CN105190268B - 用于监测导电体温度的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于监测包围在至少(半)导电层(13)中的导电体(31)的温度的系统，该系统包括：无源感应单元(20)和收发器单元(40)以及控制单元(50)。无源感应单元(20)包括至少一个温度感应部件，并且被构造成具有随导电体(31)的温度变化的谐振频率和/或Q值。收发器单元(40)被构造成电磁耦接到无源感应单元(20)，并且发出表示无源感应单元(20)的谐振频率和/或Q值的信号。收发器单元(40)被进一步构造成与控制单元(50)通信，该控制单元(50)探知表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号确定导电体(31)的温度值。

Description

用于监测导电体温度的系统
技术领域
本发明整体涉及用于监测导电体温度的系统，并且具体地，涉及用于监测包围在至少(半)导电层中的导电体，例如高压配电系统中的电力线缆的导电体的温度的系统。
背景技术
高压配电系统在现代社会中扮演了重要的角色。对于此类高压配电系统的“健康”来说，安全和保障始终是重要的因素。因此，应存在能够监测高压配电系统的“健康”的技术。
在高压配电系统中，线缆的导体的温度将随着由线缆携载的电流的增加而增加。因此，在此类系统中，可通过例如在可为弱点的线缆接头或结点处，监视在线导电体的温度来评估此类系统的“健康”。通常，流过线缆接头或结点的正常电流可产生最高90摄氏度的温度。如果线缆接头或结点的温度增加超过那个温度，那么可能指示该配电系统中发生某种错误。另一方面，知道现有配电系统是否处于最大载流容量、知道是否能够使用现有系统可靠地分配额外的电力或者知道是否需要额外的基础结构支出也是有用的。
高压配电系统中的在线电力线缆以及线缆接头和结点通常被多个绝缘和(半)导电层绝缘和保护，并且常常被埋在地下或者被架在高空。因此，例如直接在线缆接头或结点处，监测在线导电体的温度并不容易。
如本说明书中所用：
“(半)导电的”指根据特定构造，该层可为半导电的或导电的。
两个制品之间的“热接触”指制品可彼此以热量方式交换能量。
两个制品之间的“直接接触”指物理接触。
图1示出一种类型的标准高压线缆拼接组件30，其中线缆10的两个节段为拼接的。如图1所示，线缆10包括导电体31、绝缘层33和(半)导电层35。连接器12同心地围绕拼接的导电体31。第一(半)导电(或电极)层13(在这种情况下为金属层)同心地围绕拼接的导电体31和连接器12，从而围绕连接器12和导电体31形成屏蔽法拉第笼。绝缘层11(包含几何形的应力控制元件16)围绕第一(半)导电层13。上述构造被设置在用作屏蔽和接地层的第二(半)导电层14(在这种情况下为金属外壳)的内部。树脂17通过端口18中的一个被倾注到金属外壳14中，以填充围绕绝缘层11的区域。并且，可收缩的套管层15充当最外层。
因此，存在开发解决方案以例如在高压配电系统中，监测包围在至少(半)导电层中的导电体的温度的需求。
发明内容
在本发明的一个方面，公开了一种用于监测包围在至少第一(半)导电层中的导电体的温度的系统。该系统包括无源感应单元，以及收发器单元和控制单元。该系统任选地还包括控制单元。无源感应单元包括至少一个温度感应部件，并且被构造成具有随导电体的温度变化的谐振频率和/或Q值。温度感应部件具有随温度变化的特征参数，并且适于与导电体热接触。收发器单元被构造成电磁耦接到无源感应单元，并且发出表示无源感应单元的谐振频率和/或Q值的信号。收发器单元被进一步构造成与控制单元通信，该控制单元探知表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号确定导电体的温度值。控制单元被构造成与收发器单元通信以探知表示谐振频率和/或Q值的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和/或Q值的信号确定导电体的温度值。
在运行期间，如果存在监测导电体的温度的需求，那么控制单元可向收发器单元发出指令信号。一旦收发器单元接收到指令信号，其就向感应单元发射激励信号。感应单元从而将通过激励信号的激励而振荡。收发器单元将检测来自感应单元的振荡信号并且然后向控制单元发出反馈信号。振荡信号和反馈信号包含表示随导电体的温度变化的感应单元的谐振频率和/或Q值的信息。因此，控制单元能够基于所探知到的反馈信号确定导电体的温度值。
