CN108519165A - 一种免校准的电缆堵头测温传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免校准的电缆堵头测温传感器。本发明的免校准的电缆堵头测温传感器采用两个声表面波芯片，在相同环境和激励信号的条件下，两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率存在差值，且两个声表面波芯片受到的干扰条件相同，谐振峰的频率的变化量相同，因此即使环境变更，但是相同温度下两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率差值不变，只需测得谐振峰的频率差值，即可根据温度与频率差值的对应关系得到温度数据，并且声表面波芯片设置在电缆堵头内部，直接测量电缆的温度，测量误差小，解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

Description

一种免校准的电缆堵头测温传感器

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种免校准的电缆堵头测温传感器。

背景技术

在电力系统当中存在大量的电气设备，这些电气设备会因为制造工艺、触点氧化和电弧冲击等原因导致发热异常，为设备的安全运行埋下隐患，如果不能及时发现设备异常发热容易导致设备损坏甚至是燃烧爆炸，造成大量的财产损失。

因此，在电力系统监测中极其重视各类电气设备的温度检测，如电缆的温度检测。当前对于电缆头的温度检测主要是将温度传感器贴在电缆头的外表面进行温度检测，但是当前使用的传感器主要采用电池供电，在高温环境下存在一定的安全隐患，更换电池也带来较高的维护成本，并且因为是在电缆头的外表面进行测温，无法直接测量电缆外壳内的温度，存在一定误差。

声表面波传感器是一种无源无线的测温传感器，提高了温度检测的安全性，但是将声表面波传感器贴在电缆头的外表面进行温度检测依然存在一定误差。而且，由于不同工作环境下声表面波传感器对于相同的温度会测得不同的数据，因此在不同的工作环境下使用声表面波传感器都需要进行校准。

因此，导致了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器，解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

本发明提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器，包括：电缆堵头、第一声表面波芯片、第二声表面波芯片、天线和导热件；

所述电缆堵头内设置有中空腔体，所述第一声表面波芯片、所述第二声表面波芯片、所述天线和所述导热件均设置在所述中空腔体内；

所述导热件的一端凸出所述中空腔体，所述导热件的另一端与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片接触设置；

所述天线分别与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片的信号端电连接。

优选地，还包括：电路板；

所述电路板的第一面设置有所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片，所述电路板的第二面与所述天线电连接；

所述天线通过所述电路板内的金属走线分别与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片的信号端电连接。

优选地，所述声表面波芯片具体包括：叉指换能器、反射栅和压电基片；

所述叉指换能器和所述反射栅平铺设置在所述压电基片的表面；

所述天线和所述叉指换能器的信号端电连接。

优选地，所述导热件为金属导热件。

优选地，所述金属导热件为金属螺栓；

所述电缆堵头设置有与金属螺栓匹配的螺纹孔；

所述金属螺栓的螺帽端凸出所述中空腔体，所述金属螺栓的非螺帽端通过所述螺纹孔与所述声表面波芯片接触设置。

优选地，所述电缆堵头为绝缘电缆堵头。

优选地，所述绝缘电缆堵头具体为酚醛树脂电缆堵头。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器，包括：电缆堵头、第一声表面波芯片、第二声表面波芯片、天线和导热件；所述电缆堵头内设置有中空腔体，所述第一声表面波芯片、所述第二声表面波芯片、所述天线和所述导热件均设置在所述中空腔体内；所述导热件的一端凸出所述中空腔体，所述导热件的另一端与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片接触设置；所述天线分别与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片的信号端电连接。

本发明的免校准的电缆堵头测温传感器采用两个声表面波芯片，因为每个声表面波芯片并非完全一致，因此在相同环境和相同激励信号的条件下，两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率存在差值，且因为两个声表面波芯片处于相同的环境下，因此受到的外界干扰条件相同，谐振峰的频率的变化量相同，因此即使环境变更，但是相同温度下两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率差值不变，因此测得不同温度下两个声表面波芯片的差值之后，后面在任何环境下都可以免去校准的过程，只需测得两个声表面波芯片的谐振峰的频率差值，即可根据温度与频率差值的对应关系得到温度数据，并且由于两个声表面波芯片均设置在电缆堵头内部，通过导热件直接测量电缆的温度，没有电缆外壳的阻隔，测量误差小，解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种免校准的电缆堵头测温传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种声表面波芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种声表面波芯片和天线的组装示意图；

