CN105136328B - 一种柔性测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性测温装置，用于检测开关柜触头温度，包括无无源柔性标签和本体，所述无源柔性标签包括柔性外壳、柔性印刷电路板和温度传感器，柔性印刷电路板包括能量收集电路、微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器。所述本体是柔性条形带，柔性无源标签固定在本体上。安装测温装置时，本体沿动触头的梅花爪与触头的连接处表面绕一圈并固定。柔性测温装置具有无源取电和无线传送特性，可进行带电调试，安装后维护成本低，可靠性高。

Description

一种柔性测温装置

【技术领域】

本发明涉及开关柜测温装置领域，尤其涉及一种采用无源取电的柔性测温装置。

【背景技术】

高压开关柜是发电厂、变电站的重要电气设备。目前，高压开关柜一般都采用插头式连接，在长期运行过程中，很容易因为接点或母线排连接处等部位长期过载、接头松动及触头老化导致接触电阻变大而发热，致使接点或母线排连接处温度升高，进而导致其接触电阻进一步变大，形成恶性循环，最终引发开关柜故障。近年来，电厂、变电站已发生多起因开关柜过热造成的火灾和大面积的停电等严重事故，实时监测开关柜温度、确认开关柜温度在允许的范围内，是杜绝此类事故发生的关键。

但是高压开关柜内的接点运行温度很难检测，这主要是因为柜内有高压、空间狭小又多为封闭，通常的温度测量方法不能使用。目前，对高压开关柜的接点进行温度测量的装置有两种，一种采用模拟温度传感器，温度精度不准，抗干扰能力差；另一种虽然是数字温度传感器，但采用有线传输数据，在高压柜内使用时受到限制。现有的测温装置体积过大，无法安装在动触头上，一般固定在对测温装置的体积限制较小的静触头盒上。但是，在安装操作时需要对开关柜所连接母线排相关的全部输电线路停电，对正常生产造成大面积影响，尤其是对于个别繁忙线路，由于无法停电甚至导致测温探头安装无法顺利实施。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种柔性测温装置，解决现有高压开关柜测温装置体积大、安装步骤繁琐的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种柔性测温装置，包括柔性无源标签、本体和感应取电线圈，柔性无源标签固定在本体上；所述本体是柔性条形带，本体安装在动触头的梅花爪与触头的连接处，使本体沿梅花爪和触头的连接处的表面绕一圈并将连接处固定；所述柔性无源标签包括温度传感器；所述感应取电线圈封装在本体内，封装在本体内的感应取电线圈随本体成为环形线圈，与无源柔性标签内的无源电磁感应取电电路连接形成一个闭合回路，无源电磁感应取电电路接收电磁波，并将电磁波转换为电能。

可选的，所述柔性无源标签还包括柔性外壳和柔性印刷电路板，柔性外壳为硅胶外壳，柔性印刷电路板封装在柔性外壳内。

可选的，所述柔性印刷电路板包括能量收集电路、微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器；能量收集电路分别与微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器相连，作为微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器的供电电源；传感器电路分别连接温度传感器和微处理器，将温度传感器的检测信号进行处理，传输至微处理器；ID存储器与微处理器相连，存储有柔性无源标签的ID编码；射频发射电路与微控制器相连，接收或发射射频信号，当微处理器获得ID编码和温度检测信号后，通过射频发射电路发射射频信号。

可选的，所述能量收集电路包括无源电磁感应取电电路，无源电磁感应取电电路连接感应取电线圈，接收电磁波，将电磁波转换为电能。

可选的，所述温度传感器设置在柔性外壳内侧，或者设置在柔性外壳外侧，或者在柔性外壳内侧和在柔性外壳外侧各设置一个温度传感器。

可选的，所述感应取电线圈是锡箔状柔性金属合金条。

可选的，本体设有固定位置的锁紧机构。

可选的，所述锁紧机构包括一个定位孔和若干个凸片。

可选的，所述定位孔设置在本体一端，凸片设置于本体另一端，柔性无源标签位于定位孔和凸片之间，所述若干个凸片等间距分布，间距为2cm～3cm，所述柔性无源标签与定位孔和最近的片部之间的距离小于或等于1.5cm。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

