紅外技術(shù)在電梯和自動(dòng)扶梯上的應(yīng)用

余海璐

(漢口學(xué)院,湖北 武漢 430312)

1 紅外熱成像原理概述

按照長(zhǎng)波紅外線的輻射基礎(chǔ)理論,自然界中任何一切相對(duì)濕度已經(jīng)超過了絕對(duì)氣壓零度(-273 ℃)的紅外物體,都會(huì)不斷、自動(dòng)地向遠(yuǎn)方物體輻射并發(fā)出無(wú)限量的長(zhǎng)波紅外線。紅外線熱輻射的實(shí)際作用本身就是紅外熱輻射,它的作用強(qiáng)度主要取決于被進(jìn)入檢測(cè)物器設(shè)休外殼溫度的多少和功率高低,由紅外激光發(fā)射系統(tǒng)直接發(fā)射紅外線熱輻射的分布信號(hào),將其激光聚焦到紅外輻射探測(cè)器上,并將其轉(zhuǎn)化為各種無(wú)線電小波信號(hào),經(jīng)過各種激光小波放大和射頻計(jì)算后,以各種數(shù)字或影像準(zhǔn)確地測(cè)量顯示被進(jìn)入檢測(cè)儀器設(shè)備外殼表面的物體溫度場(chǎng)和幅值。紅外熱輻射成像現(xiàn)象檢測(cè)和醫(yī)學(xué)診斷系統(tǒng)主要由激光投射式紅外鏡頭(包括平面、透鏡)、紅外成像探測(cè)器、信號(hào)反射放大和圖像處理集成電路等主要部件組成[1]。

2 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)與電梯傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的比較

在對(duì)電梯的位置進(jìn)行檢查的過程中,傳統(tǒng)的檢查方法均采用接觸式測(cè)量。這種測(cè)量模型需要分別從各個(gè)角度檢測(cè)電流、電壓或者其他參數(shù),需要專業(yè)的技術(shù)人員根據(jù)電梯的電氣控制工作原理和各因素在其產(chǎn)生故障基礎(chǔ)上針對(duì)性地加以判斷和解決,才能夠找到電梯可能會(huì)出現(xiàn)的故障部位。在整體質(zhì)量檢測(cè)工作的過程中,需要花費(fèi)較多精力,并且對(duì)人員和技術(shù)素質(zhì)要求也較高。目前滿足該方面要求的專業(yè)技術(shù)人員規(guī)模和數(shù)量明顯不足,因此對(duì)于電梯的檢測(cè)工作來說,可能會(huì)面臨一定的困難。而紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)在電力及核電等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了一些技術(shù)優(yōu)勢(shì),其在電梯和電氣系統(tǒng)的檢測(cè)工作中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)[2]。

(1)非接觸式溫度測(cè)試。以紅外熱成像監(jiān)視電梯的故障檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)主要目的是通過紋波檢測(cè)被監(jiān)視電梯電子元件上所散發(fā)出紅外輻射的各種紅外線紋波能量,不會(huì)直接或間接干擾被監(jiān)視檢測(cè)電梯物體和監(jiān)視對(duì)象,所以該檢測(cè)技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于中頻電氣控制電路系統(tǒng)或高頻控制電路系統(tǒng)中的電梯故障分析檢測(cè)。

(2)安裝操作簡(jiǎn)單方便,安全穩(wěn)定。電梯內(nèi)部電氣控制檢測(cè)系統(tǒng)集成了高壓交流380 V,220 V與直流110 V等多種控制電壓,應(yīng)用紅外熱輻射成像技術(shù)、電梯電氣檢測(cè)監(jiān)控技術(shù)對(duì)電梯設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行電氣檢測(cè),不僅安全方便,而且在各種類型電梯電氣檢測(cè)設(shè)備工藝操作條件及保證電梯正常安全運(yùn)行工作環(huán)境上的技術(shù)要求也相對(duì)較低。