其中，附图标记如下：

1、导热件；2、天线；3、电缆堵头；4、电路板；5、叉指换能器；6、反射栅；7、压电基片；8、第一声表面波芯片；9、第二声表面波芯片。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器，解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器的一个实施例，包括：电缆堵头3、第一声表面波芯片8、第二声表面波芯片9、天线2和导热件1；

电缆堵头3内设置有中空腔体，第一声表面波芯片8、第二声表面波芯片9、天线2和导热件1均设置在中空腔体内；

导热件1的一端凸出中空腔体，导热件1的另一端与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9接触设置；

天线2分别与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9的信号端电连接。

需要说明的是，声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)是沿物体表面传播的一种弹性波，不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同模式的声表面波，可用于无线无源测温系统中。

电缆堵头3是一种封堵电缆管道的器件，具有防水和防触电和作用。

导热件1用于通过与电缆管道内的电缆接触将电缆的温度传递至第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9，提高两个声表面波芯片的测温准确性。

天线2负责接收外部的温度采集器的激励信号，将激励信号传递至第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9进行测温，并接收第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9返回的反馈信号，将反馈信号通过无线发射的方式传递至温度采集器。

本发明的免校准的电缆堵头测温传感器采用两个声表面波芯片，因为每个声表面波芯片并非完全一致，因此在相同环境和相同激励信号的条件下，两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率存在差值，且因为两个声表面波芯片处于相同的环境下，因此受到的外界干扰条件相同，谐振峰的频率的变化量相同，因此即使环境变更，但是相同温度下两个声表面波芯片产生的谐振峰的频率差值不变，因此测得不同温度下两个声表面波芯片的差值之后，后面在任何环境下都可以免去校准的过程，只需测得两个声表面波芯片的谐振峰的频率差值，即可根据温度与频率差值的对应关系得到温度数据，并且由于两个声表面波芯片均设置在电缆堵头3内部，通过导热件1直接测量电缆的温度，没有电缆外壳的阻隔，测量误差小，解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。以上为本发明实施例提供的一种免校准的电缆堵头测温传感器的一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种免校准的电缆堵头测温传感器的另一个实施例。

请参阅图1至图3，本发明实施例提供了一种免校准的电缆堵头测温传感器的另一个实施例，包括：电缆堵头3、第一声表面波芯片8、第二声表面波芯片9、天线2和导热件1；

电缆堵头3内设置有中空腔体，第一声表面波芯片8、第二声表面波芯片9、天线2和导热件1均设置在中空腔体内；

导热件1的一端凸出中空腔体，导热件1的另一端与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9接触设置；

天线2分别与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9的信号端电连接。

需要说明的是，表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)是沿物体表面传播的一种弹性波，不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同模式的声表面波，可用于无线无源测温系统中，声表面波芯片可以选择单端口SAW谐振器。

电缆堵头3是一种封堵电缆管道的器件，具有防水和防触电和作用。

导热件1用于通过与电缆管道内的电缆接触将电缆的温度传递至第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9，提高两个声表面波芯片的测温准确性。

天线2负责接收外部的温度采集器的激励信号，将激励信号传递至第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9进行测温，并接受两个声表面波芯片返回的反馈信号，将反馈信号通过无线发射的方式传递至温度采集器。

将第一声表面波芯片8、第二声表面波芯片9、天线2和导热件1设置在中空腔体内，体积小，安装方便灵活，不影响电缆设备原有的设备结构。

通过天线2进行无线通信可以广泛应用于非可视范围内及存在障碍物的电缆头的温度，天线2可以选择电路型天线也可以选择非电路型天线。

采用声表面波芯片进行测温，无需使用电池和取电装置，安全可靠，且安装成功后基本无需维护。

因为是在电缆管道结构内部进行测温，且通过导热性能良好导热件1传递电缆的温度，无电缆外壳的影响，测温准确性高。

传统的单个声表面波芯片进行测温时，因为在不同的工作环境时，即使是相同的温度，也会得到不同的谐振峰频率，例如A环境20度时谐振峰频率为a，但是在B环境20度时谐振峰频率为b。

