一种基于模糊控制的SF6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统的制作方法

一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统
技术领域
1.本发明涉及红外成像背景智能温度调节技术领域，更具体地，涉及一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统。


背景技术：

2.高压电气设备的sf6气体泄漏，会降低设备内部压力，从而导致sf6气体绝缘性能和灭弧性能下降。而六氟化硫检漏工作对于维持电气设备绝缘性能、保障设备与电网安全、稳定、绿色运行方面有着重要的作用。
3.红外成像技术在六氟化硫检漏中的应用实现了一项重大突破，它可在设备无需断电的情况下进行检测，并快速准确地确定气体泄漏的部位。其工作原理是用红外线能量照射六氟化硫气体泄漏的现场，这种红外线的波长可被六氟化硫气体强烈吸收，通常看不见的六氟化硫泄漏气体在光亮的背景下就如黑烟一样显现出来，红外线探测器随之在屏幕上形成一个映像，这个映像可由录像机记录下来。这样，即使是非常微小的泄漏也能很容易地检测到。
4.红外成像检漏技术在现场应用时，主要是针对高压电气设备密封较为薄弱处进行检测。比如：高压设备的密封面、焊接面、法兰面、sf6气体管道连接处、sf6气体密度表连接处以及充气口等部位。在现场检测时，红外线辐射成像检漏技术与普通的红外线热成像原理类似，都是通过接受辐射红外线能量进行成像的，使通常看不见的sf6气体泄漏在先进的红外探测技术的帮助下变得可见。但是与一般红线热成像仪不同的是，红外线辐射成像检漏技术对温度探测灵敏度的要求更高，以区分出不同气体之间非常微弱的温度差异。同时也存在周围设备环境对其检测效果的影响，对于室内高压电气设备的sf6气体泄漏检测灵敏度度较弱。通过多次对sf6设备泄漏故障进行现场红外成像检漏测试，总结归纳出影响红外成像检漏诊断的其中一个主要因素是温度差，经试验结果表明，气体温度与sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板的背景温度差别越大，观测效果越好。现场中sf6气体泄漏红外成像检查装置对背景温度的调节需要多次且速度要快、准确率要高，而使用传统pid进行背景温度调节容易出现温度调节过冲的问题，需要时间平衡稳定，无法满足现场sf6气体捡漏需要。
5.因此，亟需一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，控温快速、精确，消除了传统pid调节所需的多次温度调节过冲，大大缩短了平衡稳定时间。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，控温快速、精确，消除了传统pid调节所需的多次温度调节过冲，大大缩短了平衡稳定时间。
7.为达到上述目的，提供了一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温
度调节的系统，包括测温元件传感器、输出输入接口装置、模糊控制器和控温元件；所述测温元件传感器；
8.所述测温元件传感器用于测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；
9.所述模糊控制器用于根据输出输入接口装置获得的当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号，向输出输入接口装置输出调整制冷电流数字信号；
10.所述输出输入接口装置用于对从测温元件传感器获得的高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号并发送至模糊控制器，还用于对从模糊控制器获得的调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号并发送至控温单元；
11.所述控温元件用于根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。
12.特别的，所述测温元件传感器采用四线制铂电阻测温电路。
13.特别的，所述模糊控制器采用dsp微控制器。
14.特别的，所述输出输入接口装置还包括信号采集装置和滤波器，分别用于信号采集和滤波。
15.特别的，所述输出输入接口装置包括数模转换器、模数转换器；所述数模转换器分别连接测温元件和模糊控制器；所述模数转换器分别连接模糊控制器和控温元件。
16.特别的，所述控温元件的结构上采用多个小型半导体致冷器阵列排布的方式。
17.特别的，所述模糊控制流程包括以下步骤：
18.步骤a1.设定目标温度；
19.步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；
20.步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；
21.步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为am；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；
22.步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；
23.步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；
24.步骤a7.判断e’小于am的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。
25.一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的方法，包括以下步骤：
26.b1.测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；
27.b2.高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号；
28.b3.根据当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号；
29.b4.将调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号；
30.b5.根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。
31.特别的，所述模糊控制流程包括以下步骤：
32.步骤a1.设定目标温度；
33.步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；
34.步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；
35.步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为am；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；
36.步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；
37.步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；
38.步骤a7.判断e’小于am的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。
39.本发明的有益效果如下所示：
40.本发明提出的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，
41.本发明将测量背面板温度的高精度铂电阻信号作为控制器的输入，控制器的输出控制半导体致冷器的制冷电流。结构上采用多个小型半导体致冷器阵列排布的方式，可以使背面板加热与制冷更加均匀，更加迅速。并且本发明可以使其温度控制在目标温度，如27℃左右，这对于六氟化硫气体红外成像仪探测效果最佳。本发明控温快速、精确，消除了传统pid调节所需的多次温度调节过冲，大大缩短了平衡稳定时间。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明实施例的整体流程图。
44.图2为本发明实施例的四线制铂电阻测温电路的电路图。
45.图3为使用本发明实施例系统与采用传统pid调节对控制温度稳定平衡过程的示意图。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
47.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
48.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对
重要性。
49.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
50.本发明实施例一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，包括测温元件传感器、输出输入接口装置、模糊控制器和控温元件。测温元件传感器。
51.测温元件传感器用于测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号。如图2所示，测温元件传感器采用四线制铂电阻测温电路。四线制铂电阻测温电路包括pt100铂电阻、放大器ad8572和双路电流源ref200。当温度发生变化时，pt100铂电阻的阻值跟着变化，此时可测得与温度变化相对应的电压信号，采用ad8572对电压信号进行差分跟随，再经模数转化电路，对背景温度实时采集。
52.模糊控制器用于根据输出输入接口装置获得的当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号，向输出输入接口装置输出调整制冷电流数字信号。模糊控制器采用dsp微控制器。
