CN111222607A - 一种基于无源rfid测温电子标签的轨道交通车辆电缆温度监控前端及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无源RFID测温电子标签的轨道交通车辆电缆温度监控前端及系统。温度监控前端包括RFID测温电子标签和平板天线；所述平板天线用于通过无线电磁波辐射方式给所述RFID测温电子标签充电；平板天线与RFID测温电子标签之间通过无线电磁波信号通讯，并获取RFID测温电子标签的测温传感信号。监控系统包括前述测温前端，另外还包括下位机和上位机；下位机作为读写器，用于收集平板天线读取的温度传感信号以获得温度信息；上位机用于获取温度信息后进行温度显示和监控告警。本发明通过在车载大功率线缆上安装无线无源射频识别温度传感器，并组建有线或无线监控网络，完成对整车关键线缆温度的实时监控与高温告警。

Description

一种基于无源RFID测温电子标签的轨道交通车辆电缆温度监 控前端及系统

技术领域

本发明涉及一种基于无源RFID测温电子标签的轨道交通车辆电缆温度监控前端及系统。

背景技术

现有轨道交通车辆电缆温度监控方案主要分为两类。一类是采用纸质过温变色标签，如图1所示，常用纸质过温变色标签过温阈值为70摄氏度，使用时将纸质过温变色标签贴于被监控电缆1上，在过温情况发生之前，纸质过温变色标签标识部位为白色3，当电缆温度超过70摄氏度时，纸质过温变色标签会发生变色，如变为黑色4，从而告知巡检人员电缆过温状态曾经发生。这种电缆温度监控方式的缺点是，无法实时进行过温监控和告警，也无法实现过温提前预警，只有在过温发生之后依赖于巡检员巡检才能发现已经发生过过温情况，高温引发的风险控制能力低。另一类方案是采用磁感应线圈温度传感器测试电缆温度，如图2所示，将磁感应线圈温度传感器5捆扎于电缆1上测温，并通过无线方式发送温度信息给后端监控设备实现监控。这种方式的缺点是，磁感应线圈温度传感是通过电磁耦合产生电能给温度传感器供电，故只有当所监控电缆的电流高于一定数值之后，磁感应线圈温度传感才能获取足够电能以开始工作，否则感应线圈无法取电，导致温度传感器在无电情况下也不就不能测温，所以该方案使用范围受限。上述两种方式各自存在的缺点进一步限制了电缆类温度监控系统的智能化水平与应用范围。

发明内容

本发明提出一种基于无源RFID测温电子标签的轨道交通车辆电缆温度监控前端及系统，通过在车载大功率线缆上安装无线无源射频识别温度传感器，并组建有线或无线监控网络，完成对整车关键线缆温度的实时监控与高温告警。

一方面，本申请实施例提供了一种轨道交通车辆电缆温度监控系统用测温前端，该前端包括RFID测温电子标签和平板天线；所述RFID测温电子标签用于测量车辆电缆温度；所述平板天线用于通过无线电磁波辐射方式给所述RFID测温电子标签充电，以提供工作电能；平板天线与RFID测温电子标签之间通过无线电磁波信号通讯，并获取RFID测温电子标签的测温传感信号。

另一方面，本申请实施例提供了一种轨道交通车辆电缆温度监控系统，该监控系统包括前述测温前端，另外还包括下位机和上位机；下位机作为读写器，用于收集平板天线读取的温度传感信号以获得温度信息；上位机用于获取温度信息后进行温度显示和监控告警。

较佳地，在车厢内或者车辆底架上布设RFID测温电子标签、平板天线以及下位机；RFID测温电子标签设置在待测电缆上，在RFID测温电子标签附近安装平板天线；上位机设置在车头或车尾驾驶室内或其他电气柜内。

较佳地，下位机与平板天线之间通过同轴线通讯；各节车厢的下位机将本节车厢的电缆温度信息上传至上位机。

较佳地，上位机应用程序中设置多等级告警温度阈值，根据不同温度级别发布不同等级的告警信号。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明中，RFID测温电子标签与平板天线配合，安装方便，且可以根据实际测温环境需要随机调整测温位置和测温点；

(2)本发明中，RFID测温电子标签与平板天线配合，由平板天线为RFID测温电子标签提供工作电源，从而实现了实时温度监控，提高了监控效率和自动化程度，整体上提升了安全性；

(3)本发明由于无需电源线或电池供电，避免了有线测温传感器应用时需要布置复杂信号与电源走线的麻烦与不便，简化了施工安装难度；无源免电池特性相比于其他无线测温方案，更是很好地解决了售后更换电池带来的维护工作量繁重的难题，另外由于测温电子标签本身采用无源特性设计，其防水防尘标准可以做到更高，可以满足更多复杂环境应用；

