基于距离与环境温度补偿算法的红外测温精度优化策略

基于距离与环境温度补偿算法的红外测温精度优化策略

姜芸周韫捷李海陈思远吴海生

（国网上海市电力公司上海200000）

摘要：为了提高红外热像仪在电力设备巡检时的温度测量精度，本文针对目标距离和环境温度对测量精度的影响，研究了一种基于距离与环境温度补偿算法的红外温度传感器的温度精度优化算法策略，使得测温精度能够显著提高，满足电力巡检的需求。

关键词：红外测温；精度优化策略；补偿算法

1引言

红外热成像技术用于诊断电力设备的热故障时，具有效率高、安全可靠、不接触测温、探测距离远和检测速度快等特点。当电力设备发生故障时，在早期会产生热异常现象。通过红外热成像技术，可快速的对电力设备故障进行反应，以防更大的事故发生，但是，由于红外测温自身原理以及周围一些环境因素，比如，环境温度、距离等一些因素的限制，从而造成测温精度误差较大的问题[1]-[3]。

2红外辐射基本理论

红外热像仪是通过被测物体表面发出的辐射来确定物体温度的，在实际测量中，被测物体接收到的辐射包括自身辐射以及周围环境的辐射，因此被测物体表面的单色辐射照度为[4]：

由于在红外热像仪工作过程中，被测物体的辐射亮度受到环境的影响会发生衰减，同时大气辐射也会作用于热像仪，故作用于热像仪的辐射照度为[4]：

（2）

（2）式中：

图1最小二乘法拟合曲线温度补偿流程图

4.实验方案设计

我们的实验是在一个可以调节室内温度的实验室内进行，以保证可以测得环境温度对红外探测器测量精度的影响。实验过程所采用的主要设备有：

1）Yado-EIP-D1型号的红外热像仪，通过USB接口与移动终端屏幕相连。红外工作波段为8-14um，具有方便快捷，像素高的优点。

2）RX24-50N5ΩJ型号的热电偶作为黑体和油浸式的温度传感器测量环境温度。

3）在热电偶两端连接可控电压的电压源，通过改变电压的大小来控制热电偶的温度。

5相关实验过程与数据如下：

1）环境温度固定为18℃时、不同测温距离引起的误差校正

首先用红外热像仪采集了5组热电偶的实际温度及其在1～8m的测量距离下的数据如表1所示

表1不同测量距离测温值

环境温度=__18__℃

由表1可知，在保证环境温度不变的情况下，随着距离的增加，测温结果与热电偶的实际温度的误差越来越大，且当热电偶的温度较小时，在较远的距离无法红外热像仪测量到热电偶的温度。以热电偶温度为60℃时为例，利用本文提出的补偿算法进行温度校正，拟合曲线方程为：

下图2为校正结果与原始测量值对比图。

图2校正与原始值对比图

2）测温距离固定为2米、不同环境温度引起的误差校正

用红外热像仪采集了3组热电偶的实际温度及其在18℃、25℃、30℃下的测量距离下的数据如表2所示。

表2测量距离不变、不同环境温度的测量值

距离=____2__m

由实验数据可知，在保证距离不变的情况下，随着环境温度的增加，测温结果与热电偶的实际温度的误差越来越大。以热电偶温度为50.2℃时为例，利用本文提出的补偿算法进行温度校正，拟合曲线方程为：

下图3为校正结果与原始测量值对比图。

图3为校正与原始值对比图

6结论

本文通过最小二乘法结拟合曲线的算法对红外热像仪的测量温度进行误差校正，减小了由于测温距离的增大对测量精度的影响，有一定的参考价值。

本文是在实验室的环境下进行，环境条件比较理想，并且保持视场角不变。而在实际测量中，观测角度的变化也会对红外热像仪的测量精度产生影响，若考虑观测角的影响，对不同环境温度、测量距离以及观测角的情况进行温度校正，会更加具有实用性。

参考文献：

[1]崔昊杨，许永鹏，孙岳，孙旭日，盛戈皞，江秀臣.基于自适应遗传算法的变电站红外图像模糊增强[J].高电压技术，2015，41（03）：902-908.

[2]邵进，胡武炎，贾风鸣，胡育蓉，马晓薇.红外热成像技术在电力设备状态检修中的应用[J].高压电器，2013，49（01）：126-129+133.

[3]陈琳，唐忠，崔昊杨.电气设备红外测温技术的实现[J].电测与仪表，2013，50（04）：64-68+100.

[4]杨立，杨桢.红外热成像测温原理与技术[M].北京：科学出版社.

[5]杨立.红外热像仪测温计算与误差分析[J].红外技术，1998，21（4）：20-24.