的运行状态有无异常。传统的巡视通常是采用目测、手摸和耳听三种方式来确定和判断电力设备的运行状态，其中目测是三种方法中最常用的一种，然而目测最大的缺点是局限性，对于部分发展性缺陷难以有效检查出来，如容易发热的电力设备，初始发热很难看出来，往往只有发热到一定程度才能发现，而往往此时设备已经出现了不同程度的损坏，这就使发现和处理电力设备的缺陷产生了延误。虽然随着先进技术的发展，注油设备越来越少，渗漏油现象也越来越小，但设备异常现象问题仍然比较严重，根据相关部门的统计数据显示，异常发热设备缺陷占设备总故障的一半以上。而耳听和手摸方法对有效设备是不适合的，有些设备运行十分复杂，且存在风险，因此不建议用手摸方式，基于此需要一种更加行之有效的方式来检测设备的运行状态，如果能在变电站巡视中采用红外测温技术，就能很好的解决上述问题，也能提高技术人员发现设备安全隐患的能力，不仅提高了巡视质量，也确保了变电站的安全、稳定运行。
3 红外测温技术在变电运维应用技术分析
3.1 技术细分
在对电力设备进行温度检测时，首先，要辨别现有温度，普遍测得现有温度，然后再结合巡视过程中测得的阈值来判断设备的发热和运行状态。由于该技术在部分难以聚焦的变电配件存在应用困难，为了减少干扰，确保电力系统架构体系中具有足够电流，该测验技术通常应用在晚高峰时段；其次，对比温度的测量结果。根据横向对比，测得对应的断点温差，并以此为基础判断设备存在的弊端和漏洞。采用这种方式，能够有效规避用电高峰，但是在测量之前要首先明晰待测设备的配件部分，如隔离触头、引流线等，这是由于这些配件的固有电阻可能发生变化；最后，纵向对比辨别。红外测温技术获得不同运行阶段设备的红外图谱，通过分析对比图谱明确配件的发热倾向，探究配件存在的缺陷。要采用这种方式，必须实现构建历程图谱，便于对比。
3.2 用于检修状态
变电检测目前通常采用状态检修，状态检修具有灵活性，不仅能提高工作效率，缩短工作时间，还能减轻断电干扰，然而这都必须首先辨别等待测查设备的配件状态。由于通常运行的变电配件都带有电荷，很难有效了解设备的内部状态，因此状态判断和获取的信息存在紧密的关系。初始检测时，间接信息通常涵盖在成套自动装置内，通过查验故障记录，也能发现缺陷。但是这种方式也存在一定缺陷，如在线测查必须要配置较多的弱、强电设备；考量设备的绝缘状态，也很难进行精确的匹配。即便上述这些缺陷都能克服，后续的关联修护也存在很多的问题，如记录的缺陷只能代表一段时间的状态，难以预测下段时间设备的异常走向，而红外测温技术恰好解决了这一难题。同时测温技术的图谱也能及时识别各个时段的运维状态，为设备运行状态判断提供辅助参照。
3.3 排除常见事故
随着人们对电能需求的增加，负荷逐步增加，给变电体系带来了极大的负担，红外测温技术操作过程中的故障筛查，关联着电力设备查验的成效、故障识别的速率，通过对这些信息的综合分析研究，采取纵向和横向的温差比较，能够及时判断设备的故障。
4 红外测温技术在变电运维的具体应用
4.1 对电流致热性缺陷的检测
电力设备种类繁多，再加上不同类型设备的构造、制热因素和运行条件不同，因此检测和缺陷判断的方法也存在差异。电流致热型设备发热的原因通常有下述几种：接头、触头连接不良；导线截流面积不够等，这类设备缺陷检测的特点有：第一，致热部位裸露，能够使用热像仪直接测量温度；第二，测量值和实际值差异相对较小。通常可根据测量获得温度，按照相关标准中规定的温升局限值和红外测温技术中的相对温差法来判断设备异常现象的严重程度，一旦温度超过某个固定值，要及时进行维修处理。
4.2 对电压致热性缺陷的检测
电压致热型故障通常是由于设备内部绝缘出现异常、电压分布异常及电流泄露过大导致设备出现异常。致热型故障通常由电压造成，和电流没有直接关系，主要特点有：①设备内部绝缘介质由于老化、受潮等原因发生异常；②发生故障后电压分布出现异常，导致设备出现异常的特征性热分布；③绝缘子由于劣化、污秽等原因造成电压和泄露电流发生异常，从而导致设备出现过热或变凉；④电路中绝缘子绝缘性能好、坏部位交合处出现发热。对于这种设备出现的异常发热判断，一般采用同类比较法和温升值的异常状况来判断，如果同类温差数值大于规定值的30%，就可判断设备出现重大缺陷。红外测温技术应用后，可采用热谱图进行分析，通过对设备正常和异常状态下的热谱图对比分析，对设备组成结构、表面温度等分析判断，通过综合分析判断设备运行状态是否存在异常。
4.3 检测注意事项
红外测温技术在变电运维应用过程中，要注意如下几方面的影响因素：①负载电流。电流越大，异常位置的温度越高，两者近似成正比关系；②环境温度。负载相同时，异常位置的温升和周围环境温度成正比；③红外测温技术并非万能，对变压器内部故障的判断也存在一定的局限性，要充分考虑各方面因素。
5 结 语
综上所述，在变电运维时使用红外测温技术比传统方式更具优势，能够及时、准确监控变电设备的运行情况，确保变电设备安全、稳定的运行，因此相关人员要在现有技术的基础上不断深入研究，同时不断总结经验教训，提升该技术，加大红外测温技术在变电运维中更科学、更全面的应用。
参考文献：
[1] 张金龙，唐培新.远红外测温技术在变电站中的应用[J].神华科技，2012，
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[2] 唐伟华.红外测温技术在变电运行中的应用分析[J].中国新技术新产 品，2012，（14）.