在本公开中，导电体(例如与连接器相邻)的温度是通过检测类似无源感应单元的谐振频率和/或Q值的其他参数而探知到的，这些参数体现导电体的温度信息。相比之下，本领域中的许多现有的解决方案使用安装在线缆的外表面上的温度传感器，并且估计导体处的温度。此外，本发明的无源感应单元不需要电力并且构成具有长使用寿命的无源电元件。从而使得该系统能够在长生命周期中更加可靠。
附图说明
通过下文结合附图对本发明的优选实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将是显而易见的并且更易于理解，其中：
图1是现有技术线缆拼接组件的部分切除示意图；
图2是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的示意性框图；
图3是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的L-C回路的示意性电路图；
图4是示出导电体的温度、温度敏感感应线圈的电感以及如图3所示的L-C回路中的谐振频率之间的关系的图；
图5是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的L-C回路的示意性电路图；
图6是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的L-C回路的示意性电路图；
图7是示出导电体的温度、温度敏感电阻器的电阻以及如图6所示的L-C回路中的谐振频率之间的关系的图；
图8是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的L-C回路的示意性电路图；
图9是示出导电体的温度、温度敏感电阻器的电阻以及如图8所示的L-C回路中的谐振频率之间的关系的图；
图10是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统的示意性电路图；
图11是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图；
图12是线缆拼接组件中的导电体的一部分的剖面图，根据本发明的一个实施例的无源感应单元被应用于该线缆拼接组件；
图13是图11的、但具有不同可收缩的套管层的线缆拼接组件的一部分的部分截面透视图；
图14(a)是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图；
图14(b)是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图；
图15是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图；
图16是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图；以及
图17是根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统在线缆拼接组件中的应用的部分切除示意图。
本发明的范围将决不限于附图的简单示意图、构成部件的数量、材料、形状、相对排列等等，而是仅作为实施例的示例来公开。
具体实施方式
在下文中将会参考附图详细地描述本发明的示例性实施例，其中类似的参考编号是指类似的元件。然而，本公开可以多种不同形式体现，并且不应理解为限于本文示出的实施例；相反，这些实施例的提供旨在让本公开周密完整，并将本公开的原理完整地传达给本领域的技术人员。
本公开提供用于例如在线缆接头或结点处，监测线缆的导电体的温度的系统的实施例。在一些实施例中，此类系统和方法能够远程地监测线缆内导体处的温度。如上所述，线缆接头或结点在高压配电系统中可能具有最弱载流容量，并且在电流过载时可能具有较高故障可能性。根据本发明实施例的用于监测导电体的温度的系统可被用于监测位于线缆接头或结点中的导电体的温度，使得可根据该温度判断导电体以及线缆接头或结点是否工作良好。
图2是根据一个实施例的用于监测导电体31的温度的系统100的示意图。系统100包括无源感应单元20、收发器单元40和控制单元50。无源感应单元20被构造成包括至少一个温度感应部件，例如，如下文所述的温度敏感电容器、温度敏感电感器、温度敏感开关或温度敏感电阻器。温度感应部件具有随温度变化的特征参数，并且被构造成例如通过与导电体31的外表面直接接触来与导电体31热接触。无源感应单元20被进一步构造成具有随导电体31的温度变化的谐振频率和/或Q值。收发器单元40被构造成电磁耦接到无源感应单元20，并且发出表示感应单元20的谐振频率和/或Q值的信号。控制单元50被构造成与收发器单元40通信以探知表示谐振频率和/或Q值的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和/或Q值的信号确定导电体31的温度值。
