本文主要描述如何采用紅外溫度陣列對當今工業電力開關柜/匯流箱的熱圖像和故障進行在線的非接觸檢測。

　　電力系統運行中，載流導體會因為電流效應產生電阻損耗，在電能輸送的整個回路上存在數目繁多的連接件、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，對應有更多的電阻損耗和更高的溫升，產生局部過熱。電力行業中，通常運用紅外溫度傳感器在電力設備的安全檢修上，對及時發現、處理、預防重大事故的發生起到關鍵且有效的作用。

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對發熱點的探測。該方式成本低，但卻不能有效地確認發熱故障點，另外開關柜一般同時需要檢測好幾個接頭或觸頭，需要的傳感器數目也要增加；

2.紅外熱成像技術 – 應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，不易集成和大規模使用；

3.Melexis的紅外陣列產品 - MLX90620 可有效地綜合上述兩種方案的優缺點，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℃測溫范圍內出廠校準化，可同時感測64個點的物體溫度，實現對視場內物體表面溫度分布的熱圖像或是目標區域不同點的溫度讀數，能滿足電力開關柜內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數字輸出、可調幀率（0.5Hz到64Hz）整合與一體。

MLX90620應用于電力開關柜設備溫度檢測的連接圖非常簡單，因為芯片支持I2C通信，應用時只需外部連接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

 

芯片內部集成PTAT和64個紅外熱電堆，能實現環境溫度Ta和物體溫度To1到To64的測量，測量的原始數據存放于RAM中，外部MCU通過I2C接口來獲取，結合芯片內EEPROM的校準數值，來共同計算最終的環境溫度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據的波形圖。

圖2 MLX90620的I2C通信波形圖

 

應用舉例：采用MLX90620測量太陽能光伏合盒內部接點松動的發熱故障。左圖給出松動點的位置，右圖給出MLX90620的測量結果，最高溫度點To31對應于松動接點的溫度，同時給出了周邊四個相鄰像素To27、To30、To32和To35的溫度讀數。

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據進行記錄，下圖給出所測像素點溫度曲線的變化圖。應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，環境溫度基本保持恒定。

圖 4 所測發熱點溫度及相鄰像素溫度變化圖

 

結論：MLX90620可大大簡化2D熱成像系統，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柜/匯流箱的熱圖像來判斷電力設備故障，從而快速進行保護。另外由于其本身的在線監測和測試精度，也可廣泛應用于微波爐、辦公以及家居綠色HVAC系統；汽車空調系統和近距離盲點檢測。