CN103017940B - 无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力无源无线测温领域，尤其涉及一种无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法，其不同之处在于，其步骤包括：在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，采集各频率下反馈射频信号的功率强度以获得传感器的幅度频率曲线，对幅度频率曲线分析得出传感器的饱和程度，并根据传感器的饱和程度调节检测装置的发射增益，使传感器工作在一种适度饱和的情况下，提高传感器信号检测的距离与抗干扰性能。

Description

无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法

技术领域

本发明涉及电力无源无线测温领域，特别涉及一种无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法。

背景技术

电力系统高压设备中的高压开关柜触头、高压母排接头、断路器接头、地埋电缆等电力设备，在长期运行过程中会出现老化或接触电阻过大而发热，而发热又加速报设备的老化或接触电阻进一步加大，导致发热加剧，因此进入一个恶性循环，最后容易导致设备的损坏。随着城市的发展和智能电网的建设，对高压电压设备的温度监测也越来越重要。

目前，无源无线测温大部分采用的是无源无线声表面波温度传感器，它采用无线通信方式，绝缘性好，而且因为传感器是无源的，不存在有源无线方式的安全隐患及更换电池的问题，无需后期工程维护。同时无源无线声表面波温度传感器的谐振频率随温度漂移的线性度比较好，比较方便进行温度检测，因此无源无线测温十分适合高压电力设备的温度在线监测。目前，已有技术中大多采用对传感器的工作频率范围进行扫频，找出传感器反馈信号功率最大值所对应的发射频率为谐振频率并再计算温度的方法。但由于传感器所能接收的能量是有限的，当接收的到能量超过一定值时，传感器反馈的射频信号能量将不随接收信号能量的增加而增大了，而是维持在一个最大的信号能量上，传感器呈现出饱和情况，因此检测装置扫描传感器的幅度频率曲线就会出现“削峰”情况，当接收的能量越大时，传感器饱和程度也就越深。当出现传感器深度饱和情况时，会导致谐振频率的判断出现较大误差，同时可能会影响其他传感器的检测，因此需要避免传感器深度饱和情况的出现。但同时，较小能量的传感器反馈信号会出现温度检测距离较短、容易被干扰的问题，所以检测过程中又希望检测装置发射的信号能量大以获得能量大的传感器反馈信号，使温度检测距离加大，提高抗干扰能力。因此，对检测过程中的传感器的饱和程度检测，并通过发射功率自调节使传感器工作在一种适度饱和的情况下就显得十分重要了。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于无源无线声表面波温度传感器的传感器饱和程度检测调节方法，解决检测过程中传感器反馈信号能量低或传感器出现饱和导致温度检测误差较大、抗干扰能力差的问题。

为实现以上目的，本发明提供了一种基于无源无线声表面波温度传感器的传感器饱和程度检测调节方法，其方法包括以下步骤：

步骤A)、在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，采集各频率下反馈射频信号的功率强度P_n以获得传感器的幅度频率曲线；

步骤B)、分析幅度频率曲线，找出幅值最大的频率点(f_n，P_n)，同时判断该频率点处是否出现“削峰”现象以及“削峰”的频率带宽f_bandwidth，分析传感器的饱和程度S；

a)所述“削峰”现象的判断方法为：若|P_n-P_n-1|＜c₀或|P_n-P_n+2|＜c₀时，即认为出现了“削峰现象”，所述c₀为预设的固定值,m₁和m₂初值置为0；

b)所述的“削峰”的频率带宽的判定方法为：

i.若|P_n-P_n-1|＜c₀，则m₁加1，然后依次判断|P_n-1-P_n-2|＜c₀、|P_n-2-P_n-3|＜c₀…，直至找到第一个不符合 $|P_{{n-m}_1}-P_{{n-m}_1-1}|<c_0$ 的点，每次判断 $|P_{{n-m}_1}-P_{{n-m}_1-1}|<c_0$ 后m₁加1；

ii.若|P_n-P_n+1|＜c₀，则m₂加1，然后依次判断|P_n+1-P_n+2|＜c₀、|P_n+2-P_n+3|＜c₀…，直至找到第一个不符合 $|P_{{n+m}_2}-P_{{n+m}_2+1}|<c_0$ 的点，每次判断 $|P_{{n+m}_2}-P_{{n+m}_2+1}|<c_0$ 后m₂加1；

iii.“削峰”的频率带宽 $f_{\mathrm{bandwidth}}=|f_{n+m_2}-f_{n-m_1}|$ ；

c)所述的传感器的饱和程度S＝k×f_bandwidth，所述的系数k为预设的传感器发射增益；

步骤C)、若传感器未饱和或饱和程度低于预设的饱和程度S_min时，则计算发射所需增加的增益，并加大检测过程的传感器发射增益k；若传感器已饱和并超过预设的饱和程度S_max时，则计算发射所需降低的增益，并降低检测过程的传感器发射增益k；如此循环调节，使传感器工作在预设的饱和程度[S_min，S_max]范围内。

对比现有技术，本发明的有益特点为：

可以解决检测过程中传感器反馈信号能量低或传感器出现饱和导致温度检测误差较大、抗干扰能力差的问题，通过对传感器饱和程度的检测调节功能，使传感器工作在适度的饱和情况下，使传感器反馈信号的能量最大化，但又不会引入大的温度误差，提高温度检测距离及抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明中传感器饱和程度检测调节的流程图；

图2为本发明中提供的步骤B的流程图；

图3为本发明中提供的步骤C的流程图；

图4为传感器未饱和、适度饱和及深度饱和时反馈信号的幅度频率曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步地详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的实施例中，在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，采集各频率下反馈射频信号的功率强度以获得传感器的幅度频率图，通过幅度频率图可分析出传感器的饱和程度，并根据传感器的饱和程度自动调节检测装置的发射增益，使传感器工作在一种适度饱和的情况下，提高传感器信号检测的距离与抗干扰性能。

