專利名稱：電氣元件溫升辨識分類方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電氣元件溫升辨識分類方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，人類對于各種災(zāi)害防護的要求也日漸提升。對于某些特定地點，例如精密實驗室或半導(dǎo)體廠房的無塵室而言，其內(nèi)的儀器設(shè)備或工件材料通常成本昂貴，因此不僅要能先期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，同時更必須對火災(zāi)的先期條件進(jìn)行實時應(yīng)變的目的。因此，火災(zāi)防護系統(tǒng)與消防設(shè)施的設(shè)置日益重要。
現(xiàn)有的火災(zāi)防護系統(tǒng)或消防設(shè)施，多半都屬于被動式的偵測，即火災(zāi)發(fā)生之后產(chǎn)生煙霧及高溫，傳達(dá)到火災(zāi)防護系統(tǒng)或消防設(shè)施的傳感器位置，使其作動后，才進(jìn)行消防警報與滅火等動作。針對上述被動式火災(zāi)防護系統(tǒng)的缺點，習(xí)知技術(shù)中已采用紅外線熱影像整合型的偵測或監(jiān)控系統(tǒng)，例如臺灣專利公告第466107號的“紅外線熱影像偵測系統(tǒng)”以及公告第476221號的“利用熱影像進(jìn)行之影像監(jiān)測辨識方法”等專利，均已提出使用如紅外線等熱影像攝影等方式，對特定區(qū)域進(jìn)行主動監(jiān)控，以得到火災(zāi)先期提早預(yù)防的效果。
然而，上述習(xí)知的紅外線熱影像整合型偵測或監(jiān)控系統(tǒng)多半是以影像辨識的方式來進(jìn)行溫升的偵測與監(jiān)控，在使用上仍然有其不便之處，以下加以說明。
通常，一般房屋或密閉場所若未放置高熱源或易燃物品時，最容易發(fā)生火災(zāi)的部分，通常是在其電力系統(tǒng)或電路元件等部位。換言之，若不考慮特殊場合時，火災(zāi)發(fā)生最常見的因素多半是因通電而造成的情況。舉例而言，一旦實驗室內(nèi)產(chǎn)生煙霧時，即可能表示儀器設(shè)備的電力系統(tǒng)或電路元件已經(jīng)接近燃燒起火點，雖然此時并未發(fā)生火災(zāi)，然而，當(dāng)煙霧開始產(chǎn)生時，即表示溫度已到達(dá)燃點，燃燒條件已經(jīng)具備，因此火災(zāi)可能在極短的時間內(nèi)隨時發(fā)生，容易應(yīng)變不及；且即便在第一反應(yīng)時間內(nèi)進(jìn)行滅火動作，但儀器設(shè)備或其工件材料仍然可能因高溫而產(chǎn)生變質(zhì)或損毀等狀況，影響所及，可能足以造成無法彌補的災(zāi)害。
此時，若使用上述習(xí)知的紅外線熱影像整合型偵測或監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行密閉空間的溫度偵測，雖然可以設(shè)定溫度偵測的標(biāo)準(zhǔn)值，使得儀器設(shè)備的電力系統(tǒng)或電路元件的溫度尚未到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)值之前，即先進(jìn)行警示動作。然而，精密實驗室或半導(dǎo)體廠房之中，某些實驗或制程可能在特定的高溫或低溫狀態(tài)下進(jìn)行，所使用的電子元件其燃點各不相同，且各有不同的操作安全溫度范圍；舉例而言，加熱器的溫度必然遠(yuǎn)高于一般電氣元件或裝置的溫度，而低溫制程下所使用的某些特定元件則可能在常溫左右的溫度即會變質(zhì)，甚至產(chǎn)生燃燒反應(yīng)。此時，若以紅外線偵測或監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行偵測，不但溫度偵測的標(biāo)準(zhǔn)值不易決定，而且在偵測或監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生警示動作時，也不易辨別溫度異常的起因為何，甚至容易產(chǎn)生誤判，無法正確辨識高溫的起因究竟為火災(zāi)的先期反應(yīng)，或是實驗或制程中位于操作安全溫度范圍的電氣元件的正常反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種電氣元件溫升辨識分類方法，對于習(xí)知的紅外線熱影像整合型偵測或監(jiān)控系統(tǒng)加以改良，針對電氣元件的溫升分類法則，將熱影像監(jiān)控系統(tǒng)的分類分為失效類別與失效嚴(yán)重性等兩類不同的數(shù)據(jù)，如此可更容易地對電氣元件因溫升而產(chǎn)生異?；蚴У葼顩r以及其嚴(yán)重性進(jìn)行偵測。
本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法，是對所偵測的特定空間內(nèi)的各種電氣元件預(yù)先建立其不同溫度狀態(tài)的影像數(shù)據(jù)，并將這些影像數(shù)據(jù)參數(shù)化后，存放于一參數(shù)數(shù)據(jù)庫之中。如此，在以紅外線熱影像整合型偵測或監(jiān)控系統(tǒng)偵測特定空間時，即可將熱影像轉(zhuǎn)換為對應(yīng)參數(shù)，并將這些對應(yīng)參數(shù)與參數(shù)數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)值加以比對，而判定影像中各區(qū)的溫度分布是對應(yīng)于何種電氣元件，以及電氣元件的溫升辨識結(jié)果。
