CN103267589A - 无线无源式温度实时监测系统 - Google Patents

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Abstract

无线无源式温度实时监测系统，涉及温度实时监测领域。解决了现有测温方式受限于开关柜的空间，并且需要电源驱动而造成的维护成本高和安装测温装置困难的问题。声表面波传感器直接安装在开关柜中的被测物体表面，声表面波传感器的温度信号输出端与温度采集器的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互，温度采集器的上行通信接口与温度主控终端的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互，温度主控终端的上行通信接口通过串行RS485接口与后台监测系统的温度监测接口连接。本发明适用于高压开关柜内设备的温度实时监测。

Description

无线无源式温度实时监测系统
技术领域
本发明涉及温度实时监测领域，具体涉及高压设备温度实时监测领域。
背景技术
目前，公知的变电站和发电厂的高压开关柜、母线接头和室外刀闸开关等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，这些发热部位的温度如果无法实时监测，将可能最终导致火灾和大面积的停电事故的发生。
解决设备运行过程中的过热问题是杜绝此类事故发生的关键，因此，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。而现有的各种测温手段都有各自的问题和缺点不能很好满足现场的需要，
1.常规测温方式
常规的热电偶、热电阻、半导体声表面波传感器等测温方式，需要金属导线传输信号，绝缘性能不能保证。
2.光纤测温
光纤声表面波传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤声表面波传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。然而，光纤具有易折，易断、不耐高温等特性。积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低，且受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。另外，光纤测温的成本也相对较高。
3.红外测温
红外测温为非接触式测温，易受环境及周围的电磁场干扰，另外开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头（因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面），要求被测量点能够在视野内并无遮掩，并且表面干净以确保准确性。
4.有源无线测温
有源的无线声表面波传感器尺寸通常相对较大并且需经常更换电池，系统维护成本较高。同时，电池不适于在高温状态下工作，特别是高于150℃的工作环境。
发明内容
本发明为了解决现有测温方式受限于开关柜的空间，并且需要电源驱动而造成的维护成本高和安装测温装置困难的问题，提供了无线无源式温度实时监测系统。
无线无源式温度实时监测系统，它包括声表面波传感器、温度采集器、温度主控终端和后台监测系统，所述声表面波传感器包括叉指换能器和压电介质，叉指换能器与压电介质的上表面黏贴在一起；声表面波传感器与被测物体表面固定连接，声表面波传感器的温度信号输出端与温度采集器的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互，温度采集器的上行通信接口与温度主控终端的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互，温度主控终端的上行通信接口通过串行RS485接口与后台监测系统的温度监测接口连接。
所述后台监测系统包括显示模块、报警模块、系统参数设置模块、信息存储模块和报表生成模块，信息存储模块的信息存储信号输入端与温度主控终端的数据存储信号输出端连接，信息存储模块的信息存储信号输出端分别与系统参数设置模块的信息对比信号输入端和报表生成模块的报表生成信号输入端连接，报表生成模块的报表生成信号输出端与显示模块的显示信号输入端连接。
有益效果：本发明所应用的声表面波传感器采用被动感应方式，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护成本，同时，声表面波传感器体积小，与温度采集器之间采用无线传输数据方式进行数据交互，安装方便灵活，不受开关柜结构和空间的影响。
附图说明
图1为无线无源温度实时监测系统的原理示意图；
图2为声表面波传感器的原理示意图；
图3为具体实施方式六所述的音叉型声表面波传感器的结构示意图；
图4为具体实施方式七所述的捆绑型声表面波传感器的结构示意图；
图5为具体实施方式八所述的环形声表面波传感器的结构示意图；
图6为后台监测系统的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、按照图1和图2说明本具体实施方式，无线无源式温度实时监测系统，它包括声表面波传感器1、温度采集器2、温度主控终端3和后台监测系统4，声表面波传感器1与被测物体表面固定连接，声表面波传感器1的温度信号输出端与温度采集器2的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互，温度采集器2的上行通信接口与温度主控终端3的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互，温度主控终端3的上行通信接口通过串行RS485接口与后台监测系统4的温度监测接口连接。
