CN101788346A - 一种高压电器测温探头以及高压电器温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压电器测温探头以及高压电器温度监测系统，包括有光源、测温探头、光纤耦合器、色敏传感器、信号处理模块、数据运算器、显示模块，所述的测温探头包括有空心光纤，所述的空心光纤内封装有胆甾型液晶，所述与光源、空心光纤以及色敏传感器通过光纤耦合器形成光路连接，所述的色敏传感器的电信号输出端与信号处理模块连接，且经信号处理模块处理的电信号通过数据运算器运算后显示在显示模块上。本发明具有结构简单，安全可靠，以解决高压电器温度不能进行在线监测，或测量系统复杂、费用高和技术要求高、对高压电器绝缘性有影响等问题。

Description

一种高压电器测温探头以及高压电器温度监测系统

技术领域

本发明涉及一种温度监测系统，具体是一种适用于监测高压电器温度的高压电器温度监测系统。

背景技术

对于大型发电机组、高压开关、高压变电传输设备等高压电器，当接头接触不良时接触电阻增大，在负载电流流过时会产生发热现象。交流高压电器由于交变电磁场的作用还会在铁磁体中产生涡流和磁滞损耗，导致整个电器的温度升高。温度达到一定的高度，会使高压电器中使用的金属和绝缘材料的机械强度和绝缘强度明显下降，工作温度过高会使高压电器的使用寿命降低甚至损坏。因此，监测高压电器的温度，提前发现和排除热故障隐患，对于保证高压电器的正常运行，具有非常重要的意义。但是高压电器大多处于高电压、大电流和强磁场的环境中，由于强电磁噪声和高压绝缘问题，常规的电类测温方法不适用。而光纤测温、光纤光栅和红外辐射测温虽然可用来对高压电器进行温度监测，但光纤测温对光源、发射和接收电路的稳定性要求高，存在测量速度慢、测温精度低、空间分辨率低等缺点；光纤光栅测温对解调系统要求高；而红外辐射测温的准确度低，设备昂贵，特别是无法监测高压电器封闭内接点的温度，不能进行在线实时监测。因此，从现有技术情况看，目前缺乏一种适用于高压电器的高电压、大电流和强磁场的环境下可以快速且精确的温度监测工具，不利于高压电器的正常运行。

发明内容

本发明的第一个目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种不受高压电器工作环境干扰、且测温速度快、精度高的高压电器测温探头。

本发明的另一个目的是，提供了一种结构简单，安全可靠，以解决高压电器温度不能进行在线监测，或测量系统复杂、费用高和技术要求高、对高压电器绝缘性有影响等问题的高压电器温度监测系统。

为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案是，高压电器测温探头，包括有空心光纤，所述的空心光纤内封装有胆甾型液晶。胆甾型液晶具有螺旋状的分子排列，选择性反射的最大光强所具有的波长与该液晶混合物的螺距成正比，而其螺距对温度都有很强的依赖性，胆甾型液晶的热色效应，将胆甾型液晶封装在空心光纤内，利用液晶的热色效应，将液晶的温度的变化用其选择反射光波长来表示，由于本发明的高压电器测温探头其测温仅牵涉到热色效应，因此其测温不受高压电器所处的高电压、大电流和强磁场的环境影响，且能对高压电器在-20～+250℃范围内进行监测，且测温精度达到±0.2℃以内。

进一步设置是所述的空心光纤相对于胆甾型液晶的外侧由透光层固定，且空心光纤内相对于胆甾型液晶的内侧通过软质透光固定层封闭。通过软质透光固定层自适应伸缩可以用来消除待测点因温度变化导致压力较大变化时引起液晶压力的变化，提高温度测量准确度。