[3] 范永洪.红外测温技术在变电运行中的应用[J].科技信息，2014，（35）.
红外目标检测和识别技术研究 篇7
关键词：红外成像,目标跟踪,目标识别
从20世纪60、70年代开始, 红外成像技术就被广泛应用于红外告警与侦查、精确制导等军事领域, 它己逐步成为现代防御系统和武器装备中除雷达外应用最多、最具发展潜力的探测技术之一。对基于红外成像技术获得的目标图像进行目标的自动检测、识别与跟踪是空空导弹的重要发展方向。因此, 开展红外成像目标检测与识别中关键技术的研究, 对于提高区域防御系统的生存能力、有效的反击能力以及在未来战场中争夺控制权具有重要的战略意义和实战价值。
1 目标的红外辐射特性
自然界中的一切物体, 只要其温度高于绝对零度 (-273℃) , 就存在分子和原子无规则的运动, 其表面就不断辐射红外线。红外线是一种电磁波, 它的波长范围为0.78~1 000μm, 不为人眼所见。物体的温度越高、发射率越大, 红外辐射能量就越大;对于红外探测元件来说, 接收到的辐射功率Ps越强。红外成像系统通过探测器接收物体表面的红外辐射, 并将其转换为电压信号, 经过放大、处理后, 将高电压量化为图像灰度。目标或背景辐射能量越大, 探测器响应输出的电压值也就越高, 对应的图像灰度值就越高, 反映在灰度图像上就越亮。图1为一架客机的红外图像, 清晰可见发动机的部位温度较高。
由于在大气中传输会对红外辐射中某些波长发生严重吸收, 在大气层内, 特别是低高度应用中, 只能选择传输中衰减较小的窗口谱段, 即近红外 (波长1~2.5µm) 、中红外 (波长2.9~5.0µm) 和远红外 (波长8~14µm) 。同时, 考虑到发动机尾喷、尾焰的主要辐射波段在中波范围内, 因此采用多元中波响应的探测器, 可以提高探测距离, 并能够较为细致地反映物体细节。
2 红外目标检测识别
检测并截获目标是跟踪目标的前提。目标检测实质是统计检测的问题, 即在满足给定的探测概率和虚警概率指标要求下发现目标。从信息处理角度来看, 目标检测就是一个从噪声中检测脉冲信号的过程。导引头系统中存在包括背景噪声、探测器噪声以及电路噪声等多种噪声。
目标检测之前, 系统一般设有信息预处理器。信息预处理器包括时域高通滤波、非均匀性校正、空间滤波等等, 可以滤除1/f噪声、空间低频部分的云层背景, 并将系统非均匀性减到最小限度。通过信息预处理器之后的系统噪声可以认为基本上由白色高斯噪声组成, 服从正态分布, 其概率密度函数为:
其中, μ为x的均值, σ为均方差。
其中, 虚警概率Pf只与TNR有关, TNR越高, Pf也就越低。检测概率Pd与SNR和TNR均有关。当虚警概率Pf一定时, TNR确定, 为提高Pd, 只有提高SNR。
导弹的攻击目标为空中高速飞行器, 结合弹载系统资源有限、实时性要求高的特点, 目标检测算法采用正灰度门限检测算法。导弹对目标的检测过程为:读取图像数据、门限分割、特征识别及检测结果。由于在判断疑似攻击目标时, 会受到各种非期望信息的干扰, 处理不好这些信息就会有相当一部份虚假对象目标被当作待攻击目标, 大幅降低检测率并提高虚警概率。因此, 选择合适的检测门限和检测判据是至关重要的。根据对目标、背景红外特性和大量试验数据的统计分析, 并参考其他型号的检测判据, 发现除盲元外, 系统噪声绝大多数处于图像灰度均值的4倍方差以内, 大部分低频背景也在4倍方差以内, 而所探测的目标基本上处于4倍方差以外, 由于目标特性均满足此规律。同时, 考虑到产品的噪声分布, 为避免系统噪声引起的截获虚警, 在截获概率为98%时, 设定最低截获灰度、截获信噪比为4是满足要求的。再结合当前图像的灰度分布, 确定最优阈值进行门限分割, 分割的结果会残留一些信噪比超过4或灰度超过限度的背景和噪声, 此时就需要通过特征识别算法进行筛选处理, 以确定待攻击目标。当截获信噪比进一步下降时, 会导致虚警概率的进一步上升, 不满足截获概率的要求。
2.1 影响红外目标探测性能的指标
国内外均使用截获灵敏阈来评价导弹的探测性能, 灵敏阈值越小, 导弹越灵敏, 探测性能越好。空空导弹的探测性能直接影响着导弹总体战技指标, 综合分析国外第四代空空导弹的相关资料, 其前向探测距离均在10km左右。截获灵敏阈值表示导弹恰好能够截获目标时入射到导弹光学系统入瞳的辐射照度。对于相同的应用环境及目标, 导弹的截获灵敏阈值越低, 相应的截获距离也就越远。
导引头的灵敏阈与光学系统参数、探测器性能、信息处理和系统设计密切相关。表1所示为国外同类产品的灵敏阈指标。
探测距离理论计算公式为:
2.2 目标截获算法
导弹攻击目标为高速飞行器, 并且这些目标通常具备高于背景的红外辐射特性;结合弹载系统资源有限、实时性要求高的特点, 红外导弹的目标检测算法通常采用信噪比门限检测, 能够保证所攻击目标的快速准确检测。其检测流程如图2所示。
2.2.1 分割算法
设置合适的分割门限, 从灰度上对图像中的目标与非目标进行分类。非目标包括:系统噪声 (盲元、随机白噪声、非均匀性残留等) 、云或者地物背景等;图像分割算法中, 设定最低检测信噪比为4, 再结合当前图像的灰度分布, 确定最优阈值进行门限分割;分割的结果会残留一些信噪比超过4的背景和噪声, 此时需要通过特征识别算法进行筛选处理, 以确定待攻击目标。