本發(fā)明揭示一種電氣元件溫升辨識分類方法，包含下列步驟首先，提供復(fù)數(shù)電氣元件；其次，擷取電氣元件對應(yīng)于復(fù)數(shù)熱狀態(tài)的復(fù)數(shù)熱影像數(shù)據(jù)，并將這些熱影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像處理，而得到對應(yīng)的復(fù)數(shù)熱特征數(shù)據(jù)，其中每一電氣元件的熱狀態(tài)中的至少一個是屬于溫升劣化熱狀態(tài)；然后，擷取一特定區(qū)域的特定熱影像，進(jìn)行影像處理，得到對應(yīng)的特定熱特征數(shù)據(jù)，其中該特定區(qū)域是具有電氣元件中的至少一個；最后，將特定熱特征數(shù)據(jù)與所有熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對，以得到該特定區(qū)域的溫升辨識結(jié)果。
本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法中，熱特征數(shù)據(jù)可包含失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)(例如最高溫度數(shù)據(jù)以及溫度分布范圍數(shù)據(jù))與失效類別數(shù)據(jù)(例如溫度分布形狀數(shù)據(jù)以及三維溫度映像數(shù)據(jù)。)另外，將特定熱特征數(shù)據(jù)與熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對的動作，可采用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層分類(Multi-layerPerception)、主軸分析(Principal Component Analysis)模式或模糊集合(Fuzzy Set)等方法。


圖1是顯示紅外線熱影像整合型監(jiān)控偵測系統(tǒng)的一例的示意圖。
圖2是顯示本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法的流程圖。
圖3A是顯示本發(fā)明的電氣元件未經(jīng)影像處理的熱影像數(shù)據(jù)的示意圖。
圖3B是顯示本發(fā)明的電氣元件經(jīng)影像處理后的熱影像數(shù)據(jù)的示意圖。
符號說明10～影像處理辨識裝置；110～影像處理模塊；120～影像辨識比對模塊；125～特征數(shù)據(jù)庫；130～判斷模塊；140～影像擷取控制模塊；20～影像擷取裝置；210～調(diào)整裝置。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一具體的較佳實施例，并配合所附圖式做詳細(xì)說明。
請參見圖1與圖2，說明本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法的流程。本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法可應(yīng)用于任一紅外線熱影像整合型監(jiān)控偵測系統(tǒng)之中而使用，例如圖1即顯示一紅外線熱影像整合型監(jiān)控偵測系統(tǒng)。
圖1中，熱影像或煙霧影像是使用一影像擷取裝置20(例如一紅外線攝影機)來進(jìn)行擷取的動作。影像擷取裝置20所偵測的一特定區(qū)域擷取其特定的影像，例如紅外線的熱影像或一般可見光影像，會送至影像處理辨識裝置10以進(jìn)行轉(zhuǎn)換與比對的動作。另外，影像擷取裝置20可具有一調(diào)整裝置210，用以調(diào)整其偵測的特定區(qū)域的范圍，以使影像擷取裝置20可進(jìn)行移動或旋轉(zhuǎn)等調(diào)整動作，而使偵測的特定區(qū)域涵蓋較大的范圍，并減少無法偵測的死角。
影像處理辨識裝置10通常是設(shè)置在一計算機主機，服務(wù)器或其它適合的處理器內(nèi)，或設(shè)置成一控制芯片的型式。如圖1所示，影像處理辨識裝置10可具有一影像處理模塊110、一影像辨識比對模塊120、一判斷模塊130以及一影像擷取控制模塊140。影像擷取控制模塊140是用以控制影像擷取裝置20的動作。影像處理模塊110是用以接收影像擷取裝置20所擷取的影像信號，并進(jìn)行影像處理，而產(chǎn)生對應(yīng)于熱影像的相關(guān)數(shù)據(jù)。影像辨識比對模塊120中具有一特征數(shù)據(jù)庫125，儲存預(yù)先建立的復(fù)數(shù)熱特征數(shù)據(jù)，使得影像辨識比對模塊120接收經(jīng)由影像處理模塊110所進(jìn)行影像處理后得到的相關(guān)數(shù)據(jù)后，可與特征數(shù)據(jù)庫125中的熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對并進(jìn)行影像辨識。
