CN110514309B - 一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，包括接收节点、无线网关/基站、无线温度传感器，所述无线温度传感器由探头组件和电子仓组成，探头组件包括测温探头和测温探头外壳，电子仓的内部线路板，线路板上集成有数据采集系统、数据处理系统和数据收发系统，数据收发系统上设有天线，无线温度传感器通过测温探头感知电缆的温度，通过数据采集系统、数据处理系统转化成电信号，再通过数据收发射系统的天线向接收节点发射电信号，提高了电缆温度监测的精准性和可靠性，适用于多种环境下的监测。

Description

一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置

技术领域

本发明涉及一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置。

背景技术

在电力行业，由于材料老化等原因，会造成局部电阻过大或局放等问题，引起故障部位温度升高，引起线缆或接头老化加速，严重时引起火灾；同时为了城市的美观，逐渐将架空电缆铺设在地下，其故障排查难度更大，特别是沿海城市，地下水位高，电缆几乎泡在水里，其故障排查难度就更大。而一般电缆故障前兆是温度异常，因此对电缆温度的监控就变得非常关键。

现有对电缆温度监控的方式为，一般采用红外测温仪和光纤通讯测温、无线测温等方式，由于电缆可能几乎泡在水里，红外线在水里的穿透性极低，因此采用红外线测温只适用架空电缆，而对于铺设在地下的电缆却无能为力；而对于光纤通讯测温，则由于测温节点过于庞大，光纤根数也需要很多，光纤长度也很长，光纤本身的可靠性也很难得到保证，因此光纤通讯测温方式只适合测温点不多及分布集中的场合，而城市供电电缆存在分布广、测温点多等特性，显然光纤通讯测温方式有很大的局限，对于无线测温，目前应用比较成熟的有开关柜测温及架空电缆测温，一般是将温度传感器布置在接头部位，通过将温度信号转化为电信号，然后通过一定频率发射给上位机，上位机再将温度信号传给控制终端，实施温度监控。上述无线测温装置，很难在地下电缆中使用，主要是因为地下电缆可能浸泡在水中，很可能水深达到2m左右，无线电波在水里衰减非常大，对无线信号传输能力提出了更高要求。即使是架空电缆，由于安装在野外，也要求传感器与接收节点之间传输距离比较大，对无线信号传输能力提出了更高要求；同时电缆在很多场合其三相是缠绕在一起，采用CT取电的方式也不适用，同时还需要考虑采用电池供电，而电池供电必须考虑低功耗的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多测温探头结构，能耗低，能在多种环境下使用，信号传输能力强，温度检测精准，探头位置更换方便，能根据环境进行调整，同时组网方便，具有实用性和使用广泛性的无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，包括接收节点、无线网关/基站、无线温度传感器，所述接收节点与无线温度传感之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，所述接收节点与无线网关/基站之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，接收接点处设有接点主机，所述无线温度传感器由测温环和电子仓组成，测温环与电子仓连接为一个整体，测温环上设有多个测温探头，所述电子仓的内部设有线路板，线路板上集成有数据采集系统、数据处理系统和数据收发系统，数据收发系统上设有天线，无线温度传感器通过测温探头感知电缆的温度，通过数据采集系统、数据处理系统转化成电信号，再通过数据收发射系统的天线向接收节点发射电信号。

优选的，所述数据处理系统具有边缘计算功能，即对一个周期内多个测温探头的数据按设定的要求进行取舍，并计算不同采集周期内温度变化梯度，根据预定温度变化梯度的范围确定数据是否发送给接收节点，所述数据采集系统是采用多点轮询测温的方式，在一个采集周期内，依次对各个测温探头的数据进行采集，采集多个测温探头的温度数据，通过数据处理系统的边缘计算能力，取出本轮中温度的最大值、最小值，并计算本轮温度最大值与最小值的温度差ΔT₁，以及本轮与上轮温度最大值的差ΔT₂。