为实现本发明的另一个目的，本发明的技术方案是包括有光源、测温探头、光纤耦合器、色敏传感器、信号处理模块、数据运算器、显示模块，所述的测温探头包括有空心光纤，所述的空心光纤内封装有胆甾型液晶，所述与光源、空心光纤以及色敏传感器通过光纤耦合器形成光路连接，所述的色敏传感器的电信号输出端与信号处理模块连接，且经信号处理模块处理的电信号通过数据运算器运算后显示在显示模块上。通过本设置，光源发出的光谱经光纤耦合器进入到测温探头的胆甾型液晶中，胆甾型液晶选择反射与探头所在处的环境温度对应波长的光波，该波长满足λ＝nP，不满足λ＝nP波长的光波直接从胆甾型液晶中出射而不能进入下面的后续的色敏传感器中，且那些经胆甾型液晶选择反射的光波再次经过光纤耦合器，并入射到色敏传感器中，进行光电转换，然后在进行后续的信号处理，并最终通过显示模块显示出实时在线温度，使得本发明具有测温方便、测温速度快，可实时在线监测温度，有利于保障高压电器的安全运行。

进一步设置是还包括有传输光纤，所述的空心光纤通过该传输光纤连接于光纤耦合器上。通过本设置，增长了测温探头与光纤耦合器之间的长度，使得测温探头的设置更佳灵活，有利于对一些高压电器的角落位置进行温度检测。

进一步设置是所述的测温探头设置有多个。如此可以实现同时测量多点温度。

进一步设置是所述的信号处理模块包括有信号放大电路和A/D转换器。

进一步设置是所述色敏传感器为硅双结型色敏传感器。

附图说明

图1本发明具体实施方式系统结构框图

图2本发明具体实施方式测温探头结构示意图

图3本发明具体实施方式色敏传感器结构原理图

图4本发明具体实施方式色敏传感器等效电路图

图5本发明具体实施方式信号放大电路图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体的描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

高压电器测温探头，如图2所示，包括有空心光纤1，所述的空心光纤1内封装有胆甾型液晶11。胆甾型液晶具有层状结构，各层的分子轴方向与邻接的分子轴方向都略有偏移，而液晶整体形成螺旋结构，表现出选择性光散射。只有波长λ满足(1)式的光才被反射：

λ＝nP    (1)

其中n是液晶的折射率，P是胆甾型液晶的螺距，而不满足此式的光从液晶透射继续向前传输。胆甾型液晶的螺距对温度都有很强的依赖性，当温度变化时选择反射光的波长就会发生很大的变化，即热色效应。通过不同材料的胆甾型液晶按照不同比例混合，可以达到螺距满足所需要的温度关系和温度范围的胆甾型液晶，可以实现-20～+250℃之间的任何温度下显示监测，其结构具体如图2所示，另外，本实施例所述的空心光纤1相对于胆甾型液晶11的外侧由透光层13固定，且空心光纤1内相对于胆甾型液晶11的内侧通过软质透光固定层14封闭，通过软质透光固定层14自适应伸缩可以用来消除待测点因温度变化导致压力较大变化时引起液晶压力的变化，提高温度测量准确度，本发明该软质透光固定层14可以采用软质透明薄膜，如透明PVC软质薄膜即可，而透光层13可以使得不符合λ＝np的光波从其中射出，其材料可以选择透光的树脂即可，当然还可以是其他玻璃、水晶等作为透光层材料。

高压电器温度监测系统

如图1-5所示，为实现本发明的另一个目的而设计的技术方案，包括有光源、测温探头、光纤耦合器、色敏传感器、信号处理模块、数据运算器、显示模块，所述的测温探头如图2所示包括有空心光纤1，所述的空心光纤1内封装有胆甾型液晶11，所述与光源、空心光纤以及色敏传感器通过光纤耦合器形成光路连接，所述的色敏传感器的电信号输出端与信号处理模块连接，且经信号处理模块处理的电信号通过数据运算器运算后显示在显示模块上。