本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法，主要是用以辨識常用的電氣元件在溫度升高時所可能產(chǎn)生的問題，因此在進(jìn)行電氣元件溫升辨識分類之前，必須先提供常見的復(fù)數(shù)電氣元件(步驟S10)。
電氣元件的種類眾多，包含有輸配電元件、控制元件、保護元件、以及量測元件等四類。由于本發(fā)明是為辨識常用的電氣元件在溫度升高時所可能產(chǎn)生的問題，因此可將電氣元件依其熱源產(chǎn)生方式以及阻隔狀態(tài)來區(qū)分。常見的電氣元件的熱源產(chǎn)生方式可分為單一熱源、雙熱源、三熱源、以及多熱源等四種，若再考慮單一熱源是否與外界有阻隔，或是熱源之間的接觸，則可細(xì)分為下列八項1.單熱源無阻隔如電阻、加熱器、比壓器、比流器等。
2.單熱源有阻隔如開關(guān)、繼電器、變壓器等。
3.單熱源接點如電容接點、開關(guān)接點、加熱器接點等。
4.雙熱源元件如雙燈座、雙表座等。
5.雙熱源線路如單相使用線路、相位不平衡線路等。
6.三熱源元件如三燈座、三表座等。
7.三熱源線路如線路過載。
8.多熱源元件如多個電路元件集合的裝置。
在此必須說明，上述的區(qū)分法則可依照電路元件的形式與應(yīng)用而加以合并或改變，并非固定不變的。
界定電氣元件之后，即可擷取電氣元件對應(yīng)于復(fù)數(shù)熱狀態(tài)的復(fù)數(shù)熱影像數(shù)據(jù)(步驟S20)。此一步驟一般是以圖1中的影像擷取裝置20，例如紅外線攝影裝置來進(jìn)行。必須注意的是，每一電氣元件的熱狀態(tài)中，通常至少一種熱狀態(tài)是屬于電氣元件已經(jīng)產(chǎn)生問題的溫升劣化熱狀態(tài)；在溫升劣化熱狀態(tài)的電氣元件并不見得產(chǎn)生煙霧或溫度過高，但可能已經(jīng)因為溫度的上升而使得電氣元件的效能產(chǎn)生劣化現(xiàn)象。由于不同的電氣元件，其溫升劣化現(xiàn)象可能也不相同，因此必須針對不同的電氣元件而選擇不同的熱狀態(tài)組合。
然后，這些電氣元件的熱影像數(shù)據(jù)由影像處理辨識裝置10進(jìn)行影像處理，而得到對應(yīng)的復(fù)數(shù)熱特征數(shù)據(jù)(步驟S30)，并存放于特征數(shù)據(jù)庫125中以供辨識比對之用。熱特征數(shù)據(jù)可包含失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)與失效類別數(shù)據(jù)兩種。失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)一般是顯示電氣元件溫升劣化的程度，例如最高溫度數(shù)據(jù)以及溫度分布范圍數(shù)據(jù)；而失效類別數(shù)據(jù)則通常是顯現(xiàn)電氣元件產(chǎn)生溫升劣化現(xiàn)象的模式，例如溫度分布形狀數(shù)據(jù)以及三維溫度映像數(shù)據(jù)。如此，藉由失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)與失效類別數(shù)據(jù)的組合，即可對不同熱狀態(tài)的每一電氣元件產(chǎn)生一組獨特的熱特征數(shù)據(jù)。
接著，即可依步驟S20以及S30的動作，對具有電氣元件的一特定區(qū)域擷取一特定熱影像(步驟S40)，并進(jìn)行影像處理，得到對應(yīng)的特定熱特征數(shù)據(jù)(步驟S50)。此時，并不需特別指明特定區(qū)域中所有的電氣元件分別為何。
最后，將特定熱特征數(shù)據(jù)與特征數(shù)據(jù)庫125中的所有熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對，以得到特定區(qū)域的溫升辨識結(jié)果(步驟S60)。以下說明分類比對的動作。將特定熱特征數(shù)據(jù)與熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對的建立模式動作，可采用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層分類(Multi-layer Perception)、主軸分析(Principal Component Analysis)模式或模糊集合(Fuzzy Set)等方法，以取得各熱影像圖的特征為輸入模式，而電氣元件的分類原則為輸出模式，由此輸入輸出之間所建立的模式，即可尋求其最佳化參數(shù)。
請再參見圖3A以及圖3B，以一范例說明本發(fā)明的電氣元件溫升辨識分類方法中影像辨識分類的動作。
圖3A是顯示一組電氣元件，由(a)至(f)分別為不同的角度及遠(yuǎn)近距離所拍攝的熱影像數(shù)據(jù)。由于一熱影像之中，通常會具有不只一個的區(qū)域高溫，因此在進(jìn)行影像處理時，須先進(jìn)行平滑化(Smoothing)處理后，再進(jìn)行X軸或Y軸投射或數(shù)值方法等動作，如此即可取得高溫區(qū)域的位置，而得到最高溫度數(shù)據(jù)以及溫度分布范圍數(shù)據(jù)。
