CN110793663A - 一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统；荧光传感器与温度采集器之间设有光纤并通过光纤连接，温度采集器用于通过光纤向荧光传感器发送固定波长的入射光，荧光传感器产生荧光余晖并将其传输至温度采集器，温度采集器根据荧光余晖对数据进行计算，获得荧光传感器对应的采集温度；液晶显示器与温度采集器均配设有485接口以及LORA无线模块，通讯管理机与后台管理系统连接，后台管理系统对获取的温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

Description

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统及方法

技术领域

本发明涉及智能开关柜温度监测技术领域，具体涉及一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统及方法。

背景技术

随着电力系统的发展，电网规模越来越大，结构复杂，运行方式也变的更加多样化，电网的安全稳定运行问题变得尤为突出。电网设备主要集中在变电站，其中，开关柜作为变电站的重要电气设备，负担着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用，对变电站的安全性可靠运行起着举足轻重的作用。开关柜作为一种广泛运用的电力设备，其安全可靠性因而也受到更多的关注。据不完全统计，国内不少发电公司、电力公司均出现过不同程度的开关柜故障，很大原因就是缺乏对开关柜的有效监控。

高压开关柜内导电连接处的接触不良将会导致接触处的温度增加，长时间接触不良会令接触点产生氧化膜，不仅阻碍电流通过而且增大接触电阻，产生局部高温，损坏开关柜，造成巨大的经济损失。由这些问题带来的安全隐患和经济损失不可估量。而这些问题的初始表现都为局部温度上升，即异常发热，因此可以通过对温度的监测从而预知并防止故障产生，保证运行的安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统及方法，测量准确，可实现远距离、信号屏蔽场合的信息传输，可以有效的预防温升造成的故障产生。

本发明提供了如下的技术方案：

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统及方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统；

所述荧光传感器与所述温度采集器之间设有光纤并通过光纤连接，所述温度采集器用于通过所述光纤向所述荧光传感器发送固定波长的入射光，所述荧光传感器产生荧光余晖并将其传输至所述温度采集器，所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

所述液晶显示器与所述温度采集器均配设有485接口以及LORA无线模块，所述通讯管理机与所述后台管理系统连接，所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

优选的，所述后台管理系统还可以提供一段时间内的温度变化曲线以及历史数据报表。

优选的，所述荧光余晖与时间的函数关系式为

其中，A为常系数；t为余辉衰减时间；l_p(T)为停止激励时荧光峰值强度，为温度T的函数；τ(T)——荧光余辉衰变时间常数，即荧光余辉寿命，也为温度T的函数，与光强无关。

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度并通过LORA无线模块将所述采集温度定时发送至液晶显示器；

S4、所述液晶显示器接收所述温度采集器传输的温度数据，在人机交互界面上显示所采集到的温度；同时通过经过与其连接的通讯管理机将所述温度数据转发至后台管理系统；

S5、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

优选的，所述液晶显示屏通过485接口与所述通讯管理机连接。

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

S4、通讯管理机接收后台管理系统的指令向所述温度采集器发送巡检命令，所述温度采集器应答并将所述采集温度数据发送至液晶显示器与通讯管理机；

S5、所述液晶显示器接收所述温度采集器传输的温度数据并在人机交互界面上显示所采集到的温度；所述通讯管理机接收所述温度采集器传输的温度数据并将其转发至所述后台管理系统；

S6、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

优选的，所述温度采集器通过485接口分别与所述液晶显示器以及所述通讯管理机连接。

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

S4、所述温度采集器将所述采集温度通过485接口传输至通讯管理机，所述通讯管理机将所述采集温度传输至后台显示温度值；

S5、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

本发明的有益效果是：

1.采用荧光传感器测温，温度转换关系由荧光寿命单值决定，不受激励光源强度的变化、光纤传输效率、耦合程度的变化等外部条件的影响，所以相比较其他测温法而言，荧光寿命测温法测量更为准确；

2.采用先进的LORA无线传输方式，远距离无线模块，使得装置可实现远距离、信号屏蔽场合的信息传输；

3.为高压开关柜的温度自我诊断提供了更有效的方法，可以有效的预防温升造成的故障产生，并具有很大的推广价值；

4.大屏触屏液晶(选配)显示，人机交互更加友好。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明无线传输方式框架图；

图2是本发明有线传输方式框架图；

图3是荧光特性曲线。

具体实施方式

如图1-图3所示，一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统；

荧光传感器与温度采集器之间设有光纤并通过光纤连接，温度采集器用于通过光纤向荧光传感器发送固定波长的入射光，荧光传感器产生荧光余晖并将其传输至温度采集器，温度采集器根据荧光余晖对数据进行计算，获得荧光传感器对应的采集温度；