2.2.2 特征提取算法
对分割后的二值像进行标记, 将同一连通域的二值像标记为同一个目标;统计每个标记目标的特征, 包括:长、宽、面积、平均灰度、最高灰度、长宽比及位置等。
2.2.3 特征识别算法
运动特性判定, 即判断当前视场中, 疑似目标的运动是否符合连续性 (物理学规律) ;静态特征判定, 需要利用前期试验积累的经验值, 包括:目标的长、宽、面积、灰度、长宽比、灰度面积比、目标像素分布及目标灰度分布等特征的自相关和互相关特性, 确定此疑似目标是否为待攻击目标;进一步判定检测目标特征是否满足连续性;确认截获该目标, 并转入跟踪。
2.3 跟踪策略
中远距目标成像面积小, 选择目标的能量中心进行跟踪;近距离目标成像面积大, 为提高跟踪精度, 在目标上选择高灰度区域中心进行跟踪;侧向交汇时, 为排除尾焰对跟踪精度的影响, 一方面在目标上选择尾喷口跟踪;另一方面当尾焰较长时, 利用尾喷口到尾焰的灰度分布特性, 获得机身方向, 进一步选择尾喷口偏向机身方向的一端进行跟踪。
2.4 抗干扰算法
干扰起燃判定算法设计思路基于以下两点。
第一, 在忽略大气透过率, 且目标能量不变后的情况下, 导引头探测到的目标能量与弹目距离平方成反比。因此, 在导弹接近目标过程中的能量变化是连续的。
第二, 红外诱饵弹具有较高的红外能量 (在目标能量的2倍以上) , 且具有快速起燃的特性 (在0.2~0.5s时间内达到能量峰值的0.9倍以上) 。因此, 在红外诱饵弹起燃时, 导引头探测到目标能量快速增长, 目标能量变化率发生突变。
在目标跟踪过程中, 实时统计跟踪目标的能量变化率, 当判定能量变化率连续3帧发生突变时, 判定出现干扰起燃, 程序进入抗干扰状态。
3 结语
本文在以往工作和实践的基础上, 对红外目标检测和识别技术进行总结和研究, 在以后的工作中, 会更多地关注红外多目标成像及其检测和识别的方法, 多目标跟踪的研究会遇到单个目标跟踪下所无法遇到的难题, 例如, 目标之间的遮挡、交互下的跟踪、同一帧图像中启动多个跟踪器时对整个系统的实时性的影响和新目标的加入以及已跟踪目标跑出场景之外的处理等等。多目标的跟踪比单个目标的研究更具有挑战性, 也是今后有待于深入研究的课题之一。
参考文献
[1]毕兰金, 刘勇志.精确制导武器在现代战争中的应用及发展趋势[J].战术导弹技术, 2004 (11) .
红外诊断技术的应用 篇8
1 发现故障
35 kV谢旗营变电站除了供谢旗营镇工农业和居民生产生活用电外, 还担负着某包装公司等重要工业用户的用电, 负荷大, 可靠性要求高, 站内2台主变压器并列运行。在对该站进行红外技术诊断时, 发现1号主变压器U相导电杆温度异常, 在环境温度只有20.2℃的情况下, 导电杆上的高温点温度竟达142.7℃, 明显超出主变压器正常运行时导电杆的温度, 与其他两相比也相差甚大, 但从外观看该相导电杆一切正常。图1为1号主变压器U相导电杆检测的图谱。
2 分析与处理
结合图谱对1号主变压器U相导电杆温度异常进行分析。经过多次外表仔细检查没有发现问题, 各部位接触良好, 排除了导电杆外部接触不良的可能, 最后断定为导电杆在变压器大盖以下部位存在接触不良问题。当对该台主变压器吊心检查时, 发现U相导电杆有一颗螺丝松动, 更换导电杆恢复供电后进行测温一切正常。
红外检测技术 篇9
红外热成像技术能快速、实时地采用非接触手段在线监测和诊断出带电运行电力设备的大多数过热故障,防止电力设备损坏和由于这些设备损坏而导致的电网大面积停电事故,在电力系统内已经得到越来越广泛的应用。
目前,陕西省电力公司系统内各单位均开展红外测温工作,但尚无统一的红外图像采集标准和图库建设标准,没有1套完整的红外数据库管理系统[1,2,3,4,5,6]。
信息系统在电力系统的广泛应用和红外采集技术的发展为建设基于计算机信息系统的红外图库创造了有利条件。建立以PMS系统为平台的智能化红外图库对于提升电网安全运行水平,加强电网设备管理有非常重要的意义。
1 红外检测现状
1.1 红外检测方式
目前陕西省电力公司系统内各单位采用红外热像仪进行巡视后,针对有疑问设备或重点设备选择性拍照,存在以下问题:
(1)对大多数测量点,只巡视不拍摄,实际保存的红外图片数据量太少,无法保障每个设备都有红外状态的记录;大型设备的红外图片少,难以获得全面数据。
(2)对于一些电压致热设备的判断,需要三相对比或与同类设备对比分析,选择性拍照必须先判断出是否有疑问才进行拍摄,专业要求太高。
(3)巡视工作难以量化,工作中拍摄少,巡视时间占工作时间的90%。
1.2 红外数据的管理方式
国家电网公司下达的电力设备红外导则,要求每年对电力设备进行全面的红外精确测量,获得各设备的运行温度数据并建立数据库档案。
但是目前国内各供电公司建立完善的红外热像数据库存在诸多困难,首先每年进行的红外精确检测的检测时间紧任务重,获得的红外数据数据量巨大,数据的归档整理也很困难,只能按照时间或地域分文件夹保存管理,不能实现快速人性化的查询和调用。