在运行期间，如果存在监测导电体31的温度的需求，那么控制单元50可向收发器单元40发出指令信号S1。一旦收发器单元40接收到指令信号S1，其就向感应单元20发射激励信号S2。激励信号S2将引起感应单元20振荡。收发器单元40将检测来自感应单元20的振荡信号S3并且然后向控制单元50发出反馈信号S4。振荡信号S3和反馈信号S4包含表示随导电体31的温度变化的感应单元20的谐振频率和/或Q值的信息。因此，控制单元50能够基于所探知到的反馈信号S4确定导电体31的温度值。
另选地，如图2所示，系统100可还包括能量获取单元60。能量获取单元60适于在AC电流流过导电体31时获取来自导电体31的电力，并且将所获取到的电力供应给收发器单元40和/或控制单元50。
根据一个实施例，能量获取单元60可包括图11所示的感应线圈61，诸如铁芯电流变压器、空气芯电流变压器或罗戈夫斯基线圈(Rogowski coil)。感应线圈61可被定位在第一(半)导电层13的外部，或者如果一个已被使用，则定位在第二(半)导电层的外部。优选地，能量获取单元60可主要用于将所获取到的电力提供给收发器单元40，所以能量获取单元60可被定位在收发器单元40所位于的层的外部。因此，能量获取单元60可通过一根或多根电线与收发器单元40电连接。
另选地，能量获取单元60可还包括整流器电路，以便将所获取到的电力调整为适用于收发器单元40和/或控制单元50。
在一个实施例中，感应单元20包括如图3所示的LC回路21。LC回路21包括例如通过电线以串联方式电连接的感应线圈21L和电容器21C。另选地，电容器21C可为温度感应部件，即，温度敏感电容器，并且具有随温度变化的电容。在这个实例中，在实际应用期间，这个温度敏感电容器21C将与导电体31的外表面热接触或直接接触。感应线圈21L也可为温度感应部件，即，温度敏感感应线圈，该温度敏感感应线圈的电感随温度变化。在后面这个实例中，在实际应用期间，这个温度敏感感应线圈21L将与导电体31的外表面热接触或直接接触。另选地，电容器21C和感应线圈21L均可以是温度感应部件。
L-C回路21的谐振频率fr可根据如下给出的公式计算：
其中L表示电感的值，例如感应线圈21L的电感；C表示电容的值，例如电容器21C的电容。
实际上，LC回路21可具有一些电阻性、耗散性和/或吸收性损耗Rs，该损耗可被模式化为单个小型串联电阻。此种L-C回路21的Q值可根据如下给出的公式计算：
其中ω0＝2πfr，并且其中fr为谐振频率。
可以看到，如果L-C回路21的电感或电容被改变，那么谐振频率fr和Q值将相应地改变。在如图3所示的实施例中，因为线圈21L和电容器21C中的至少一个为温度敏感的并且被构造成与导电体31的外表面热接触，所以这个温度敏感线圈21L和/或电容器21C的温度将随着导电体31的温度的变化而变化，从而导致L-C回路21的电感或电容的变化。因此，L-C回路21的谐振频率fr和Q值随导电体31的不同温度而变化。
应当理解，L-C回路21可包括多个电容器和/或多个感应线圈。感应线圈可由其他类型的电感器替换。
图4是示出导电体31的温度、温度敏感感应线圈21L的电感以及L-C回路21的谐振频率fr之间的关系的图。这个关系是通过实验确定的，在实验中温度敏感感应线圈21L包含具有80℃的居里温度的温度敏感铁氧体，并且电容器21C具有2.64μF的恒定电容。从图4中可以看到，随着导电体31的温度的增加，感应线圈21L的电感相应地减少，并且L-C回路21的谐振频率fr相应地增加。导电体31的温度和L-C回路21的谐振频率fr之间存在特定的关系。当测量了L-C回路21的谐振频率fr时，可使用这个特定关系确定导电体31的温度。
在另一个实施例中，无源感应单元20包括图5所示的包括彼此平行的多个电容支路220的L-C回路22，和与该多个电容支路220串联电连接的感应线圈22L。该多个电容支路220中的每个包括串联电连接的电容器22C(即C1、C2、C3、C4等直到Cn)和温度敏感开关22S(即S1、S2、S3、S4等直到Sn)。在实施过程中，考虑到能量平衡，可存在与多个电容支路220并联电连接的独立电容器CB。另选地，每个电容器22C具有恒定的电容。每个温度敏感开关22S具有唯一的接通温度和/或唯一的断开温度。这些接通或断开温度构成连续且不重叠的温度区域，使得当导电体31在特定温度子区域中时，温度敏感开关22S中的至少一个开关处于接通状态，并且允许对应的电容支路220与感应线圈22L串联电连接。因此，对于特定的温度子区域，例如85℃-90℃，L-C回路22具有唯一的电容，并且因此L-C回路22具有唯一的谐振频率fr和/或Q值。在实际应用中，多个温度敏感开关22S将与导电体31的外表面热接触或直接接触，使得开关22S的温度与导电体31的温度相同。
