CN114866867A - 一种基于saw无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统及方法，系统包括：地下电缆连接头、地下电缆、延迟线型SAW无源无线温度传感器、标签天线、收发天线、射频收发模块、lora无线通信模块、RS485有线通信模块、后台终端；将延迟线型SAW无源无线温度传感器标签融入到地下电缆的绝缘层里感知电缆接头处的温度，无需使用电池提供能量，依靠射频收发模块发射的射频能量即可驱动延迟线型SAW无源无线温度传感器完成温度的测量、节点识别以及无线通信。采用延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到地下电缆绝缘层的方法可检测电缆接头处温度的微弱变化，可精确定位到发生温度变化的节点位置，具有使用寿命长、灵敏度高、精确定位等优点。

Description

一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统 及方法

技术领域

本发明涉及地下电缆温度测量技术领域，尤其涉及一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统及方法。

背景技术

作为电力系统中承担电能传输不可或缺的重要组成部分，地下电缆具有对环境的影响小，供电安全可靠的优点，但由于其长埋地下也容易受各种因素影响造成温度升高而发生火灾。因此，有必要对地下电缆的温度进行监测。由于电缆局部接头过热和过负荷是导致电缆沟发生火灾的直接原因，因此必须采用一种能够连续监测电缆表面温度的测温系统才能避免火灾事故的发生。

目前，对地下电缆温度检测较为典型的方法有热电偶测温以及光纤测温。热电偶测温的原理是热电偶的电阻会随着温度的变化而变化,以此将温度的信号转换为电信号,并进行测量。光纤具有成本低廉、不受电磁干扰、体积小重量轻、测量精度高、便于敷设等优点,分布式光纤测温技术利用一条光纤就可实现对数公里的线路进行长期监测,现阶段光纤测温电缆多停留在实验室阶段,实际应用较少。目前现有的技术都是将传感器放置在地下电缆外表面进行温度测量，但是地下电缆层数较多，温度需要依次从导体到半导体层到聚乙烯绝缘层到通带屏蔽层到交联聚乙烯护套，每一层都会将温度衰减，因此现有的方法无法及时测量地下电缆接头处温度的微小变化，以至于无法及时发现电缆接头故障。此外，目前的温度测量方法，温度传感器需要使用电池进行供电，电池寿命有限需要进行定期的检修，定期的检修势必会造高昂的成本，失效的电池会对环境造成较大污染。

发明内容

本发明提供了一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统及方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统，包括：地下电缆连接头、地下电缆、延迟线型SAW无源无线温度传感器、标签天线、收发天线、射频收发模块、lora无线通信模块、RS485有线通信模块、后台终端；所述延迟线型SAW无源无线温度传感器用于实时感知地下电缆连接头产生的温度，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器利用标签天线接收射频收发模块产生的射频脉冲信号；当地下电缆的温度发生变化时，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器的射频返回信号在幅值/相位上发生改变，再通过收发天线将射频返回信号接收并传输给射频收发模块，所述射频收发模块通过内置的MCU通过解调算法提取出温度信息；所述射频收发模块将温度信息用电连接的方式传输给lora无线通信模块；所述RS485有线通信模块与lora无线通信模块进行有线通信，并把温度信息传送给后台终端进行显示。

优选的，所述地下电缆包括：导体、半导体屏蔽层、聚乙烯绝缘层、通带屏蔽层、交联聚乙烯护套；所述延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到聚乙烯绝缘层中，并通过接线端子与通带屏蔽层电连接。

优选的，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器包括：压电基底、叉指换能器、反射栅。

本发明还提供了一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，包括：

步骤1：将延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到地下电缆的聚乙烯绝缘层用于接头处温度的感知；