具体的，对于荧光光纤测温，当发光材料受到某种波长的入射光照射，吸收光能后从基态进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段)，而且一旦移除入射光，发光现象也随之立即消失，即出射光消失，具有这种性质的出射光就被称之为荧光；

由普朗克定理可知，当发光材料接收到无论哪种形式的入射光能量时，发光材料中的电子将发生能级跃迁现象，而在能级跃迁的过程中伴随着波长为λ的出射光，其中：

其中，E₂为电子位于高能级时具有的能量，E₁为电子位于低能级时具有的能量，h为普朗克常，ν为出射光的频率，c为光在真空中的传播速度，λ为出射光的波长。

实际情况中，我们观测到的并不是某一固定波长的出射光，而是波长处于某一波段的出射光，这主要是因为E₂和E₁总是分别位于两条能带之中。在入射光移除后，发光材料仍会维持一段时间的发光现象，若该段时间与电子完成能级跃迁的时间(≤10-6s)相等，则此出射光称之为荧光；若该段时间比电子完成能级跃迁的时间长很多(通常为10-3s～10s)，则此出射光称之为磷光，

荧光物质的发光通常遵守斯托克斯定律，即荧光物质只能受到高能量(hν₂)的光激发，发出低能量(hν₁)的光，换句话说，就是波长短的频率高的光激发出波长长的频率低的光(λ₂＜λ₁，ν₂＞ν₁)。荧光物质的发光机理是：按照分子原理，稀土掺杂的氧化物中含有高化合价的正离子，离子在高能射线(激光、紫外线等)照射下受到激发，从基态跃迁到激发态，而激发态不稳定，则离子再从激发态跃迁到较低能量级，此时离子放出福射能而使荧光物质发光，这种光就被称之为荧光，荧光通常位于可见光波段；

在某一段温度范围内，无论何种荧光物质，它们的荧光寿命均表现出一定温度相关性，而荧光寿命测温原理正是建立在这种温度相关性上的，

当光照射荧光物质时，其内部电子获得能量从基态跃迁到激发态，从激发态返回到基态的放出辐射能而使荧光物质发出荧光，而在光被移除后的持续发射荧光的时间取决于激发态的寿命，该寿命就被称之为荧光寿命，荧光寿命具有特性：荧光寿命的长短由温度的高低决定，荧光寿命型温度传感器正是基于该特性的温度传感器；

某些稀土荧光材料受激励光照射并激发后，发射出可见的线状光谱，即荧光及其余辉。若荧光的某一参数受温度的调制，且它们的关系呈现出单调性，则可利用这种关系进行测温。线状光谱的强度受激励光源强度及荧光材料的温度影响，如果激励光源强度保持不变，线状光谱的强度为温度的单值函数，且随着时间的推移，通常情况下外界温度越低，线状光谱的强度就越强，余辉的衰减也就越慢。利用滤光片将激励光谱滤除后，测量荧光余辉发射光谱线的强度即可求解出温度大小。但该测量方法要求具有稳定的激励光源强度和信号通道，很难实现，故基本上未得到采用。除此之外，荧光余辉的衰变时间常数也是温度的单值函数。

根据半导体理论可知，余辉的衰落直至消失实际上是光的淬灭过程，温度的升高使得晶格振动的强度增强，而晶格振动强度的增强又使得参与吸收的分子数增多，最终导致光的淬灭过程缩短，故荧光物质的温度高低决定了光的淬灭过程的快慢，即决定了衰变时间常数的大小。图3为荧光特性曲线；

由图3可得荧光余辉的强度与实践的函数关系式为：

其中，A为常系数；t为余辉衰减时间；l_p(T)为停止激励时荧光峰值强度，为温度T的函数；τ(T)——荧光余辉衰变时间常数，即荧光余辉寿命，也为温度T的函数，与光强无关。

一般T越大，τ(T)就越小，所以只要测得τ(T)的值，就可求解出T；

可见，采用荧光传感器测温，温度转换关系由荧光寿命单值决定，不受激励光源强度的变化、光纤传输效率、耦合程度的变化等外部条件的影响，所以相比较其他测温法而言，荧光寿命测温法测量更为准确。

液晶显示器与温度采集器均配设有485接口以及LORA无线模块，通讯管理机与后台管理系统连接，后台管理系统对获取的温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警，后台管理系统还可以提供一段时间内的温度变化曲线以及历史数据报表。

实施例一：

如图1所示，一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、温度采集器从光纤的接口发射固定波长的入射光并通过光纤传输至荧光传感器，荧光传感器受入射光照射激发后产生荧光余晖，温度采集器接收荧光余晖；

