CN110487423A - 一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：包括设置在电柜内部的红外温度场探测阵列；所述红外温度场探测阵列包括集成电路PCB板、红外温度探测芯片、供电模块、数据处理模块、数据传输模块、拼接接口；在电柜内部不同位置部署红外温度探测芯片以实现电柜内部三维温度场探测，尤其是针对大型配电柜、电子方舱和数据机柜多层结构的内部温度探测，以实现电柜内部发热元件的准确探测和定位，根据与设定阈值的对比实时生成报警信息，并通过三维温度场分布对智能电柜内的异常发热体进行位置定位，从而有效保证电柜内部的温度维持在正常范围，提高使用寿命和使用安全。
Description
技术领域
本发明属于电控柜监控技术领域，具体涉及一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统。
背景技术
近年来，随着电力电子技术的发展，配电柜、数据机柜和储能柜逐步向大规模、集成化发展。同时在国家智能电网建设的全面推进下，电力系统对通信网络的可靠性、实时性、高效性要求越来越高，保持稳定的通信网络成了迫切需要解决的问题。由于信息通信机房内大多是精密的电子设备，温度一旦超出合理范围，通信设备就容易出现运行指标偏移、性能下降、误码等缺陷，时间如果持续过长则会进一步导致信号中断、电子模块加速老化、使用寿命缩短，甚至还会出现设备烧坏，造成信息、通信网络瘫痪。因此如何解决电柜内部温度探测成为保障电柜的正常运行的一个重要环节。目前的电柜温度探测技术主要采用在电柜内部部署接触式温度传感器实现温度监测，这本身就影响了发热元件的发热。为了实现电柜内部的温度场探测，利用光纤温度传感器、温度传感器阵列实现电柜内部温度场探测，但是这些只是一种被动点式测温，因为不是直接部署在发热元件表面，测量的是发热元件在一定距离的热辐射量，无法准确测量发热元器件的温度。红外热成像技术可以实现温度场的非接触探测，为了探测电气控制柜内的温度变化，通过基于红外测温系统对电气控制柜表面温度探测，利用内部元件过热时对壳体内表面的红外辐射模型,得到了壳体内表面总的热流密度分布,并针对受热壳体建立三维热传导模型内部元件热缺陷温度与方位的三维反问题识别。但是这种方法需要针对不同元件和电器柜的类型构建发热元件的热传导模型，缺乏通用性。
发明内容
基于上述原理，本发明提供一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其解决现有技术中存在的缺陷和不足的技术方案为：
一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：包括设置在电柜内部的红外温度场探测阵列；
所述红外温度场探测阵列包括集成电路PCB板、红外温度探测芯片、供电模块、数据处理模块、数据传输模块、拼接接口；
每个集成电路PCB板的中部均匀设置有若干个红外温度探测芯片；
在红外温度探测芯片的一侧设置有供电模块、数据处理模块、及数据传输模块，所述集成电路PCB板分别与供电模块、数据处理模块、及数据传输模块连接以实现红外温度探测芯片的供电、数据处理及传输；
在红外温度探测芯片的另一侧设置有拼接接口可以实现多块集成电路PCB板之间的快速拼接。
进一步地，所述智能电柜选用固定面板式配电柜、抽屉式配电柜、数据机柜、电子方舱或储能柜中的任一种。
进一步地，所述集成电路PCB板选用树脂基材料、柔性材料或铁基材料中的任一种。
进一步地，所述红外温度场探测阵列的布置密度根据监测位置和监测要求的不同而不同。
进一步地，所述红外温度场探测阵列设置在电柜柜体内壁及电柜柜门背板位置。
进一步地，所述数据处理模块根据红外温度探测芯片所采集的温度数据对发热体温度进行监测，并通过数据插值法建立整个智能电柜内的三维温度场分布，当探测到的温度超过设定阈值时生成报警信息，并通过三维温度场分布对智能电柜内的异常发热体进行位置定位，并将报警信息通过数据传输模块传输至服务器。
进一步地，所述数据处理模块具有自学习功能，能够根据监测对象、监测时间、监测环境、监测温度的变化规律构建发热体的温度场分布云图，并对所述设定阈值进行动态修正。
进一步地，所述数据处理模块具有外接传感器，所述数据处理模块根据所述温度场分布云图对异常发热体进行定位，并结合外接传感器对异常发热体进行故障诊断和分析。