1.由于本发明包括柔性无源标签、本体和感应取电线圈，柔性无源标签固定在本体上，所述本体是柔性条形带，使得本发明适于安装在动触头的梅花爪和触头的连接处，安装时可将本体沿动触头的梅花爪和触头的连接处表面绕一圈并将该位置固定，不需要整体线路停电，从而解决了现有测温装置无法安装在动触头上，且安装操作繁琐的问题。

2.由于本发明的能量收集电路包括无源电磁感应取电电路，无源电磁感应取电电路连接感应取电线圈，将电磁波转换为电能，使得本发明实现了无源取电，安装后维护成本低，从而解决了现有测温装置维护成本高的问题。

【附图说明】

图1是本发明实施例的柔性无源标签的结构示意图。

图2是本发明实施例的柔性印刷电路板的结构框图。

图3是本发明实施例的电源检测电路的电路原理图。

图4是本发明实施例的电源保护电路的电路原理图。

图5是本发明实施例的无源柔性测温装置的结构示意图。

图6是本发明实施例的无源柔性测温装置的安装示意图。

图7是本发明实施例的无线供电的自组网测温系统的结构示意图。

图8是本发明实施例的无线供电的自组网测温系统的另一结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图，通过具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明公开了一种无源柔性测温装置，包括柔性无源标签100和本体200。柔性无源标签100包括柔性外壳7、柔性印刷电路板和感应取电线圈24。柔性外壳7为硅胶外壳，柔性印刷电路板封装在柔性外壳7内，使得柔性印刷电路板不受外界干扰。

请参考图1，在本实施例中，柔性印刷电路板包括能量收集电路1、微处理器2、射频发射电路3、传感器电路4、温度传感器5和ID存储器6。能量收集电路1分别与微处理器2、射频发射电路3、传感器电路4和ID存储器6相连，并作为微处理器2、射频发射电路3、传感器电路4和ID存储器6的供电电源；传感器电路4分别连接温度传感器5和微处理器2，将温度传感器5的检测信号进行处理，传输至微处理器2；ID存储器6与微处理器2相连，将存储的柔性无源标签100的ID编码传输至微处理器2；射频发射电路3与微处理器2相连，接收或发射射频信号，当微处理器获得ID编码和温度检测信号后，通过射频发射电路发射射频信号。

请参考图2，在本实施例中，能量收集电路1包括无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9、柔性电池10、电源切换电路11、电源保护电路12和电源状态检测电路13。无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9、柔性电池10为三个相互独立的电源，即通过设置多个供电电源，增加了供电电源冗余备份。无源电磁感应取电电路8通过感应取电线圈24接收电磁波，并将电磁波转换为电能；震动感应取电电路9将电路所处环境中震动能量转换为电能；柔性电池包括软性电路板和固态电解质，供电电压稳定，体积小，可拉伸裁剪。

无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9和柔性电池10的输出端分别连接电源切换电路11的输入端，电源切换电路11的输出端连接电源保护电路12的输入端，电源保护电路12的输出端连接微处理器2、射频发射电路3、传感器电路4和ID存储器6的电源端；无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9和柔性电池10的输出端同时连接电源状态检测电路13的输入端，电源状态检测电路13对无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9和柔性电池10进行检测并将检测信号输出至微处理器2；微处理器2连接电源切换电路11，通过电源切换电路11选择满足供电要求的其中一个的作为实际的供电电源，提高装置的供电稳定性，方便车间生产调试。

通常，无源电磁感应取电电路8为主电源，震动感应取电电路9为次电源，柔性电池10为备用电源，当无源电磁感应取电电路8、震动感应取电电路9和柔性电池10的输出均满足供电要求时，优先将无源电磁感应取电电路8的输出作为供电电源，其次优先用震动感应取电电路9的输出作为供电电源，只有当无源电磁感应取电电路8和震动感应取电电路9的输出都不满足要求时，才将柔性电池10作为供电电源。