步骤2：将各延迟线型SAW无源无线温度传感器的叉指换能器连接到地下电缆的通带屏蔽层，以此将地下电缆的通带屏蔽层作为延迟线型SAW无源无线温度传感器的标签天线；

步骤3：射频收发模块发送一定频率的射频查询脉冲信号；

步骤4：各延迟线型SAW无源无线温度传感器通过标签天线接收射频查询脉冲信号，并将携带地下电缆接头温度信息的射频返回信号通过标签天线发射给收发天线；

步骤5：射频收发模块通过收发天线接收到各个延迟线型SAW无源无线温度传感器的射频返回信号后进行信号解调、数据处理；

步骤6：将lora无线通信模块与射频收发模块电连接；

步骤7：将RS485有线通信模块作为有线通信中继与lora无线通信模块电连接，并通过RS485有线通信模块将射频收发模块处理后的温度信息发送至后台终端。

优选的，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器包括：反射栅、叉指换能器、压电基底；

所述反射栅由均匀线性阵列的金属条组成用于反射声波机械信号；

所述叉指换能器与标签天线电连接并附在压电基底上，可将标签天线接收的射频查询脉冲信号传递给压电基底，并可接收反射栅返回的声波机械信号；

所述压电基底是具有正压电效应和逆压电效应的高Q值材料，通过逆压电效应将所述叉指换能器接收的射频信号转换为声波机械信号，并可通过正压电效应将声波机械信号转换为射频返回信号由标签天线返回射频收发模块。

优选的，所述地下电缆由导体、半导体屏蔽层、聚乙烯绝缘层、通带屏蔽层、交联聚乙烯护套组成，为普通的电力地下电缆，包括10kV、35kV。

优选的，所述射频收发模块与所述收发天线电连接，可发射433MHz、915MHz的射频查询脉冲信号，能够对该信号进行调制，并能从返回信号中提取出温度信息。

优选的，所述温度信息表现为幅值和相位不同的脉冲序列。

优选的，所述脉冲序列个数对应所述反射栅的条数对应标签ID。

优选的，所述标签ID与所述延迟线型SAW无源无线温度传感器位置一一对应，当某个标签ID的温度信息异常时，就可通过该标签ID所对应的位置快速知道电缆温度异常的位置。

本发明的有益效果如下：

针对现有技术问题，本发明将延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到地下电缆的绝缘层里感知电缆接头处的温度，无需使用电池提供能量，依靠射频信号收发模块发射的射频能量即可驱动延迟线型SAW无源无线温度传感器完成温度的测量、节点识别以及无线通信。采用延迟线型SAW无源无线温度传感器标签融入到地下电缆绝缘层的方法可检测电缆接头处温度的微弱变化，可精确定位到发生温度变化的节点位置，具有使用寿命长、灵敏度高、精确定位等优点，解决现有方法电缆温度测量灵敏度低、使用时长受电池寿命的限制。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

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，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的延迟线型SAW无源无线温度传感器示意图；

图3为本发明实施例提供的融入后的地下电缆示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的可编码延迟线型SAW无源无线温度传感器示意图。

图示说明：10、地下电缆连接头；20、地下电缆；21、导体；22、半导体屏蔽层；23、聚乙烯绝缘层；24、通带屏蔽层；25、交联聚乙烯护套；26、接线端子；30、延迟线型SAW无源无线温度传感器；31、压电基底；32、叉指换能器；33、反射栅；40、标签天线；50、收发天线；60、射频收发模块；70、lora无线通信模块；80、RS485有线通信模块；90、后台终端。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，所示为本发明实施例1提供的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统的结构示意图。如图1所示，一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统包括：地下电缆连接头10、地下电缆20、延迟线型SAW无源无线温度传感器30、标签天线40、收发天线50、射频收发模块60、lora无线通信模块70、RS485有线通信模块80、后台终端90组成。在本实施例1中延迟线型SAW无源无线温度传感器30实时感知地下电缆连接头10产生的温度，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器30利用标签天线40接收射频收发模块60产生的射频脉冲信号。当地下电缆的温度发生变化时，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器30的射频返回信号在幅值/相位上发生改变，再通过收发天线50将射频返回信号接收并传输给射频收发模块60，所述射频收发模块60通过内置的MCU通过解调算法提取出温度信息。最后，所述射频收发模块60将温度信息用电连接的方式传输给lora无线通信模块70。本实施例1为地下环境，而地下电缆往往有拐角处，在拐角处本实施例1采用RS485有线通信模块80与lora无线通信模块70进行有线通信，并把温度信息传送给后台终端90进行显示。