所以更换工作环境时需要在进行测温前进行校准工作，测量声表面波芯片在现场工作环境和预置温度下的谐振峰频率，建立基准点以作后续处理。

但是本实施例的传感器中包含两个声表面波芯片，相同温度下，两个声表面波芯片的谐振峰频率的差值相同，例如A环境20度时谐振峰频率分别为a1和a2，差值为Δ，B环境20度时谐振峰频率分别为b1和b2，但是因为两个声表面波芯片处于相同的环境，受到的干扰相同，所以a1与b1的变化量和a2与b2的变化量相等，所以b1和b2的差值依然为Δ。

所以即使工作环境变化，相同温度下两个声表面波芯片的谐振峰频率的差值始终不变，无需重新校准，只需在使用前(如出厂时)测得各温度对应的谐振峰频率的差值，即可建立温度与谐振峰频率的差值的对应关系，后续使用时测得谐振峰频率的差值即可根据温度与谐振峰频率的差值的对应关系得到所需的温度数据。

进一步地，还包括：电路板4；

电路板4的第一面设置有第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9，电路板4的第二面与天线2电连接；

天线2通过电路板4内的金属走线分别与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9的信号端电连接。

需要说明的是，天线2可以直接通过信号线与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9的信号端电连接，也可以用电路板4作为中介，在电路板4的第一面设置有第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9，然后电路板4的第二面与天线2电连接，然后天线2通过电路板4内的金属走线分别与第一声表面波芯片8和第二声表面波芯片9的信号端电连接。

使用电路板4的好处是不会出现大量杂乱的走线，而且提供后续增加扩展插件的空间。

进一步地，声表面波芯片具体包括：叉指换能器5、反射栅6和压电基片7；

叉指换能器5和反射栅6平铺设置在压电基片7的表面；

天线2和叉指换能器5的信号端电连接。

需要说明的是，声表面波芯片具体包括：叉指换能器5、反射栅6和压电基片7，叉指换能器5和反射栅6平铺设置在压电基片7的表面，天线2和叉指换能器5的信号端电连接。

叉指换能器5是指压电基片7表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声电换能。

天线2将温度采集器的激励信号传递给叉指换能器5，叉指换能器5的逆压电效应在压电基片7表面激活一个声表面波，声表面波沿压电基片7传播，被压电基片7上周期性分布的反射栅6反射形成谐振，谐振的频率与压电基片7的温度有关，叉指换能器5通过压电效应将谐振后的声表面波转化为应答的无线射频信号通过天线2传输到温度采集器，温度采集器根据接收到的反馈信号的频率以及声表面波的温度-频率对应关系完成温度信息的解析和计算。

进一步地，导热件1为金属导热件。

需要说明的是，金属具有良好的导热性能，导热件1可以选择金属导热件。

进一步地，金属导热件为金属螺栓；

电缆堵头3设置有与金属螺栓匹配的螺纹孔；

金属螺栓的螺帽端凸出中空腔体，金属螺栓的非螺帽端通过螺纹孔与声表面波芯片接触设置。

需要说明的是，导热件1的形状可以根据需要进行选择，如选择金属螺栓作为导热件1。

金属螺栓的螺帽端凸出中空腔体，用于与电缆接触，金属螺栓的非螺帽端通过螺纹孔与声表面波芯片接触设置。

采用金属螺栓的好处在于可以通过旋转调节金属螺栓在电缆堵头3内的长度，调节金属螺栓与声表面波芯片接触的松紧度。

进一步地，电缆堵头3为绝缘电缆堵头3。

需要说明的是，电缆堵头3需要具备绝缘功能，所以电缆堵头3为绝缘电缆堵头3。

进一步地，绝缘电缆堵头3具体为酚醛树脂电缆堵头3。

需要说明的是，酚醛树脂具有较高的机械强度和良好的绝缘性能，还耐热和耐腐蚀，因此常用于制造电器材料，如开关、灯头、耳机、电话机壳、仪表壳等，可以选择酚醛树脂制作的酚醛树脂电缆堵头3作为绝缘电缆堵头3。