请参考图3，在本实施例中，电源状态检测电路13包括电阻R10、二极管D9和二极管D10和场效应管Q6。电阻R10一端连接微处理器2、传感器电路3和射频发射电路1的电源端Vcc，另一端分别连接二极管D9阳极和二极管D10阳极；二极管D9阴极VE连接微处理器的IO管脚；二极管D10阴极连接场效应管Q6的源极，场效应管Q6的漏极接地、栅极连接无源电磁感应取电电路10、震动感应取电电路11和柔性电池12的输出端。无源电磁感应取电电路10、震动感应取电电路11和柔性电池12的正常输出为6.2V。微处理器利用采集到的二极管D9阴极VE处的值判断当前电源的供给状况，若二极管D9阴极VE的电压由高变低，则供电电源由无源电磁感应取电电路8供电模式向震动感应取电电路9或柔性电池10转换。

请参考图4，在本实施例中，电源保护电路12包括两个储能电容C6、C8，两个储能电容C6、C8与电源端Vcc并联，电源端Vcc掉电后储能电容C6、C8为微处理器2提供存储数据的存储电源，提高系统稳定性。由于微处理器2写入双备份8个字节的时间大约为50ms，写入时的电流约为2mA，微处理器2的电压为5V时，微处理器2的运行电流约为8mA。假设储能电容从5V放电到3.8V，通过计算可以得知0.05s×0.01A/(5V-3.8V)＝417μF，故在系统的电源端Vcc上并联1个电容值为470μF的储能电容即可完全满足主电源掉电后的存储电源供给。给电源端Vcc并联两个电容值为470μF的电容，加大储能电容的总容值，提高存储容量，保证完全满足主电源掉电后的存储电源供给。

电源保护电路12包括有带看门狗功能的低压检测芯片U2，低压检测芯片U2的输入端连接电源切换电路的输出端V，低压检测芯片U2的输出端连接场效应管Q4的栅极，同时经电阻R9连接微处理器2的RST复位引脚；场效应管Q4的源极经电阻R8接地、漏极连接场效应管Q2的栅极；场效应管Q2的漏极连接电源端Vcc、源极连接电源切换电路的输出端V。当电源切换电路的输出端V处电压大于低压检测芯片U2的阈值时，低压检测芯片U2输出为高，场效应管Q2开关断开，电源端Vcc正常供电；当电源切换电路的输出端V处电压小于低压检测芯片U2的阈值时，场效应管Q2开关闭合，供电电源被拉低并停止供电，微处理器2的RST复位引脚接收到复位信号，微处理器2进行复位，复位后供电电源停止供电，储能电容C6、C8继续为微处理器2供电，维持微处理器2工作一段时间。通常低压检测芯片U2的阈值为2.4V较为合适，既保证稳定性，又不干扰测温装置的正常运行。

所述射频发射电路3包括射频天线，射频天线为设置在柔性印刷电路板上的蛇形走线式天线，减小天线占用的面积，从而减小柔性无源标签100的厚度。在本实施例中，射频发射电路3发射的射频信号为穿透力强的433MHz射频信号，适应开关柜复杂通信环境。在其他实施例中，所述射频信号为也可以为其它频段的无线电磁波信号。

在本实施例中，所述柔性外壳内侧有温度传感器5。在其它实施例中，温度传感器可以外置在柔性外壳外侧，或在柔性外壳内侧和柔性外壳外侧各设置一个温度传感器。若柔性外壳内侧和柔性外壳外侧各设有一个温度传感器，传感器电路4前端还设有传感器信号切换电路，柔性外壳内侧的温度传感器5与柔性外壳外侧的温度传感器分别连接传感器信号切换电路的输入端，传感器信号切换电路的输出端连接传感器电路4的输入端，确保两个温度传感器的信号经传感器信号切换后，都能传输至微处理器2。这种情况下，若其中一个温度传感器损坏，另一个继续进行温度监测，提高了可靠性；并且同时检测柔性无源标签100内、外的温度，提高了温度监测准确性。

