CN111521736A - 一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统，智能气体传感器包括主温度传感器、温度湿度集成传感器、温度压力集成传感器、主控单元和485通信控制逻辑单元，主温度传感器、温度湿度集成传感器和温度压力集成传感器分别与主控单元连接，主控单元与485通信控制逻辑单元连接；在线监控系统包括依次连接的智能气体传感器、电力智能化设备和远程设备。在本发明实施例中，智能气体传感器能获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果、湿度测量结果和压力测量结果，将智能气体传感器应用于所述在线监控系统中，能很好地对气体的温度、湿度和压力进行监测，保证充有气体的电气设备的正常运行。

Description

一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统
技术领域
本发明涉及监测设备技术领域，具体而言，涉及一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统。
背景技术
在超高压电网中，充有气体的电气设备的应用越来越广泛，电气设备的性能主要取决于气体的温度、湿度和压力，比如在高压SF6断路器中，高压SF6断路器的绝缘强度取决于SF6气体的湿度(微水含量)，当SF6气体中含水量较多时，SF6气体的电弧分解物在水分参与下会产生很多强腐蚀物质，腐蚀高压SF6断路器的内部结构材料并威胁检修人员安全，而且水分凝结会使电气设备内部绝缘件的绝缘强度下降，使电气设备发生闪络、击穿等情况，因此在高压SF6断路器中，对SF6气体进行湿度监测具有重要意义。
可见，在充有气体的电气设备中，对气体的温度、湿度和压力进行监测具有重要意义，通常采用温度传感器对气体的温度进行监测，采用湿度传感器对气体的湿度进行监测，采用压力传感器对气体的压力进行监测；但是，采用单一敏感材料的温度传感器对气体的温度进行监测，很难同时具有良好的静态特性和动态性能，很难同时获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果，而且湿度传感器和压力传感器的数值需要根据气体的温度修正，因此如何能够获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果，对气体的温度、湿度和压力进行监测具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统，所述智能气体传感器能同时获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果，并利用温度测量结果对湿度测量结果和压力测量结果进行修正，从而获得速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果和压力测量结果，将所述智能气体传感器应用于所述在线监控系统中，通过所述在线监控系统能很好地对气体的温度、湿度和压力进行监测，保证充有气体的电气设备的正常运行。
相应的，本发明实施例提供了一种多参量融合的智能气体传感器，所述智能气体传感器包括主温度传感器、温度湿度集成传感器、温度压力集成传感器、主控单元和485通信控制逻辑单元，其中：
所述主温度传感器、所述温度湿度集成传感器和所述温度压力集成传感器分别与所述主控单元连接，所述主控单元与所述485通信控制逻辑单元连接。
可选的实施方式，所述主温度传感器为铂电阻温度传感器；
所述温度湿度集成传感器和所述温度压力集成传感器中集成的温度传感器为半导体电阻温度传感器。
可选的实施方式，所述主控单元通过串口与所述485通信控制逻辑单元连接。
可选的实施方式，所述主控单元为微处理器。
另外，本发明实施例还提供了一种在线监控系统，所述在线监控系统包括上述的智能气体传感器、电力智能化设备和远程设备；
所述485通信控制逻辑单元与所述电力智能化设备连接，所述电力智能化设备与所述远程设备连接。
可选的实施方式，所述485通信控制逻辑单元通过Modbus总线与所述电力智能化设备连接。
可选的实施方式，所述电力智能化设备通过网络与所述远程设备连接。
本发明实施例提供了一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统，在所述智能气体传感器中，利用所述主温度传感器获取第一温度值，利用所述温度湿度集成传感器获取第二温度值，利用所述温度压力集成传感器获取第三温度值，所述主温度传感器为铂电阻温度传感器，所述温度湿度集成传感器和所述温度压力集成传感器中集成的温度传感器为半导体电阻温度传感器，采用不同敏感材料的温度传感器同时获取气体的温度值，且所述主控单元利用所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值并基于融合算法计算所述测量气体的最终温度值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果；而且，所述主控单元根据所述最终温度值对所述湿度值和所述压力值进行修正，将所述湿度值修正为最终湿度值，将所述压力值修正为最终压力值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果和压力测量结果；另外，所述主控单元可将所述最终温度值、最终湿度值和所述最终压力值经所述485通信控制逻辑单元传输至其它设备，基于所述485通信控制逻辑单元实现数据的传输，便于对电气设备的测量气体进行实时监测；在所述在线监控系统中，所述智能气体传感器能获取电气设备中气体的最终温度值、最终湿度值和最终压力值，以获取速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果、湿度测量结果和压力测量结果；所述电力智能化设备根据所述最终温度值、所述最终湿度值和所述最终压力值判断所述智能气体传感器和电气设备的运行稳定性和运行可靠性，以对所述智能气体传感器和电气设备的运行进行监测；另外，所述电力智能化设备通过网络的方式将检测的数据进行发布，便于不同用户查看所述智能气体传感器和电气设备的实时运行状态；可见，采用所述在线监控系统，能很好地电气设备的测量气体进行实时监测，保证充有气体的电气设备的正常运行。