53.参考图1所示，模糊控制流程包括以下步骤：
54.步骤a1.设定目标温度；
55.步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；
56.步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；
57.步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为am；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；
58.步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；
59.步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；
60.步骤a7.判断e’小于am的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。
61.输出输入接口装置用于对从测温元件传感器获得的高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号并发送至模糊控制器，还用于对从模糊控制器获得的调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号并发送至控温单元。输出输入接口装置包括数模转换器、模数转换器；所述数模转换器分别连接测温元件和模糊控制器；所述模数转换器分别连接模糊控制器和控温元件。输出输入接口装置还包括信号采集装置和滤波器，分别用于信号采集和滤波。
62.控温元件用于根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。控温元件的结构上采用多个小型半导体致冷器阵列排布的方式。
63.一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的方法，包括以下步骤：
64.b1.测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；
65.b2.高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号；
66.b3.根据当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号；
67.b4.将调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号；
68.b5.根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。
69.模糊控制流程包括以下步骤：
70.步骤a1.设定目标温度；
71.步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；
72.步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；
73.步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为am；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；
74.步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；
75.步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；
76.步骤a7.判断e’小于am的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。
77.如图3所示，为使用本发明实施例系统与采用传统pid调节对控制温度稳定平衡过程的示意图，可看出本发明实施例能够迅速准确平稳的达到目标温度，而传统pid调节需要一段时间且经过较大波动后才能达到目标温度，因此，本发明基于dsp(数字信号处理器)的高速运算数字控制器，搭载模糊(fuzzy)控制技术和软件滤波技术(sfir)，控温更快速、更精确，能够消除了传统pid调节所需的多次温度调节过冲，大大缩短了平衡稳定时间。
78.虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：包括测温元件传感器、输出输入接口装置、模糊控制器和控温元件；所述测温元件传感器；所述测温元件传感器用于测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；所述模糊控制器用于根据输出输入接口装置获得的当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号，向输出输入接口装置输出调整制冷电流数字信号；所述输出输入接口装置用于对从测温元件传感器获得的高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号并发送至模糊控制器，还用于对从模糊控制器获得的调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号并发送至控温单元；所述控温元件用于根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述测温元件传感器采用四线制铂电阻测温电路。3.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述模糊控制器采用dsp微控制器。4.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述输出输入接口装置还包括信号采集装置和滤波器，分别用于信号采集和滤波。5.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述输出输入接口装置包括数模转换器、模数转换器；所述数模转换器分别连接测温元件和模糊控制器；所述模数转换器分别连接模糊控制器和控温元件。6.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述控温元件的结构上采用多个小型半导体致冷器阵列排布的方式。7.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，其特征在于：所述模糊控制流程包括以下步骤：步骤a1.设定目标温度；步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为a
m
；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；步骤a7.判断e’小于a
m
的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。8.一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的方法，包括以下步骤：b1.测量sf6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；
b2.高精度铂电阻信号进行模/数转换得到代表当前温度的当前温度数字信号；b3.根据当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号；b4.将调整制冷电流数字信号进行数/模转换得到制冷电流信号；b5.根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。9.根据权利要求8所述的一种基于模糊控制的sf6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的方法，其特征在于：所述模糊控制流程包括以下步骤：步骤a1.设定目标温度；步骤a2.设定启动温差eopen和关闭温差eclose，且eopen＜eclose＜0；步骤a3.设定当前温度与目标温度的偏差e及e的变化率δe；步骤a4.将e划分为m个偏差区间，则设偏差区间的最大值为a
m
；将δe分为n个变化率区间且一个偏差区间对应n个变化率区间，则设变化率区间的最大值为b
nm
；依据实际需要设定电流步长is且变化率区间与电流步长is一一对应，则设电流步长is的值为c
nm
；步骤a5.获得当前温度，计算出当前温度与目标温度的偏差e’及e’的变化率δe’；步骤a6.判断e’是否大于eclose，若e’大于或等于eclose，则结束；若小于eclosee则判断e’是否小于eopen；若e’小于或等于eopen，则执行步骤a7.若大于eopen，则结束；步骤a7.判断e’小于a
m
的最大值，获得m后，判断e’小于b
nm
的最大值，获得n，获取b
nm
电流步长is的值c
nm
的数字信号作为调整制冷电流数字信号，循环执行步骤a5-a7。

技术总结
本发明公开一种基于模糊控制的SF6气体泄漏红外成像背景智能温度调节的系统，包括测温元件传感器、输出输入接口装置、模糊控制器和控温元件；所述测温元件传感器；所述测温元件传感器用于测量SF6气体泄漏红外成像检查装置的背面板温度的高精度铂电阻信号；所述模糊控制器用于根据输出输入接口装置获得的当前温度数字信号以及模糊控制流程获得调整制冷电流数字信号，向输出输入接口装置输出调整制冷电流数字信号；所述控温元件用于根据调整制冷电流信号进行制冷或加热。本发明控温快速、精确，消除了传统PID调节所需的多次温度调节过冲，大大缩短了平衡稳定时间。大大缩短了平衡稳定时间。大大缩短了平衡稳定时间。


技术研发人员：罗宗昌 唐彬 梁沁沁 胡梦竹 喻敏
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/7/26