在另一个实施例中，无源感应单元20包括如图6所示的L-C回路23。L-C回路23包括串联电连接的感应线圈23L和第一电容器23C1，以及与第一电容器23C1和感应线圈23L并联连接的温度敏感电阻器23R。温度敏感电阻器23R被构造成具有随温度变化的电阻。另外，第二电容器23C2可与温度敏感电阻器23R串联连接。在实际应用中，温度敏感电阻器23R被构造成与导电体31的外表面热接触。简单起见，优选地，感应线圈23L、第一电容器23C1和第二电容器23C2可为温度不敏感部件。
图7是示出根据图6所示的实施例的导电体31的温度、L-C回路23中的温度敏感电阻器23R的电阻以及L-C回路23的谐振频率之间的关系的图。在图7中，X轴表示导电体31的温度，左Y轴表示温度敏感电阻器23R的电阻，并且右Y轴表示L-C回路23的谐振频率。从图7中可以看到，随着导电体31的温度的增加，温度敏感电阻器23R的电阻相应地减少，并且L-C回路23的谐振频率fr相应地减少。导电体31的温度和L-C回路23的谐振频率fr之间存在特定的关系。当测量了L-C回路23的谐振频率fr时，可使用这个特定关系确定导电体31的温度。
在另一个实施例中，无源感应单元20包括如图8所示的L-C回路24。L-C回路24是图6所示的L-C回路23的小型变型。L-C回路24包括串联电连接的第一感应线圈24L1和电容器24C，以及与电容器24C和第一感应线圈24L1并联连接的温度敏感电阻器24R。温度敏感电阻器24R被构造成具有随温度变化的电阻。另外，第二电感器24L2与温度敏感电阻器24R串联连接。在实际应用中，温度敏感电阻器24R被构造成与导电体31的外表面热接触。简单起见，优选地，第一感应线圈24L1、第二电容器感应线圈24L2以及电容器24C可为温度不敏感部件。
图9是示出根据图8所示的实施例的导电体31的温度、L-C回路24中的温度敏感电阻器24R的电阻以及L-C回路24的谐振频率之间的关系的图。在图9中，X轴表示导电体31的温度，左Y轴表示温度敏感电阻器23R的电阻，并且右Y轴表示L-C回路23的谐振频率。从图9中可以看到，随着导电体31的温度的增加，温度敏感电阻器24R的电阻相应地减少，并且L-C回路24的谐振频率fr相应地增加。导电体31的温度和L-C回路24的谐振频率fr之间存在特定的关系。当测量了L-C回路24的谐振频率fr时，可使用这个特定关系确定导电体31的温度。
就像图6和图8中所示的实施例，无源感应单元20的谐振频率和/或Q值可也根据温度敏感电阻器的电阻的变化而探知到。
在另一个方面，除了上面所公开的L-C回路21、22、23、24，无源感应单元20可还包括信号收发器部件，该信号收发器部件被构造成在L-C回路和收发器单元40之间传输信号，例如接收来自收发器单元40的信号和向收发器单元40发出信号。信号收发器部件可与L-C回路串联或并联连接，并且可为电磁耦接到收发器单元40或天线的感应线圈。
在一些实际应用中，导电体31可被包围在导电材料(例如金属板)内，这样，天线信号可能不能以令人满意的质量穿过导电材料传输出去。那么，用作电磁耦接到收发器单元40的信号收发器部件的感应线圈将是穿过导电材料将L-C回路的振荡信号传输出去的一个好的选择。因此，感应线圈可被用作信号收发器部件。甚至更优选地，这个感应线圈可以是用在L-C回路21、22、23、24中的同一个。即，分别示出在L-C回路21、22、23、24中的感应线圈或温度敏感感应线圈21L、22L、23L、24L1可具有两个功能，一个是信号传输而另一个是向L-C回路贡献电感。在这个实例中，系统中的部件可以更少并且带来成本节约的优点。
在本公开中，导电体的温度测定是通过检测类似无源感应单元的谐振频率和/或Q值的其他参数而探知到的，这些参数体现导电体的温度信息。相比之下，本领域中的现有的解决方案常使用安装在线缆的外表面上的温度传感器，并且估计导体处的温度。此外，本发明的无源感应单元不需要电力并且构成具有长使用寿命的无源电元件。从而允许该系统在长生命周期中更加可靠。