(3)紅外熱成像電梯檢測(cè)技術(shù)適用范圍寬。該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于電梯電氣系統(tǒng)任何一個(gè)電氣元器件,且能夠在其生產(chǎn)、安裝、使用、維護(hù)及質(zhì)量檢驗(yàn)等多個(gè)環(huán)節(jié)中均有實(shí)際應(yīng)用。

其中需要特別注意的一點(diǎn)就是,由于電梯類型不同,以及電梯運(yùn)行的環(huán)境都具有一定要求,若想要徹底替換傳統(tǒng)的紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)還為時(shí)尚早,仍然需要在某些技術(shù)方面加以改良和完善。但值得肯定的一點(diǎn)是,今后在電梯和電氣系統(tǒng)的檢測(cè)中,紅外熱成像技術(shù)也必將成為其檢測(cè)的一個(gè)新趨勢(shì)。

3 電梯式電氣系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)中紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用的方法

運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)來檢測(cè)和監(jiān)視電梯的電氣系統(tǒng),首先要保證它能夠處于正常狀態(tài),還要保證電梯連續(xù)運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間,這樣電氣系統(tǒng)和元件才擁有必需的熱量。在進(jìn)行檢測(cè)時(shí),還需要充分地了解電梯的工作運(yùn)行情況以及負(fù)荷變化等情況,打開紅外熱成像檢測(cè)儀器時(shí),需要盡量保證該檢測(cè)儀器的各個(gè)相關(guān)裝置處于正常范圍中,滿足所有檢測(cè)環(huán)境的要求。當(dāng)圖像能夠清楚顯現(xiàn)出來時(shí),就可以開始檢測(cè)。在進(jìn)行檢測(cè)過程中,應(yīng)該特別注意的問題就是要保證對(duì)被檢測(cè)的部位進(jìn)行全面的激光掃描,如果發(fā)現(xiàn)存在異常,要及時(shí)進(jìn)行標(biāo)記,再重復(fù)對(duì)異常部位進(jìn)行檢測(cè),以保證其檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確,最終制作出紅外線熱成像影片[3]。檢測(cè)過程中應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題。

(1)成像儀器檢測(cè)位置選擇應(yīng)在安全操作距離允許的范圍內(nèi),盡量不要選擇靠近于雙層電梯的電氣系統(tǒng),以提高操作人員對(duì)雙層電梯中各個(gè)電氣系統(tǒng)部件物體表面被測(cè)元素的最高分辨率,確保其檢測(cè)能力和測(cè)溫準(zhǔn)確性。

(2)對(duì)于各種電梯相關(guān)元件在進(jìn)行紅外熱輻射成像角度檢測(cè)時(shí),應(yīng)事先隨機(jī)設(shè)定幾個(gè)不同的元件檢測(cè),對(duì)其中的元件角度進(jìn)行焦點(diǎn)檢測(cè)和角度跟蹤,確定各種類型電梯相關(guān)元件的最優(yōu)檢測(cè)角度和跟蹤位置,并時(shí)刻做好檢測(cè)標(biāo)記,確保所有復(fù)測(cè)的各電梯元件在電氣系統(tǒng)之間具有高度互比性,積累大量圖庫(kù)并大大提高元件檢測(cè)和跟蹤分析工作的準(zhǔn)確性。

(3)對(duì)于檢測(cè)電梯控制系統(tǒng)溫升時(shí)使用的各種環(huán)境條件下的溫度參考體,應(yīng)選擇與電梯控制系統(tǒng)相似,且最佳溫度是能夠在被檢測(cè)到的電梯控制系統(tǒng)中適用的。

4 紅外熱輻射成像檢測(cè)技術(shù)用于電梯專用電氣電子元件缺陷檢測(cè)系統(tǒng)缺陷點(diǎn)的分析方法

在進(jìn)行電梯內(nèi)部的電氣元件檢查和監(jiān)視的過程中,所使用的紅外熱成像技術(shù)很普遍。這項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用能找到所有部件存在的不足,并且能夠針對(duì)這些缺陷做出有效分析,這可以被認(rèn)為是高效又普及的技術(shù)。在我國(guó)的電力工程行業(yè)中,也出臺(tái)了與此相關(guān)的故障診斷和技術(shù)運(yùn)用守則,目的是能夠進(jìn)行更有效的故障診斷,能從根本上找到問題,解決故障。通過多次的實(shí)踐、研究和總結(jié)出以下幾種常見的不同性質(zhì)缺陷分析法,經(jīng)過大量的實(shí)踐證明,這些分析法非常有效[4]。