(4)本发明由于测温电子标签体积小重量轻、无线易安装、无源免电池供电，另外告警温度阈值由上位机编程设置灵活可控等众多优点，相比于其他测温方案有更好的应用前景。

附图说明

图1是传统采用测温纸标签测电缆温度方案。

图2是传统采用电磁环取电测电缆温度方案。

图3是根据本申请实施例的车辆电缆温度监控系统测温前端组成示意图。

图4是根据本申请实施例的车辆电缆温度监控系统组网示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

图3示出了根据本申请实施例的车辆电缆温度监控系统测温前端组成示意图。如图3所示，所述车辆电缆温度监控系统测温前端包括无源RFID测温电子标签6和平板天线10。

在每节车辆，将RFID测温电子标签6采用捆扎或者其他方式贴附、安装于被测电缆1表面实现温度传感，即在工作状态下测量车辆电缆温度。RFID测温电子标签6为无源器件，由平板天线10通过无线电磁波辐射方式给其充电。

平板天线10设置于RFID测温电子标签6附近，平板天线10通过无线电磁波9辐射方式给RFID测温电子标签6充电，并获取RFID测温电子标签6的测温传感信号。

RFID测温电子标签6与平板天线10之间实现测温信号无线传输。

作为一种可选的实施方式，RFID测温电子标6签放置在胶套7内，然后用扎带8捆扎于被测电缆1上。这样，RFID测温电子标签安装方便，且可以根据实际测温环境需要随机调整测温位置和测温点。

图4示出了根据本申请实施例的车辆电缆温度监控系统组网示意图。如图4所示，该车辆电缆温度监控系统，包括无源RFID测温电子标签6、平板天线10、读写器(下位机)12和工控电脑(上位机)15。

每节车厢均安装有车辆电缆温度监控系统测温前端。如图4所示，车厢1、车厢2以及车厢n中，均有待测电缆1若干。每根待测电缆1上均设置有RFID测温电子标签6。在RFID测温电子标签6附近安装平板天线10。每节车厢可以根据RFID测温电子标签6的放置范围，安装一个或者多个平板天线10。图4中仅示出了一个作为示例。在每节车厢中，设置有读写器(下位机)12。上位机15设置车辆两端的驾驶控制室内。

RFID测温电子标签6用于实现温度传感，即在工作状态下测量车辆电缆1的温度。RFID测温电子标签6为无源器件，由放置在附近的平板天线10通过无线电磁波辐射方式给其充电。平板天线10通过无线电磁波辐射方式给RFID测温电子标签充电，并获取RFID测温电子标签的测温传感信号。通过电磁波辐射在RFID测温电子标签6与平板天线10之间，即实现了工作电压充电，又实现了温度传感和测温信号无线传输。

读写器12作为整个车辆电缆温度监控系统的下位机就近布置于各节车厢，用于收集各个平板天线读取各个RFID测温电子标签测量获得的温度信息。读写器12与平板天线10之间通过同轴线11通讯。读写器12还将各节车厢读取的电缆温度信息统一上传至上位机15。

读写器12与上位机15组网时，读写器12与上位机15之间的通讯方式14可以采用RS485或以太网等有线方式，也可以采用GPRS或者4G、5G等无线方式实现通讯。各车厢、各个RFID测温电子标签获得的所有温度信息统一由上位机15显示。

在本申请实施例中，可以对轨道交通车载电缆温度实时监控，通过平板天线，利用空间电磁波同时完成电磁充电、测温传感与无线传输等三项功能，并通过有线或无线组网实现温度实时监控显示。实时测温传感不需要电池供电，对监控对象电缆流经电流大小也无任何要求，避免了现有技术中的缺陷和不足。本发明技术方案的应用，可以大幅提高轨道交通领域测温方案灵活性，拓展电缆测温应用领域，降低测温系统维护成本。

作为一种可选的实施方式，上位机15内编程设定有多级温度告警阈值和告警机制。例如，通过上位机应用程序编程任意设置多等级告警温度阈值，例如可以设置三级温度阈值，如60摄氏度高温初步预警、70摄氏度高温中度预警、80摄氏度高温严重告警等等。当测温数值达到60摄氏度后，上位机发出高温初步预警；当测温数值达到70摄氏度后，上位机发出高温中度预警；当测温数值达到80摄氏度后，上位机发出高温严重告警。由此可以提供车辆操作人员足够预判时间，提前处理可能存在的风险，预防因温度监控不及时可能导致的火灾故障的发生。

作为一种可选的实施方式，上位机15备份有从机16。

根据本申请实施例，由于RFID测温电子标签6周边大量的金属环境可能对RFID测温电子标签6周边的磁场产生影响，所以RFID测温电子标签6要求采用抗金属设计，即对RFID测温电子标签6做应用环境电磁场仿真，将实际应用环境周边金属与非金属材料的形状、大小与介电常数等信息一并带入仿真软件进行仿真，获得最佳的RFID测温电子标签6设计性能，确保仿真设计性能与实际应用场景性能的一致。