收发器单元40被设置成与无源感应单元20和控制单元50通信。在实施过程中，因为收发器单元40和控制单元50可均位于包围待监测的导电体(31)的第一(半)导电层的外部，所以可能易于例如通过一根或多根电线建立收发器单元40和控制单元50之间的通信。然而，因为无源感应单元20常常位于第一(半)导电层的内部，所以如果第一(半)导电层具有对天线信号的强阻挡效果，那么可能难以建立收发器单元40和无源感应单元20之间的通信。本公开的一些实施例建议在收发器单元40和无源感应单元20之间使用电磁耦接关系以允许通信，以便检测体现无源感应单元20的谐振频率和/或Q值的信号。
在一些实施例中，如图14(a)、图14(b)和图15所示，收发器单元40可包括感应发射线圈42和感应接收线圈41。感应发射线圈42被构造成在控制单元50的控制下发射激励信号，以便引起无源感应单元20振荡。感应接收线圈41被构造成随无源感应单元20振荡而振荡，以便向控制单元50产生反馈信号(即振荡信号)。在实际应用中，感应发射线圈42和感应接收线圈41两者，例如通过感应线圈或温度敏感感应线圈21L、22L、23L、24L1，与无源感应单元20电磁耦接。另选地，感应发射线圈42和感应接收线圈41可被构造成具有不同的频率，并且在这个实例中，可探知到更好的通信质量。
在另一个实施例中，如图10所示，收发器单元40包括感应线圈44，该感应线圈44被构造成发射在无源感应单元20中引起振荡的激励信号并且还随无源感应单元20振荡而振荡。意味着，这个感应线圈44具有由感应发射线圈42和感应接收线圈41一起提供的功能。在这个实例中，系统可包括更少的部件和从而更简单的结构。
上述描述已示出了无源感应单元20和收发器单元40的一些示例。图10示出根据本发明实施例的作为示例的系统100的示意性电路。系统100包括由感应线圈21L和温度敏感电容器21C形成的无源感应单元20、由如上所述的感应线圈44形成的收发器单元40，和控制单元50。无源感应单元20的感应线圈21L被电磁耦接到收发器单元40的感应线圈44，该收发器单元40被电连接控制单元50。
如上所述，控制单元50被构造成与收发器单元40通信以探知表示无源感应单元20的谐振频率和/或Q值的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和/或Q值的信号确定导电体31的温度值。控制单元50可远程地位于第二(半)导电层14的外部。控制单元50可例如通过一根或多根电线与收发器单元40电连接。控制单元50可包括算法表，以示出导电体31的温度值和谐振频率和/或Q值的值之间的关系。算法表可从实验或测试中给定。
根据如图10所示的系统的实施例给定此类实验的示例。将铜导体用作测试导电体，无源感应单元20的感应线圈21L具有1.24mH的电感，并且温度敏感电容器21C具有在25℃下17nF的电容。温度敏感电容器21C的电容的值以100pF每一摄氏度的比率、根据铜导电体的温度的变化而变化。
将铜导体加热至不同温度，并且测量谐振频率和/或Q的对应值。通过这些实验，如表1所示探知了导电体31的温度的各个值和谐振频率和/或Q的对应值。
表1
温度(℃) 谐振频率(kHz) Q值
30 34.1 36.08
35 33.5 35.98
40 33.0 36.12
45 32.4 36.04
50 31.9 36.02
55 31.4 36.25
60 30.9 36.42
65 30.5 37.53
70 30.0 37.47
75 29.6 38.19
80 29.2 39.31
85 28.7 38.63
90 28.3 39.98
95 27.9 39.11
图11至图17示出当系统被用于监测例如被包围在高压线缆拼接组件中的导电体31的温度时，无源感应单元20、收发器单元40和控制单元50可被定位于的各个合适的位置。
根据本发明的一个实施例，如图11所示，该实施例示出了用于测量包围在线缆拼接组件中的导电体31的温度的本发明的实施例。在这个实施例中，导电体31的部分被连接器12覆盖，并且然后被第一(半)导电层13、绝缘层11、第二(半)导电层14和可收缩的套管层15封闭。在这个实施例中，可收缩的套管层15包括两个重叠节段151和152，以在重叠部分之间留出通道153。通道153是从可收缩的套管层15的外部穿过第二(半)导电层14上的端口18到第二(半)导电层14的内部。
如图11所示，无源感应单元20被定位成靠近导电体31并且在第一(半)导电层13的内部。优选地，导电体31的一部分被暴露在线缆10的绝缘层33和连接器12之间，并且无源感应单元20可被定位成围绕导电体31的暴露部分。将在下文中结合图12给出关于无源感应单元20的部分的更具体描述。