进一步地，所述外接传感器至少包括温度传感器、湿度传感器、及电柜负载电流传感器。
进一步地，所述数据传输模块选用有线传输模式或无线传输模式。
本发明的有益效果为：
在电柜内部不同位置部署红外温度探测芯片以实现电柜内部三维温度场探测，尤其是针对大型配电柜、电子方舱和数据机柜多层结构的内部温度探测，以实现电柜内部发热元件的准确探测和定位，根据与设定阈值的对比实时生成报警信息，并通过三维温度场分布对智能电柜内的异常发热体进行位置定位，从而有效保证电柜内部的温度维持在正常范围，提高使用寿命和使用安全。
附图说明
图1是本发明中红外温度场探测阵列的结构示意图；
图2是本发明实施例1的结构示意图；
图3是本发明实施例2的结构示意图；
图4是本发明实施例3的结构示意图；
图5是本发明实施例4的结构示意图。
具体实施方式
下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明为解决现有技术中存在的缺陷和不足所采取的技术方案为：一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，包括设置在电柜内部的红外温度场探测阵列1；
红外温度场探测阵列1包括集成电路PCB板1-1、红外温度探测芯片1-2、供电模块1-3、数据处理模块1-4、数据传输模块1-5、拼接接口1-6；
每个集成电路PCB板1-1的中部均匀设置有若干个红外温度探测芯片1-2；
在红外温度探测芯片1-2的一侧设置有供电模块1-3、数据处理模块1-4、及数据传输模块1-5，集成电路PCB板1-1分别与供电模块1-3、数据处理模块1-4、及数据传输模块1-5连接以实现红外温度探测芯片1-2的供电、数据处理及传输；
在红外温度探测芯片1-2的另一侧设置有拼接接口1-6可以实现多块集成电路PCB板1-1之间的快速拼接。
具体地，智能电柜选用固定面板式配电柜、抽屉式配电柜、数据机柜、电子方舱或储能柜中的任一种。
具体地，集成电路PCB板1-1选用树脂基材料、柔性材料或铁基材料中的任一种，树脂基材料、柔性材料与电柜柜体和电柜柜门背板进行复合以构成红外温度场探测阵列；而铁基材料则可以直接作为电柜柜体或电柜柜门的制作材料。
具体地，红外温度场探测阵列1的布置密度根据监测位置和监测要求的不同而不同，从而能够满足不同监测位置和监测要求，适用性广。
具体地，红外温度场探测阵列1设置在电柜柜体内壁及电柜柜门背板位置，从而便于红外温度场探测阵列1检测结果的精确有效。
具体地，数据处理模块1-4根据红外温度探测芯片1-2所采集的温度数据对发热体温度进行监测，并通过数据插值法建立整个智能电柜内的三维温度场分布，当探测到的温度超过设定阈值时生成报警信息，并通过三维温度场分布对智能电柜内的异常发热体进行位置定位，并将报警信息通过数据传输模块1-5传输至服务器，从而根据电柜内部的预警信息对异常发热体做出及时进行调节。
具体地，数据处理模块1-4具有自学习功能，能够根据监测对象、监测时间、监测环境、监测温度的变化规律构建发热体的温度场分布云图，并对设定阈值进行动态修正，以适应不同工况下的电柜内部温度监测需求，减少误报警的可能。
具体地，数据处理模块1-4具有外接传感器，数据处理模块1-4根据温度场分布云图对异常发热体进行定位，并结合外接传感器对异常发热体进行故障诊断和分析。
具体地，外接传感器至少包括温度传感器、湿度传感器、及电柜负载电流传感器，以便于通过检测外界环境的温度、湿度、电流等相关信息，对便于帮助内部的异常发热体进行故障诊断和分析。
具体地，数据传输模块1-5选用有线传输模式或无线传输模式，通过有线传输模式能够保证传输及时有效，数据传输稳定；而选用无线传输模式则可以节省布线空间，使用方便。
实施例1：
如图2所示，本实施例为单层配电柜的三维温度场探测，采用树脂基材料制作成集成电路PCB板，并与配电柜的面板和两侧的侧板复合，PCB板根据配电柜的大小定制。红外温度探测芯片采用Iray 612红外热成像芯片，红外芯片分辨率640 × 512。配电柜为XL-21动力柜，由于柜体内主要发热部件为开关触头，红外温度探测芯片的布置确保所有开关触头全部在视场范围。同时为了保证对整个配电柜的探测，在其他元器件区域也布置红外温度探测芯片。芯片均通过集成电路PCB板内部电路与数据处理模块连接，数据处理模块采用Cortex-A9芯片为核心的嵌入式处理系统，采用linux操作系统，所采集的数据均在数据处理模块中的内部存储器存储。数据处理模块连接有wifi模块实现数据传输。系统运行过程为：
