一种发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法与流程

本发明涉及发电机碳刷监测，更具体地说涉及一种发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法。

背景技术：

1、发电机碳刷室内的励磁碳刷与集电环等是发电机的重要部件，作为转动部件和静止部件相接触的关键部位，是日常巡检和运维关注的重点，一旦出现异常与故障容易演变劣化，甚至引起机组非停。

2、根据发电机运行和维护手册要求，电站运维人员需每日手持红外热成像仪探测记录碳刷温度，并定期检测各碳刷电流，通过分析评判检测数据开展运维作业。根据同类电站的实际运维经验，碳刷室巡检工作反复繁杂，由于碳刷数量多、刷架底架较高、周边管道阻碍等原因，使得人工测温作业颇为不便，顶部区域难以企及，需注意人身及机组运行安全，且不连续的人工检测方式，存在无法及时发现故障的风险。国内外已有核电站发生因励磁碳刷与集电环故障而造成的非计划停机停堆。

3、为此，拟设计配置碳刷室在线监测系统，通过采用红外、可见光、光敏等非接触式测量技术，在不影响机组安全性前提下，实时监测碳刷室重要运行参数与状态。在设计配置碳刷室在线监测系统时，存在红外热成像仪选型的问题，对整个系统最终的呈现效果存在关键影响。

4、目前通用的红外热成像仪选型从以下几个方面进行：

5、1、匹配温度测量范围。确定实际被测量部件的温度变化范围，挑选出温度测量范围可以覆盖的红外热成像仪。

6、2、匹配最小成像距离。确定被测量部件与红外热成像仪定位之间的成像距离，挑选出最小成像距离小于此距离的红外热成像仪。

7、3、匹配最小视场角。根据红外热成像仪的定位，确定实际被测量部件在水平和垂直两个方向的视场角，挑选出最小视场角比较匹配的红外热成像仪。

8、4、匹配分辨率和像素。根据经验选取红外热成像仪的分辨率，分辨率越高，成像越清晰，没有明确的标准。

9、5、测温框数量、对焦方式、精度等根据具体需求选择。

10、上述红外热成像仪选型存在以下问题：对于关键参数“分辨率和像素”，其依靠经验选取，没有明确的标准，不利于做到成像效果的一致性和可靠性；另外，其红外热成像仪选型流程没有标准化，选型效率低。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明公开了一种发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法。本发明采用手持式红外热成像仪监测碳刷，在不同成像距离的条件下测试成像效果，筛选成像效果良好前提下的最大成像距离，并根据最大成像距离生成红外热成像仪的最小单位面积像素；再根据红外热成像仪的最小单位面积像素，确定红外热成像仪分辨率和像素最低要求。本发明对碳刷成像清晰度（“单位面积像素”）进行了量化，增强了可比较性，更利于做到成像效果的一致；对保证成像效果良好的最小“单位面积像素”给出了试验和计算方法，并提供了经验值，保证了最终的成像效果的可靠性；对发电机碳刷监测用红外热成像仪选型流程进行了标准化设置，提升选型效率。

2、为了实现以上目的，本发明采用的技术方案：

3、一种发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法，包括需求数学建模步骤、温度测量范围确定步骤、最小成像距离确定步骤、最小视场角确定步骤、最小单位面积像素确定步骤、分辨率和像素确定步骤、测温框数量确定步骤、其他参数确定步骤和红外热成像仪选型步骤，具体如下：

4、一、需求数学建模

5、所述需求数学建模步骤，对红外热成像仪选型需求进行数学建模，并根据所建模型确定红外热成像仪监测所需成像距离、所需水平视角和所需垂直视角；

6、优选的，所述需求数学建模步骤包括：

7、确定红外热成像仪的定位、所监测的碳刷定位和碳刷空间分布范围；

8、根据确定的定位和空间分布范围，确定红外热成像仪监测所需成像距离、所需水平视角和所需垂直视角。

9、上述需求数学建模步骤中，进行需求数学建模工作，包括：（1）确定红外热成像仪的定位及所监测的碳刷定位和碳刷空间分布范围。（2）测量或计算得到此红外热成像仪监测所需的成像距离d、水平视角a、垂直视角b。

10、二、温度测量范围确定

11、所述温度测量范围确定步骤，根据发电机碳刷的工作温度和环境温度范围，确定红外热成像仪覆盖工作温度和环境温度范围时其自身的温度测量范围；

12、上述温度测量范围确定步骤中，根据碳刷的工作温度和环境温度范围，确定可以覆盖的红外热成像仪参数“温度测量范围”的要求。

13、三、最小成像距离确定

14、所述最小成像距离确定步骤，根据最小成像距离小于所需成像距离的原则，并结合需求数学建模步骤确定的所需成像距离，确定红外热成像仪最小成像距离；

15、上述最小成像距离确定步骤中，按照最小成像距离小于所需成像距离d的原则，确定红外热成像仪参数“最小成像距离”的要求。

16、四、最小视场角确定

17、所述最小视场角确定步骤，利用需求数学建模步骤确定的所需水平视角和所需垂直视角，确定红外热成像仪最小视场角；

18、优选的，所述最小视场角确定步骤中，所述最小视场角包括最小水平视角和最小垂直视角，其中：所需水平视角＜最小水平视角＜1.2所需水平视角，所需垂直视角＜最小垂直视角＜1.2所需垂直视角。