工作原理：声表面波传感器1包括叉指换能器和压电介质，叉指换能器与压电介质的上表面黏贴在一起，温度采集器2向声表面波传感器1发射射频脉冲信号，该射频脉冲信号的频率与声表面波传感器1预设的频率相同，该脉冲信号被声表面波传感器1的压电介质接收后，通过叉指换能器在压电介质表面激活频率随声表面波传感器1本身温度的变化而变化的表面波，叉指换能器再将该表面波的频率震荡转化成射频脉冲信号，通过声表面波传感器1的压电介质将转化的射频脉冲信号反射给温度采集器2，温度采集器2将反射的射频脉冲信号解析成温度信息后发送给温度主控终端3，温度主控终端3对接收的温度信息进行存储，并将该温度信息通过RS485发送给后台监测系统4进行温度监测。
本实施方式所述的声表面波传感器1采用被动感应方式，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护成本，同时不会对生态环境造成影响；并且所述声表面波传感器1与被测物体之间的电信号的传递采用无线信号传递方式，声表面波传感器1与温度采集器2之间也采用无线信号传递方式实现信号传递，即：声表面波传感器1与被测物体和温度采集器2之间没有导线实现电信号的传递，从而实现了高压隔离并保障了设备的安全运行。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述实时监测系统还包括多个声表面波传感器1，所述多个声表面波传感器1均与被测物体表面固定连接，所述多个声表面波传感器1的温度信号输出端分别与温度采集器2的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互。
本实施方式所述温度采集器2可发射3个射频脉冲信号，可同时读入18个声表面波传感器1反馈的射频脉冲信号。
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述实时监测系统还包括多个温度采集器2，每个温度采集器2的上行通信接口均与温度主控终端3的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互。
本实施方式所述的温度主控终端3的下行通信接口包括无线通信接口和2路CAN接口，无线通信接口可管理300个温度采集器2，2路CAN接口可管理30个温度采集器2。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述声表面波传感器1为音叉型声表面波传感器、捆绑型声表面波传感器或环形声表面波传感器。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述声表面波传感器1的测温范围为-25°C-125°C，工作温度为-50°C-150°C，测量精度为±1°C，信号调制方式为00K，通讯距离小于220cm。
本实施方式所述的声表面波传感器1的芯片尺寸为1.91cm×1.50cm×0.48cm，体积小，使用年限为20年。
具体实施方式六、按照图3说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述声表面波传感器1为音叉型声表面波传感器，所述音叉型声表面波传感器包括柱体部分和音叉部分，柱体部分是底面为正方形的柱体，音叉部分的长度与柱体部分的底面长度相同，音叉部分宽度与柱体部分的底面宽度相同，音叉部分的一端与柱体部分的底面固定连接，并且音叉部分与柱体部分的侧面垂直。
本实施方式所述的音叉型声表面波传感器的具体尺寸为：柱体部分的高度为32cm，底面长度为25cm，底面宽度为25cm；音叉部分的长度为25cm，宽度为25cm。
具体实施方式七、按照图4说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述声表面波传感器1为捆绑型声表面波传感器，所述捆绑型声表面波传感器包括柱体部分和底座，柱体部分的底面为正方形，并且与底座固定连接，底面的尺寸与底座的尺寸是相互匹配的。
本实施方式所述的捆绑型声表面波传感器的具体尺寸为：高度为18cm，底面长度为25cm、底面宽度为25cm。
具体实施方式八、按照图5说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述声表面波传感器1为环形声表面波传感器，所述环形声表面波传感器包括感应部件、连接部件和固定部件，感应部件与固定部件通过连接部件连接在一起；感应部件是用于感应温度变化的感温压电基片器件，连接部件是用于连接感应部件与固定部件的长方形薄片，固定部件是用于与被测物体固定的两个半圆形薄片。
本具体实施方式所述的环形声表面波传感器连接部件的尺寸为：长度为22cm，宽度为20cm；固定部件的尺寸根据环形声表面波传感器所要固定的被测物体的尺寸配合设计。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述温度主控终端3的输入电压为220VAC，输入电流为400mA，工作温度为-20℃-50℃，工作湿度为15%-90%，功耗小于70W。
具体实施方式十、按照图6说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的无线无源式温度实时监测系统的区别在于，所述后台监测系统4包括显示模块9、报警模块7、系统参数设置模块6、信息存储模块5和报表生成模块8，信息存储模块5的信息存储信号输入端与温度主控终端3的数据存储信号输出端连接，信息存储模块5的信息存储信号输出端分别与系统参数设置模块6的信息对比信号输入端和报表生成模块8的报表生成信号输入端连接，报表生成模块8的报表生成信号输出端与显示模块9的显示信号输入端连接。
本实施方式所述的系统参数设置模块6中的系统参数包括声表面波传感器1温度校准、温度采集频率、声表面波传感器1发射功率、信号接收门限、开关柜温度的最大绝对值和温度的最大变化率等。
本实施方式所述的信息存储模块5将温度主控终端3发送的温度信息进行存储后发送至系统参数设置模块6和报表生成模块8，并将该温度信息中的开关柜温度的绝对值和温度的变化率与系统参数设置模块6中预设的开关柜温度的最大绝对值和温度的最大变化率进行比较，当开关柜温度的绝对值和温度的变化率超过预设的最大值时，报警模块7发出报警信息；报表生成模块8自动对信息存储模块5存储的温度信息数据生成报表，并将该报表通过显示模块9进行显示。
本实施方式所述的报警模块7可采用声音报警、光电报警和短信报警中任意一种报警方式。