优选的，所述数据采集系统计算出温度差值后，符合以下四个条件中的一条或多条时，无线温度传感器的数据收发系统发出信号，唤醒接点主机，并发送被测温度数据：1)、温度差ΔT₁超出设定值；2)、温度差ΔT₂超出设定值；3)、上一次数据更新时间到本轮轮询测温时间差超过设定值；4)、温度最大值超过设定值；反之，无线温度传感器的数据收发系统处于低功耗定时扫描和休眠状态。

优选的，根据通信协议要求，当被测温度数据符合发射条件时，无线温度传感器的数据收发系统先发一段请求发送数据的信息，接收节点设置了动态唤醒功能，接收节点周期性的监听无线温度传感器所发射的信号，根据通讯协议，当监听到的信号包含协议中规定的信息，接收节点的接收和发送功能立即被唤醒，接收节点进入正常工作状态，否则接收节点处于动态监听和休眠状态，当节点接收到信号后，会向无线温度传感器反馈已接收到信号通知，若无线温度传感器未接收到反馈信号，无线温度传感器会重复发送多次。

优选的，所述测温探头数量为多个，测温探头呈圆柱状结构，测温探头的轴向沿电缆的轴向贴合。

优选的，所述测温环由测温探头外壳、引线、捆扎带组成，所述测温探头安装在测温探头外壳中，测温探头与测温探头外壳组成一个探头组件，每个测温探头外壳中安装有多个测温探头，测温探头通过引线与电子仓中的线路板相连，所述测温探头外壳中还填充有封灌剂，所述测温探头外壳上还设置固定扣，电子仓底部还设置有贯通固定扣，捆扎带沿固定扣、贯通固定扣将探头组件、电子仓固定在电缆上，所述探头组件沿电子仓两侧布置，其中一侧设置了两个探头组件，另一侧设置一个探头组件，探头组件分别对应电缆的一个线芯。

优选的，所述接收节点含有Lora模块，接收接点与无线网关间采用Lora模块无线通讯。

优选的，所述接收节点含有NB-IoT通信模块，接收节点与基站之间基于NB-IoT无线通讯。

优选的，所述无线温度传感器内置有适用于水下信号传输的低功耗无线收发模块，节点与无线温度传感器之间采用短距离无线通讯方式。

优选的，所述无线温度传感器与接收节点的距离在5m以内，接收节点安装的井盖上，无线温度传感器在距离井盖5m以内的位置。

本发明实现了以下有益效果：

一、采用Lora或NB-IoT两种通讯技术，传输能力强，使得从无线温度传感器传出的信号100％能被接收节点接收。

二、由于无线温度传感器采用轮询采集数据，并进行数据边缘计算，并根据计算结果确定数据发射频率，保证功耗大的发射系统大部分处于休眠状态，降低了无线温度传感器对能源的消耗，提高了传感器的使用寿命。

三、接收节点采用动态监听唤醒的工作方式，接收节点按周期监听无线温度传感器发射的信号，并根据双方的通讯协议，只有当监听到根据协议规定的内容时，接收节点才被唤醒，处于正常工作模式，其它时候接收节点处于休眠状态，保证了接收节点大部分时间处于休眠状态，降低了接收节点的功耗，提高了接收节点的使用寿命。

四、无线温度传感器采用了多探头测温的结构，可以保证传感器尽可能准确的测出电缆的最高温度，便于系统及时作出预警反映。

五、测温节点直接将信号传给网关或基站，网关或基站再将信号传递给云端，由于网关或基站覆盖范围比较广，组网非常方便，组网扩充能力强，非常适合特大城市整个电网的监控。

六、探头组件的安装位置可以在安装时调整，很容易将探头组件固定在电缆测温最佳位置，测温环不受电缆周长的影响，一个测温环基本能适应绝部分电缆规格，因此可实现测温环的标准化。

七、测温环采用捆扎带将测温探头固定在电缆上，通过收缩捆扎带，将测温探头固定在电缆上，使测温探头紧贴在电缆上便于测试的准确性。

附图说明

为了更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，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的无线温度传感器工作原理示意图；

