【原】紅外測(cè)溫技術(shù)在民航客機(jī)維修中的應(yīng)用研究

龐工隨手記 2023-07-07 發(fā)布于山東

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摘要

摘要：本文從紅外輻射原理出發(fā)分析了紅外測(cè)溫的工作原理，從發(fā)射率、測(cè)量距離、環(huán)境等因素探討了測(cè)溫誤差的原因，以及基于紅外測(cè)溫技術(shù)的測(cè)溫儀和熱像儀的簡(jiǎn)單概述，并在分析目前民航客機(jī)維修中一些測(cè)溫難點(diǎn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，探究和分析了紅外測(cè)溫技術(shù)在民航客機(jī)維修中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外、紅外測(cè)溫、民航維修

Abstract: in this paper, starting from the principle of infrared radiation is analyzed the working principle of infrared measuring temperature, the emissivity, measuring distance, environmental factors, such as, to explore the causes of the temperature measurement error and the temperature measuring instrument based on infrared temperature measurement technology and simple overview of the thermal imager, and based on the analysis of the civil aircraft maintenance, on the basis of some temperature measurement in the difficult problem, to explore and analyze the infrared temperature measurement technology in the application of the civil aircraft maintenance.

Keywords:Infrared, infrared temperature measurement, civil aviation maintenance

紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外測(cè)溫的工作原理和特點(diǎn)

1.1黑子輻射與紅外測(cè)溫原理

一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停的向周?chē)臻g發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布——與它的表面溫度有著十分緊密的關(guān)系。因此，通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外測(cè)溫依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

黑體輻射定律：黑體是一種理想的輻射體，它吸收所有波長(zhǎng)的輻射能量，沒(méi)有能量的反射和透過(guò)，其表面的發(fā)射率為1，其他物質(zhì)的反射系數(shù)小于1，稱(chēng)為灰體。特別指出，自然界中并不存在真正的黑體，但是為了研究清楚紅外輻射的分布規(guī)律，在理論研究中必須選擇理想的合適模型，這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而推導(dǎo)出普朗克黑體輻射的定律，即以波長(zhǎng)表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的基礎(chǔ)，故稱(chēng)黑子輻射定律。

1.2紅外測(cè)溫的特點(diǎn)

非接觸式測(cè)量，測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)時(shí)間快，靈敏度高。由于受測(cè)對(duì)象的發(fā)射率影響，紅外測(cè)量的表面溫度，而不是被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度。

紅外測(cè)溫儀的系統(tǒng)組成

紅外測(cè)溫采用逐點(diǎn)分析的方式，即把物體一個(gè)局部區(qū)域的熱輻射聚集在單個(gè)的探測(cè)器上，并通過(guò)已知物體的發(fā)射率，將輻射功率轉(zhuǎn)化為溫度。由于被檢測(cè)的對(duì)象、測(cè)量范圍和使用場(chǎng)所不同，紅外測(cè)溫儀的外觀設(shè)計(jì)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不盡相同，但基本的結(jié)構(gòu)大致相似，主要包括光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理和顯示輸出等部分組成。

輻射體發(fā)出的紅外輻射，進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)制器把紅外輻射調(diào)制成交變輻射，由探測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和信號(hào)處理電路，并按照設(shè)定的算法和目標(biāo)發(fā)射率矯正好抓變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值進(jìn)行顯示和輸出。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：

紅外測(cè)溫技術(shù)在民航客機(jī)維修中的實(shí)例

發(fā)動(dòng)機(jī)孔探

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是整架飛機(jī)的重要部件，是心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)的安全直接決定了飛機(jī)的安全。民航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)廠家GE、RR、PW、CFM……，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安全方面從設(shè)計(jì)、材料和工藝等方面嚴(yán)格控制和把關(guān)。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在服役期間會(huì)有很多的方式和手段監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，常見(jiàn)的有溫度監(jiān)控、震動(dòng)監(jiān)控、滑油分析、孔探檢查。其中孔探檢查也是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)控制方面最直觀，也是最重要的檢查手段之一。

然而，隨著機(jī)隊(duì)的不斷壯大，孔探的工作量也越來(lái)越大，尤其非例行孔探工作對(duì)時(shí)限的要求有比較嚴(yán)格。民航界的孔探專(zhuān)家們估計(jì)都遇到過(guò)在孔探過(guò)程中因超溫觸發(fā)警告的情況。超溫?zé)o論對(duì)探頭還是其他探測(cè)元件都有損傷，有些甚至是不可逆的。一旦孔探設(shè)備損傷，維修費(fèi)用輕者幾千，重著十幾萬(wàn)。如何正確評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件的溫度進(jìn)而做到孔探不超溫，這是擺在我們面前的問(wèn)題。目前通用的方法是監(jiān)控EGT溫度，配合用手觸摸核心機(jī)匣。首先，EGT溫度無(wú)法真實(shí)反映燃燒室的實(shí)際溫度；其次，用手觸摸的感受會(huì)因人而異。