Claims (10)

1.无线无源式温度实时监测系统，它包括声表面波传感器（1）、温度采集器（2）、温度主控终端（3）和后台监测系统（4），声表面波传感器（1）与被测物体表面固定连接，声表面波传感器（1）的温度信号输出端与温度采集器（2）的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互，温度采集器（2）的上行通信接口与温度主控终端（3）的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互，温度主控终端（3）的上行通信接口通过串行RS485接口与后台监测系统（4）的温度监测接口连接。
2.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述实时监测系统还包括多个声表面波传感器（1），所述多个声表面波传感器（1）均与被测物体表面固定连接，所述多个声表面波传感器（1）的温度信号输出端分别与温度采集器（2）的下行通信接口通过无线通信方式实现数据交互。
3.根据权利要求1或2所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述实时监测系统还包括多个温度采集器（2），每个温度采集器（2）的上行通信接口均与温度主控终端（3）的下行通信接口通过CAN总线或无线通信方式实现数据交互。
4.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述声表面波传感器（1）为音叉型声表面波传感器、捆绑型声表面波传感器或环形声表面波传感器。
5.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述声表面波传感器（1）的测温范围为-25°C-125°C，工作温度为-50°C-150°C，测量精度为±1°C，信号调制方式为00K，通讯距离小于220cm。
6.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述声表面波传感器（1）为音叉型声表面波传感器，所述音叉型声表面波传感器包括柱体部分和音叉部分，柱体部分是底面为正方形的柱体，音叉部分的长度与柱体部分的底面长度相同，音叉部分宽度与柱体部分的底面宽度相同，音叉部分的一端与柱体部分的底面固定连接，并且音叉部分与柱体部分的侧面垂直。
7.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述声表面波传感器（1）为捆绑型声表面波传感器，所述捆绑型声表面波传感器包括柱体部分和底座，柱体部分的底面为正方形，并且与底座固定连接，底面的尺寸与底座的尺寸是相互匹配的。
8.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述声表面波传感器（1）为环形声表面波传感器，所述环形声表面波传感器包括感应部件、连接部件和固定部件，感应部件与固定部件通过连接部件连接在一起；感应部件是用于感应温度变化的感温压电基片器件，连接部件是用于连接感应部件与固定部件的长方形薄片，固定部件是用于与被测物体固定的两个半圆形薄片。
9.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述温度主控终端（3）的输入电压为220VAC，输入电流为400mA，工作温度为-20℃-50℃，工作湿度为15%-90%，功耗小于70W。
10.根据权利要求1所述的无线无源式温度实时监测系统，其特征在于，所述后台监测系统（4）包括显示模块（9）、报警模块（7）、系统参数设置模块（6）、信息存储模块（5）和报表生成模块（8），信息存储模块（5）的信息存储信号输入端与温度主控终端（3）的数据存储信号输出端连接，信息存储模块（5）的信息存储信号输出端分别与系统参数设置模块（6）的信息对比信号输入端和报表生成模块（8）的报表生成信号输入端连接，报表生成模块（8）的报表生成信号输出端与显示模块（9）的显示信号输入端连接。
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