CN115307775A - 声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统，该设备包括反射栅、压电基片、叉指换能器和吸声部，反射栅、叉指换能器和吸声部贴附在压电基片上，叉指换能器由两组交错分布的梳状金属条组成，用于在压电衬底材料上直接激励并无源检测出声表面波，压电基片的材料为EVA‑PZT‑金属纳米颗粒，压电基片用于实现电信号与声表面波信号之间的相互转换，反射栅的第一子栅结构和第二子栅结构分别设置在叉指换能器的两侧，用于对声信号进行反射叠加形成谐振，吸声部设置在反射栅的外侧。采用柔性材料上制作的声表面波温度传感器，可放置在电缆接头内部，解决了现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的精确监测的问题。

Description

声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统

技术领域

本申请涉及测温领域，具体而言，涉及一种声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统。

背景技术

目前，由于物联网的应用能够极大地拓宽现有电力网络的业务范围，提高电力系统的安全性和抗故障能力，所以，电力部门正致力于打造一个以物联网技术为基础的智能电力系统。但电力物联网还处在发展初期，存在诸多不足，尤其是电力系统设备特殊的高压、强电磁场环境和结构特点对监测设备提出了苛刻的要求。对于高压电缆，接头处又是关键的发热和故障隐患点，故对电缆中间接头处的温度实时监测是很必要的。

传统的测温光纤布置在电缆表皮或屏蔽层外，不能直接接触导体，不能直接监测电缆接头导体线芯的运行温度状态，只能监测电缆表面或绝缘层外的温度情况，无法对电缆接头内部温度的剧烈变化做出及时反应，并且电缆中间接头的内部空间极其狭小，这就对传感器的尺寸有严格的要求，加之电缆中间接头内部是强电磁场环境，传感器的稳定性得不到保证，而电缆接头本身的电气性能和运行可靠性也会受到影响。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统，以解决现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的实时监测的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种声表面波温度传感器，该表面波温度传感器包括反射栅、压电基片、叉指换能器和吸声部，所述反射栅具有第一子栅结构和第二子栅结构，所述反射栅、所述叉指换能器和所述吸声部贴附在所述压电基片上，所述第一子栅结构和所述第二子栅结构分别设置在所述叉指换能器的两侧，所述吸声部设置在所述反射栅的外侧；其中，制备所述压电基片的材料为添加有PZT压电陶瓷粉末和纳米级金属颗粒的乙烯醋酸乙烯酯共聚物，所述声表面波温度传感器用于监测电缆接头内部的温度。

进一步地，所述声表面波温度传感器绕设在所述电缆接头的导体连接管的外部，且所述声表面波温度传感器夹设于所述电缆接头的内绝缘层与所述导体连接管之间。

进一步地，所述叉指换能器由两组交错分布的梳状金属条组成，所述反射栅的多跟栅条平行，且所述反射栅的栅条与所述叉指换能器的梳状金属条平行。

根据本申请的另一个方面，还提供了一种电缆接头温度监测系统，该系统包括任意一种所述的声表面波温度传感器，所述声表面波温度传感器安装在电缆接头内部；该电缆接头温度监测系统包括信号发射接收器和信号处理器，信号发射接收器安装在所述声表面波温度传感器的周围区域，用于发出射频信号和采集所述声表面波温度传感器的回波信号；信号处理器与所述信号发射接收器电连接，用于根据所述回波信号确定所述电缆接头内部的温度。

进一步地，所述信号处理器包括：扫频信号发生器，用于产生扫频信号；信号调制器，与所述扫频信号发生器电连接，用于对所述扫频信号进行调制得到调制扫频信号；第一信号滤波器，与所述信号调制器电连接，用于对所述调制扫频信号进行滤波处理；第一信号放大器，分别与所述第一信号滤波器和所述信号发射接收器电连接，用于对经过滤波后的所述调制扫频信号进行放大处理。

进一步地，所述信号处理器包括：第二信号放大器，与所述信号发射接收器电连接，用于对所述信号发射接收器接收到的所述回波信号进行放大；第二信号滤波器，与所述第二信号放大器电连接，用于对经过放大后的所述回波信号进行滤波处理，得到滤波回波信号；信号解调器，与所述第二信号滤波器电连接，用于对所述滤波回波信号进行解调。

