余海璐

(汉口学院,湖北 武汉 430312)

1 红外热成像原理概述

按照长波红外线的辐射基础理论,自然界中任何一切相对湿度已经超过了绝对气压零度(-273 ℃)的红外物体,都会不断、自动地向远方物体辐射并发出无限量的长波红外线。红外线热辐射的实际作用本身就是红外热辐射,它的作用强度主要取决于被进入检测物器设休外壳温度的多少和功率高低,由红外激光发射系统直接发射红外线热辐射的分布信号,将其激光聚焦到红外辐射探测器上,并将其转化为各种无线电小波信号,经过各种激光小波放大和射频计算后,以各种数字或影像准确地测量显示被进入检测仪器设备外壳表面的物体温度场和幅值。红外热辐射成像现象检测和医学诊断系统主要由激光投射式红外镜头(包括平面、透镜)、红外成像探测器、信号反射放大和图像处理集成电路等主要部件组成[1]。

2 红外热成像检测技术与电梯传统检测技术的比较

在对电梯的位置进行检查的过程中,传统的检查方法均采用接触式测量。这种测量模型需要分别从各个角度检测电流、电压或者其他参数,需要专业的技术人员根据电梯的电气控制工作原理和各因素在其产生故障基础上针对性地加以判断和解决,才能够找到电梯可能会出现的故障部位。在整体质量检测工作的过程中,需要花费较多精力,并且对人员和技术素质要求也较高。目前满足该方面要求的专业技术人员规模和数量明显不足,因此对于电梯的检测工作来说,可能会面临一定的困难。而红外热成像检测技术在电力及核电等领域都表现出了一些技术优势,其在电梯和电气系统的检测工作中的优势主要体现为以下几点[2]。

(1)非接触式温度测试。以红外热成像监视电梯的故障检测监控技术主要目的是通过纹波检测被监视电梯电子元件上所散发出红外辐射的各种红外线纹波能量,不会直接或间接干扰被监视检测电梯物体和监视对象,所以该检测技术目前广泛应用于中频电气控制电路系统或高频控制电路系统中的电梯故障分析检测。

(2)安装操作简单方便,安全稳定。电梯内部电气控制检测系统集成了高压交流380 V,220 V与直流110 V等多种控制电压,应用红外热辐射成像技术、电梯电气检测监控技术对电梯设备内部进行电气检测,不仅安全方便,而且在各种类型电梯电气检测设备工艺操作条件及保证电梯正常安全运行工作环境上的技术要求也相对较低。

(3)红外热成像电梯检测技术适用范围宽。该技术可以广泛应用于电梯电气系统任何一个电气元器件,且能够在其生产、安装、使用、维护及质量检验等多个环节中均有实际应用。

其中需要特别注意的一点就是,由于电梯类型不同,以及电梯运行的环境都具有一定要求,若想要彻底替换传统的红外热成像检测技术还为时尚早,仍然需要在某些技术方面加以改良和完善。但值得肯定的一点是,今后在电梯和电气系统的检测中,红外热成像技术也必将成为其检测的一个新趋势。

3 电梯式电气系统自动检测中红外热成像技术应用的方法

运用红外热成像技术来检测和监视电梯的电气系统,首先要保证它能够处于正常状态,还要保证电梯连续运行很长一段时间,这样电气系统和元件才拥有必需的热量。在进行检测时,还需要充分地了解电梯的工作运行情况以及负荷变化等情况,打开红外热成像检测仪器时,需要尽量保证该检测仪器的各个相关装置处于正常范围中,满足所有检测环境的要求。当图像能够清楚显现出来时,就可以开始检测。在进行检测过程中,应该特别注意的问题就是要保证对被检测的部位进行全面的激光扫描,如果发现存在异常,要及时进行标记,再重复对异常部位进行检测,以保证其检测结果准确,最终制作出红外线热成像影片[3]。检测过程中应该注意以下几个问题。

(1)成像仪器检测位置选择应在安全操作距离允许的范围内,尽量不要选择靠近于双层电梯的电气系统,以提高操作人员对双层电梯中各个电气系统部件物体表面被测元素的最高分辨率,确保其检测能力和测温准确性。

(2)对于各种电梯相关元件在进行红外热辐射成像角度检测时,应事先随机设定几个不同的元件检测,对其中的元件角度进行焦点检测和角度跟踪,确定各种类型电梯相关元件的最优检测角度和跟踪位置,并时刻做好检测标记,确保所有复测的各电梯元件在电气系统之间具有高度互比性,积累大量图库并大大提高元件检测和跟踪分析工作的准确性。

(3)对于检测电梯控制系统温升时使用的各种环境条件下的温度参考体,应选择与电梯控制系统相似,且最佳温度是能够在被检测到的电梯控制系统中适用的。

4 红外热辐射成像检测技术用于电梯专用电气电子元件缺陷检测系统缺陷点的分析方法

在进行电梯内部的电气元件检查和监视的过程中,所使用的红外热成像技术很普遍。这项技术的广泛应用能找到所有部件存在的不足,并且能够针对这些缺陷做出有效分析,这可以被认为是高效又普及的技术。在我国的电力工程行业中,也出台了与此相关的故障诊断和技术运用守则,目的是能够进行更有效的故障诊断,能从根本上找到问题,解决故障。通过多次的实践、研究和总结出以下几种常见的不同性质缺陷分析法,经过大量的实践证明,这些分析法非常有效[4]。