请参考图5，在本实施例中，本体200是柔性条形带，柔性无源标签100封装在本体200内，安装简便，且使得柔性无源标签100不受外界干扰，可靠性高。本体200包括一个定位孔21和若干个凸片22的锁紧机构固定位置。定位孔21设置在本体200一端，凸片22设置于本体200另一端，柔性无源标签100位于定位孔21和凸片22之间。若干个凸片22等间距分布至本体200末端，间距为2cm～3cm，柔性无源标签100与定位孔21之间的距离、柔性无源标签100与最近的凸片22之间的距离均小于或等于1.5cm。

在本实施例中，无源柔性标签100的感应取电线圈24是两根厚度为2mm的锡箔状柔性金属合金条，合金条封装在本体200内，分别位于柔性无源标签100的两侧，两根合金条的靠近柔性无源标签100的一端连接柔性无源标签100的无源电磁感应取电电路8，另一端通过类似纽扣的金属配合固定结构25、26固定。

请参考图6，在本实施例中，动触头包括动梅花爪31、触头32和动触头臂30，触头32呈圆柱状，梅花爪31和触头32的连接处33也呈圆柱状，连接处33的横截面直径小于触头32的横截面直径。由于柔性无源标签100体积小、厚度薄，因此该无源柔性测温装置适于安装在此处。具体安装方法为使本体200沿梅花爪31和触头32的连接处33的表面绕一圈并将该位置固定。安装时，本体200末端穿过定位孔21，当柔性无源标签100贴紧动触头时，凸片22插入定位孔21，使其位置固定。由于凸片22的间距小，固定过程中可较精确调整本体200的松紧，确保柔性无源标签100紧贴动触头。本体200上还设有扣环23，本体200环绕梅花爪31和触头32的连接处33的表面后的余下部分穿过扣环23并收紧，减小在动触头上占用的空间，防止本体200的余下部分干扰动触头的工作。

安装时，将类似纽扣的金属配合固定结构25、26连接，封装在本体200内的感应取电线圈24随本体200成为环形线圈，与无源柔性标签100内的无源电磁感应取电电路8连接形成一个闭合回路，将电磁波转换为电信号。

无源柔性测温装置具有无源取电和无线传送特性。无源特性使测温装置在安装时可进行带电调试，安装后维护成本低；无线特性保障了足够的电气间隔距离，可靠性高。

在本实施例中，柔性无源标签100封装在本体200内。在其它实施例中，本体200也可以穿过柔性无源标签100的外壳，此时本体200与柔性无源标签100分体设计，便于维修柔性无源标签100。在这种情况下，柔性无源标签100采用螺钉固定或粘合等多种方式固定在本体200上。

请参考图7，本发明实施例还公开了一种无线供电组网测温系统。本实施例中的无线供电自组网测温系统包括一个无线供电器400和一个安装在温度监测点的无源柔性测温装置。无线供电器400包括无线供电器天线、测温传感器、组网模块、信息采集模块和通信接口。无线供电器和测温装置之间通过无线供电器天线、射频天线进行射频信号的传输。

无线供电器400通过无线供电器天线发射电磁波，测温装置中柔性无源标签100通过感应取电线圈24将电磁波转换为电能，并通过能量收集电路1为微处理器2、射频发射电路3和传感器电路4的供电，电磁波的有效供电距离20m左右。此时柔性无源标签100进入正常工作状态，微处理器2输入端采集高精度温度传感器5的数据，并把采集到的数据通过射频发射电路3的射频天线发送给无线供电器1，无线供电器1通过无线供电器天线获取到当前的温度值，从而实现温度监测。

通常，射频发射电路3发射的电磁波的频率为433MHz，无线供电器400发射的电磁波的频率为850MHz至900MHz，特别是900MHz时，电磁波信号穿透能力强，适应在开关柜复杂的环境中通信。