请参考图2，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器30包括：压电基底31、叉指换能器32、反射栅33组成。请参考图3，在本实施例1中融入后的地下电缆20包括：导体21、半导体屏蔽层22、聚乙烯绝缘层23、通带屏蔽层24、交联聚乙烯护套25，将延迟线型SAW无源无线温度传感器30融入到聚乙烯绝缘层23中，并将接线端子26与通带屏蔽层24电连接。

请参考图4，一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法的流程图。如图4所示，本实施例1提供的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，包括如下步骤：

步骤S100：将延迟线型SAW无源无线温度传感器30融入到地下电缆的聚乙烯绝缘层23用于接头处温度的感知。其中，延迟线型SAW无源无线温度传感器30包括：反射栅33、叉指换能器32、压电基底31。

所述反射栅33由均匀线性阵列的金属条组成用于反射声波机械信号；

所述叉指换能器32与标签天线40电连接并附在压电基底31上，可将标签天线40接收的射频查询脉冲信号传递给压电基底31，并可接收反射栅33返回的声波机械信号；

所述压电基底31是具有正压电效应和逆压电效应的高Q值材料，通过逆压电效应将所述叉指换能器32接收的射频信号转换为声波机械信号，并可通过正压电效应将声波机械信号转换为射频返回信号由标签天线40返回射频收发模块60。

步骤S200：将各延迟线型SAW无源无线温度传感器30的叉指换能器32连接到地下电缆的通带屏蔽层24，以此将地下电缆的通带屏蔽层24作为延迟线型SAW无源无线温度传感器30的标签天线40。

所述地下电缆20由导体21、半导体屏蔽层22、聚乙烯绝缘层23、通带屏蔽层24、交联聚乙烯护套25组成，为普通的电力地下电缆，包括10kV、35kV。

步骤S300：射频收发模块60发送一定频率的射频查询脉冲信号。

所述射频收发模块60与所述收发天线50电连接，可发射433MHz、915MHz的射频查询脉冲信号，能够对该信号进行调制，并能从返回信号中提取出温度信息。

所述温度信息表现为幅值和相位不同的脉冲序列；

所述脉冲序列个数对应所述反射栅33的条数对应标签ID；

请参见图2和图5，在图2中反射栅33有4条且均匀排布，在射频反射信号中将会有4个波峰，根据波峰的数量可将其进行2进制编码，分别为1111；

在图5中反射栅33可看作将均匀排布的4条反射栅33中的第2条去掉，在射频反射信号中将会有3个波峰，根据峰值的数量可将其进行2进制编码，分别为1011。采用此方法通过不同的反射栅33数量即可实现多个标签ID。

所述标签ID与所述延迟线型SAW无源无线温度传感器30位置一一对应，当某个标签ID的温度信息异常时，就可通过该标签ID所对应的位置快速知道电缆温度异常的位置。

步骤400：各延迟线型SAW无源无线温度传感器30通过标签天线40接收所述射频查询脉冲信号，并将携带地下电缆接头温度信息的射频返回信号通过标签天线40发射给收发天线50。

步骤500：射频收发模块60通过收发天线50接收到各个延迟线型SAW无源无线温度传感器30的射频返回信号后进行信号解调、数据处理。其中，信号调理、数据处理包括：

在本实施例中，射频收发模块60通过内置的MCU通过数字低通滤波器将射频返回信号进行解调，并利用数据处理算法将温度信息映射为幅值和相位不同的脉冲序列，并可解调出标签ID。