平板天线10与RFID测温电子标签6之间不可有物理遮挡且距离合适确保有足够电磁场强。例如，当读写器发射功率1W、连接读写器12与平板天线10之间的同轴线11损耗近似忽略的情况下，平板天线10与RFID测温电子标签6之间距离不要超过3米且确保两者正面面对面安装，以确保测温效果与电磁波信号传输可靠性。

作为一种可选的实施方式，RFID测温电子标签6工作频段选用超高频，相比工作于高频与低频频段的RFID电子标签，其通信距离更远。

作为一种可选的实施方式，塑料胶套7为便于捆扎专门留有一对或两对捆扎穿孔。

作为一种可选的实施方式，被测温电缆1上布置安装RFID测温电子标签6后，在其正面安装悬挂平板天线10，平板天线10的根据RFID测温电子标签6在车厢中的不同布局，可以选择方形平板天线，也可以选择长方形平板天线，甚至于在标签布局特别长的情况下，平板天线也可以选择长条形平板天线，选择的依据在于要求平板天线半功率辐射面13覆盖其所负责范围内所有RFID测温电子标签6以确保读温效果。

作为一种可选的实施方式，平板天线10采用射频同轴线11与车辆机柜内的RFID读写器12相连，根据实际测温需求，一个RFID读写器12可以同时连接一路或者多路平板天线10，每节车厢上的读写器12经由以太网总线或者RS485总线传输至车辆两端驾驶室工控电脑16输出显示与告警，为提高系统可靠性，系统采用主从两部上位机做冗余备份，保证一台上位机死机后另一台上位机正常工作。

应理解，RFID测温电子标签6从外观结构上，包括但不限于图3和图4所示的长方体印制电路板型标签，实际轨道交通测温工程应用中，根据不同的测温对象，各种但凡采用无线无源RFID测温传感器实施测温，均在本申请权利宣誓范围之内。

还应理解，各车厢布置的读写器与驾驶室工控电脑的连接方式，包括但是不限于以太网总线连接或者RS485总线连接，实际工程应用中，还可以根据客户要求采用4G或者5G无线连接，或者通过蓝牙和Lora等短距离无线通信实现连接，这些业内人士通识的无线或有线连接方式，均可以适用于本申请所述技术方案。

还应理解，本申请从工程应用上分，包括但不限于车底低压箱输入输出大功率电缆测温、车厢空调柜或其他类型的电气柜内部电缆测温场合，但凡采用RFID测温电子标签方案对轨道交通车载电缆、轴温完成温度监控的，均在本申请权利宣誓范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道交通车辆电缆温度监控系统用测温前端，其特征在于，包括RFID测温电子标签(6)和平板天线(10)；

所述RFID测温电子标签(6)用于测量车辆电缆温度；

所述平板天线(10)用于通过无线电磁波辐射方式给所述RFID测温电子标签(6)充电，以提供工作电能；平板天线(10)与RFID测温电子标签(6)之间通过无线电磁波信号通讯，并获取RFID测温电子标签(6)的测温传感信号。

2.如权利要求1所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统用测温前端，其特征在于，所述RFID测温电子标签(6)捆扎或贴附于被测电缆(1)表面。

3.如权利要求1所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统用测温前端，其特征在于，所述RFID测温电子标(6)签放置在胶套或者塑料卡扣(7)内，并用扎带(8)捆扎于被测电缆(1)表面。

4.如权利要求1所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统用测温前端，其特征在于，所述平板天线(10)为正方形，或者长方形。

5.一种轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的测温前端。

6.如权利要求5所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，还包括下位机(12)和上位机(15)；

下位机(12)作为读写器，用于收集平板天线读取的温度传感信号以获得温度信息；

上位机(15)用于获取温度信息后进行温度显示和监控告警。

7.如权利要求6所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，在车厢内或者车辆底架上布设RFID测温电子标签(6)、平板天线(10)以及下位机(12)；RFID测温电子标签(6)设置在待测电缆(1)上，在RFID测温电子标签(6)附近安装平板天线(10)；

上位机(15)设置在车头或车尾驾驶室内。

8.如权利要求6所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，下位机(12)与平板天线(10)之间通过同轴线(11)通讯；各节车厢的下位机(12)将本节车厢的电缆温度信息上传至上位机(15)。

9.如权利要求6所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，下位机(12)与上位机(15)之间采用有线或无线方式通讯。

10.如权利要求6所述的轨道交通车辆电缆温度监控系统，其特征在于，上位机应用程序中设置多等级告警温度阈值，根据不同温度级别发布不同等级的告警信号。

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