无线供电器400还可以将接收到的温度检测信号处理后通过通信接口传送给监控平台，便于工作人员在监控平台进行监控。

请参考图8，本发明实施例还公开了另一种无线供电组网测温系统。本实施例中的无线供电自组网测温系统包括一个无线供电器400和若干个柔性无源测温装置，测温装置固定在不同的温度监测点。每个测温装置的柔性无源标签100均内置存储ID编码的ID存储器10，ID编码用于区分各个柔性无源标签100，使得该无线供电器400能区分读取到的温度检测信号源自哪一个温度监测点，从而通过一个无线供电器400和多个测温装置配合，实现多个监测点的温度检测。

本发明实施例还公开了第三种无线供电组网测温系统。本实施例中的无线供电自组网测温系统包括若干个无线供电器400和若干个柔性无源测温装置，测温装置固定在不同的温度监测点，每一个无线供电器400对应若干个测温装置。

本实施例中，无线供电器400通过信息采集模块实现中继转发数据的功能，可以把数据收集到一个终端集中的无线供电器400上，然后通过通信接口将数据上传到计算机。测温装置的柔性无源标签100包括实现无线自组网功能的组网模块，任意两柔性无源标签100之间可以通信。组网之后，每个柔性无源标签100的ID码可以自由分配，无需人工去设定，通过分配后就组成了通信网络。柔性无源标签100还能选择出最优路径，组成真正意义上的智能传感网。

应用时，因为无线供电器400包括组网模块，无线供电器400之间也能够组网，从而实现数据路由功能，大大增强了无线传输距离。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性测温装置，其特征在于，包括柔性无源标签、本体和感应取电线圈，柔性无源标签固定在本体上；所述本体是柔性条形带，本体安装在动触头的梅花爪与触头的连接处，使本体沿梅花爪和触头的连接处的表面绕一圈并将连接处固定；所述柔性无源标签包括温度传感器；所述感应取电线圈封装在本体内，封装在本体内的感应取电线圈随本体成为环形线圈，与无源柔性标签内的无源电磁感应取电电路连接形成一个闭合回路，无源电磁感应取电电路接收电磁波，并将电磁波转换为电能。

2.如权利要求1所述的柔性测温装置，其特征在于，所述柔性无源标签还包括柔性外壳和柔性印刷电路板，柔性外壳为硅胶外壳，柔性印刷电路板封装在柔性外壳内。

3.如权利要求2所述的柔性测温装置，其特征在于，所述柔性印刷电路板包括能量收集电路、微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器；能量收集电路分别与微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器相连，作为微处理器、射频发射电路、传感器电路和ID存储器的供电电源；传感器电路分别连接温度传感器和微处理器，将温度传感器的检测信号进行处理，传输至微处理器；ID存储器与微处理器相连，存储有柔性无源标签的ID编码；射频发射电路与微控制器相连，接收或发射射频信号，当微处理器获得ID编码和温度检测信号后，通过射频发射电路发射射频信号。

4.如权利要求3所述的柔性测温装置，其特征在于，所述能量收集电路包括无源电磁感应取电电路，无源电磁感应取电电路连接感应取电线圈，接收电磁波，将电磁波转换为电能。

5.如权利要求1所述的柔性测温装置，其特征在于，所述温度传感器设置在柔性外壳内侧，或者设置在柔性外壳外侧，或者在柔性外壳内侧和在柔性外壳外侧各设置一个温度传感器。

6.如权利要求1所述的柔性测温装置，其特征在于，所述感应取电线圈是锡箔状柔性金属合金条。

7.如权利要求1所述的柔性测温装置，其特征在于，本体设有固定位置的锁紧机构。

8.如权利要求7所述的柔性测温装置，其特征在于，所述锁紧机构包括一个定位孔和若干个凸片。

9.如权利要求8所述的柔性测温装置，其特征在于，所述定位孔设置在本体一端，凸片设置于本体另一端，柔性无源标签位于定位孔和凸片之间，所述若干个凸片等间距分布，间距为2cm～3cm，所述柔性无源标签与定位孔和最近的片部之间的距离小于或等于1.5cm。