2 红外摄像技术的优势
2.1 拍摄方式
(1)摄像数据量是热像仪拍照的数百倍,数据保存全面,有助于档案管理和设备分析,生动全面的影像也更有助于分析。
(2)巡视中全程记录设备的红外状态数据,工作效率比红外热像仪高3倍以上。
(3)红外摄像获取的生动红外影像对目标的描述更为全面、直观和严谨。
2.2 红外数据分析管理
(1)红外摄像仪为一键式摄录,数据文件按间隔保存。
(2)利用变电站基础数据库资料对红外数据进行命名处理,格式统一规范,无需手工输入,鼠标点击选择即可完成全部数据的命名处理。
(3)利用数据库对红外数据进行管理,实现按照关键字查询功能,方便对历史数据的调用;实现同一设备历史数据和同一间隔设备的三相对比分析。
2.3 智能化的动态红外数据流分析系统
红外影像数据流的计算机辅助人工的分析过程,对海量数据的分析处理极为便捷。
2.3.1 电流致热型隐患
对数据流影像的每一帧进行温度数据提取,并生成特征量随时间变化的特征曲线,根据判据立即实现对电流致热隐患的发现。
2.3.2 电压致热型隐患
由于变电站设备众多,红外拍摄的背景异常复杂,大多数时间要求晚上拍摄,而电压型缺陷的设备温度差异又非常小,是目前红外检测工作的重点和难点。
在对每一个电压型设备进行命名后,使用查询检索功能,对全站所有的电压型设备进行统一色标的横向对比,可以大大提高分析人员对电压型设备隐患的发现率,比原有人工逐张分析的方法工作效率提高10倍以上。
2.3.3 综合致热型隐患
由于综合制热型缺陷的发热原因比较复杂,热缺陷的特征不具有规律性,现场判断比较困难,容易造成误判断,因此采用Research-N1在线式红外温度趋势分析系统加强监视和跟踪就显得很有必要,如图1所示。
在某110 kV变电站,工作人员发现1号主变压器35 kV出线AC相存在温度异常,其中A相更为严重;为了解动态在线分析系统的性能,要求现场对该出线ABC相进行连续时间的监测。A相温度随负荷的变化而变化较大,属于电流致热型设备缺陷;B相温度随负荷的变化而缓慢变化,未见明显温度差异;C相温度一直偏高,且不随负荷的变化而变化,疑似温度由内部传出,属于综合致热型设备缺陷,该缺陷比A相难处理。
如果该案例采用常规热像仪拍照,得到的结果见图2。
通过现场对比可得出:采用全数字动态在线分析系统采集设备的时间段温度数据,形成时间温度趋势曲线,能够全面了解热异常设备的温度变化规律,对于设备缺陷类型的判定提供更加充足、科学的数据依据;如果采用常规红外检测仪器,采集某时间点单帧的红外热图,无法为检修工作提供有力的参考依据,则会对某些设备的缺陷造成误判。
3 智能化红外图谱数据库的功能
3.1 建立红外图谱数据库的条件
目前,电力系统PMS系统的设备台账模块对红外图库开放接口,可将设备基础资料直接导入到红外图库中,减少红外报告分析命名的重复工作;红外采集技术也从静态单张拍照向动态连续摄像过渡,一方面摄像方式对电气设备采集数据更加完备,另一方面,隐患设备详实的动态连续红外温度数据流为客观严谨的科学研究提供了重要依据。因此,建立以PMS系统为平台的智能化红外图库对于提升电网安全运行水平,加强电网设备管理有重要的意义。
3.2 红外图谱数据库实现的主要功能
输变电设备红外数据库系统包含3个功能界面:媒体播放模块、设备管理模块和设备查询模块。系统可以快速调用、分析红外温度数据,对红外数据分析报告可快速上传,并且与设备PMS系统台账模块数据一一对应。
该系统的构思见图3。通过这套系统可将红外分析报告直接上传PMS系统,与PMS系统设备台账模块数据相关联。实现在PMS系统直接调出设备红外数据分析报告,查看设备缺陷情况,并且可将有缺陷的设备分析报告以附件的形式直接上传到设备缺陷模块,实现与输变电设备监测系统关联。
4 主要建设方案
4.1 红外图的采集、命名和分析
4.1.1 输变电设备红外热图的采集
红外图库建设是以电网输变电设备为采集对象。对于变电站内各电压等级设备,以设备为单位进行温度数据采集,涉及设备有变压器、断路器、隔离开关、四小器、组合电器、电抗器、电容器组、电缆终端、母线、绝缘子、导线及线夹等变电一、二次设备;对于输电线路红外数据以杆塔为单位进行温度数据采集,涉及线路耐张塔有大号侧、小号侧,电缆终端有电缆终端上部出线接头、电缆终端本体、电缆尾管、电缆分支套等。
根据设备的发热特征类型和数据分析的需求将检测方式分为以下4类:
(1)电流致热型设备检测方式:使用红外热成像仪器对电流致热型设备三相进行多帧频红外拍摄并保存红外图像数据流。
(2)电压致热型设备检测方式:使用红外热成像仪器按照变电间隔对电压致热型设备单相进行多帧频红外拍摄并保存红外图像数据流。
(3)缺陷设备拍摄方式:对判断出有缺陷的设备,采集设备360°全景红外温度数据流影像细节。
对危急缺陷设备还须进行8 h以上定点连续监测,获取定点连续监测的时间温度趋势分析数据影像资料,提供设备的时间温度趋势分析数据报告。
4.1.2 实现输变电设备红外热图的集中管理
