本發(fā)明涉及一種基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置及其補(bǔ)償方法，屬于電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種在現(xiàn)場環(huán)境下準(zhǔn)確測量電力設(shè)備外表面溫度分布的巡檢設(shè)備和紅外測溫補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

國內(nèi)電力設(shè)備開展了以紅外熱像帶電檢測為重要技術(shù)手段的狀態(tài)檢修工作，取得了很好的效果，有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷導(dǎo)致的過熱并及時(shí)消缺，避免電力設(shè)備惡性故障的發(fā)生。但目前電力設(shè)備紅外熱像檢測裝置普遍存在一個(gè)問題，由于紅外輻射在大氣中傳輸會(huì)受到水蒸氣、二氧化碳、臭氧等氣體的吸收，導(dǎo)致輻射能量有一定的衰減，從而影響紅外測溫的精度，因此大部分紅外熱像儀要求巡檢人員在無雨無霧相對(duì)濕度較低的天氣條件下進(jìn)行帶電檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置及其補(bǔ)償方法,其解決了電網(wǎng)設(shè)備紅外帶電檢測面臨的雨霧天氣相對(duì)濕度較大導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大的問題，在相對(duì)濕度較大的情況下溫度測量精度依然很高，能夠很好的滿足現(xiàn)場紅外帶電檢測的精度要求。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置，包括環(huán)境溫濕度傳感器、紅外熱像檢測模塊、自動(dòng)補(bǔ)償模塊、圖像顯示模塊。

其中，環(huán)境溫濕度傳感器與自動(dòng)補(bǔ)償模塊連接，用于紅外檢測時(shí)檢測環(huán)境溫度和相對(duì)濕度；紅外熱像檢測模塊與自動(dòng)補(bǔ)償模塊連接，用于對(duì)視場范圍內(nèi)目標(biāo)表面進(jìn)行紅外輻射光譜檢測，將不同輻射功率的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成不同電壓值信號(hào)，再將不同電壓值根據(jù)標(biāo)定公式轉(zhuǎn)換成不同溫度值；自動(dòng)補(bǔ)償模塊與圖像顯示模塊連接，用于根據(jù)環(huán)境溫濕度對(duì)紅外熱像檢測模塊的檢測結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，包括根據(jù)環(huán)境溫濕度和檢測距離計(jì)算紅外光譜的大氣傳輸率，再根據(jù)大氣傳輸率和目標(biāo)輻射率以及紅外熱像檢測模塊測量值計(jì)算目標(biāo)實(shí)際的溫度值；圖像顯示模塊將視場范圍內(nèi)目標(biāo)表面補(bǔ)償后的溫度值以不同的顏色顯示出來。

本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置的補(bǔ)償方法，其包括如下步驟：

步驟一：設(shè)置所述帶電檢測裝置與被檢目標(biāo)的檢測距離D和被檢目標(biāo)的輻射率ε；

步驟二：所述環(huán)境溫濕度傳感器檢測出環(huán)境溫度T_a和相對(duì)濕度H；

步驟三：所述紅外熱像檢測模塊輸出的目標(biāo)溫度的測量值T_c；

步驟四：所述自動(dòng)補(bǔ)償模塊根據(jù)檢測距離D、環(huán)境溫度T_a和相對(duì)濕度H計(jì)算大氣傳輸率τ_a，計(jì)算公式如下式(1)：

其中k為常系數(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度T_a通過查表獲得。

步驟五：所述自動(dòng)補(bǔ)償模塊將計(jì)算的大氣傳輸率τ_a、被檢目標(biāo)的輻射率ε和所述紅外熱像檢測模塊輸出的測量值T_c代入目標(biāo)表面實(shí)際溫度的補(bǔ)償公式如下式(2)：

計(jì)算目標(biāo)表面的實(shí)際溫度值T_obj。

所述步驟一中設(shè)置被檢目標(biāo)的輻射率ε的具體步驟按照裝置的用戶使用手冊(cè)操作即可。

所述步驟四的計(jì)算公式推導(dǎo)如下：

目標(biāo)物體的紅外輻射在傳輸?shù)郊t外檢測系統(tǒng)的過程中，與大氣成分相互作用，輻射功率會(huì)受到衰減，衰減大部分是由H2O、CO2、O3三種氣體分子造成的。而在三種氣體分子對(duì)8～14μm波段內(nèi)的紅外輻射吸收中，水蒸氣H2O又占主導(dǎo)地位。CO2可以認(rèn)為是混合均勻的氣體，其對(duì)紅外輻射的吸收僅與輻射路徑中CO2的含量有關(guān)，考慮到電力設(shè)備紅外檢測通常的檢測距離不超過10米，因此CO2的衰減作用也可以忽略不計(jì)。而對(duì)于O3，因其在對(duì)流層內(nèi)的含量很少，故在實(shí)際計(jì)算時(shí)通常忽略不計(jì)。

大氣傳輸率τ_a表征大氣對(duì)紅外輻射的衰減能力，用消光系數(shù)μ_a來表示，傳輸率與消光系數(shù)μ_a的關(guān)系為如下式(3)：

其中，為水蒸氣的消光系數(shù)。

紅外輻射的在水蒸氣中的傳輸率由大氣中水蒸氣含量決定，通過水蒸氣含量相等的路程時(shí)，其傳輸率相等。水蒸氣含量用可凝水量來計(jì)量，即將測量路程上的水蒸氣壓縮成相同截面水層的厚度，單位為mm/km，可通過大氣溫度和相對(duì)濕度計(jì)算獲得，溫度T、相對(duì)濕度H、測量路程D的條件下，水蒸氣含量ω為如下式：