进一步地，所述信号处理器还包括：功率分配器，与所述信号解调器电连接。

进一步地，所述电缆接头温度监测系统包括：定位器，与所述信号处理器通信，安装在所述电缆接头上，用于获取所述电缆接头的位置信息。

进一步地，所述定位器包括蓝牙定位模块和UWB定位模块。

进一步地，所述电缆接头温度监测系统还包括：上位机，与所述信号处理器通信，用于实时监测所述电缆接头内部的温度。

应用本申请的技术方案，通过叉指换能器在压电衬底材料上直接激励并无源检测出声表面波，再通过反射栅对声信号进行反射叠加形成谐振，返回以谐振频率为主频的衰减震荡信号，并由叉指换能器输出，并以EVA-PZT-金属纳米颗粒作为压电基片的基底材料，PZT很大的压电系数可以保证该材料兼顾柔性和压电性能，当传感器的周围环境发生变化时，传感器的谐振频率也随之发生变化，同时传感器的回波信号也随之发生相应的变化，因此可以通过分析回波信号的频率、幅度等信息来精确获取待监测参数的变化，进而解决了现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的监测的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的实施例的声表面波传感器结构示意图；

图2示出了根据本申请的实施例的叉指换能器结构示意图。

图3示出了根据本申请的实施例的EVA-PZT-金属纳米颗粒的结构示意图。

图4示出了根据本申请的实施例的电缆接头监测系统示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

为了便于描述，以下对本申请实施例涉及的部分名词或术语进行说明：

PZT：PbZrO₃和PbTiO₃的固溶体。

IDT(Interdigital transducer，叉指换能器)：指的是在压电基片上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案。

正如背景技术中所说的，现有技术中测温光纤只能布置在电缆表皮或屏蔽层外，不能直接接触导体，不能直接监测电缆接头导体线芯的运行温度状态，只能监测电缆表面或绝缘层外的温度情况，无法对电缆接头内部温度的剧烈变化作出及时反应，为了解决现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的实时监测的问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种声表面波温度传感器及电缆接头温度监测系统。

根据本申请的实施例，提供了一种声表面波温度传感器。如图1所示，该声表面波温度传感器包括反射栅、压电基片、叉指换能器和吸声部，上述反射栅具有第一子栅结构和第二子栅结构，上述反射栅、上述叉指换能器和上述吸声部贴附在上述压电基片上，上述第一子栅结构和上述第二子栅结构分别设置在上述叉指换能器的两侧，上述吸声部设置在上述反射栅的外侧；其中，制备上述压电基片的材料为添加有PZT压电陶瓷粉末和纳米金属颗粒的乙烯醋酸乙烯酯共聚物，上述声表面波温度传感器用于监测电缆接头内部的温度。

如图2所示，上述声表面波温度传感器的其测温原理是：当谐振型声表面波传感器受温度影响时，压电基片热胀冷缩而发生形变，导致声表面波传播速度和反射栅的间距p发生改变，从而导致谐振频率变化，具体公式如下：

由于温度变化对反射栅间距的影响小，故可将公式2简化为：

声表面波传播速率与温度的关系如下：

ν(T)＝ν(T₀)+α(T-T₀) (公式4)

联立公式3与公式4，可得频率与温度的关系式如下：

式中，TCF表示传感器的频率温度系数。

具体地，目前通常采用间歇正弦脉冲信号作为谐振型声表面波传感器的激励信号，因为其回波信号是间歇正弦信号经反射栅长时间作用得来，当发射频率与固有谐振频率接近时，多次回波信号的叠加可使输出信号的能量远强于冲击脉冲输入时的输出信号能量，所以当同样的发射和接收条件下，这种方式可以实现更远的无线传感距离。该信号可表示为：

x(t)＝A₀cos(2πf₀) (公式6)

式中，A0为正弦波的振幅，f0为正弦波的频率。

具体地，在一个间歇正弦波信号周期内，当发送正弦信号频率等于传感器的谐振频率时，传感器瞬态输出信号将是一个振荡频率同为谐振频率f0，衰减时间常数为的衰减振荡信号，其瞬态输出信号可表示为：

具体地，当环境温度发生变化时，传感器的谐振频率也将发生相应改变。设传感器的谐振频率偏离发射的激励信号频率为f＝|f1-f0|，此时瞬态信号输出为：

y’(t)是经过基带调制信号对高频载波信号幅度调制之后的输出信号，B(t)是低频的基带调制信号，也就是输出信号的包络波形，它的频率反映的就是激励信号频率与传感器当前的谐振频率之差(频差)。只需要测量出输出信号的包络信号的频率，然后通过上式可计算出当前温度条件下的谐振频率，再利用公式5，就可以得到测量的温度信息，以此达到测温的目的。

具体地，上述反射栅就是声表面波传感器表面的反射元阵列。上述反射栅是设置在上述叉指换能器两侧且与换能器平行的多根栅条组成。虽然每一个反射栅条仅有很小的反射率，但大量等距离周期排布的反射栅条会将声表面波限制其中进行来回反射。由多根反射栅条构成的反射栅，其反射效应也必将随之叠加。反射栅条主要有以下两种分类方式，根据结构的不同可分为短路栅条和开路栅条，结构连接的是短路栅条，结构相互隔离的是开路栅条；根据材质的不同可分为反射金属条和反射沟槽。其中沟槽反射栅性能较好，但是金属反射栅较易实现。