(1)输变电设备台账基础数据建立完备:建立输变电红外图库管理系统与PMS的接口,共享设备台帐数据,两系统的数据实时同步或定期同步。依靠PMS中完备的台帐数据,实现变电设备、输电线路设备名称唯一,使得设备红外图片和报告的命名规范统一,为实现输变电红外热图集中管理创造条件,避免红外系统中设备台帐的重复录入。
(2)实现输变电红外热图集中管理:红外图库按电压等级建立或以地区管理单位建立设备台账基础资料,可根据国家电网红外导则中设备缺陷程度对拍摄的数据进行分类(一般分为缺陷设备、严重:缺陷设备、危急缺陷设备、关注设备、正常设备),实现对于设备红外热图的集中管理。可查询设备所属的电压等级、设备名称或缺陷类型,对设备的红外管理更为便捷高效。
4.1.3 实现输变电红外图的分析和查询
将拍摄下来的红外数据通过计算机进行高速分析,形成温度的峰值曲线积分,对于数万帧的红外数据,只需要几分钟的时间即可完成红外数据的分析,并根据分析完毕的特征,两温度趋势曲线自动调出异常的设备,自动生成规范的红外报告。报告包括的信息有拍摄距离、环境温度、相对湿度、风速、电压、电流、分析者、关注区域温度分析。对于疑似隐患设备周期性连续监测的数据可调用分析,并形成随时间变化的温度趋势曲线,对隐患设备进行定性分析。在红外图库系统可直接以下拉菜单方式选择设备名称或者缺陷类型进行设备搜索、查找。
4.2 数据库的建立与管理
4.2.1 数据库建立
(1)基础资料录入(变电站、线路):PMS系统设备台账模块直接对红外图库开放接口,将设备基础资料导入到红外图库系统,输变电设备基础资料建立完备,减少后期设备的分析命名重复性工作。
(2)数据分析:在红外数据库管理系统内可实现对红外基础数据快速分析、查看;对红外基础温度数据进行批量分析,采集每一帧红外数据最高温度,形成随温度变化的趋势曲线,通过趋势曲线,可快速查看隐患设备红外图片并可进行分析。
(3)命名便捷:直接以下拉菜单的方式进行设备的命名,便捷高效。
(4)报告自动生成:在设备的分析完成后,将数据直接上传到数据库便可快速生成相应的报告。
(5)隐患设备精确分析:对于隐患设备多角度摄像,以反映缺陷设备全貌,还可对疑似隐患发热设备周期性连续监测,并形成随时间变化的温度趋势曲线,对隐患设备进行定性分析。
4.2.2 数据库管理
(1)快速搜索、查找设备:直接以下拉菜单方式选择设备名称或者缺陷类型进行设备搜索、查找。
(2)缺陷类别管理:对于设备的缺陷可进行分类管理,对一般缺陷、严重缺陷、危急缺陷设备分类查看,可掌握设备消缺情况、执行情况、消缺方式、消缺时间。
(3)设备横纵向数据对比:对发热设备缺陷进行纵横向分析,可选择相同型号同类型设备、相同负荷、相同运行环境的ABC三相分析对比,纵向分析设备在不同的时间段的运行情况。
4.3 建立网络化的热图管理平台
为电力系统负责红外测温的部门和上级与下级单位相关部门之间的检修工作提供支持,是构建图库管理面向网络化制造的资源共享服务平台的根本目的。资源共享服务平台支持下的红外测温部门存在2类站点,即提供超文本传输协议(Hyper Text Transport Protocol,HTTP)及相关服务的红外图库管理系统服务器(资源共享服务平台)和开展检修部门、生技管理等部门的发起要求方。检修部门或生技管理部门等作为客户端发起调用设备红外分析报告请求,红外测温部门资源共享服务平台的红外图库管理系统服务器提供了检修工作中需要的分析报告数据和红外原始数据,可供相关部门在需要时调用下载。同时,检修部门和生技管理等部门还可同时对红外测温部门资源共享服务平台的红外图库管理系统服务器调用、查看、下载红外分析报告。一方面,生技管理部门可实时查看调用设备检修情况,追踪设备的复测情况;另一方面,检修部门可根据缺陷报告合理安排检修工作。
4.4 与相关系统的关联
通过与PMS和输变电监测系统进行有效的衔接,在PMS系统的设备台账模块,可将设备台账基础资料导入红外图库中;在PMS系统还可以在电脑上快速地调出隐患设备的报告,并以附件的形式直接发送到检修部门;在输变电设备监测系统中,管理人员可以快速查看并调出缺陷设备红外原始数据,并可直接进行分析,实现对输变电设备红外热图的集中管理。
5 结论
建立电力设备红外数据图库是电力系统发展的需要。输变电设备红外数据库系统的建立,对电力系统电气设备优化管理起着非常重要的作用,无论是从数据分析上还是从红外数据的管理上都能够实现电力系统对设备管理的要求,提升电网的安全运行水平。随着电力系统对状态检修管理自动化的发展,克服目前人工只对部分数据存档,无法对所有输变电设备进行存档管理的困难。建立输变电红外数据库系统,可实现所有输变电设备红外数据的存档、分析、管理,并可对缺陷的设备进行分类管理,对状态检修提供了可靠、详实的信息支持。输变电红外数据分析系统对状态检修管理自动化的发展创造了有利的条件。
参考文献
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[5]汤世洪,刘成安,陈泉根.基于FPGA的高分辨率红外触摸屏的设计[J].电子设计工程,2011,19(22):163-166.