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，显而易见的，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中智能气体传感器的组成示意图；
图2是本发明实施例中在线监控系统的组成示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
图1是本发明实施例中智能气体传感器的组成示意图。
本发明实施例提供了一种多参量融合的智能气体传感器，所述智能气体传感器包括主温度传感器1、温度湿度集成传感器2、温度压力集成传感器3、主控单元4和485通信控制逻辑单元5。
所述主温度传感器1、所述温度湿度集成传感器2和所述温度压力集成传感器3分别与所述主控单元4连接，所述主控单元4与所述485通信控制逻辑单元5连接。
具体实施中，所述主温度传感器1、所述温度湿度集成传感器2和所述温度压力集成传感器3均匀分布电气设备的测量气体中，所述主温度传感器1用于获取所述测量气体的第一温度值并将所述第一温度值传输至所述主控单元4中，所述温度湿度集成传感器2用于获取所述测量气体的第二温度值和湿度值并将所述第二温度值和所述湿度值传输至所述主控单元4中，所述温度压力集成传感器3用于获取所述测量气体的第三温度值和压力值并将所述第三温度值和压力值传输至所述主控单元4中。
所述主控单元4利用所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值并基于融合算法计算所述测量气体的最终温度值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果；然后，所述主控单元4根据所述最终温度值对所述湿度值和所述压力值进行修正，将所述湿度值修正为最终湿度值，将所述压力值修正为最终压力值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果和压力测量结果。
所述主控单元4与所述485通信控制逻辑单元5连接，所述主控单元4将所述最终温度值、最终湿度值和所述最终压力值经所述485通信控制逻辑单元5传输至其它设备，便于对电气设备的测量气体进行实时监测。
由于温度往往是动态变化，仅使用某一种敏感材料的温度传感器很难同时得到良好的静态特性和动态性能，在速度、精度和稳定性方面也不容易同时达到最佳，因此在本发明实施例中，所述主温度传感器1优选为铂电阻温度传感器，所述温度湿度集成传感器2和所述温度压力集成传感器3中集成的温度传感器为半导体电阻温度传感器，铂电阻温度传感器具有稳定性好、准确度高、测温范围广、线性度好等优点，但是铂电阻温度传感器的时间常数较大，存在灵敏度不高的问题，在测温过程中通常会有几秒到甚至几十秒的延迟，而半导体电阻温度传感器有灵敏度高和反应迅速，将相同功能但不同材质的传感器按照其优缺点进行互补组合，能获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果，同时能更好地对所述湿度值和所述压力值进行修正，以获取速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果和压力测量结果，从而更好地对所述测量气体的温度、湿度和压力进行监测。
在本发明实施例中，采用所述融合算法能获取速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果，所述融合算法包括预处理阶段和数据融合阶段：
由于传感器都会存在随机误差和噪声干扰，在预处理阶段使用均值滤波算法对所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值进行预处理，即通过时间窗的方法，所述均值滤波算法考虑所述主温度传感器1的第一历史温度值并根据所述第一历史温度值来校准所述第一温度值，所述均值滤波算法考虑所述温度湿度集成传感器2的第二历史温度值并根据所述第二历史温度值来校准所述第二温度值，所述均值滤波算法考虑所述温度压力集成传感器3的第三历史温度值并根据所述第三历史温度值来校准所述第三温度值，以此方式对所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值进行分段线性误差订正，从而有效地滤除或者减小所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值中的随机误差和噪声干扰。
在数据融合阶段，利用数据融合算法对预处理后的第一温度值、第二温度值和第三温度值进行融合，所述数据融合算法通过预处理后的第一温度值、第二温度值和第三温度值来确定数据融合算法中的函数和每个温度所占的权重，并根据函数和每个温度所占的权重对预处理后的第一温度值、第二温度值和第三温度值进行融合，以获取所述最终温度值，从而获得速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果。