S3、温度采集器根据荧光余晖对数据进行计算，获得荧光传感器对应的采集温度并通过LORA无线模块将采集温度定时发送至液晶显示器；

S4、液晶显示器接收温度采集器传输的温度数据，在人机交互界面上显示所采集到的温度；同时通过经过与其连接的通讯管理机将温度数据转发至后台管理系统；

S5、后台管理系统对获取的温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

具体的，液晶显示屏通过485接口与通讯管理机连接。

实施例二：

如图2所示，一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、温度采集器从光纤的接口发射固定波长的入射光并通过光纤传输至荧光传感器，荧光传感器受入射光照射激发后产生荧光余晖，温度采集器接收荧光余晖；

S3、温度采集器根据荧光余晖对数据进行计算，获得荧光传感器对应的采集温度；

S4、通讯管理机接收后台管理系统的指令向温度采集器发送巡检命令，温度采集器应答并将采集温度数据发送至液晶显示器与通讯管理机；

S5、液晶显示器接收温度采集器传输的温度数据并在人机交互界面上显示所采集到的温度；通讯管理机接收温度采集器传输的温度数据并将其转发至后台管理系统；

S6、后台管理系统对获取的温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

具体的，温度采集器通过485接口分别与液晶显示器以及通讯管理机连接。

实施例三：

一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、温度采集器从光纤的接口发射固定波长的入射光并通过光纤传输至荧光传感器，荧光传感器受入射光照射激发后产生荧光余晖，温度采集器接收荧光余晖；

S3、温度采集器根据荧光余晖对数据进行计算，获得荧光传感器对应的采集温度；

S4、温度采集器将采集温度通过485接口传输至通讯管理机，通讯管理机将采集温度传输至后台显示温度值；

S5、后台管理系统对获取的温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

本发明提供的基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，可实现无屏幕、有线以及无线方式进行传输，采用先进的LORA无线传输方式，远距离无线模块，使得装置可实现远距离、信号屏蔽场合的信息传输；为高压开关柜的温度自我诊断提供了更有效的方法，可以有效的预防温升造成的故障产生，并具有很大的推广价值。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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。

Claims (8)

1.一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，其特征在于，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统；

所述荧光传感器与所述温度采集器之间设有光纤并通过光纤连接，所述温度采集器用于通过所述光纤向所述荧光传感器发送固定波长的入射光，所述荧光传感器产生荧光余晖并将其传输至所述温度采集器，所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

所述液晶显示器与所述温度采集器均配设有485接口以及LORA无线模块，所述通讯管理机与所述后台管理系统连接，所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，其特征在于，所述后台管理系统还可以提供一段时间内的温度变化曲线以及历史数据报表。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测系统，其特征在于，所述荧光余晖与时间的函数关系式为

其中，A为常系数；t为余辉衰减时间；l_p(T)为停止激励时荧光峰值强度，为温度T的函数；τ(T)——荧光余辉衰变时间常数，即荧光余辉寿命，也为温度T的函数，与光强无关。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度并通过LORA无线模块将所述采集温度定时发送至液晶显示器；

S4、所述液晶显示器接收所述温度采集器传输的温度数据，在人机交互界面上显示所采集到的温度；同时通过经过与其连接的通讯管理机将所述温度数据转发至后台管理系统；

S5、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，其特征在于，所述液晶显示屏通过485接口与所述通讯管理机连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

S4、通讯管理机接收后台管理系统的指令向所述温度采集器发送巡检命令，所述温度采集器应答并将所述采集温度数据发送至液晶显示器与通讯管理机；

S5、所述液晶显示器接收所述温度采集器传输的温度数据并在人机交互界面上显示所采集到的温度；所述通讯管理机接收所述温度采集器传输的温度数据并将其转发至所述后台管理系统；

S6、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，其特征在于，所述温度采集器通过485接口分别与所述液晶显示器以及所述通讯管理机连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的智能开关柜温度监测方法，包括荧光传感器、温度采集器、液晶显示器、通讯管理机和后台管理系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将荧光传感器安装于开关柜内部动静触头等容易产生温升的接触点，并通过光纤将其与温度采集器连接；

S2、所述温度采集器从所述光纤的接口发射固定波长的入射光并通过所述光纤传输至所述荧光传感器，所述荧光传感器受所述入射光照射激发后产生荧光余晖，所述温度采集器接收所述荧光余晖；

S3、所述温度采集器根据所述荧光余晖对数据进行计算，获得所述荧光传感器对应的采集温度；

S4、所述温度采集器将所述采集温度通过485接口传输至通讯管理机，所述通讯管理机将所述采集温度传输至后台显示温度值；

S5、所述后台管理系统对获取的所述温度数据进行存储和分析，并根据配置的预警温度进行温度告警。

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