基于紅外熱成像原理的輪機(jī)故障診斷技術(shù)

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1、紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用基于紅外熱成像原理的輪機(jī)故障診斷技術(shù)編寫日期：2013年11月14紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用目錄一、技術(shù)概述31.1紅外熱成像技術(shù)測(cè)溫的原理51.2紅外熱成像技術(shù)測(cè)溫的誤差分析131.2.1物體表面發(fā)射率的影響131.2.2被測(cè)物體表面吸收率的誤差影響131.2.3大氣透射率誤差的影響141.2.4環(huán)境溫度誤差的影響141.2.5輻射溫度的影響14二、系統(tǒng)功能152.1機(jī)械設(shè)備的紅外檢測(cè)152.1.1柴油機(jī)紅外檢測(cè)162.1.2電機(jī)的紅外檢測(cè)162.1

2、.3分油機(jī)的紅外檢測(cè)182.1.4空壓機(jī)的紅外檢測(cè)182.1.5電力系統(tǒng)紅外檢測(cè)19三、系統(tǒng)創(chuàng)新203.1缺陷的識(shí)別與定量203.1.1缺陷的位置、類型檢測(cè)213.1.2缺陷的大小檢測(cè)213.2本章小結(jié)22四、其他說明2314紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用一、技術(shù)概述圖1.1所示，光線是指可見光，是人眼能夠感覺到的電磁波，其波長為0.38～0.79μm。比0.38μm長的電磁波，人眼都看不見。波長0.76～1000μm的電磁波統(tǒng)稱為紅外線，又稱紅輻射，其中波長為0.76～3μm的電磁波稱為近紅

3、外，波長為3～6μm的為中紅外，波長為6～15μm的為遠(yuǎn)紅外，波長為20～1000μm的電磁波成為極遠(yuǎn)紅外紅外波段的前三個(gè)部各包含一個(gè)大氣窗口，分別為2～2.5μm、3～5μm、8～12μm。在大氣窗口內(nèi)，大氣對(duì)紅外線的吸收較少，因此大多數(shù)紅外系統(tǒng)都選用這些波段。熱輻射也具有電磁波的共同特征：都已橫波的形式哎空間傳播，并且在真空中都具有相同的傳播速度m/s式中，——波長（）；——頻率（）。14紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用圖1.1電磁波的頻譜照相機(jī)成像得到照片，電視攝像機(jī)得到電視圖像，都是可見

4、光成像，自然界中，一切絕對(duì)零度以上的物體都可以輻射出紅外線，熱像儀是按普朗克定律，以黑體為參考，利用紅外成像原理來測(cè)量物體的表面溫度分布。也就是說，它攝取來自于被測(cè)物體各部分射向儀器的紅外熱輻射通量的分布，由紅外探測(cè)器直接測(cè)量物體各部分發(fā)出的紅外輻射，綜合起來就得到物體發(fā)射紅外輻射通量的分布圖像，這種圖像稱為熱像圖像。目標(biāo)的熱圖像與目標(biāo)的可見光圖像不同，它不是人眼所能看到的目標(biāo)的可見光圖像，而是目標(biāo)表面溫度的分布圖像，換句話說，紅外熱成像可是人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布變?yōu)槿搜劭煽吹降拇砟繕?biāo)表

5、面溫度分布的圖像——紅外線熱成像。我們周圍的物體，只有他們的溫度高達(dá)1000℃以上是才能發(fā)出可見光，但溫度在絕對(duì)零度以上的物體都會(huì)不停的發(fā)出紅外線。一個(gè)正常的人所發(fā)出的熱紅外線能量大約為100W。從另一個(gè)角度來說，熱紅外線或稱熱輻射是自然界中最廣泛的輻射。14紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用1.1紅外熱成像技術(shù)測(cè)溫的原理紅外熱成像是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間，有一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)，對(duì)被測(cè)物體的紅外熱

6、成像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或者標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或者監(jiān)視器顯示紅外熱像圖。如圖1.2所示，被測(cè)物體輻射能量高低（溫度大?。┩ㄟ^先進(jìn)的紅外探測(cè)器在儀器內(nèi)部感應(yīng)而形成熱分布圖像，能量輻射（溫度）高的部分圖像就亮，反之則稍暗。紅外圖像即是對(duì)溫度靈敏的圖像，紅外圖像的亮與暗直接反應(yīng)物體溫度的高低，兩者成遞增比例關(guān)系。憑借成像的明亮并配以兩者遞增的比例關(guān)系公式計(jì)算，就能診斷出物體溫度的高低，從而判斷船舶設(shè)備是否有運(yùn)行故障。圖1.2掃描式熱成像

7、儀的結(jié)構(gòu)示意圖紅外線熱像儀測(cè)溫是靠接收被測(cè)物體表面發(fā)射輻射來確定溫度的。實(shí)際測(cè)量時(shí)，熱像儀接收到的有效輻射包括目標(biāo)自身輻射、環(huán)境反射輻射和大氣輻射三部分。對(duì)不透明的物體，被測(cè)物體表面的輻射亮度為(1.1)14紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用式中，第一部分為表面光譜輻亮度，第二部分為反射的環(huán)境光譜輻亮度；為被測(cè)物體表面溫度；為環(huán)境溫度；為表面輻射率；為表面反射率；為表面對(duì)環(huán)境輻射的吸收率。作為熱像儀入瞳的輻射(1.2)式中，為熱像儀最小空間張角對(duì)應(yīng)目標(biāo)的可視面積；d為該目標(biāo)到測(cè)量儀器的距離；通常在

8、一定條件下，為一個(gè)常值；為大氣的光譜透射率；為大氣輻射率。入射在熱像儀鏡頭上某一波長的輻射功率為(1.3)式中，為熱像儀透鏡面積。通過熱像儀光學(xué)系統(tǒng)的輻射通量為14紅外熱成像技術(shù)的研究及其在船舶上的應(yīng)用(1.4)式中，為光學(xué)系統(tǒng)的透過率。光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散輻射與熱像系統(tǒng)的平均溫度有關(guān)，它還包括由光闌和系統(tǒng)的機(jī)械元件產(chǎn)生輻射散射到探測(cè)器的部分。這部分輻射可在設(shè)計(jì)階段采用高投射材料和冷光闌使其最小化。探測(cè)器敏感元件接收到的輻射為熱像儀通常工作在2～5μm或者