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，闡述了其未來發(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)測系統(tǒng)

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

一、立項的背景和意義

近幾年，因為機(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)房整個消防投資的上百倍，由此可見，如果能定期監(jiān)測信息工程設(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、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外傳統(tǒng)的電氣安全檢測方法可分為基于電的檢測方法和非電檢測方法，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經(jīng)預(yù)處理和采樣后可通過有線或無線方式將傳輸?shù)胶笈_監(jiān)測中心做進(jìn)一步的分析和評估。

2.超聲波檢測法

電氣設(shè)備放電中還伴隨有電能量的釋放過程，對周圍的介質(zhì)產(chǎn)生壓力，從而引起空氣振動，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，通過分析紅外圖像的溫度分布可實現(xiàn)信息工程設(shè)備的電氣安全評估。

4.紫外脈沖法

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

5.紫外成像法

紫外成像法檢測的也是放電輻射出的紫外光信號，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、研究開發(fā)的內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵和主要的創(chuàng)新點

（一）研究內(nèi)容

1. 對紫外檢測放電方法的研究

本項目采用紫外脈沖法實現(xiàn)對信息工程設(shè)備放電紫外信號的檢測。

2. 對紅外檢測放電方法的研究

信息工程設(shè)備主要采用紅外成像和紅外點溫測量兩種紅外檢測技術(shù)，本項目中采用的是紅外點溫測量技術(shù)。

（二）技術(shù)關(guān)鍵

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

圖1中，紫外脈沖探測模塊的紫外探頭和紅外測溫模塊的紅外探頭固定安裝在旋轉(zhuǎn)云臺上，系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)云臺的運(yùn)動實現(xiàn)對信息工程設(shè)備各檢測部位的掃描，并獲取和記錄被檢測點的紫外脈沖數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。

（三）創(chuàng)新點

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

2.本項目解決了現(xiàn)有紫外脈沖檢測技術(shù)無法準(zhǔn)確定位設(shè)備放電故障點的不足的缺點。

3.該檢測系統(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)測信息工程設(shè)備電氣安全性變化趨勢。

4.本項目采用技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點。

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)測系統(tǒng)主要由嵌入式系統(tǒng)模塊、紫外紅外探測模塊、溫度濕度測量模塊和廣域無線通信模塊組成。

（二）技術(shù)路線

1.紫外脈沖探測模塊主要由探頭罩及光學(xué)系統(tǒng)、紫外光敏管、高壓電源和檢測電路組成，實現(xiàn)對視場區(qū)域內(nèi)紫外脈沖信號的探測，并將其轉(zhuǎn)換為電壓脈沖信號，傳送給嵌入式系統(tǒng)模塊。

2.紅外測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電路組成，紅外測溫模塊將溫度信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，提供給嵌入式系統(tǒng)模塊。

3.二維旋轉(zhuǎn)云臺用于承載紫外脈沖探測模塊和紅外測溫模塊的探頭，可通過對旋轉(zhuǎn)云臺兩個直流伺服電機(jī)的控制，實現(xiàn)對被檢測信息工程設(shè)備局部放電和溫度分布的二維掃描。

4.攝像頭用于對被檢測信息工程設(shè)備的圖像采集，并通過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，采用溫度濕度測量模塊用于對環(huán)境溫度和濕度的檢測。環(huán)境溫度對紅外測溫的精度也有非常大的影響，必須通過環(huán)境溫度來修正被測物體的溫度。

6.廣域無線通信模塊用于實現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信。檢測的同時可以通過廣域無線通信接收在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送的測量數(shù)據(jù)和報警信息，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，實現(xiàn)對在線監(jiān)測系統(tǒng)工作模式的控制。

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

（三）組織方式

1.本項目將由浙江省質(zhì)量檢測科學(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)人員成立項目開發(fā)小組，明確各參與單位的責(zé)職，明確每個小組成員在項目中的分工。包括項目技術(shù)規(guī)劃、方案設(shè)計、項目實施、驗證等。

2.在項目實施過程中，做好對設(shè)計方案評審、設(shè)計、驗證等工作，切實進(jìn)行項目管理和實施。項目的組織實施將按照我單位《科技工作管理辦法》，由科技管理部門實施項目的監(jiān)督管理，更好地促進(jìn)項目的完成。

五、研究預(yù)期目標(biāo)

1、主要技術(shù)指標(biāo)：

1）線連續(xù)工作時間1000小時;

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

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

4） 實現(xiàn)視頻連續(xù)存儲記錄，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)庫存儲庫單一安全記錄條數(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)備的場合都涉及電氣安全問題，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)備在什么情況下會觀察到放電，在什么情況下放電會影響到系統(tǒng)的電氣安全，也有待更深入探討。

2） 在信息工程產(chǎn)品耐壓試驗時用該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行觀察，若在試驗時紫外、紅外數(shù)值變化速率過快或超過一定閾值，則試品肯定不合格。

3、社會和經(jīng)濟(jì)效益

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