ω＝k*H*D

其中，k為溫度T時(shí)飽和空氣中的水蒸氣質(zhì)量，可通過查表獲得。

已知T1為5℃、H1為100％時(shí)，k1約為6.7mm/km，水蒸氣對(duì)8～14μm波段紅外輻射的平均消光系數(shù)約為0.1134/km。那么任意溫度Ta、相對(duì)濕度H時(shí)，為如下式(4)：

其中，k為溫度Ta時(shí)飽和空氣中的水蒸氣質(zhì)量。

將式(2)代入式(1)，則大氣傳輸率τ_a的計(jì)算公式為如下式(5)：

其中k為常系數(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度T_a通過查表獲得。

所述步驟5的補(bǔ)償公式推導(dǎo)如下：

紅外熱像檢測模塊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測溫時(shí)，檢測到的不僅僅是目標(biāo)本身的輻射，還會(huì)檢測到來自周圍的、通過目標(biāo)表面反射的輻射，這兩種輻射經(jīng)過大氣傳輸路徑會(huì)有一定的衰減，另外大氣本身構(gòu)成第三種輻射源。設(shè)大氣傳輸率為τ_a，那么紅外熱像檢測模塊檢測到來自物體本身的輻功率為τ_aW_obj；檢測到來自周圍的、通過目標(biāo)表面反射的輻射功率為τ_aW_around；另外還檢測到來自大氣的輻射功率為W_a，即紅外熱像檢測模塊檢測到的總輻射功率為如下式(6)：

W_c＝τ_aW_obj+τ_aW_around+W_a (6)

根據(jù)斯蒂芬-波爾茲曼公式，灰體的輻射功率W＝ε₀σT⁴，其中σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，ε₀為灰體的輻射率，得到如下式(7)：

T_c⁴＝τ_aεT_obj⁴+τ_a(1-ε)T_around⁴+(1-τ_a)T_a⁴ (7)

其中，T_c為紅外熱像檢測模塊的測量溫度，T_obj為目標(biāo)實(shí)際溫度，ε為目標(biāo)的輻射率，T_around為周圍環(huán)境溫度，1-ε為目標(biāo)的反射率，T_a為大氣溫度，1-τ_a為大氣的輻射率。

考慮到周圍環(huán)境溫度與大氣溫度通常相等，得到目標(biāo)溫度的補(bǔ)償公式(8)：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明集成了環(huán)境溫濕度傳感器，并根據(jù)環(huán)境溫濕度進(jìn)行目標(biāo)溫度的自動(dòng)補(bǔ)償，解決了電網(wǎng)設(shè)備紅外帶電檢測面臨的雨霧天氣相對(duì)濕度較大導(dǎo)致檢測結(jié)果誤差較大的問題，在相對(duì)濕度較大的情況下溫度測量精度依然很高，能夠很好的滿足現(xiàn)場紅外帶電檢測的精度要求。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置的補(bǔ)償方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置，包括環(huán)境溫濕度傳感器、紅外熱像檢測模塊、自動(dòng)補(bǔ)償模塊、圖像顯示模塊。其中，環(huán)境溫濕度傳感器與自動(dòng)補(bǔ)償模塊連接，用于紅外檢測時(shí)檢測環(huán)境溫度和相對(duì)濕度；紅外熱像檢測模塊與自動(dòng)補(bǔ)償模塊連接，用于對(duì)視場范圍內(nèi)目標(biāo)表面進(jìn)行紅外輻射光譜檢測，將不同輻射功率的光譜信號(hào)轉(zhuǎn)換成不同電壓值信號(hào)，再將不同電壓值根據(jù)標(biāo)定公式轉(zhuǎn)換成不同溫度值；自動(dòng)補(bǔ)償模塊與圖像顯示模塊連接，用于根據(jù)環(huán)境溫濕度對(duì)紅外熱像檢測模塊的檢測結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，包括根據(jù)環(huán)境溫濕度和檢測距離計(jì)算紅外光譜的大氣傳輸率，再根據(jù)大氣傳輸率和目標(biāo)輻射率以及紅外熱像檢測模塊測量值計(jì)算目標(biāo)實(shí)際的溫度值；圖像顯示模塊將視場范圍內(nèi)目標(biāo)表面補(bǔ)償后的溫度值以不同的顏色顯示出來。

圖2所示，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述基于溫濕度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募t外帶電檢測裝置的補(bǔ)償方法，其包括如下步驟：

步驟一：設(shè)置所述帶電檢測裝置與被檢目標(biāo)的檢測距離D和被檢目標(biāo)的輻射率ε；

步驟二：所述環(huán)境溫濕度傳感器檢測出環(huán)境溫度T_a和相對(duì)濕度H；

步驟三：所述紅外熱像檢測模塊輸出的目標(biāo)溫度的測量值T_c；

步驟四：所述自動(dòng)補(bǔ)償模塊根據(jù)檢測距離D、環(huán)境溫度T_a和相對(duì)濕度H計(jì)算大氣傳輸率τ_a，計(jì)算公式如下：

其中k為常系數(shù)，根據(jù)環(huán)境溫度T_a通過查表獲得。

步驟五：所述自動(dòng)補(bǔ)償模塊將計(jì)算的大氣傳輸率τ_a、被檢目標(biāo)的輻射率ε和所述紅外熱像檢測模塊輸出的測量值T_c代入目標(biāo)表面實(shí)際溫度的補(bǔ)償公式

計(jì)算目標(biāo)表面的實(shí)際溫度值T_obj。

所述步驟一中設(shè)置被檢目標(biāo)的輻射率ε的具體步驟按照裝置的用戶使用手冊(cè)操作即可。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。