电力红外诊断技术的实践 篇10
通过红外测温技术, 可掌握设备在正常运行状态下的发热规律及其表面温度场的分布和温升状况, 结合设备结构及传导热能的途径, 就能较好地对设备有无内部或外部故障进行诊断。以下为开展红外测温几年来发生的几个典型案例。
(1) 设备连接正常发热分析。
某变电站检出一电流互感器W相电源侧接头温度为87℃, 怀疑是接触不良造成过热, 停电处理时发现接头接触良好, 没有查到故障源, 故再次对热成像图进行分析, 发现最热点是在电流互感器一次引出线根部, 诊断为内部缺陷引起发热。经解体检查, 发现其内部接头已烧损。
(2) 变压器内部低压引线故障诊断。
某变电站1号主变压器油色谱检测结果认为有700℃以上的高温过热故障。用热像从上至下全面观测, 检查结果其高、中、低压9支套管的温度场都正常, 中压套管引出线与母线连接的三相都有过热, 经分析认定这些过热不是引起变压器内部高温过热的原因。在变压器的中部, 发现其低压侧箱体W相的升高座下面有一过热部位, 它的表面温度显著高于其他两相相同部位, 综合分析, 初步诊断为低压绕组W相出线有过热故障。为了进一步确诊故障, 将变压器退出运行, 排空变压器油, 对箱体内部进行检查, 发现低压引线的软连接已短路, 并烧结在一起, 之后, 采用绝缘隔离的方法及时消除了故障。
(3) 变压器套管内部严重缺油故障诊断。
某变电站2号主变压器110 k V电容套管油位计显示油位正常, 但热像显示该套管严重缺油。经停电检查证实热像诊断结果完全正确, 油位计显示为假象, 消除了一起事故隐患。
(4) 避雷器受潮故障诊断。
某变电站Ⅰ段母线避雷器的热场分布异常, 一改正常分布的温度均匀状态, 变成中部温度高, 两端温度低的分布状态, 上端和下端分别接近0℃, 而中部为7.06℃。为确诊又进行带电测试它的电导电流, 结果为560μA, 而在4个月前测试的电导电流值仅为105μA。继续跟踪测试, 一天后又升至756μA, 故决定紧急停运检测, 发现它的绝缘电阻已下降为15 MΩ, 1 mA的直流压降为18 kV, 说明该台避雷器已严重受潮。由于红外热像监测及时发现了事故隐患, 避免了一次爆炸事故的发生。
(5) 特殊负荷测温分析。
某变电站位于山区, 除夕夜由于不少馈线负荷突增3倍以上, 基本达到满负荷状态, 现场测温共发现有3处温度达Ⅰ类缺陷 (没有明显火花或变红现象) , 4处达Ⅱ类缺陷, 考虑到除夕夜的负荷特点和保供电需要, 决定每10 min对其进行一次测温监视, 如温度继续上升将进行限荷或停电处理。跟踪检测时发现温度已随尖峰负荷下降而有下降趋势, 后来决定在非保供电期间停电处理。
(6) 柜内设备热成像。
某变电站10 kV主变压器进线开关柜负荷电流达2 500 A以上, 在柜体测温时发现温度很高, 怀疑内部接头接触电阻偏大。后来安排停电检查, 停电后待打开柜体后柜门进行热成像时发现中下柜体间的隔板温度很高, 经检测该隔板带有导磁材质。对其进行更换后, 温度有较大幅度的下降。
(7) 相对温差百分比诊断应用。
某变电站查出某隔离开关三相接头温度如下:L1相为22℃, L2相为42℃, L3相为21℃, 相间温差相对很大, 诊断L2相接头有缺陷。后停电检查, 发现该设备触头上的弹簧已松动, 造成接触不良而发热。
2 注意事项和数据分析、修正
在红外测温过程中, 除了应严格遵守气候条件、使用环境、操作规范等要求外, 还需要了解被测物的精度要求, 即一般检测和精确检测要求, 同时对所测的数据进行修正。以下就几个常见的问题进行说明:
(1) 正确选择被测设备的辐射率, 特别要考虑金属材料氧化对被测设备辐射率的影响。
(2) 户外设备测温风速的影响和修正。一般来说普测要求风速不大于5 m/s即可, 但如需要精确测量, 应要求风速不大于0.5 m/s, 当环境达不到要求时, 应进行修正。
(3) 记录被测设备的实际负荷电流、额定电流、运行电压, 被测设备温度及环境参照体的温度值, 是设备发热情况分析的必要因素。检测电流致热型设备, 最好在高峰负荷条件下进行, 一般应在不低于30%额定电流下进行, 同时充分考虑小电流对测试结果的影响。
(4) 目前广泛采用的开关柜内设备 (包括GIS、HGIS等设备) , 现场不便直接测温的, 等设备停电后打开柜体时再测温往往已过去一段时间, 所测的温度一般也是不准确的。对此, 可根据牛顿冷却定律的原理, 在两个不同的时间内对柜内设备进行测温, 然后就可按式 (1) 计算设备运行时的温度。
红外检测技术 篇11
关键词:红外线遥控; USB技术;硬件系统;驱动编制
中图分类号:TP872 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0092-01
从遥控技术的发展看,红外技术是一种较为可靠的信息传输技术。红外遥控技术就是利用红外线发射与接收装置,完成数字信号的传递。发射装置将控制指令进行编码、调制、放大、激励等,形成一定频率的红外线脉冲向预定目标发射。接收装置则经过调制、放大、解调后形成还原指令内容,控制设备完成指令动作。其优势为体积小、功耗低、抗干扰能力强等,因此受到了业界的关注。