收发器单元40被定位在第一(半)导电层13的外部且在第二(半)导电层14的内部，即在第一(半)导电层13和第二(半)导电层14之间。优选地，收发器单元40和无源感应单元20位于相同的横截面，以便改善电磁耦接。在如图10所示的感应线圈44用作收发器单元40的情况下，感应线圈44可围绕绝缘层11卷绕。下文将参照图13-15提供关于收发器单元40的实施例和其定位的更具体的描述。
控制单元50被构造成通过电线51与收发器单元40进行通信。电线51可被容纳在通道153内，使得电线51可从收发器单元40穿过端口18延伸至控制单元50。包括电力感应线圈61的能量获取单元60可被定位在组件30的外部并且围绕线缆10，或定位在第二(半)导电层14和可收缩的套管层15之间。能量获取单元60被用于通过电线52向收发器单元40和/或控制单元50供应电力。贯穿本说明书，尽管电线51和电线52各自被称作“电线”，但应当理解，电线51和电线52中的任一个或两者可按系统起作用的需求包括多根电线。
图12是示出无源感应单元20的示例性位置的放大视图。例如，如图3所示，无源感应单元20包括感应线圈21L和电容器21C，该电容器21C为温度感应部件。感应线圈21L和温度敏感电容器21C通过电线220电连接。夹具210被提供来安装感应线圈21L和电容器21C。例如，夹具210可包括主体2101和通道2102。通道2102适于容纳导电体31，以使导体31穿过通道2102。主体2101具有室2103以容纳温度敏感电容器21C，并且室2103可与通道2102连通，这样，在运行中温度敏感电容器21C可与导电体31的外表面热接触或直接接触。感应线圈21L适于围绕主体2101卷绕。夹具210还包括盖2104，以包围主体2101。
在感应线圈21L为温度感应部件的情况下，感应线圈21L可直接围绕导电体31卷绕，并且与导电体31的外表面直接接触。
图13示出设置在导电体31上邻近连接器12的感应单元20的更靠近的透视图。在这个实施例中，可收缩的套管层15是连续的，并且已在可收缩套管层15中切割出孔，以容纳端口18并允许电线51伸出。
图14(a)示出本发明的另一个实施例，在该实施例中独立的接收线圈41和发送线圈42被用作收发器单元40。在这个实施例中，接收线圈41和发送线圈42均位于第二(半)导电层14内。发送线圈42被定位，使其发射的激励信号将引起无源感应单元20振荡，并且接收线圈41被定位，使其大约径向地以感应单元20为中心，以允许接收线圈41随无源感应单元20振荡而振荡。接收线圈41和发送线圈42通过电线51单独地连接控制单元50。在这个实施例中，可收缩的套管15的两个节段不重叠，保留第二(半)导电层14的一部分暴露。
图14(b)示出本发明的另一个实施例，在该实施例中收发器单元40包括独立的第一接收线圈41、发送线圈42和第二接收线圈43。在这个实施例中，第一接收线圈41、发送线圈42和第二接收线圈43位于第二(半)导电层14内。发送线圈42被定位，使其发射的激励信号将引起无源感应单元20振荡，并且接收线圈41被定位成使得其大约径向地以感应单元20为中心，以允许接收线圈41随无源感应单元20振荡而振荡。第一接收线圈41和第二接收线圈43以及发送线圈42通过电线51单独地连接控制单元50。在一些实施例中，第一接收线圈41和第二接收线圈43串联连接，但可在交替方向上卷绕。这个构造可减少噪音并且改善系统的信噪比。如图14(a)所示，在这个实施例中，可收缩的套管15的两个节段不重叠，保留第二(半)导电层14的一部分暴露。
图15示出本发明的另一个实施例，该实施例类似于图14(a)的实施例，不同的是接收线圈41也位于金属外壳14的外部。可使用类似的构造，其中使用收发器单元40并且收发器单元40包括独立的接收线圈41和发送线圈42(如图11所示)，或者其中还使用第二接收线圈(如图14(b)所示)。线圈可位于可收缩的套管15的内部或外部。在图15中，它们被示出为在可收缩的套管15的外部。
图16示出本发明的另一个实施例，该实施例用于拼接组件30，其中第二(半)导电层14包括金属外壳，该金属外壳包括绝缘金属屏蔽分段器19，该绝缘金属屏蔽分段器19在第二(半)导电层(导电金属外壳)14的两个节段之间提供绝缘材料环。这个类型的金属外壳，例如其中金属屏蔽分段器19包括玻璃纤维衬套，是可商购获得的。在使用这个类型的金属外壳时，收发器单元40可围绕绝缘金属屏蔽分段器19设置，并且设置在绝缘金属屏蔽分段器19的外部。在这个实施例中，收发器单元40将能够轻易地穿过绝缘材料读取来自感应单元20的信息。可使用类似的构造，其中收发器40被一个或两个单独的接收线圈41、43和发送线圈42替换。