本实施例的免校准的电缆堵头测温传感器采用声表面波芯片进行测温，是一种无源测温方式，天线2接收温度采集器的激励信号传递给声表面波芯片的叉指换能器5，叉指换能器5将激励信号转化为声表面波进行温度检测，并将谐振的声表面波转化为反馈信号，通过天线2传递至温度采集器完成测温，无需使用电池及取电装置，安全性高，且安装成功后基本无需维护。

并且本实施例中采用了两个声表面波芯片，即使工作环境变化，相同温度下两个声表面波芯片的谐振峰频率的差值始终不变，无需重新校准，只需在使用前(如出厂时)测得各温度对应的谐振峰频率的差值，即可建立温度与谐振峰频率的差值的对应关系，后续使用时测得谐振峰频率的差值即可根据温度与谐振峰频率的差值的对应关系得到所需的温度数据

可以设置一个测温传感器对应一个温度采集器，也可以多个测温传感器对应一个温度采集器，温度采集器通过平板天线2发射和接收无线信号，测温传感器与温度采集器的无线通信频率可以选择为433MHz。

免校准的电缆堵头测温传感器可直接安装与环网柜电缆堵头3内部，通过导热件1与电缆测温点表面相连，采用接触式测温方式测量电缆头温度，测温准确性高，且因为温度传感器和温度采集器采用无线通信方式，高低压侧完全隔离，具有极高的安全性。

同时，将声表面波芯片、天线2和导热件1设置在中空腔体内，体积小，安装方便灵活，不影响电缆设备原有的设备结构。

通过天线2进行无线通信可以广泛应用于非可视范围内及存在障碍物的电缆头的温度，无需像红外测温一样要求被测对象在可视范围内，也无需像光纤测温设置复杂的电路走线和光纤走线，天线2可以选择电路型天线2也可以选择非电路型天线2。

导热件1可以选择金属导热件1，金属具备良好的导热性能，具体可以选择金属螺栓，使用金属螺栓可以通过旋转调节金属螺栓的位置，选择合适的位置连接被测电缆和声表面波芯片。

综上所述，本实施例的免校准的电缆堵头测温传感器解决了当前的电缆头测温使用有源测温时存在安全隐患，维护成本高且误差较大，采用无源测温时在不同的工作环境下需要进行校准，且也存在较大误差的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，包括：电缆堵头、第一声表面波芯片、第二声表面波芯片、天线和导热件；

所述电缆堵头内设置有中空腔体，所述第一声表面波芯片、所述第二声表面波芯片、所述天线和所述导热件均设置在所述中空腔体内；

所述导热件的一端凸出所述中空腔体，所述导热件的另一端与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片接触设置；

所述天线分别与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片的信号端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，还包括：电路板；

所述电路板的第一面设置有所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片，所述电路板的第二面与所述天线电连接；

所述天线通过所述电路板内的金属走线分别与所述第一声表面波芯片和所述第二声表面波芯片的信号端电连接。

3.根据权利要求1所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，所述声表面波芯片具体包括：叉指换能器、反射栅和压电基片；

所述叉指换能器和所述反射栅平铺设置在所述压电基片的表面；

所述天线和所述叉指换能器的信号端电连接。

4.根据权利要求1所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，所述导热件为金属导热件。

5.根据权利要求4所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，所述金属导热件为金属螺栓；

所述电缆堵头设置有与金属螺栓匹配的螺纹孔；

所述金属螺栓的螺帽端凸出所述中空腔体，所述金属螺栓的非螺帽端通过所述螺纹孔与所述声表面波芯片接触设置。

6.根据权利要求1所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，所述电缆堵头为绝缘电缆堵头。

7.根据权利要求6所述的一种免校准的电缆堵头测温传感器，其特征在于，所述绝缘电缆堵头具体为酚醛树脂电缆堵头。