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行在線的非接觸檢測。

　　電力系統(tǒng)運行中，載流導(dǎo)體會因為電流效應(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.單點溫度檢測 – 利用單個溫度傳感器實現(xiàn)對發(fā)熱點的探測。該方式成本低，但卻不能有效地確認發(fā)熱故障點，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，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)出廠校準化，可同時感測64個點的物體溫度，實現(xiàn)對視場內(nèi)物體表面溫度分布的熱圖像或是目標區(qū)域不同點的溫度讀數(shù)，能滿足電力開關(guān)柜內(nèi)多點溫度檢測的需要，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，因為芯片支持I2C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的校準數(shù)值，來共同計算最終的環(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)部接點松動的發(fā)熱故障。左圖給出松動點的位置，右圖給出MLX90620的測量結(jié)果，最高溫度點To31對應(yīng)于松動接點的溫度，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測量接點松動的溫度效果圖

另外也可以對整個測量數(shù)據(jù)進行記錄，下圖給出所測像素點溫度曲線的變化圖。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，從而快速進行保護。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)和近距離盲點檢測。