4.1 表面溫度判斷法

紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元器件表面溫度診斷法主要適合于電梯和電氣系統(tǒng)內(nèi)裸露在外的各種接頭、連桿柱、接口處等。根據(jù)電梯內(nèi)電氣元件表面的溫度,參考相關(guān)電氣工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),按照其溫度高低超過標(biāo)準(zhǔn)值的程度,確定電梯內(nèi)的電氣元件存在缺陷的特殊性質(zhì)和嚴(yán)重程度；在進(jìn)行電梯安裝檢測(cè)時(shí),應(yīng)從不同的方位觀察電梯內(nèi)部的電氣系統(tǒng)元器件,找到異常。

4.2 相對(duì)溫差判斷法

紅外熱成像技術(shù)電梯電氣元件檢測(cè)的相對(duì)溫差判斷法是指電梯電氣系統(tǒng)兩個(gè)對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)的溫差與其中較熱的溫升之比的百分?jǐn)?shù)。

相對(duì)溫差 Δt=(t1-t2)/(T1-T2)/(T1-T0)

式中,t1和T1分別表示兩個(gè)電梯控制元件在工作時(shí)發(fā)熱點(diǎn)的溫升和工作時(shí)間,t2和T2分別表示兩個(gè)電梯在工作時(shí)正常反應(yīng)點(diǎn)的溫升和工作時(shí)間,T0表示兩個(gè)電梯在工作時(shí)所運(yùn)行的環(huán)境參考體的工作時(shí)間。

4.3 圖像特征判斷法

紅外熱成像技術(shù)在對(duì)電氣元件進(jìn)行檢測(cè)時(shí),對(duì)圖像的特征進(jìn)行判斷是一種常見的實(shí)踐性判斷手段,能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)某些特定電梯內(nèi)部的電氣元件存在的缺陷,例如抱閘式接觸儀發(fā)熱異常。根據(jù)不同型號(hào)電梯的正常工作狀態(tài)與異常工作狀態(tài)之間的電氣加熱圖像之間的差別來判斷電梯在各個(gè)階段是否能夠處于正常工作狀態(tài)。

4.4 檔案分析法

紅外熱輻射成像檢測(cè)技術(shù)的檔案資料分析法的主要目的是利用收集電梯在不同運(yùn)行階段內(nèi)的階梯電氣致熱元件分析檢測(cè)檔案資料(其中包括例如高層電梯的相對(duì)濕度異常、電壓上升、相對(duì)高度溫差曲線圖),找出各階段電梯電氣系統(tǒng)中主要致熱元件性能參數(shù)變化趨勢(shì)及其致熱變化反應(yīng)速率,以便準(zhǔn)確判斷本次電梯電氣檢測(cè)所用到的元件是否正常。將階梯電氣供暖元件的發(fā)熱溫度變化測(cè)量分析圖像的相關(guān)結(jié)果與需要診斷特定電梯以往使用檢測(cè)的紅外射線熱譜儀繪圖檢測(cè)技術(shù)檔案相比,并對(duì)其進(jìn)行溫度分析。