光源发出的光谱经光纤耦合器进入到测温探头的胆甾型液晶中，胆甾型液晶选择反射与探头所在处的环境温度对应波长的光波，该波长满足λ＝nP，不满足λ＝nP波长的光波直接从胆甾型液晶中出射而不能进入下面的后续的色敏传感器中，且那些经胆甾型液晶选择反射的光波再次经过光纤耦合器，并入射到色敏传感器中，进行光电转换，然后在进行后续的信号处理，并最终通过显示模块显示出实时在线温度，使得本发明具有测温方便、测温速度快，可实时在线监测温度，有利于保障高压电器的安全运行。

其中光源可以采用白色光源或者能发出含有一段区间波长的光谱的光源即可，该一段区间波长根据待测温度范围以及λ＝nP来综合确定，需要满足，待测的温度所对应波长的光波能从光源出发出即可。

另外本实施例还包括有传输光纤，所述的空心光纤通过该传输光纤连接于光纤耦合器上，本实施例传输光纤和空心光纤的连接可以采用光纤法兰盘进行连接，光纤法兰盘可以直接从市面进行购买，当然亦可以自己加工制作，通过传输光纤增长了测温探头与光纤耦合器之间的长度，使得测温探头的设置更佳灵活，有利于对一些高压电器的角落位置进行温度检测。

另外，所述的测温探头设置有多个，如果要求同时测量多点温度，可以将多个测温探头串接，每个测温探头在测量的温度变化范围内液晶反射的波长不能有重合。当要测量的温度较多时，可以采用测温探头阵列，通过多路选择开关与单片机控制进行扫描测量和监控。

本发明所述的信号处理模块包括有信号放大电路和A/D转换器。由于色敏传感器达到的电流信号只是几十到几百纳安的数量级，经过信号放大电路来放大伏级的电压信号，得到需要大小的模拟电压信号，再经A/D转换器变为数字信号，送入数据运算器进行数据处理后，控制显示模块显示出温度数值，本发明所述的数据运算器可以采用单片机进行完成，所述的信号放大电路(图5所示)、A/D转换器、单片机为现有比较成熟的技术，本处不再一一例举。

本发明所述色敏传感器为硅双结型色敏传感器，由于其中的浅结光电二极管对蓝紫光的灵敏度高，深结光电二极管对红外光的灵敏度高，解调器结构中不同的区域对同一波长的人射光具有不同的灵敏度，经选择反射来的不同波长的光照射下，两只光电二极管短路电流的比值的对数近似与波长成正比。

另外本发明还可以根据需要结合具体软件和存储介质实现报警提示和多日数据记录，已备查档。

Claims (7)

1.一种高压电器测温探头，其特征在于：包括有空心光纤，所述的空心光纤内封装有胆甾型液晶。

2.根据权利要求1所述的高压电器测温探头，其特征在于：所述的空心光纤相对于胆甾型液晶的外侧由透光层固定，且空心光纤内相对于胆甾型液晶的内侧通过软质透光固定层封闭。

3.一种高压电器温度监测系统，其特征在于：包括有光源、测温探头、光纤耦合器、色敏传感器、信号处理模块、数据运算器、显示模块，所述的测温探头包括有空心光纤，所述的空心光纤内封装有胆甾型液晶，所述与光源、空心光纤以及色敏传感器通过光纤耦合器形成光路连接，所述的色敏传感器的电信号输出端与信号处理模块连接，且经信号处理模块处理的电信号通过数据运算器运算后显示在显示模块上。

4.根据权利要求3所述的高压电器温度监测系统，其特征在于：还包括有传输光纤，所述的空心光纤通过该传输光纤连接于光纤耦合器上。

5.根据权利要求3或4所述的高压电器温度监测系统，其特征在于：所述的测温探头设置有多个。

6.根据权利要求5所述的高压电器温度监测系统，其特征在于：所述的信号处理模块包括有信号放大电路和A/D转换器。

7.根据权利要求6所述的高压电器温度监测系统，其特征在于：所述色敏传感器为硅双结型色敏传感器。

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