在本发明实施例中，所述主控单元4通过串口与所述485通信控制逻辑单元5连接，所述主控单元4通过串口将所述最终温度值、最终湿度值和所述最终压力值以标准Modbus数据形式传输至所述485通信控制逻辑单元5，经所述485通信控制逻辑单元5将以标准Modbus数据形式的最终温度值、最终湿度值和最终压力值转发至其它设备，便于对电气设备的测量气体进行实时监测；采用串口的方式进行连接通信，有通信线路简单的优点，只需一对传输线就可以实现双向通信，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信。
在本发明实施例中，所述主控单元4为微处理器，微处理器由一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器，能完成取指令、执行指令以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，同时微处理器具有体积小、重量轻和容易模块化等优点，适用于所述智能气体传感器。
本发明实施例提供了一种多参量融合的智能气体传感器，在所述智能气体传感器中，利用所述主温度传感器1获取第一温度值，利用所述温度湿度集成传感器2获取第二温度值，利用所述温度压力集成传感器3获取第三温度值，所述主温度传感器1为铂电阻温度传感器，所述温度湿度集成传感器2和所述温度压力集成传感器3中集成的温度传感器为半导体电阻温度传感器，采用不同敏感材料的温度传感器同时获取气体的温度值，且所述主控单元4利用所述第一温度值、所述第二温度值和所述第三温度值并基于融合算法计算所述测量气体的最终温度值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果；而且，所述主控单元4根据所述最终温度值对所述湿度值和所述压力值进行修正，将所述湿度值修正为最终湿度值，将所述压力值修正为最终压力值，以此方式获取速度快、精度高和稳定性好的湿度测量结果和压力测量结果；另外，所述主控单元4可将所述最终温度值、最终湿度值和所述最终压力值经所述485通信控制逻辑单元5传输至其它设备，基于所述485通信控制逻辑单元5实现数据的传输，便于对电气设备的测量气体进行实时监测。
图2是本发明实施例中在线监控系统的组成示意图。
另外，本发明实施例还提供了一种在线监控系统，所述在线监控系统包括上述的智能气体传感器、电力智能化设备6和远程设备7，所述485通信控制逻辑单元5与所述电力智能化设备6连接，所述电力智能化设备6与所述远程设备7连接。
具体的，所述485通信控制逻辑单元5通过Modbus总线与所述电力智能化设备6连接，所述485通信控制逻辑单元5以标准Modbus数据形式的最终温度值、最终湿度值和最终压力值转发至所述电力智能化设备6中，所述电力智能化设备6根据所述最终温度值、所述最终湿度值和所述最终压力值判断所述智能气体传感器和电气设备的运行稳定性和运行可靠性。
具体的，所述电力智能化设备6通过网络与所述远程设备7连接，所述电力智能化设备6通过网络的方式将检测的数据进行发布，便于不同用户查看所述智能气体传感器和电气设备的实时运行状态。
本发明实施例提供了一种在线监控系统，在所述在线监控系统中，所述智能气体传感器能获取电气设备中气体的最终温度值、最终湿度值和最终压力值，以获取速度快、精度高和稳定性好的温度测量结果、湿度测量结果和压力测量结果；所述电力智能化设备6根据所述最终温度值、所述最终湿度值和所述最终压力值判断所述智能气体传感器和电气设备的运行稳定性和运行可靠性，以对所述智能气体传感器和电气设备的运行进行监测；另外，所述电力智能化设备6通过网络的方式将检测的数据进行发布，便于不同用户查看所述智能气体传感器和电气设备的实时运行状态；可见，采用所述在线监控系统，能很好地电气设备的测量气体进行实时监测，保证充有气体的电气设备的正常运行。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种多参量融合的智能气体传感器及在线监控系统进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多参量融合的智能气体传感器，其特征在于，所述智能气体传感器包括主温度传感器、温度湿度集成传感器、温度压力集成传感器、主控单元和485通信控制逻辑单元，其中：
所述主温度传感器、所述温度湿度集成传感器和所述温度压力集成传感器分别与所述主控单元连接，所述主控单元与所述485通信控制逻辑单元连接。
2.根据权利要求1所述的智能气体传感器，其特征在于，所述主温度传感器为铂电阻温度传感器；
所述温度湿度集成传感器和所述温度压力集成传感器中集成的温度传感器为半导体电阻温度传感器。
3.根据权利要求1所述的智能气体传感器，其特征在于，所述主控单元通过串口与所述485通信控制逻辑单元连接。
4.根据权利要求1所述的智能气体传感器，其特征在于，所述主控单元为微处理器。
5.一种在线监控系统，其特征在于，所述在线监控系统包括权利要求1至4任一项所述的智能气体传感器、电力智能化设备和远程设备；
所述485通信控制逻辑单元与所述电力智能化设备连接，所述电力智能化设备与所述远程设备连接。
6.根据权利要求5所述的在线监控系统，其特征在于，所述485通信控制逻辑单元通过Modbus总线与所述电力智能化设备连接。
7.根据权利要求5所述的在线监控系统，其特征在于，所述电力智能化设备通过网络与所述远程设备连接。
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美国国家资料浮标中心 著: "《自动化数据质量控制检测和程序手册指南》", 31 January 2018, 海洋出版社 *

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