4.1 表面温度判断法

红外热成像技术电梯电气元器件表面温度诊断法主要适合于电梯和电气系统内裸露在外的各种接头、连杆柱、接口处等。根据电梯内电气元件表面的温度,参考相关电气工程技术标准,按照其温度高低超过标准值的程度,确定电梯内的电气元件存在缺陷的特殊性质和严重程度；在进行电梯安装检测时,应从不同的方位观察电梯内部的电气系统元器件,找到异常。

4.2 相对温差判断法

红外热成像技术电梯电气元件检测的相对温差判断法是指电梯电气系统两个对应检测点的温差与其中较热的温升之比的百分数。

相对温差 Δt=(t1-t2)/(T1-T2)/(T1-T0)

式中,t1和T1分别表示两个电梯控制元件在工作时发热点的温升和工作时间,t2和T2分别表示两个电梯在工作时正常反应点的温升和工作时间,T0表示两个电梯在工作时所运行的环境参考体的工作时间。

4.3 图像特征判断法

红外热成像技术在对电气元件进行检测时,对图像的特征进行判断是一种常见的实践性判断手段,能及时地发现某些特定电梯内部的电气元件存在的缺陷,例如抱闸式接触仪发热异常。根据不同型号电梯的正常工作状态与异常工作状态之间的电气加热图像之间的差别来判断电梯在各个阶段是否能够处于正常工作状态。

4.4 档案分析法

红外热辐射成像检测技术的档案资料分析法的主要目的是利用收集电梯在不同运行阶段内的阶梯电气致热元件分析检测档案资料(其中包括例如高层电梯的相对湿度异常、电压上升、相对高度温差曲线图),找出各阶段电梯电气系统中主要致热元件性能参数变化趋势及其致热变化反应速率,以便准确判断本次电梯电气检测所用到的元件是否正常。将阶梯电气供暖元件的发热温度变化测量分析图像的相关结果与需要诊断特定电梯以往使用检测的红外射线热谱仪绘图检测技术档案相比,并对其进行温度分析。

5 红外热成像检测电梯电气系统例证

当前家用电梯自动装置应用功能越来越多样。电气和其他电子元件的组成部分及其结构也呈现着日益复杂化的发展趋势,尤其是在空气电路板电子元件正呈现着愈发密集的变化趋势,所以只有正确地学习掌握有效的安全检查和故障处理相关技术,才能够快速发现和有效解决电梯式或电气系统中一些可能存在的技术问题和安全故障。然而,传统的故障检测处理手段在预防电梯发生事故中,无法在第一时间发现电梯重要问题及对这些重要问题做出有效地及时处理。但红外热辐射成像检测技术开始大量出现以后,这一技术问题就得到了有效解决,该项相关技术在高层电梯的电气系统中已经成功得到了良性的应用证明。因此,笔者从以下3个主要领域入手开始对其进行深入研究,探讨红外热辐射成像检测技术在工业机械电梯电气系统的质量检测中的应用。实践证明,红外热成像技术已经在对电梯变频器的观察和对电梯三相的变频仪进行观察中取得了明显的效果[5]。

5.1 红外热成像仪在检测电梯三相不平衡方面的应用

由三相光源电压不平衡所导致的上下电梯不稳定运行现象已经被普遍认为可能是近年来引起上下电梯安全事故的主要原因,而通过红外热辐射成像检测技术针对上下电梯的各种安全隐患和危险点分别进行实时检测,可以及时发现安全问题,找出上下电梯可能产生的安全问题和事故根本原因,从而有效快速处理和及时解决上下电梯的安全故障,同时给予了乘梯人一个安全的乘梯出行环境。

5.2 红外热成像仪在电梯电动机观测方面的应用

在对电梯和电动机的运转情况进行检查观测时,也可利用红外热成像技术来对相关问题进行检查。这一技术的实际应用主要目的就是对各种电动机温度的变化情况进行拍摄和捕捉,整个电梯所使用的区域大致可以划分为几个构成部位,针对各个部位的温度变化来形成一个二维图像,在这个图像中,可以明显地观测到温度的高低和测量数值的变化,技术人员会通过这个温度的变化来确定各种电梯的位置和温度。常见的几种温度判断方法都是对电梯的表面温度情况进行判断,或者是采取档案分析方法对其缺陷情况进行测量,这些方法都能够有效分析得出电梯和电动机之间是否会出现故障或者说明其存在的缺陷,从而为解决这些故障工作提供了必备的依据。

5.3 红外热成像仪在电梯变频器观测方面的应用

在对电梯进行测试和评估的同时,一般也都会利用红外热成像技术来对电梯内的变频仪表进行测量和观察。在使用此项检测技术时,可以对变频器中各个相关元件的温度进行检测,若发现其中的最高温度已经超过了150 ℃,就可以确定电梯式变频器的温度已经出现了局部太低的现象。这种状态下如果不能够进行有效的应急处理,那么很有可能就会产生安全隐患。这些故障都是电梯内部和电气中经常遇到的故障,主要原因就是由于元件的碳化造成的,所以需要进一步加强对此方面问题的重视和关注,采用红外热成像技术检测和分析电梯内部的变频器,及时找到和更换内部存在的安全隐患元件,才能够更好地保证和为电梯的稳定正常运行和服务。