余海璐

(漢口學(xué)院,湖北 武漢 430312)

1 紅外熱成像原理概述

按照長波紅外線的輻射基礎(chǔ)理論,自然界中任何一切相對濕度已經(jīng)超過了絕對氣壓零度(-273 ℃)的紅外物體,都會不斷、自動地向遠(yuǎn)方物體輻射并發(fā)出無限量的長波紅外線。紅外線熱輻射的實際作用本身就是紅外熱輻射,它的作用強度主要取決于被進(jìn)入檢測物器設(shè)休外殼溫度的多少和功率高低,由紅外激光發(fā)射系統(tǒng)直接發(fā)射紅外線熱輻射的分布信號,將其激光聚焦到紅外輻射探測器上,并將其轉(zhuǎn)化為各種無線電小波信號,經(jīng)過各種激光小波放大和射頻計算后,以各種數(shù)字或影像準(zhǔn)確地測量顯示被進(jìn)入檢測儀器設(shè)備外殼表面的物體溫度場和幅值。紅外熱輻射成像現(xiàn)象檢測和醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)主要由激光投射式紅外鏡頭(包括平面、透鏡)、紅外成像探測器、信號反射放大和圖像處理集成電路等主要部件組成[1]。

2 紅外熱成像檢測技術(shù)與電梯傳統(tǒng)檢測技術(shù)的比較

在對電梯的位置進(jìn)行檢查的過程中,傳統(tǒng)的檢查方法均采用接觸式測量。這種測量模型需要分別從各個角度檢測電流、電壓或者其他參數(shù),需要專業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)電梯的電氣控制工作原理和各因素在其產(chǎn)生故障基礎(chǔ)上針對性地加以判斷和解決,才能夠找到電梯可能會出現(xiàn)的故障部位。在整體質(zhì)量檢測工作的過程中,需要花費較多精力,并且對人員和技術(shù)素質(zhì)要求也較高。目前滿足該方面要求的專業(yè)技術(shù)人員規(guī)模和數(shù)量明顯不足,因此對于電梯的檢測工作來說,可能會面臨一定的困難。而紅外熱成像檢測技術(shù)在電力及核電等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了一些技術(shù)優(yōu)勢,其在電梯和電氣系統(tǒng)的檢測工作中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為以下幾點[2]。

(1)非接觸式溫度測試。以紅外熱成像監(jiān)視電梯的故障檢測監(jiān)控技術(shù)主要目的是通過紋波檢測被監(jiān)視電梯電子元件上所散發(fā)出紅外輻射的各種紅外線紋波能量,不會直接或間接干擾被監(jiān)視檢測電梯物體和監(jiān)視對象,所以該檢測技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于中頻電氣控制電路系統(tǒng)或高頻控制電路系統(tǒng)中的電梯故障分析檢測。

(2)安裝操作簡單方便,安全穩(wěn)定。電梯內(nèi)部電氣控制檢測系統(tǒng)集成了高壓交流380 V,220 V與直流110 V等多種控制電壓,應(yīng)用紅外熱輻射成像技術(shù)、電梯電氣檢測監(jiān)控技術(shù)對電梯設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行電氣檢測,不僅安全方便,而且在各種類型電梯電氣檢測設(shè)備工藝操作條件及保證電梯正常安全運行工作環(huán)境上的技術(shù)要求也相對較低。

(3)紅外熱成像電梯檢測技術(shù)適用范圍寬。該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于電梯電氣系統(tǒng)任何一個電氣元器件,且能夠在其生產(chǎn)、安裝、使用、維護(hù)及質(zhì)量檢驗等多個環(huán)節(jié)中均有實際應(yīng)用。

其中需要特別注意的一點就是,由于電梯類型不同,以及電梯運行的環(huán)境都具有一定要求,若想要徹底替換傳統(tǒng)的紅外熱成像檢測技術(shù)還為時尚早,仍然需要在某些技術(shù)方面加以改良和完善。但值得肯定的一點是,今后在電梯和電氣系統(tǒng)的檢測中,紅外熱成像技術(shù)也必將成為其檢測的一個新趨勢。

3 電梯式電氣系統(tǒng)自動檢測中紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用的方法

運用紅外熱成像技術(shù)來檢測和監(jiān)視電梯的電氣系統(tǒng),首先要保證它能夠處于正常狀態(tài),還要保證電梯連續(xù)運行很長一段時間,這樣電氣系統(tǒng)和元件才擁有必需的熱量。在進(jìn)行檢測時,還需要充分地了解電梯的工作運行情況以及負(fù)荷變化等情況,打開紅外熱成像檢測儀器時,需要盡量保證該檢測儀器的各個相關(guān)裝置處于正常范圍中,滿足所有檢測環(huán)境的要求。當(dāng)圖像能夠清楚顯現(xiàn)出來時,就可以開始檢測。在進(jìn)行檢測過程中,應(yīng)該特別注意的問題就是要保證對被檢測的部位進(jìn)行全面的激光掃描,如果發(fā)現(xiàn)存在異常,要及時進(jìn)行標(biāo)記,再重復(fù)對異常部位進(jìn)行檢測,以保證其檢測結(jié)果準(zhǔn)確,最終制作出紅外線熱成像影片[3]。檢測過程中應(yīng)該注意以下幾個問題。

