謝俊++柴追君

[摘 ?要]本文主要研究了研究信息工程設(shè)備中紫外和紅外的電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究背景，并分析了其主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵以及創(chuàng)新點(diǎn)，闡述了其未來(lái)發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞]紫外;紅外;信息工程設(shè)備;電氣安全;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：D380 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）28-0017-01

一、立項(xiàng)的背景和意義

近幾年，因?yàn)闄C(jī)房電氣安全引起火災(zāi)的典型案例非常多，其中設(shè)備非常昂貴，一旦發(fā)生火災(zāi)，其損失是機(jī)房整個(gè)消防投資的上百倍，由此可見(jiàn)，如果能定期監(jiān)測(cè)信息工程設(shè)備的放電情況并在設(shè)備發(fā)生電氣安全故障前進(jìn)行預(yù)警將對(duì)信息工程設(shè)備電氣安全運(yùn)行起到非常關(guān)鍵的作用。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的電氣安全檢測(cè)方法可分為基于電的檢測(cè)方法和非電檢測(cè)方法，主要包括：脈沖電流法、超聲波法、紅外成像法、紫外脈沖法和紫外成像法。

1.脈沖電流法

該方法是目前測(cè)量和研究產(chǎn)品電流安全最直接和最常用的方法，將傳感器獲得的泄漏電流信號(hào)經(jīng)預(yù)處理和采樣后可通過(guò)有線或無(wú)線方式將傳輸?shù)胶笈_(tái)監(jiān)測(cè)中心做進(jìn)一步的分析和評(píng)估。

2.超聲波檢測(cè)法

電氣設(shè)備放電中還伴隨有電能量的釋放過(guò)程，對(duì)周?chē)慕橘|(zhì)產(chǎn)生壓力，從而引起空氣振動(dòng)，造成聲波發(fā)射現(xiàn)象。

3.紅外成像法

電氣產(chǎn)品表面的泄漏電流和放電可引起局部區(qū)域的溫度升高，從紅外圖像上可以觀察到溫度的變化，通過(guò)分析紅外圖像的溫度分布可實(shí)現(xiàn)信息工程設(shè)備的電氣安全評(píng)估。

4.紫外脈沖法

信息工程設(shè)備放電的過(guò)程中伴隨有光信號(hào)的輻射，在弱放電階段，其光信號(hào)的波長(zhǎng)主要分布于400nm以下的紫外波段，紫外脈沖法利用紫外光信號(hào)傳感器將紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理可獲得相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。

5.紫外成像法

紫外成像法檢測(cè)的也是放電輻射出的紫外光信號(hào)，該方法獲得的是放電紫外光的二維圖像，能直觀地顯示出放電發(fā)光區(qū)域，具有良好的放電定位能力。

三、研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵和主要的創(chuàng)新點(diǎn)

（一）研究?jī)?nèi)容

1. 對(duì)紫外檢測(cè)放電方法的研究

本項(xiàng)目采用紫外脈沖法實(shí)現(xiàn)對(duì)信息工程設(shè)備放電紫外信號(hào)的檢測(cè)。

2. 對(duì)紅外檢測(cè)放電方法的研究

信息工程設(shè)備主要采用紅外成像和紅外點(diǎn)溫測(cè)量?jī)煞N紅外檢測(cè)技術(shù)，本項(xiàng)目中采用的是紅外點(diǎn)溫測(cè)量技術(shù)。

（二）技術(shù)關(guān)鍵

基于紫外和紅外的智能電氣設(shè)備主要通過(guò)紫外脈沖探測(cè)模塊、紅外測(cè)溫模塊、二維旋轉(zhuǎn)云臺(tái)和攝像頭的協(xié)同工作完成。

圖1中，紫外脈沖探測(cè)模塊的紫外探頭和紅外測(cè)溫模塊的紅外探頭固定安裝在旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，系統(tǒng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息工程設(shè)備各檢測(cè)部位的掃描，并獲取和記錄被檢測(cè)點(diǎn)的紫外脈沖數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。

（三）創(chuàng)新點(diǎn)

1.該系統(tǒng)解決了紅外成像儀和紫外成像儀探測(cè)設(shè)備放電存在靈敏度不足、對(duì)早期電氣危險(xiǎn)不能預(yù)警的弱點(diǎn)。

2.本項(xiàng)目解決了現(xiàn)有紫外脈沖檢測(cè)技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確定位設(shè)備放電故障點(diǎn)的不足的缺點(diǎn)。

3.該檢測(cè)系統(tǒng)不僅能定量表示放電程度，而且能以圖像方式直觀地顯示出放電位置、溫度分布及其發(fā)展變化情況，從而直觀地監(jiān)測(cè)信息工程設(shè)備電氣安全性變化趨勢(shì)。

4.本項(xiàng)目采用技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

四、研究方案、技術(shù)路線和組織方式

（一）研究方案

基于紫外和紅外的信息工程設(shè)備電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由嵌入式系統(tǒng)模塊、紫外紅外探測(cè)模塊、溫度濕度測(cè)量模塊和廣域無(wú)線通信模塊組成。