19、上述最小视场角确定步骤中，根据所需水平视角a、垂直视角b，确定红外热成像仪参数“最小视场角（水平视角a、垂直视角b）”的要求。这里推荐要求为： a<水平视角a<1.2a，b<垂直视角b<1.2b。

20、五、最小单位面积像素确定

21、所述最小单位面积像素确定步骤，采用手持式红外热成像仪监测碳刷，在不同成像距离的条件下测试成像效果，筛选成像效果良好前提下的最大成像距离，并根据最大成像距离生成红外热成像仪的最小单位面积像素；

22、优选的，所述最小单位面积像素确定步骤包括：

23、利用筛选出的成像效果良好前提下的最大成像距离，得到手持式红外热成像仪的可监测覆盖面积；

24、所述手持式红外热成像仪的可监测覆盖面积为：

25、

26、其中，s1max为可监测覆盖面积，xmax为最大成像距离，a为水平视角，b为垂直视角。

27、根据手持式红外热成像仪的可监测覆盖面积，得到手持式红外热成像仪的最小单位面积像素。

28、所述手持式红外热成像仪的最小单位面积像素为：

29、

30、其中，θ0min为最小单位面积像素，α1×β1为分辨率和像素，s1max为可监测覆盖面积。

31、优选的，所述最小单位面积像素确定步骤中，所述红外热成像仪的最小单位面积像素为0.1。

32、上述最小单位面积像素确定步骤中，发电机现场人员采用手持式红外热成像仪监测碳刷，在不同成像距离x的条件下测试成像效果，得到成像效果良好的前提下最大成像距离xmax。设此手持式红外热成像仪参数为：最小视场角（水平视角a、垂直视角b）、分辨率和像素（α1×β1）。依据此进行计算处理。

33、计算得到手持式红外热成像仪的可监测覆盖面积s1：

34、

35、计算手持式红外热成像仪的单位面积像素θ0：

36、

37、单位面积像素θ0代表了手持式红外热成像仪单位监测覆盖面积的像素，可以代表发电机每个碳刷最终成像的清晰度。

38、将成像效果良好的前提下最大成像距离xmax带入以上计算，可得到保证成像效果良好的最小单位面积像素θ0min。根据经验，最小单位面积像素θ0min一般取0.1左右。

39、六、分辨率和像素确定

40、所述分辨率和像素确定步骤，根据最小单位面积像素确定步骤确定的红外热成像仪的最小单位面积像素，确定红外热成像仪分辨率和像素最低要求；

41、优选的，所述分辨率和像素确定步骤中，计算符合视场角要求的红外热成像仪的最大可监测覆盖面积，并根据最大可监测覆盖面积和最小单位面积像素得到红外热成像仪的最低分辨率和像素。

42、优选的，所述分辨率和像素确定步骤中，所述红外热成像仪的最大可监测覆盖面积为：

43、

44、其中，s2为最大可监测覆盖面积，d为所需成像距离，a为所需水平视角，b为所需垂直视角。

45、优选的，所述分辨率和像素确定步骤中，所述红外热成像仪的最低分辨率和像素为：

46、

47、其中，（α×β）min为最低分辨率和像素，θ0min为最小单位面积像素，s2为最大可监测覆盖面积。

48、上述分辨率和像素确定步骤中，利用最小单位面积像素确定步骤中计算出的最小单位面积像素θ0min确定红外热成像仪参数“分辨率和像素”的最低要求。

49、计算处理如下：首先计算符合视场角要求的红外热成像仪的最大可监测覆盖面积s2，再计算得到红外热成像仪的最低分辨率和像素。根据以上计算，确定红外热成像仪参数“分辨率和像素”的要求为：。

50、七、测温框数量确定

51、所述测温框数量确定步骤，根据实际所需测量的碳刷数量，确定红外热成像仪测温框数量；

52、优选的，所述测温框数量确定步骤中，红外热成像仪测温框数量大于等于实际所需测量的碳刷数量。

53、上述测温框数量确定步骤中，根据实际所需测量的碳刷数量确定红外热成像仪参数“测温框数量”的要求。测温框数量应大于等于实际所需测量的碳刷数量。

54、八、其他参数确定

55、所述其他参数确定步骤，确定红外热成像仪其他参数；

56、优选的，所述其他参数确定步骤中，所述其他参数包括对焦方式和精度。

57、上述其他参数确定步骤中，对焦方式、精度等其他参数根据具体需求提出相应要求。

58、九、红外热成像仪选型

59、所述红外热成像仪选型步骤，根据确定的温度测量范围、最小成像距离、最小视场角、分辨率和像素、测温框数量和其他参数，选择符合要求的红外热成像仪型号。

60、本发明的有益效果：

61、本发明提供的发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法，确定了红外热成像仪的温度测量范围、最小成像距离、最小视场角、分辨率和像素、测温框数量等参数，工作人员可根据确定的参数，对发电机碳刷监测用红外热成像仪进行选型，本发明对发电机碳刷监测用红外热成像仪选型流程进行了标准化设置，提升选型效率。

62、本发明提供的发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法，采用手持式红外热成像仪监测碳刷，在不同成像距离的条件下测试成像效果，筛选成像效果良好前提下的最大成像距离，并根据最大成像距离生成红外热成像仪的最小单位面积像素，对碳刷成像清晰度（“单位面积像素”）进行了量化，增强了可比较性，更利于做到成像效果的一致。

63、本发明提供的发电机碳刷监测用红外热成像仪选型方法，对保证成像效果良好的最小“单位面积像素”给出了试验和计算方法，并提供了经验值，保证了最终的成像效果的可靠性。