(1)成像儀器檢測位置選擇應(yīng)在安全操作距離允許的范圍內(nèi),盡量不要選擇靠近于雙層電梯的電氣系統(tǒng),以提高操作人員對雙層電梯中各個電氣系統(tǒng)部件物體表面被測元素的最高分辨率,確保其檢測能力和測溫準(zhǔn)確性。

(2)對于各種電梯相關(guān)元件在進(jìn)行紅外熱輻射成像角度檢測時,應(yīng)事先隨機(jī)設(shè)定幾個不同的元件檢測,對其中的元件角度進(jìn)行焦點檢測和角度跟蹤,確定各種類型電梯相關(guān)元件的最優(yōu)檢測角度和跟蹤位置,并時刻做好檢測標(biāo)記,確保所有復(fù)測的各電梯元件在電氣系統(tǒng)之間具有高度互比性,積累大量圖庫并大大提高元件檢測和跟蹤分析工作的準(zhǔn)確性。

(3)對于檢測電梯控制系統(tǒng)溫升時使用的各種環(huán)境條件下的溫度參考體,應(yīng)選擇與電梯控制系統(tǒng)相似,且最佳溫度是能夠在被檢測到的電梯控制系統(tǒng)中適用的。

4 紅外熱輻射成像檢測技術(shù)用于電梯專用電氣電子元件缺陷檢測系統(tǒng)缺陷點的分析方法

在進(jìn)行電梯內(nèi)部的電氣元件檢查和監(jiān)視的過程中,所使用的紅外熱成像技術(shù)很普遍。這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用能找到所有部件存在的不足,并且能夠針對這些缺陷做出有效分析,這可以被認(rèn)為是高效又普及的技術(shù)。在我國的電力工程行業(yè)中,也出臺了與此相關(guān)的故障診斷和技術(shù)運用守則,目的是能夠進(jìn)行更有效的故障診斷,能從根本上找到問題,解決故障。通過多次的實踐、研究和總結(jié)出以下幾種常見的不同性質(zhì)缺陷分析法,經(jīng)過大量的實踐證明,這些分析法非常有效[4]。

4.1 表面溫度判斷法

紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元器件表面溫度診斷法主要適合于電梯和電氣系統(tǒng)內(nèi)裸露在外的各種接頭、連桿柱、接口處等。根據(jù)電梯內(nèi)電氣元件表面的溫度,參考相關(guān)電氣工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),按照其溫度高低超過標(biāo)準(zhǔn)值的程度,確定電梯內(nèi)的電氣元件存在缺陷的特殊性質(zhì)和嚴(yán)重程度；在進(jìn)行電梯安裝檢測時,應(yīng)從不同的方位觀察電梯內(nèi)部的電氣系統(tǒng)元器件,找到異常。

4.2 相對溫差判斷法

紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測的相對溫差判斷法是指電梯電氣系統(tǒng)兩個對應(yīng)檢測點的溫差與其中較熱的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。

相對溫差 Δt=(t1-t2)/(T1-T2)/(T1-T0)

式中,t1和T1分別表示兩個電梯控制元件在工作時發(fā)熱點的溫升和工作時間,t2和T2分別表示兩個電梯在工作時正常反應(yīng)點的溫升和工作時間,T0表示兩個電梯在工作時所運行的環(huán)境參考體的工作時間。

4.3 圖像特征判斷法

紅外熱成像技術(shù)在對電氣元件進(jìn)行檢測時,對圖像的特征進(jìn)行判斷是一種常見的實踐性判斷手段,能及時地發(fā)現(xiàn)某些特定電梯內(nèi)部的電氣元件存在的缺陷,例如抱閘式接觸儀發(fā)熱異常。根據(jù)不同型號電梯的正常工作狀態(tài)與異常工作狀態(tài)之間的電氣加熱圖像之間的差別來判斷電梯在各個階段是否能夠處于正常工作狀態(tài)。

4.4 檔案分析法

紅外熱輻射成像檢測技術(shù)的檔案資料分析法的主要目的是利用收集電梯在不同運行階段內(nèi)的階梯電氣致熱元件分析檢測檔案資料(其中包括例如高層電梯的相對濕度異常、電壓上升、相對高度溫差曲線圖),找出各階段電梯電氣系統(tǒng)中主要致熱元件性能參數(shù)變化趨勢及其致熱變化反應(yīng)速率,以便準(zhǔn)確判斷本次電梯電氣檢測所用到的元件是否正常。將階梯電氣供暖元件的發(fā)熱溫度變化測量分析圖像的相關(guān)結(jié)果與需要診斷特定電梯以往使用檢測的紅外射線熱譜儀繪圖檢測技術(shù)檔案相比,并對其進(jìn)行溫度分析。

