本文主要描述如何采用紅外溫度陣列對當(dāng)今工業(yè)電力開關(guān)柜/匯流箱的熱圖像和故障進(jìn)行在線的非接觸檢測,。

　　電力系統(tǒng)運(yùn)行中,，載流導(dǎo)體會因?yàn)殡娏餍?yīng)產(chǎn)生電阻損耗,，在電能輸送的整個回路上存在數(shù)目繁多的連接件、接頭或觸頭,。一般情況下它們的接觸電阻低于相連導(dǎo)體部分的電阻,，然而一旦某些連接件,、接頭或觸頭因連接不良，會造成接觸電阻增大,，對應(yīng)有更多的電阻損耗和更高的溫升,，產(chǎn)生局部過熱。電力行業(yè)中,，通常運(yùn)用紅外溫度傳感器在電力設(shè)備的安全檢修上,，對及時發(fā)現(xiàn)、處理,、預(yù)防重大事故的發(fā)生起到關(guān)鍵且有效的作用。

紅外溫度檢測有以下幾種方式：

1.單點(diǎn)溫度檢測 – 利用單個溫度傳感器實(shí)現(xiàn)對發(fā)熱點(diǎn)的探測,。該方式成本低,，但卻不能有效地確認(rèn)發(fā)熱故障點(diǎn)，另外開關(guān)柜一般同時需要檢測好幾個接頭或觸頭,，需要的傳感器數(shù)目也要增加,；

2.紅外熱成像技術(shù) – 應(yīng)用非制冷紅外焦平面陣列的探測器。這種方式測溫范圍廣,，精度高,，但造價昂貴，且體積較大,，不易集成和大規(guī)模使用,；

3.Melexis的紅外陣列產(chǎn)品 - MLX90620 可有效地綜合上述兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，它集成64個紅外熱電堆和信號處理電路于同一TO-39封裝,，并具有-50℃到300℃測溫范圍內(nèi)出廠校準(zhǔn)化,，可同時感測64個點(diǎn)的物體溫度，實(shí)現(xiàn)對視場內(nèi)物體表面溫度分布的熱圖像或是目標(biāo)區(qū)域不同點(diǎn)的溫度讀數(shù),，能滿足電力開關(guān)柜內(nèi)多點(diǎn)溫度檢測的需要,，并且體積小，易集成,。

此外MLX90620還將許多功能,，如高速I2C數(shù)字輸出、可調(diào)幀率（0.5Hz到64Hz）整合與一體,。

MLX90620應(yīng)用于電力開關(guān)柜設(shè)備溫度檢測的連接圖非常簡單,，因?yàn)樾酒С諭2C通信，應(yīng)用時只需外部連接MCU的I2C通信I/O口即可,，具體電路圖如下所示：

圖1 MLX90620和MCU的連接圖

 

芯片內(nèi)部集成PTAT和64個紅外熱電堆,，能實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度Ta和物體溫度To1到To64的測量，測量的原始數(shù)據(jù)存放于RAM中,，外部MCU通過I2C接口來獲取,，結(jié)合芯片內(nèi)EEPROM的校準(zhǔn)數(shù)值，來共同計(jì)算最終的環(huán)境溫度Ta和物體溫度To。圖2給出I2C接口讀取整個紅外熱電堆測量原始數(shù)據(jù)的波形圖,。

圖2 MLX90620的I2C通信波形圖

 

應(yīng)用舉例：采用MLX90620測量太陽能光伏合盒內(nèi)部接點(diǎn)松動的發(fā)熱故障,。左圖給出松動點(diǎn)的位置，右圖給出MLX90620的測量結(jié)果,，最高溫度點(diǎn)To31對應(yīng)于松動接點(diǎn)的溫度,，同時給出了周邊四個相鄰像素To27、To30,、To32和To35的溫度讀數(shù),。

圖3 MLX90620測量接點(diǎn)松動的溫度效果圖

 

另外也可以對整個測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，下圖給出所測像素點(diǎn)溫度曲線的變化圖,。應(yīng)用中電路施加恒定的電壓,，并通一較大的電流（10A-20A），可以觀察到測量物體溫度呈上升并恒定趨勢,，環(huán)境溫度基本保持恒定,。

圖 4 所測發(fā)熱點(diǎn)溫度及相鄰像素溫度變化圖

 

結(jié)論：MLX90620可大大簡化2D熱成像系統(tǒng)，并能實(shí)時捕獲64個像素的熱圖像,，非常適合通過檢測電力開關(guān)柜/匯流箱的熱圖像來判斷電力設(shè)備故障,，從而快速進(jìn)行保護(hù)。另外由于其本身的在線監(jiān)測和測試精度,，也可廣泛應(yīng)用于微波爐,、辦公以及家居綠色HVAC系統(tǒng)；汽車空調(diào)系統(tǒng)和近距離盲點(diǎn)檢測,。