图2为本发明的无线测温装置工作原理示意图；

图3为本发明的安装示意图；

图4为本发明的使用状态示意图；

图5为本发明的电子仓剖面示意图；

图6为本发明的测温探头外壳结构示意图；

图7为本发明的测温探头安装示意图；

其中，1.电子仓，2.测温探头外壳，3.引线，4.捆扎带，5.电缆，6.测温探头,7.固定扣，8.贯通固定扣，9.线路板，10.固定电源。

具体实施方式

参阅图1至图7所示的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，包括接收节点、无线网关/基站、无线温度传感器，所述接收节点与无线温度传感之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，所述接收节点与无线网关/基站之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，接收接点处设有接点主机，所述无线温度传感器由测温环和电子仓1组成，测温环与电子仓1连接为一个整体，测温环上设有多个测温探头6，所述电子仓1的内部设有固定电源10和线路板9，线路板9上集成有数据采集系统、数据处理系统和数据收发系统，数据收发系统上设有天线，无线温度传感器通过测温探头6感知电缆的温度，通过数据采集系统、数据处理系统转化成电信号，再通过数据收发射系统的天线向接收节点发射电信号。

所述数据处理系统具有边缘计算功能，即对一个周期内多个测温探头6的数据按设定的要求进行取舍，并计算不同采集周期内温度变化梯度，根据预定温度变化梯度的范围确定数据是否发送给接收节点，所述数据采集系统是采用多点轮询测温的方式，在一个采集周期内，依次对各个测温探头6的数据进行采集，采集多个测温探头6的温度数据，通过数据处理系统的边缘计算能力，取出本轮中温度的最大值、最小值，并计算本轮温度最大值与最小值的温度差ΔT₁，以及本轮与上轮温度最大值的差ΔT₂。

所述数据采集系统计算出温度差值后，符合以下四个条件中的一条或多条时，无线温度传感器的数据收发系统发出信号，唤醒接点主机，并发送被测温度数据：1)、温度差ΔT₁超出设定值；2)、温度差ΔT₂超出设定值；3)、上一次数据更新时间到本轮轮询测温时间差超过设定值；4)、温度最大值超过设定值；反之，无线温度传感器的数据收发系统处于低功耗定时扫描和休眠状态。

根据通信协议要求，当被测温度数据符合发射条件时，无线温度传感器的数据收发系统先发一段请求发送数据的信息，接收节点设置了动态唤醒功能，接收节点周期性的监听无线温度传感器所发射的信号，根据通讯协议，当监听到的信号包含协议中规定的信息，接收节点的接收和发送功能立即被唤醒，接收节点进入正常工作状态，否则接收节点处于动态监听和休眠状态，当节点接收到信号后，会向无线温度传感器反馈已接收到信号通知，若无线温度传感器未接收到反馈信号，无线温度传感器会重复发送多次。

所述测温探头6数量为多个，测温探头6呈圆柱状结构，测温探头6的轴向沿电缆的轴向贴合。

所述测温环由测温探头外壳2、引线3、捆扎带4组成，所述测温探头6安装在测温探头外壳2中，测温探头6与测温探头外壳2组成一个探头组件，每个测温探头外壳2中安装有多个测温探头6，测温探头6通过引线3与电子仓1中的线路板9相连，所述测温探头外壳2中还填充有封灌剂，所述测温探头外壳2上还设置固定扣7，电子仓1底部还设置有贯通固定扣8，捆扎带4沿固定扣7、贯通固定扣8将探头组件、电子仓1固定在电缆5上，所述探头组件沿电子仓1两侧布置，其中一侧设置了两个探头组件，另一侧设置一个探头组件，探头组件分别对应电缆5的一个线芯。