（1）根据所设置的红外温度探测芯片和配电柜内的元器件的相对位置进行匹配，数据处理模块将正面和侧面红外温度分布图在元器件进行表征，建立元器件的三维温度场分布云图。
（2）在数据处理模块中设定发热的温度阈值，当电柜内的某个区域由于元器件发热而导致温度超过设定阈值时，系统发出报警信息，并给出具体的发热元器件名称和位置。
实施例2：
如图3所示，本实施例为多层数据机柜的三维温度场探测，所述数据机柜为刀片式数据柜，数据机柜内包括计算节点、存储节点、供电模块、管理节点，由于不同的设备发热量不同，为精确探测机柜内部不同设备节点的发热状态，除了面板和侧板布置树脂型红外温度探测场阵列集成电路PCB板2-1之外，在每个设备的顶部，也就是在上一层设定的底部背板设置红外温度场探测阵列。由于底板均为标准形状且需要根据机柜部署需求更改位置，底板采用铁基材料直接制作成铁基复合式红外温度场探测场阵列集成电路PCB板2-2。红外芯片采用Iray 612红外热成像芯片，红外芯片分辨率640 × 512。芯片均通过PCB内部电路与数据处理模块连接，数据处理模块采用Cortex-A9芯片为核心的嵌入式处理系统，采用linux操作系统，所采集的数据均在数据处理模块中的内部存储器存储。数据处理模块连接有wifi模块实现数据传输。每个底板通过拼接模块进行整个数据机柜内部的设备监控拼接，以实现整个数据机柜内的设备温度场探测。系统运行过程为：
（1）根据所部署的红外热成像芯片和数据机柜内的设备的相对位置进行匹配，数据处理模块将正面、侧面、每层的底板的红外温度分布图在设备上进行表征，建立元器件的三维温度场分布云图。
（2）在数据处理模块中设定发热的温度阈值，当数据机柜内的某个区域由于元器件发热而导致温度超过设定阈值时，系统发出报警信息，并给出具体的发热设备名称和位置。
（3）数据处理模块通过wifi数据传输模块将发热报警信息传输至报警设备或监控服务器上进行报警。
实施例3：
如图4所示，本实施例为储能柜的的三维温度场探测，所述储能机柜采用铅酸蓄电池作为储能元件。储能柜内中蓄电池排列成行，每行之间错层放置；所述控制面板和所述逆变器固定于柜壁，同时柜壁上还设有通风道。为了实现储能柜的蓄电池和逆变器的温度探测，采用柔性板制作成单位面积的柔性红外温度场探测阵列集成电路PCB板3-1。在通过拼接模块实现不同面积集成电路PCB板拼接，实现蓄电池和逆变器区域的三维温度场探测。红外芯片采用Iray 612红外热成像芯片，红外芯片分辨率640 × 512。芯片均通过PCB内部电路与数据处理模块连接，数据处理模块采用Cortex-A9芯片为核心的嵌入式处理系统，采用linux操作系统，所采集的数据均在数据处理模块中的内部存储器存储。数据处理模块连接有wifi模块实现数据传输。每个底板通过拼接模块进行整个数据机柜内部的设备监控拼接，以实现整个数据机柜内的设备温度场探测。系统运行过程为：
（1）根据所部署的红外热成像芯片和储能柜内的设备的相对位置进行匹配，数据处理模块将正面、侧面的红外温度分布图在每个蓄电池以及逆变器上进行表征，建立蓄电池以及逆变器的三维温度场分布云图。
（2）在数据处理模块中设定发热的温度阈值，当储能柜内的某个区域由于蓄电池或逆变器发热而导致温度超过设定阈值时，系统发出报警信息，并给出具体的发热设备位置。
（3）数据处理模块与储能柜内的蓄电池检测传感器连接，测定储能电池的充放电电流和储能柜内部环境温度，基于深度神经网络算法构建不同运行参数和环境温度下的发热体温度场分布与发热异常识别的自学习模型，对蓄电池的发热温度场分布云图，对所述阈值设定值进行动态修正。
（4）数据处理模块通过wifi数据传输模块将发热报警信息传输至报警设备或监控服务器上进行报警。
实施例4：
如图5所示，本实施例为电子方舱的三维温度场探测，采用柔性板制作成柔性单位面积集成电路PCB板4-1，在通过拼接模块实现不同面积集成电路PCB板拼接，实现电子方舱内指定区域的三维温度场探测。红外温度探测芯片采用Iray 612红外热成像芯片，红外芯片分辨率640×512。芯片均通过PCB内部电路与数据处理模块连接，数据处理模块采用Cortex-A9芯片为核心的嵌入式处理系统，采用linux操作系统，所采集的数据均在数据处理模块中的内部存储器存储。数据处理模块连接有rj45以太网模块实现数据传输。系统运行过程为：