5 紅外熱成像檢測(cè)電梯電氣系統(tǒng)例證

當(dāng)前家用電梯自動(dòng)裝置應(yīng)用功能越來越多樣。電氣和其他電子元件的組成部分及其結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)著日益復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì),尤其是在空氣電路板電子元件正呈現(xiàn)著愈發(fā)密集的變化趨勢(shì),所以只有正確地學(xué)習(xí)掌握有效的安全檢查和故障處理相關(guān)技術(shù),才能夠快速發(fā)現(xiàn)和有效解決電梯式或電氣系統(tǒng)中一些可能存在的技術(shù)問題和安全故障。然而,傳統(tǒng)的故障檢測(cè)處理手段在預(yù)防電梯發(fā)生事故中,無(wú)法在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)電梯重要問題及對(duì)這些重要問題做出有效地及時(shí)處理。但紅外熱輻射成像檢測(cè)技術(shù)開始大量出現(xiàn)以后,這一技術(shù)問題就得到了有效解決,該項(xiàng)相關(guān)技術(shù)在高層電梯的電氣系統(tǒng)中已經(jīng)成功得到了良性的應(yīng)用證明。因此,筆者從以下3個(gè)主要領(lǐng)域入手開始對(duì)其進(jìn)行深入研究,探討紅外熱輻射成像檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)機(jī)械電梯電氣系統(tǒng)的質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用。實(shí)踐證明,紅外熱成像技術(shù)已經(jīng)在對(duì)電梯變頻器的觀察和對(duì)電梯三相的變頻儀進(jìn)行觀察中取得了明顯的效果[5]。

5.1 紅外熱成像儀在檢測(cè)電梯三相不平衡方面的應(yīng)用

由三相光源電壓不平衡所導(dǎo)致的上下電梯不穩(wěn)定運(yùn)行現(xiàn)象已經(jīng)被普遍認(rèn)為可能是近年來引起上下電梯安全事故的主要原因,而通過紅外熱輻射成像檢測(cè)技術(shù)針對(duì)上下電梯的各種安全隱患和危險(xiǎn)點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題,找出上下電梯可能產(chǎn)生的安全問題和事故根本原因,從而有效快速處理和及時(shí)解決上下電梯的安全故障,同時(shí)給予了乘梯人一個(gè)安全的乘梯出行環(huán)境。

5.2 紅外熱成像儀在電梯電動(dòng)機(jī)觀測(cè)方面的應(yīng)用

在對(duì)電梯和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行檢查觀測(cè)時(shí),也可利用紅外熱成像技術(shù)來對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行檢查。這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用主要目的就是對(duì)各種電動(dòng)機(jī)溫度的變化情況進(jìn)行拍攝和捕捉,整個(gè)電梯所使用的區(qū)域大致可以劃分為幾個(gè)構(gòu)成部位,針對(duì)各個(gè)部位的溫度變化來形成一個(gè)二維圖像,在這個(gè)圖像中,可以明顯地觀測(cè)到溫度的高低和測(cè)量數(shù)值的變化,技術(shù)人員會(huì)通過這個(gè)溫度的變化來確定各種電梯的位置和溫度。常見的幾種溫度判斷方法都是對(duì)電梯的表面溫度情況進(jìn)行判斷,或者是采取檔案分析方法對(duì)其缺陷情況進(jìn)行測(cè)量,這些方法都能夠有效分析得出電梯和電動(dòng)機(jī)之間是否會(huì)出現(xiàn)故障或者說明其存在的缺陷,從而為解決這些故障工作提供了必備的依據(jù)。

5.3 紅外熱成像儀在電梯變頻器觀測(cè)方面的應(yīng)用

在對(duì)電梯進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估的同時(shí),一般也都會(huì)利用紅外熱成像技術(shù)來對(duì)電梯內(nèi)的變頻儀表進(jìn)行測(cè)量和觀察。在使用此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)時(shí),可以對(duì)變頻器中各個(gè)相關(guān)元件的溫度進(jìn)行檢測(cè),若發(fā)現(xiàn)其中的最高溫度已經(jīng)超過了150 ℃,就可以確定電梯式變頻器的溫度已經(jīng)出現(xiàn)了局部太低的現(xiàn)象。這種狀態(tài)下如果不能夠進(jìn)行有效的應(yīng)急處理,那么很有可能就會(huì)產(chǎn)生安全隱患。這些故障都是電梯內(nèi)部和電氣中經(jīng)常遇到的故障,主要原因就是由于元件的碳化造成的,所以需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)此方面問題的重視和關(guān)注,采用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)和分析電梯內(nèi)部的變頻器,及時(shí)找到和更換內(nèi)部存在的安全隱患元件,才能夠更好地保證和為電梯的穩(wěn)定正常運(yùn)行和服務(wù)。