（二）技術(shù)路線

1.紫外脈沖探測(cè)模塊主要由探頭罩及光學(xué)系統(tǒng)、紫外光敏管、高壓電源和檢測(cè)電路組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)視場(chǎng)區(qū)域內(nèi)紫外脈沖信號(hào)的探測(cè)，并將其轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號(hào)，傳送給嵌入式系統(tǒng)模塊。

2.紅外測(cè)溫模塊主要由透射式光學(xué)系統(tǒng)、熱電堆型紅外傳感器和檢測(cè)電路組成，紅外測(cè)溫模塊將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)，提供給嵌入式系統(tǒng)模塊。

3.二維旋轉(zhuǎn)云臺(tái)用于承載紫外脈沖探測(cè)模塊和紅外測(cè)溫模塊的探頭，可通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)兩個(gè)直流伺服電機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)信息工程設(shè)備局部放電和溫度分布的二維掃描。

4.攝像頭用于對(duì)被檢測(cè)信息工程設(shè)備的圖像采集，并通過(guò)接口將采集的圖像信息傳送給嵌入式系統(tǒng)模塊。

5.考慮到空氣濕度的影響因素，采用溫度濕度測(cè)量模塊用于對(duì)環(huán)境溫度和濕度的檢測(cè)。環(huán)境溫度對(duì)紅外測(cè)溫的精度也有非常大的影響，必須通過(guò)環(huán)境溫度來(lái)修正被測(cè)物體的溫度。

6.廣域無(wú)線通信模塊用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線通信。檢測(cè)的同時(shí)可以通過(guò)廣域無(wú)線通信接收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送的測(cè)量數(shù)據(jù)和報(bào)警信息，以及處理后包含放電分布數(shù)據(jù)和溫度分布數(shù)據(jù)的設(shè)備圖像信息，并可發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作模式的控制。

7.嵌入式系統(tǒng)模塊是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息工程設(shè)備紫外紅外掃描的控制、紫外脈沖數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、環(huán)境溫度和濕度的測(cè)量分析以及設(shè)備電氣安全性的分析判斷。同時(shí)，通過(guò)圖像處理得到結(jié)合放電分布和溫度分布的設(shè)備圖像信息，實(shí)現(xiàn)電氣安全的分析、判斷和報(bào)警。

（三）組織方式

1.本項(xiàng)目將由浙江省質(zhì)量檢測(cè)科學(xué)研究院、浙江科技學(xué)院承擔(dān)，并從中抽調(diào)專業(yè)技術(shù)人員成立項(xiàng)目開(kāi)發(fā)小組，明確各參與單位的責(zé)職，明確每個(gè)小組成員在項(xiàng)目中的分工。包括項(xiàng)目技術(shù)規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施、驗(yàn)證等。

2.在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，做好對(duì)設(shè)計(jì)方案評(píng)審、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等工作，切實(shí)進(jìn)行項(xiàng)目管理和實(shí)施。項(xiàng)目的組織實(shí)施將按照我單位《科技工作管理辦法》，由科技管理部門(mén)實(shí)施項(xiàng)目的監(jiān)督管理，更好地促進(jìn)項(xiàng)目的完成。

五、研究預(yù)期目標(biāo)

1、主要技術(shù)指標(biāo)：

1）線連續(xù)工作時(shí)間1000小時(shí);

2） 紫外探測(cè)指標(biāo)：靈敏度達(dá)到5000count/min，響應(yīng) 190—260nm波段的紫外信號(hào);

3） 紅外探測(cè)指標(biāo)：溫度測(cè)量范圍為-40—120℃ ，測(cè)溫分辨率可達(dá)到±0.5K，濕度測(cè)量范圍為0—100%RH，測(cè)量分辨率可達(dá)到±2.0%RH;

4） 實(shí)現(xiàn)視頻連續(xù)存儲(chǔ)記錄，視頻記錄分辨率大于或等于1280×960，能夠進(jìn)行1幀/秒的掃描連續(xù)拍攝1000hour;

5） 可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)庫(kù)單一安全記錄條數(shù)不小于每小3000組;

6） 系統(tǒng)能以圖像方式直觀地顯示出放電位置、溫度分布及其發(fā)展變化情況。

2、產(chǎn)業(yè)化前景

凡是具有信息工程設(shè)備的場(chǎng)合都涉及電氣安全問(wèn)題，這意味著該系統(tǒng)在信息工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。主要有以下兩方面的應(yīng)用前景：

1） 信息工程設(shè)備因放電而產(chǎn)生的電氣安全事故有多種原因，信息工程設(shè)備的技術(shù)參數(shù)與電氣安全的具體關(guān)系有待于進(jìn)一步研究。設(shè)備在什么情況下會(huì)觀察到放電，在什么情況下放電會(huì)影響到系統(tǒng)的電氣安全，也有待更深入探討。

2） 在信息工程產(chǎn)品耐壓試驗(yàn)時(shí)用該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行觀察，若在試驗(yàn)時(shí)紫外、紅外數(shù)值變化速率過(guò)快或超過(guò)一定閾值，則試品肯定不合格。

3、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益

紫外成像儀與紅外成像儀是互補(bǔ)關(guān)系，紫外檢測(cè)放電異常，紅外檢測(cè)發(fā)熱異常，原理完全不同，各自具有不可互替的優(yōu)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)目的、應(yīng)用方法也各具特性。