所述接收节点含有Lora模块，接收接点与无线网关间采用Lora模块无线通讯。

所述接收节点含有NB-IoT通信模块，接收节点与基站之间基于NB-IoT无线通讯。

所述无线温度传感器内置有适用于水下信号传输的低功耗无线收发模块，节点与无线温度传感器之间采用短距离无线通讯方式。

所述无线温度传感器与接收节点的距离在5m以内，接收节点安装的井盖上，无线温度传感器在距离井盖5m以内的位置，由于无线信号在水里衰减的比较厉害，为包证两者通讯正常，无线温度传感器与接收接点间的距离必须控制在5m以内。

本发明安装时，根据电缆的实际情况，选择一定数量的测温探头外壳及测温探头，按照电缆的分布将测温探头紧贴电缆安装，将捆扎带穿过固定扣和贯穿固定扣，使得电子仓和含有测温探头的测温探头外壳牢牢的固定在电缆上。

使用时，无线温度传感器上的数据采集系统，依次对各个测温探头一定周期内的数据进行采集，通过数据处理系统的边缘计算能力，取出本轮中温度的最大值、最小值，并计算本轮温度最大值与最小值的温度差ΔT₁，以及本轮与上轮温度最大值的差ΔT₂，当数据采集系统计算出温度差值，符合以下四个条件之一，无线温度传感器的数据收发系统发出信号，唤醒接收接点处的接点主机，并发送被测温度数据：(1、温度差ΔT₁超出设定值；2、温度差ΔT₂超出设定值；3、上一次数据更新时间到本轮轮询测温时间差超过设定值；4、温度最大值超过设定值；反之，无线温度传感器的数据收发系统处于休眠状态)。当被测温度数据符合发射条件时，无线温度传感器的数据收发系统先发一段请求发送数据的信息，接收节点设置了动态唤醒功能，接收节点周期性的监听无线温度传感器所发射的信号，根据通讯协议，当监听到的信号包含协议中规定的信息，接收节点的接收和发送功能立即被唤醒，接收节点进入正常工作状态，否则接收节点处于休眠状态，当节点接收到信号后，会向无线温度传感器反馈已接收到信号通知，若无线温度传感器未接收到反馈信号，无线温度传感器会重复发送直到接收节点接收到为止；当接收节点收到信号后，接收节点通过Lora模块无线通讯或基于NB-IoT无线通讯与网关、基站连接传输，最后网关与基站最后将温度数据传递至云端，便于系统做好及时预警，达到监测的准确性。

本发明具有以下优点：

一、采用Lora或NB-IoT两种通讯技术，传输能力强，使得从无线温度传感器传出的信号100％能被接收节点接收。

二、由于无线温度传感器采用轮询采集数据，并进行数据边缘计算，并根据计算结果确定数据发射频率，保证功耗大的发射系统大部分处于休眠状态，降低了无线温度传感器对能源的消耗，提高了传感器的使用寿命。

三、接收节点采用动态监听唤醒的工作方式，接收节点按周期监听无线温度传感器发射的信号，并根据双方的通讯协议，只有当监听到根据协议规定的内容时，接收节点才被唤醒，处于正常工作模式，其它时候接收节点处于休眠状态，保证了接收节点大部分时间处于休眠状态，降低了接收节点的功耗，提高了接收节点的使用寿命。

四、无线温度传感器采用了多探头测温的结构，可以保证传感器尽可能准确的测出电缆的最高温度，便于系统及时作出预警反映。

五、测温节点直接将信号传给网关或基站，网关或基站再将信号传递给云端，由于网关或基站覆盖范围比较广，组网非常方便，组网扩充能力强，非常适合特大城市整个电网的监控。

六、探头组件的安装位置可以在安装时调整，很容易将探头组件固定在电缆测温最佳位置，测温环不受电缆周长的影响，一个测温环基本能适应绝部分电缆规格，因此可实现测温环的标准化。