图1示出了本发明实施例提供的基于无源无线声表面波温度传感器的传感器饱和程度检测调节的流程，详述如下：

在步骤S100中，无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，采集各频率下反馈射频信号的功率强度P_n以获得传感器的幅度频率曲线。

在步骤S101中，分析幅度频率曲线，找出幅值最大的频率点(f_n，P_n)，同时判断该频率点处是否出现“削峰”现象以及“削峰”的频率带宽f_bandwidth，分析传感器的饱和程度S。

在步骤S102中，根据传感器的饱和程度，自动调节下一次检测过程中检测装置的发射增益，使传感器工作在一种适度饱和的情况下，提高传感器信号检测的距离及抗干扰度。

图2示出了步骤S101的实施流程，详述如下：

在步骤S1010中，根据步骤S100中已经获得了传感器的幅度频率曲线，找出幅值最大的频率点(f_n，P_n)。

在步骤S1011中，根据饱和判断条件找到饱和的最小频率点

在步骤S1012中，根据饱和判断条件找到饱和的最大频率点

在步骤S1013中，计算传感器饱和的“削峰”频率带宽。

在步骤S1014中，根据所选的传感器类型，得到系数k的值，并计算饱和程度S。

图3示出了步骤S102的实施流程，若传感器未饱和或饱和程度低于预设的饱和程度S_min时，则计算发射所需增加的增益，并加大下一次检测过程的发射增益；若传感器已饱和并超过预设的饱和程度S_max时，则计算发射所需降低的增益，并降低下一次检测过程的发射增益；如此循环调节，使传感器工作在预设的饱和程度[S_min，S_max]范围内。

图4示出了传感器未饱和、适度饱和和深度饱和时的幅度频率曲线。

为了更清楚地说明本发明，下面以一个实际的无源无线温度传感器为例进行说明。

传感器的工作频率范围为429070000Hz-430370000Hz，系数k＝0.2dB/kHz，预设c₀＝20，预设的适度饱和程度为[3dB,6dB]，检测装置以5kHz频率为间隔对传感器的幅度频率曲线进行扫描。

第一次检测过程中，检测装置以默认的0dBm的发射功率给传感器发射射频信号，检测得到的传感器的幅度频率曲线如图4中所示的“未饱和”形状，计算得到的S＝0，传感器未饱和，下一次检测所需增加的发射增益为4.5dB。则第二次检测过程以4.5dBm的发射功率进行检测，检测得到传感器依旧未饱和，下一次检测所需增加的发射增益为4.5dB。则第三次检测过程以9dBm的发射功率进行检测，发现传感器出现饱和情况，饱和的最小频率和最大频率分别为429770000Hz、429780000Hz，计算得S＝2dB，下一次检测仍需增加发射增益2.5dB。第四次检测过程以11.5dBm的发射功率进行检测，得到的饱和的最小频率和最大频率分别为429765000Hz、429790000Hz，计算得S＝5dB，满足预设的[3dB,6dB]范围要求，下一次的检测过程中发射增益就不用再改变了。如此方法的传感器饱和程度检测调节方法，成功将传感器的饱和程度控制在一个合适的范围内，使传感器反馈的射频信号的能量最大化，提高检测装置与传感器之间的距离，提高检测装置对传感器反馈信号检测的抗干扰度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.无源无线声表面波温度传感器饱和程度检测调节方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1)、在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，采集各频率下反馈射频信号的功率强度P_n以获得传感器的幅度频率曲线；

步骤2)、分析幅度频率曲线，找出幅值最大的频率点(f_n，P_n)，同时判断该频率点处是否出现“削峰”现象以及“削峰”的频率带宽f_bandwidth，分析传感器的饱和程度S；

a)所述“削峰”现象的判断方法为：若|P_n-P_n-1|＜c₀或|P_n-P_n+1|＜c₀时，即认为出现了“削峰现象”，所述c₀为预设的固定值；

b)所述的“削峰”的频率带宽的判定方法为：

i.进行判断，其中m₁是初值为0的变量；若|P_n-P_n-1|＜c₀，则依次判断|P_n-1-P_n-2|＜c₀、|P_n-2-P_n-3|＜c₀，直至找到第一个不符合的点每次判断 $|P_{n-m_1}-P_{n-m_1-1}|<c_0$ 后m₁加1；

ii.进行判断，其中m₂是初值为0的变量；若|P_n-P_n+1|＜c₀，则依次判断|P_n+1-P_n+2|＜c₀、|P_n+2-P_n+3|＜c₀，直至找到第一个不符合的点每次判断 $|P_{n+m_2}-P_{n+m_2+1}|<c_0$ 后m₂加1；

iii.“削峰”的频率带宽 $f_{\mathrm{bandwidth}}=|f_{n+m_2}-f_{n-m_1}|;$

c)所述的传感器的饱和程度S＝k×f_bandwidth，系数k为预设的传感器发射增益，由传感器决定，不同的传感器有不同的系数k；

步骤3)、根据传感器的饱和程度，调节检测装置的发射增益，使传感器工作在适度饱和的情况下，提高传感器信号检测的距离及抗干扰度；具体为：若传感器未饱和或饱和程度低于预设的饱和程度S_min时，则计算发射所需增加的增益，并加大传感器发射增益k；若传感器已饱和并超过预设的饱和程度S_max时，则计算发射所需降低的增益，并降低传感器发射增益k；如此循环调节，使传感器工作在预设的饱和程度[S_min，S_max]范围内。