图17示出本发明的另一个实施例，该实施例用于包括聚合物多层拼接体39的一种不同类型的标准拼接组件30＇。拼接体39可包括合适的材料，诸如乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶或硅橡胶。拼接体39可为冷可收缩的或推动的，并且通常由三个层组成，包括第一(半)导电层13、绝缘层11以及第二(半)导电层14。附加的导电屏蔽层(未示出)可在施加可收缩的套管层15之前被施加在第二(半)导电层14上，以允许电线51、52伸出，该可收缩套的管层15被示出为两个分开的部分。可收缩的套管层15是绝缘的，并且与线缆外壳37的一部分重叠。可商购获得的这个类型的拼接体为美国3M公司的3MTM Cold Shrink QS-III SpliceKit。如图17所示，感应单元20被附接到导电体31的外表面。收发器单元40位于第二(半)导电层14的外部并且在可收缩的套管层15的下方。收发器单元40可包括单个线圈44，单独的接收线圈41和发送线圈42，或者单独的第一接收线圈41、发送线圈42和第二接收线圈43。在第二(半)导电层14为聚合物的和/或半导电的实施例中，收发器40可比在(半)导电层14为金属的实施例中更容易地与感应单元20进行通信。在附加的导电层(诸如丝网屏蔽套)被用在第二(半)导电层14上方的实施例中，该附加的导电层可被设置在收发器40上方或下方。能量获取单元60的电力感应线圈61位于线缆10的(半)导电层35上。在另选实施例中，第一(半)导电层13、绝缘层11和第二(半)导电层14中的一个或多个可单独地形成。例如，第二(半)导电层14可独立于第一(半)导电层13和绝缘层11而形成。在这个实施例中，收发器线圈40可被设置在第二(半)导电层14下方。

Claims (18)

1.一种用于监测包围在至少第一半导电或导电层(13)中的导电体(31)的温度的系统，其中第一半导电或导电层(13)由半导电或导电的材料形成，所述系统包括：
无源感应单元(20)，所述无源感应单元(20)包括至少一个温度感应部件，所述至少一个温度感应部件具有随温度变化的特征参数并且适于与所述导电体(31)热接触，并且被构造成具有随所述导电体(31)的温度变化的谐振频率和随所述导电体(31)的温度变化的Q值中的一个或两者；和
收发器单元(40)，所述收发器单元(40)电磁耦接到所述无源感应单元(20)，并且被构造成发出表示所述无源感应单元(20)的谐振频率和Q值中的一个或两者的信号；
其中所述收发器单元(40)被进一步构造成与控制单元(50)通信，所述控制单元(50)探知表示所述谐振频率和Q值中的一个或两者的所述信号，并且基于表示所述谐振频率和Q值中的一个或两者的所探知到的信号来确定所述导电体(31)的温度值。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述温度感应部件适于与所述导电体(31)的外表面直接接触。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述无源感应单元(20)包括LC回路(21)，所述LC回路(21)具有串联电连接的感应线圈(21L)和电容器(21C)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中在所述LC回路(21)中，存在以下情况中的一个或两者：(i)所述电容器(21C)为温度感应部件并且具有随温度变化的电容，和(ii)所述感应线圈(21L)为温度感应部件并且具有随温度变化的电感。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述无源感应单元(20)包括L-C回路(22)，所述L-C回路(22)具有彼此平行的多个电容支路(220)和与所述多个电容支路串联电连接的感应线圈(22L)；其中所述多个电容支路(220)中的每个电容支路包括串联电连接的具有恒定电容的电容器(22C)和温度敏感开关(22S)。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个电容支路(220)的所述温度敏感开关(22S)中的每个具有唯一的接通温度和/或唯一的断开温度，并且这些接通温度和/或断开温度构成连续且不重叠的温度区域，使得当所述导电体(31)在特定温度区域中时，所述温度敏感开关(22S)中的至少一个开关处于接通状态，并且使得对应的电容支路(220)能够与所述感应线圈(22L)串联电连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述无源感应单元(20)包括具有串联电连接的感应线圈(23L)和电容器(23C)的L-C回路(23)以及与所述电容器(23C)和所述感应线圈(23L)并联连接的温度敏感电阻器(23R)；并且所述温度敏感电阻器(23R)被构造成具有随温度变化的电阻。