七、测温环采用捆扎带将测温探头固定在电缆上，通过收缩捆扎带，将测温探头固定在电缆上，使测温探头紧贴在电缆上便于测试的准确性。

本发明的测温探头可根据使用要求制成多种形状。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：包括接收节点、无线网关/基站、无线温度传感器，所述接收节点与无线温度传感之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，所述接收节点与无线网关/基站之间采用无线通讯方式进行双向数据通讯，所述接收节点含有Lora模块，接收接点与无线网关间采用Lora模块无线通讯,所述接收节点含有NB-IoT通信模块，接收节点与基站之间基于NB-IoT无线通讯,接收接点处设有接点主机，所述无线温度传感器由测温环和电子仓组成，测温环与电子仓连接为一个整体，测温环上设有多个测温探头，所述测温探头数量为多个，测温探头呈圆柱状结构，测温探头的轴向沿电缆的轴向贴合,所述电子仓的内部设有线路板，线路板上集成有数据采集系统、数据处理系统和数据收发系统，数据收发系统上设有天线，无线温度传感器通过测温探头感知电缆的温度，通过数据采集系统、数据处理系统转化成电信号，再通过数据收发射系统的天线向接收节点发射电信号,所述测温环由测温探头外壳、引线、捆扎带组成，所述测温探头安装在测温探头外壳中，测温探头与测温探头外壳组成一个探头组件，每个测温探头外壳中安装有多个测温探头，测温探头通过引线与电子仓中的线路板相连，所述测温探头外壳中还填充有封灌剂，所述测温探头外壳上还设置固定扣，电子仓底部还设置有贯通固定扣，捆扎带沿固定扣、贯通固定扣将探头组件、电子仓固定在电缆上，所述探头组件沿电子仓两侧布置，其中一侧设置了两个探头组件，另一侧设置一个探头组件，探头组件分别对应电缆的一个线芯。

2.根据权利要求1所述的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：所述数据处理系统具有边缘计算功能，即对一个周期内多个测温探头的数据按设定的要求进行取舍，并计算不同采集周期内温度变化梯度，根据预定温度变化梯度的范围确定数据是否发送给接收节点，所述数据采集系统是采用多点轮询测温的方式，在一个采集周期内，依次对各个测温探头的数据进行采集，采集多个测温探头的温度数据，通过数据处理系统的边缘计算能力，取出本轮中温度的最大值、最小值，并计算本轮温度最大值与最小值的温度差ΔT₁，以及本轮与上轮温度最大值的差ΔT₂。

3.根据权利要求2所述的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：所述数据采集系统计算出温度差值后，符合以下四个条件中的一条或多条时，无线温度传感器的数据收发系统发出信号，唤醒接点主机，并发送被测温度数据：1)、温度差ΔT₁超出设定值；2)、温度差ΔT₂超出设定值；3)、上一次数据更新时间到本轮轮询测温时间差超过设定值；4)、温度最大值超过设定值；反之，无线温度传感器的数据收发系统处于低功耗定时扫描和休眠状态。

4.根据权利要求3所述的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：根据通信协议要求，当被测温度数据符合发射条件时，无线温度传感器的数据收发系统先发一段请求发送数据的信息，接收节点设置了动态唤醒功能，接收节点周期性的监听无线温度传感器所发射的信号，根据通讯协议，当监听到的信号包含协议中规定的信息，接收节点的接收和发送功能立即被唤醒，接收节点进入正常工作状态，否则接收节点处于动态监听和休眠状态，当节点接收到信号后，会向无线温度传感器反馈已接收到信号通知，若无线温度传感器未接收到反馈信号，无线温度传感器会重复发送多次。

5.根据权利要求1所述的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：所述无线温度传感器内置有适用于水下信号传输的低功耗无线收发模块，接收节点与无线温度传感器之间采用短距离无线通讯方式。

6.根据权利要求1所述的一种无线温度传感器及包含该传感器的无线测温装置，其特征在于：所述无线温度传感器与接收节点的距离在5m以内，接收节点安装的井盖上，无线温度传感器在距离井盖5m以内的位置。

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