隨著紅外測(cè)溫技術(shù)的不斷完善，很多領(lǐng)域都用上了紅外測(cè)溫技術(shù)，例如：電力、冶金、玻璃塑料制造、糧食加工、食品加工等。

從理論上來(lái)說(shuō)，民航孔探領(lǐng)域也可利用紅外測(cè)溫技術(shù)解決目前孔探超溫的難題。舉例說(shuō)明：我們以孔探檢查高壓渦輪導(dǎo)向器為例。首相我們可以利用紅外測(cè)溫儀激光定點(diǎn)技術(shù)精確測(cè)量燃燒室內(nèi)部溫度，實(shí)施高效準(zhǔn)確；另外，我們還可以測(cè)量燃燒室或高壓渦輪機(jī)匣溫度形成經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定高壓渦輪溫度。

引氣滲漏探測(cè)　

A320FAM家族飛機(jī)引氣滲漏故障具有多發(fā)性、重復(fù)性、復(fù)雜性，根據(jù)有關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)的故障占到故障總數(shù)的1/4左右，有些滲漏故障的觸發(fā)，飛機(jī)不能放行必須停場(chǎng)排故，給公司的正常運(yùn)行也造成不小的影響。為了乘客乘坐的舒服性，維修人員要花費(fèi)大量的時(shí)間經(jīng)歷維護(hù)和排除飛機(jī)引氣系統(tǒng)故障。然而，氣體滲漏不像水或油滲漏一樣一眼就能看出來(lái)，氣體形影無(wú)蹤，隨處可在。尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)吊架短艙、空調(diào)艙、大翼等復(fù)雜區(qū)域，查漏更是難上加難。

從理論上說(shuō)，紅外測(cè)溫技術(shù)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。飛機(jī)系統(tǒng)的高溫引氣一旦滲漏，附近的部件或者環(huán)境溫度就會(huì)快速上升，明顯大于其他區(qū)域。我們只需要對(duì)可疑的滲漏區(qū)域分別使用定測(cè)或面測(cè)的方式進(jìn)行測(cè)溫，就可以快速找到滲漏點(diǎn)，大大提高排故的工作效率。如果條件成熟的話，使用紅外成像儀會(huì)更加直觀便捷。

飛機(jī)部件溫度異常檢測(cè)

飛機(jī)上成千上萬(wàn)的部件都是在一定溫度范圍內(nèi)正常工作的，一旦超過(guò)了溫度的門(mén)檻值有些部件將進(jìn)行保護(hù)，有些部件將會(huì)燒掉。這類(lèi)部件主要有繼電器、變壓器、斷路器、互感器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)等。飛機(jī)上的這些部件是不帶監(jiān)控元件的，也就是說(shuō)一旦這些部件出現(xiàn)了損壞，系統(tǒng)是不會(huì)直接報(bào)出部件故障的，而是會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)子系統(tǒng)或線路警告信息。在拆除此類(lèi)故障時(shí)難度也非常的。舉例說(shuō)明：旋轉(zhuǎn)部件液壓系統(tǒng)電動(dòng)泵，在一定的溫度下正常工作，一旦散熱風(fēng)扇故障，空中長(zhǎng)時(shí)間工作便會(huì)觸發(fā)過(guò)熱警告，然而在地面排故時(shí)，無(wú)論測(cè)試泵操作還是測(cè)量泵線路都正常，唯一的隱形表征便是泵本體的溫度異常。再比如，電器元件繼電器，繼電器在通電的情況下，電流流過(guò)會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量在密閉的狹小空間只能通過(guò)殼體向外輻射；一但繼電器故障，觸電斷開(kāi)，不再產(chǎn)生熱量，對(duì)外的熱輻射便會(huì)大副降低。

從理論上講，紅外測(cè)溫技術(shù)便可以解決這類(lèi)難題，排故時(shí)，我們只需對(duì)可疑故障件進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)溫，對(duì)比正常部件的經(jīng)驗(yàn)值便可以初步判斷出故障件。

結(jié)論

紅外測(cè)溫技術(shù)是一種在線監(jiān)測(cè)(不停電)式高科技檢測(cè)技術(shù)，它集光電成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)于一身，通過(guò)接收物體發(fā)出的紅外線(紅外輻射)，將其溫度顯示在屏幕上或熱像顯示在熒光屏上，從而準(zhǔn)確判斷物體表面的溫度分布情況，具有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等優(yōu)點(diǎn)。

目前紅外測(cè)溫技術(shù)無(wú)處不在，滲透到各個(gè)領(lǐng)域，然而作為民航飛機(jī)維修領(lǐng)域還并沒(méi)有大力普及。隨著目前機(jī)隊(duì)的不斷加大，民航維修行業(yè)精準(zhǔn)精益化維修的整體要求，紅外測(cè)溫技術(shù)在民航飛機(jī)維修上的普及迫在眉睫。