（1）根据所部署的红外温度探测芯片和方舱内的元器件4-2的相对位置进行匹配，数据处理模块将正面和侧面红外温度分布图在元器件进行表征，建立元器件的三维温度场分布云图。
（2）在数据处理模块中设定的温度阈值，当方舱内的某个区域由于元器件发热而导致温度超过设定阈值时，系统发出报警信息，并给出具体的发热元器件名称和位置。
（3）根据发热区域的具体位置，数据处理模块与方舱内的分布式温度控制系统连接，启动相应的温度调节装置4-3实现温度的控制，当区域内温度低于设定阈值时，关闭温度控制系统。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：包括设置在电柜内部的红外温度场探测阵列（1）；
所述红外温度场探测阵列（1）包括集成电路PCB板（1-1）、红外温度探测芯片（1-2）、供电模块（1-3）、数据处理模块（1-4）、数据传输模块（1-5）、拼接接口（1-6）；
每个集成电路PCB板（1-1）的中部均匀设置有若干个红外温度探测芯片（1-2）；
在红外温度探测芯片（1-2）的一侧设置有供电模块（1-3）、数据处理模块（1-4）、及数据传输模块（1-5），所述集成电路PCB板（1-1）分别与供电模块（1-3）、数据处理模块（1-4）、及数据传输模块（1-5）连接以实现红外温度探测芯片（1-2）的供电、数据处理及传输；
在红外温度探测芯片（1-2）的另一侧设置有拼接接口（1-6）以实现多块集成电路PCB板（1-1）之间的快速拼接。
2.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述智能电柜选用固定面板式配电柜、抽屉式配电柜、数据机柜、电子方舱或储能柜中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述集成电路PCB板（1-1）选用树脂基材料、柔性材料或铁基材料中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述红外温度场探测阵列（1）的布置密度根据监测位置和监测要求的不同而不同。
5.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述红外温度场探测阵列（1）设置在电柜柜体内壁及电柜柜门背板位置。
6.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述数据处理模块（1-4）根据红外温度探测芯片（1-2）所采集的温度数据对发热体温度进行监测，并通过数据插值法建立整个智能电柜内的三维温度场分布，当探测到的温度超过设定阈值时生成报警信息，并通过三维温度场分布对智能电柜内的异常发热体进行位置定位，并将报警信息通过数据传输模块（1-5）传输至服务器。
7.根据权利要求6所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述数据处理模块（1-4）具有自学习功能，能够根据监测对象、监测时间、监测环境、监测温度的变化规律构建发热体的温度场分布云图，并对所述设定阈值进行动态修正。
8.根据权利要求7所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述数据处理模块（1-4）具有外接传感器，所述数据处理模块（1-4）根据所述温度场分布云图对异常发热体进行定位，并结合外接传感器对异常发热体进行故障诊断和分析。
9.根据权利要求8所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述外接传感器至少包括温度传感器、湿度传感器、及电柜负载电流传感器。
10.根据权利要求1所述的一种用于智能电柜的阵列式三维温度场探测系统，其特征在于：所述数据传输模块（1-5）选用有线传输模式或无线传输模式。
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