步骤600：将lora无线通信模块70与射频收发模块60电连接。

步骤700：将RS485有线通信模块80作为有线通信中继与lora无线通信模块70电连接，并通过所述RS485有线通信模块80将射频收发模块60处理后的温度信息发送至后台终端90。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统，其特征在于，包括：地下电缆连接头、地下电缆、延迟线型SAW无源无线温度传感器、标签天线、收发天线、射频收发模块、lora无线通信模块、RS485有线通信模块、后台终端；所述延迟线型SAW无源无线温度传感器用于实时感知地下电缆连接头产生的温度，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器利用标签天线接收射频收发模块产生的射频脉冲信号；当地下电缆的温度发生变化时，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器的射频返回信号在幅值/相位上发生改变，再通过收发天线将射频返回信号接收并传输给射频收发模块，所述射频收发模块通过内置的MCU通过解调算法提取出温度信息；所述射频收发模块将温度信息用电连接的方式传输给lora无线通信模块；所述RS485有线通信模块与lora无线通信模块进行有线通信，并把温度信息传送给后台终端进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统，其特征在于，所述地下电缆包括：导体、半导体屏蔽层、聚乙烯绝缘层、通带屏蔽层、交联聚乙烯护套；所述延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到聚乙烯绝缘层中，并通过接线端子与通带屏蔽层电连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量系统，其特征在于，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器包括：压电基底、叉指换能器、反射栅。

4.一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，包括：

步骤1：将延迟线型SAW无源无线温度传感器融入到地下电缆的聚乙烯绝缘层用于接头处温度的感知；

步骤2：将各延迟线型SAW无源无线温度传感器的叉指换能器连接到地下电缆的通带屏蔽层，以此将地下电缆的通带屏蔽层作为延迟线型SAW无源无线温度传感器的标签天线；

步骤3：射频收发模块发送射频查询脉冲信号；

步骤4：各延迟线型SAW无源无线温度传感器通过标签天线接收射频查询脉冲信号，并将携带地下电缆接头温度信息的射频返回信号通过标签天线发射给收发天线；

步骤5：射频收发模块通过收发天线接收到各个延迟线型SAW无源无线温度传感器的射频返回信号后进行信号解调、数据处理；

步骤6：将lora无线通信模块与射频收发模块电连接；

步骤7：将RS485有线通信模块作为有线通信中继与lora无线通信模块电连接，并通过RS485有线通信模块将射频收发模块处理后的温度信息发送至后台终端。

5.根据权利要求4所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述延迟线型SAW无源无线温度传感器包括：反射栅、叉指换能器、压电基底；

所述反射栅由均匀线性阵列的金属条组成用于反射声波机械信号；

所述叉指换能器与标签天线电连接并附在压电基底上，可将标签天线接收的射频查询脉冲信号传递给压电基底，并可接收反射栅返回的声波机械信号；

所述压电基底是具有正压电效应和逆压电效应的高Q值材料，通过逆压电效应将所述叉指换能器接收的射频信号转换为声波机械信号，并可通过正压电效应将声波机械信号转换为射频返回信号由标签天线返回射频收发模块。

6.根据权利要求4所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述地下电缆包括：导体、半导体屏蔽层、聚乙烯绝缘层、通带屏蔽层、交联聚乙烯护套。

7.根据权利要求4所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述射频收发模块与所述收发天线电连接，可发射433MHz、915MHz的射频查询脉冲信号，能够对该信号进行调制，并能从返回信号中提取出温度信息。

8.根据权利要求5所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述温度信息表现为幅值和相位不同的脉冲序列。

9.根据权利要求8所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述脉冲序列个数对应所述反射栅的条数对应标签ID。

10.根据权利要求9所述的一种基于SAW无源无线温度传感器的地下电缆温度测量方法，其特征在于，所述标签ID与所述延迟线型SAW无源无线温度传感器位置一一对应，当某个标签ID的温度信息异常时，就可通过该标签ID所对应的位置快速知道电缆温度异常的位置。

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