5 紅外熱成像檢測電梯電氣系統(tǒng)例證

當(dāng)前家用電梯自動裝置應(yīng)用功能越來越多樣。電氣和其他電子元件的組成部分及其結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)著日益復(fù)雜化的發(fā)展趨勢,尤其是在空氣電路板電子元件正呈現(xiàn)著愈發(fā)密集的變化趨勢,所以只有正確地學(xué)習(xí)掌握有效的安全檢查和故障處理相關(guān)技術(shù),才能夠快速發(fā)現(xiàn)和有效解決電梯式或電氣系統(tǒng)中一些可能存在的技術(shù)問題和安全故障。然而,傳統(tǒng)的故障檢測處理手段在預(yù)防電梯發(fā)生事故中,無法在第一時間發(fā)現(xiàn)電梯重要問題及對這些重要問題做出有效地及時處理。但紅外熱輻射成像檢測技術(shù)開始大量出現(xiàn)以后,這一技術(shù)問題就得到了有效解決,該項相關(guān)技術(shù)在高層電梯的電氣系統(tǒng)中已經(jīng)成功得到了良性的應(yīng)用證明。因此,筆者從以下3個主要領(lǐng)域入手開始對其進(jìn)行深入研究,探討紅外熱輻射成像檢測技術(shù)在工業(yè)機(jī)械電梯電氣系統(tǒng)的質(zhì)量檢測中的應(yīng)用。實踐證明,紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)在對電梯變頻器的觀察和對電梯三相的變頻儀進(jìn)行觀察中取得了明顯的效果[5]。

5.1 紅外熱成像儀在檢測電梯三相不平衡方面的應(yīng)用

由三相光源電壓不平衡所導(dǎo)致的上下電梯不穩(wěn)定運行現(xiàn)象已經(jīng)被普遍認(rèn)為可能是近年來引起上下電梯安全事故的主要原因,而通過紅外熱輻射成像檢測技術(shù)針對上下電梯的各種安全隱患和危險點分別進(jìn)行實時檢測,可以及時發(fā)現(xiàn)安全問題,找出上下電梯可能產(chǎn)生的安全問題和事故根本原因,從而有效快速處理和及時解決上下電梯的安全故障,同時給予了乘梯人一個安全的乘梯出行環(huán)境。

5.2 紅外熱成像儀在電梯電動機(jī)觀測方面的應(yīng)用

在對電梯和電動機(jī)的運轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查觀測時,也可利用紅外熱成像技術(shù)來對相關(guān)問題進(jìn)行檢查。這一技術(shù)的實際應(yīng)用主要目的就是對各種電動機(jī)溫度的變化情況進(jìn)行拍攝和捕捉,整個電梯所使用的區(qū)域大致可以劃分為幾個構(gòu)成部位,針對各個部位的溫度變化來形成一個二維圖像,在這個圖像中,可以明顯地觀測到溫度的高低和測量數(shù)值的變化,技術(shù)人員會通過這個溫度的變化來確定各種電梯的位置和溫度。常見的幾種溫度判斷方法都是對電梯的表面溫度情況進(jìn)行判斷,或者是采取檔案分析方法對其缺陷情況進(jìn)行測量,這些方法都能夠有效分析得出電梯和電動機(jī)之間是否會出現(xiàn)故障或者說明其存在的缺陷,從而為解決這些故障工作提供了必備的依據(jù)。

5.3 紅外熱成像儀在電梯變頻器觀測方面的應(yīng)用

在對電梯進(jìn)行測試和評估的同時,一般也都會利用紅外熱成像技術(shù)來對電梯內(nèi)的變頻儀表進(jìn)行測量和觀察。在使用此項檢測技術(shù)時,可以對變頻器中各個相關(guān)元件的溫度進(jìn)行檢測,若發(fā)現(xiàn)其中的最高溫度已經(jīng)超過了150 ℃,就可以確定電梯式變頻器的溫度已經(jīng)出現(xiàn)了局部太低的現(xiàn)象。這種狀態(tài)下如果不能夠進(jìn)行有效的應(yīng)急處理,那么很有可能就會產(chǎn)生安全隱患。這些故障都是電梯內(nèi)部和電氣中經(jīng)常遇到的故障,主要原因就是由于元件的碳化造成的,所以需要進(jìn)一步加強對此方面問題的重視和關(guān)注,采用紅外熱成像技術(shù)檢測和分析電梯內(nèi)部的變頻器,及時找到和更換內(nèi)部存在的安全隱患元件,才能夠更好地保證和為電梯的穩(wěn)定正常運行和服務(wù)。