另外，電氣元件的熱分布，會受到其是否具有阻隔或其三維立體的角度所影響。無外殼阻隔的電氣元件，其溫度分布形狀數(shù)據(jù)可由可見光直接得到，但若有外殼的電氣元件，則會依外殼的散熱條件而影響其溫度分布形狀數(shù)據(jù)。因此，一般必須先獲取熱影像數(shù)據(jù)中的溫度平均值及變異量后，進(jìn)行去除背景溫度的動作，并以模糊邏輯方法進(jìn)行映像(Mapping)動作，取得溫度分布形狀數(shù)據(jù)以及三維溫度映像數(shù)據(jù)。藉由上述影像處理后的電氣元件的熱影像數(shù)據(jù)，其背景溫度均已去除，且經(jīng)過映像動作，如圖3B的(a)至(f)所示。
在此必須說明，由于影像處理與辨識的技術(shù)日新月異，因此本發(fā)明所使用的影像處理與辨識技術(shù)并不受限于上述實施例中所述的形式，而可應(yīng)用其它適當(dāng)?shù)挠跋裉幚砑夹g(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電氣元件溫升辨識分類方法，包含下列步驟提供復(fù)數(shù)電氣元件；擷取該電氣元件對應(yīng)于復(fù)數(shù)熱狀態(tài)的復(fù)數(shù)熱影像數(shù)據(jù)，并將該熱影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像處理，而得到對應(yīng)的復(fù)數(shù)熱特征數(shù)據(jù)，其中每一該電氣元件的該熱狀態(tài)中的至少一個是屬于溫升劣化熱狀態(tài)；擷取一特定區(qū)域的特定熱影像，并將該特定熱影像進(jìn)行影像處理，得到對應(yīng)的特定熱特征數(shù)據(jù)，其中該特定區(qū)域是具有該電氣元件中的至少一個；以及將該特定熱特征數(shù)據(jù)與該熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對，以得到該特定區(qū)域的溫升辨識結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該熱特征數(shù)據(jù)包含失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)包含最高溫度數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該失效嚴(yán)重性數(shù)據(jù)包含溫度分布范圍數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該熱特征數(shù)據(jù)包含失效類別數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該失效類別數(shù)據(jù)包含溫度分布形狀數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中該失效類別數(shù)據(jù)包含三維溫度映像數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中將該特定熱特征數(shù)據(jù)與該熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對的動作是采用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多層分類(Multi-layer Perception)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中將該特定熱特征數(shù)據(jù)與該熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對的動作是采用主軸分析(PrincipalComponent Analysis)模式。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣元件溫升辨識分類方法，其中將該特定熱特征數(shù)據(jù)與該熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對的動作是采用模糊集合(FuzzySet)。
全文摘要
一種電氣元件溫升辨識分類方法，包含下列步驟首先，提供復(fù)數(shù)電氣元件；其次，擷取電氣元件對應(yīng)于復(fù)數(shù)熱狀態(tài)的復(fù)數(shù)熱影像數(shù)據(jù)，并將這些熱影像數(shù)據(jù)進(jìn)行影像處理，而得到對應(yīng)的復(fù)數(shù)熱特征數(shù)據(jù)，其中每一電氣元件的熱狀態(tài)中的至少一個是屬于溫升劣化熱狀態(tài)；然后，擷取一特定區(qū)域的特定熱影像，進(jìn)行影像處理，得到對應(yīng)的特定熱特征數(shù)據(jù)，其中該特定區(qū)域是具有電氣元件中的至少一個；最后，將特定熱特征數(shù)據(jù)與所有熱特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分類比對，以得到該特定區(qū)域的溫升辨識結(jié)果。
文檔編號G01J5/60GK1621810SQ200310115428
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月25日
發(fā)明者林國照, 賴加勛, 劉健偉 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院