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述L-C回路(23)还包括与所述温度敏感电阻器串联连接的另一个电容器或另一个感应线圈。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述收发器单元(40)被构造成位于所述第一半导电或导电层(13)的外部，并且包括感应线圈，所述感应线圈被构造成发射激励信号以使得所述无源感应单元(20)振荡，并且随着所述无源感应单元(20)振荡而振荡。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述收发器单元(40)被构造成位于所述第一半导电或导电层(13)的外部，并且包括感应发射线圈(42)和感应接收线圈(41)，所述感应发射线圈(42)被构造成发射激励信号以使得所述无源感应单元(20)振荡，所述感应接收线圈(41)被构造成随着所述无源感应单元(20)振荡而振荡。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述收发器单元(40)被构造成位于所述第一半导电或导电层(13)的外部，并且包括至少一个感应发射线圈(42)和至少两个感应接收线圈(41，43)，所述至少一个感应发射线圈(42)被构造成发射激励信号以使得所述无源感应单元(20)振荡，所述至少两个感应接收线圈(41，43)被构造成随着所述无源感应单元(20)振荡而振荡。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一半导电或导电层(13)被包围在第二半导电或导电层(14)中，所述收发器单元(40)位于所述第二半导电或导电层(14)的内部，所述控制单元(50)被构造成位于第二半导电或导电层(14)的外部，并且所述控制单元(50)通过电线电连接所述收发器单元(40)，其中第二半导电或导电层(13)由半导电或导电的材料形成。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一半导电或导电层(13)被包围在第二半导电或导电层(14)中，所述收发器单元(40)位于所述第二半导电或导电层(14)的外部，所述控制单元(50)被构造成位于所述第二半导电或导电层(14)的外部，并且所述控制单元(50)通过电线电连接所述收发器单元(40)，其中第二半导电或导电层(13)由半导电或导电的材料形成。
14.根据权利要求1所述的系统，还包括能量获取单元(60)，其中所述能量获取单元(60)包括电力感应线圈(61)，所述电力感应线圈(61)适于在AC电流流过所述导电体(31)时获取来自所述导电体(31)的电力，并且将所获取到的电力供应给所述收发器单元(40)和所述控制单元(50)中的一个或两者。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述能量获取单元(60)的所述电力感应线圈(61)被构造成定位在所述第一半导电或导电层(13)的外部，并且与所述收发器单元(40)和所述控制单元(50)中的一个或两者电连接。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述导电体(31)位于线缆拼接组件(30)内。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元(50)被构造成从所述信号确定所述谐振频率和Q值中的一个或两者的值，并且包括算法表，以示出所述导电体(31)的温度值和所述谐振频率和Q值中的一个或两者的值之间的关系。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述导电体(31)的温度的各个值和所述谐振频率和Q值中的一个或两者的对应值由多个实验性测试确定，并且基于测试出的值建立所述导电体(31)的温度值和所述谐振频率和Q值中的一个或两者的值之间的关系。
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