一、基于USB的红外线遥控系统概述
红外线遥控技术在应用中优势明显,因此其在多个领域获得了应用,借助该技术的优势使其与USB相结合,实现向PC机发送指令的完成控制是红外遥控技术的一个拓展。基于USB的遥控系统主要是通过USB将数据接收并传输给PC机,由上位机执行相应的程序指令,以此实现对PC的遥控,该系统的优势是灵活小巧可以嵌入到多种电子设备中,以此实现一个遥控器遥控多机的效果。
二、基于USB的红外遥控工作原理
基于USB的红外线遥控技术在执行中先由发射端所产生的1、0分别代表高低电平,该信号被调制为38或者40KHz等高频信号上。然后利用红外线发射二极管向接收目标发射信号;接收装置对这个高频的红外信号进行放大、整形,使之还原为1、0编码,即形成高低电平的脉冲,然后利用单片机或者逻辑译码等实现控制,驱动PC执行动作。
三、 USB技术优势与系统硬件设计
(一)USB的技术优势
要利用USB技术就需要了解其性能特征,随着通用化串行总线的USB硬件设备和软件不断的完善,USB接口已经成为了PC机上的标准接口。其优势如下:现行的软件系统已内置USB驱动,使其可以实现即插即用,大大缩减了开发软件的时间,降低了系统设计成本提高适应性;USB的拓展能力强且传输速度快;USB的性价比较高,相比与串行总线、并行总线、SCSI总线等性价比优势明显;USB使用更加的灵活,且多数电子产品已经具备了USB控制功能,综合看利用USB为基础设计红外线遥控装置显然有独特的优势。
(二)硬件系统设计
在硬件选择中,P89C58芯片包含了非易失性FLASH,可以并行可编程的存储器,且可以在装载器的引导下实现串行编程ISP,其80C51核心处理元件,速度最高为33MHz,静态操作时RAM可以达到64K,且具备4级中断6个中断源4个8位I/O接口,全双工的增强型UART可对数据帧的错误进行检测,自动的获知和识别地址。电源的控制模型也有多种选择,时钟的停止、恢复、空闲、断电模式等。具有可编辑的时钟输出,双DPTR寄存器由3个定时器(16位)。这样的硬件构成可以支持红外线遥控系统的拓展功能,所以选择其作为系统CPU。因为设计对象是ISR模式下工作,所以需要在编程的时候,考虑响应时中断设置响应的标志。单片机通过识别这些响应中断的标志来控制程序的执行,这样就可以提高单片机的处理效率,使之可以处理更多的数据。
CPU除了需要对系统的中断进行处理,还需要对红外接收器发出的数据进行接收与处理,在设计中没有考虑采用单片机的串口对信号完成接收,转而采用的是P2.7模拟串口完成此项工作。其优势是:可自定义传输格式,从而提高可靠性;简化CPU对中断的处理过程,可靠性较高,因为在89C58中对中断的优先级控制有两个级别,即高与低。而如果对系统操作中有两个中断如果出现第三个,就会增加负担。
(三)驱动程序设置
针对系统的驱动软件开发,因此采用的是USB技术因此可以利用Windows ddk,这时微软公司提供的一个windows驱动程序的开发工具。利用ddk开发驱动较为成熟。现在很多第三方软件开发商已经提供了多种生成工具,如driver work和 driver Wizard等。这些程序都可以在较短的时间内就完成对USB的驱动程序编制。而对于WIN98以上的系统对于USB而言其驱动都是WDM类型。使用ddk进行程序设计主要可以分为五个层次:用户程序设计,用户自己编写程序,可以直接执行exe程序;IO管理,主要是Windows管理,针对用户应用程序和驱动程序之间的数据交换,完成时利用IRP实现驱动程序,在ddk完成装载后,可以自行编制驱动,程序中不同的部分分别通过IRP完成数据交互。当一个例程处理完成后,状态信息也将设置完成,并将此IRP反馈会程序;硬件抽象层,在windows管理为客户编写程序提供了多种方式,而且硬件抽象层还提供了利用一个驱动解释到不同平台的功能;硬件控制,在驱动程序中,利用例程来对函数进行表达。驱动程序设计也可针对性开发,如上位机程序开发所使用的VB6.0.VB是目前较为流行的程序编辑软件,其可视化功能突出。利用时间驱动编程机制完成程序设计,用户不用向以往编程那样精确执行步骤,程序也不是很长,只有简单的将程序片段设计出来就可以完成操作。VB同时也提供了图形工作环境,利用图像来辅助设计,使得用户应用更加的方便。
四、结束语
USB是目前多种电子设备所能提供的控制接口,因此利用其进行红外遥控可以拓展红外遥控的应用领域。在设计中可以选择系统芯片较多,如PDIUSBD12,就是一种性价比较高的USB接口元件,借助于CPU就可对芯片进行控制,实现红外遥控的功能。系统设计的主要特征就是突出了灵活性,在信息化高度发展的今天,利用红外线遥控技术通过USB实现对PC的控制是具有广阔前景的。
参考文献:
[1]徐锦钢,沈緐,孙俊杰.基于单片机的USB数据通信接口设计与研究[J].江西电力职业技术学院学报,2011,(02)
[2]赵海标,马明涛.多功能红外遥控开关的设计[J].吉林农业科技学院学报,2010,(02).
红外光谱技术在食品检测中的应用 篇12
食品的主要成分除低浓度的一些成分外,还有水、碳水化合物、脂肪和蛋白质等。在红外线区域范围中这些成分具有吸收光谱的特征,如果这些成分出现在含水量极高(即含量低于0.1g/100g)的样品中,红外光谱技术的使用就比较困难。由此可知,食品中主要成分是水、碳水化合物、蛋白质、脂肪等,且达到检测的条件的才能通过红外光谱技术进行食品检测。红外光谱技术的优势在于能对复杂的混合物进行有效准确地区分,其实用性已大大超越其他食品检测技术。因此,为能准确区分混合物与纯化合物红外光谱的性质差异,将混合物红外光谱特征称为“红外光谱宏观指纹特征”。
红外光谱解析的方法
红外光谱具有很强的指纹特征,任何物质在含量或结构上一旦出现变化,通过红外光谱技术可充分检测出来。混合物所含的成分与红外光谱有着十分紧密的关系,混合物的结构一旦产生变化,红外光谱也会发生相应的改变。因此,红外光谱技术在食品检测中主要根据红外光谱上的差异对不同的混合物样本进行检测与鉴别。纯化合物的不同红外光谱差异性较明显,通常直接观察即可将其分辨出来,而混合物所含成分比较复杂,红外光谱差异性显示就比较弱,此时可借助其他分辨较强的技术同时进行鉴别。
不同分子中同一种官能团的红外吸峰位具有一定的差异性,但这种差异性通常情况会在特定区域内出现,即混合物红外光谱的重叠峰。将官能团当作一个整体,结构解析的主要依据是重叠峰,对混合物中物质群组的相关信息进行分析。红外光谱技术对复杂的混合物进行检测时,吸收峰会将其中含有某些相似官能团的分子表现出来;而纯化合物在红外光谱技术检测时,则表现的吸收峰能将官能团相关信息直接体现出来。某种成分在混合物中所在的比例越大,其特征峰在混合物红外光谱上的表现强度便会越大,数量也会逐渐增多。混合中某些成分含量过高,混合物的红外光谱就会与较高成分的红外光谱接近。谱峰重叠不够显著的区域,特定成分的含量很低时,可在混合物光谱上对特征峰进行缝隙,比较显著的区域,特点成分含量比较正常也会出现无明显特征的情况,可与光谱分辨增强的检测方法结合使用。
红外光谱技术在食品检测中的应用
近红外光谱技术
近红外光谱技术可对不同食品进行检测,如检测纯牛奶是否掺入还原奶,通过模型建立法建立还原奶的鉴别模型,还原奶掺入量分别是20%与50%,通过判别分析法对模型进行判别,正确率为90%与100%。同时对原料奶酸度和p H值构建最小二乘法(PLS)的定量模型校正模型,两类预测值的平均误差小于0.5%。采用多元散射校正作为光谱数据的处理方法,结合偏最小二乘法建立牛奶中氯霉素残留的定量分析校正模型,并通过缩减模型对预测样品中的氯霉素含量进行预测,并取得良好效果。PLS能很好地分析近红外漫反射光谱重叠非常严重的信息,能有效规避各种干扰因素。在以上实验基础上构建在线近红外光谱牛奶品质检测系统。这个系统在600~1 050nm波长范围当中获得非均脂牛奶的近红外光谱,检测了牛奶中乳糖、蛋白质、脂肪等主要成分。
定量检测
定量检测主要用于油脂品质类食品解析项目中,油脂脂肪酸的不饱和程度可利用碘值进行判断,酸枝可对油脂的酸败程度进行判断,过氧化值可对氧化程度进行分析,不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的含量值可对食用油的品质进行检测,判定食用油优劣。如果通过常规的试验方法测定这些数值,不仅会使用大量的化学试剂,而且还会同时浪费很多的样品,测定时间不确定,需要大量的人力与物力,采用红外光谱技术与化学计量学方法构建校正模型,便能实现快速检测酸枝、过氧化值、油脂脂肪酸和油脂碘值等参数,进而实现对油脂品质类的食物快捷有效的检测与鉴别。
定性鉴别
利用FTIR食品检测技术对黑木耳、黑牛肝菌和银耳3种食用菌进行检测,三种食用菌的光谱反应效果具有一定的差异性。对红外光谱技术分析出的主要谱峰数据进行分析,黑木耳与银耳的主要谱峰最为接近,这两种食用菌与黑牛肝菌相比具有一定的差异性。分析吸收强度数据便能将银耳与黑木耳直接区分出来。红外线指纹图谱技术与主要成分分析法相互结合,对山药进行检测可区分出道地山药与普通山药,在聚类分析中,将主要分为作为二线线性投影图,在鉴别上更加直观,还能更好地区分聚类作用。通过FTIR方法对不同小麦品种的根部红外光谱图进行分析发现不同小麦品种红外光谱图有很大的差异性,这种方法现在广泛用于小麦类食品检测中。关于绍兴与嘉善的中国米酒可采用近红外光谱技术进行区分,用PCA和偏最小二乘相关分析(PLSR)建立判别模型,具有非常高的准确率。
结语