具体地，在声表面波器件中压电衬底材料起着两个主要作用：一是通过实现电能和以声表面波形式存在的机械能之间相互耦合，来完成电信号与声表面波信号之间的相互转换；二是作为声表面波传播的载体。若声表面波的压电衬底材料具有优良的机电转换效率，则有利于声表面波模式在不同的应用环境下的传播具有良好的稳定性。最终制备成的声表面波器件的性能直接受到压电衬底材料的质量和性能的影响。温度系数、机电耦合系数(K2)、传播损耗和声表面波传播速度是声表面波压电衬底材料在声表面波器件应用中非常重要的物理参数。

具体地，上述EVA-PZT-金属纳米颗粒作为压电基片的基底材料的原因有：(1)EVA是一种高分子聚合物材料，作为工业化量产的原料，成本可接受；(2)有足够的柔性，其杨氏模量为42MPa(作为对比常用的聚酰亚胺Pi材料的杨氏模量为2.5GPa，铝为70Gpa)，所以其足够软，可以作为柔性衬底材料；(3)其本身可作为粘接剂，故其可以很好的与外封装材料以及叉指换能器(IDT)相粘接，提高整体器件的机械可靠性。

具体地，如图3所示，选择PZT陶瓷的原因是：PZT陶瓷是压电系数很大的材料，可以增加PZT-EVA复合材料的压电系数。利用PZT压电陶瓷产生压电效应，即产生电荷的分离，当电荷分离后在金属纳米颗粒的量子(纳米)效应下，将电场局域化，并放大。声表面波温度传感器基于压电效应测出温度。

应用本申请的技术方案，通过叉指换能器在压电衬底材料上直接激励并无源监测出声表面波，再通过反射栅对声信号进行反射叠加形成谐振，返回以谐振频率为主频的衰减震荡信号，并由IDT输出，并以EVA-PZT-金属纳米颗粒作为压电基片的基底材料，PZT很大的压电系数可以保证该材料兼顾柔性和压电性能，当传感器的周围环境发生变化时，传感器的谐振频率也随之发生变化，同时传感器的回波信号也随之发生相应的变化，因此可以通过分析回波信号的频率、幅度等信息来精确获取待监测参数的变化，进而解决了现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的精确监测的问题。在实施例中，上述声表面波温度传感器绕设在上述电缆接头的导体连接管的外部，且上述声表面波温度传感器夹设于上述电缆接头的内绝缘层与导体连接管之间，上述声表面波温度传感器表面还覆盖有保护层。

应用本申请的技术方案，可以直接测量接触电缆接头内部导体温度。并且，由于是柔性材质，所以上述表面波温度传感器内部空间狭小，保证了完整的密封性和优异的复合界面电气性能，电缆中间接头内部结构紧凑，并且由于具有较厚的绝缘层和内外两层屏蔽结构，所以电磁干扰。

在本申请的一种实施例中，上述叉指换能器由两组交错分布的梳状金属条组成，上述反射栅的多跟栅条平行，且上述反射栅的栅条与上述叉指换能器的梳状金属条平行。

具体地，如图2所示，两组叉指换能器电极分别与汇流条(总线)相连，其中a为叉指宽度，p为间距，而a与p的比值η＝a/p称为金属化率W为换能器的孔径。其中孔径W、叉指宽度a和指间距p都是常数。均匀换能器指的是：叉指宽度a和指间距p为常数，保证金属化率η不变的IDT。加权换能器指的是：几何参数a、p或W均随着坐标的变化而变化的IDT。其中均匀换能器是最基本的、最简单的IDT。

具体地，在上述叉指换能器上施加交变电压Vt时，其在上述叉指换能器周围产生的电场分布是以叉指间隔(2p)为周期的构成的。新产生的电场分布会引起压电衬底材料的表面发生相应的弹性形变，固体质点开始振动。在叉指换能器出现的逆压电效应，经电信号转化为机械能，最后以声表面波这样的弹性波的形式从换能器的末端传播开来。当声表面波到达压电衬底材料的另一端时会在叉指换能器产生压电效应，金属电极两端被感应出电荷，发生从声表面波信号到电信号的转换并通过输出端叉指换能器向外输出。当叉指换能器激励声波时呈现的是一列超声波源，每一对指条激发的声表面波会根据波的干涉原理进行叠加。最终叉指换能器中两个电极激发出理想的声表面波会出呈现同相叠加增强的现象，只有当叉指换能器的指间距p等于声表面波半波长(λ₀/2)的整数倍才可得到。此时有如下关系：

具体地，当K＝1时，谐振器自身的固有频率与外加激励信号的频率相等或者近乎接近，其发射的声波是最强的。此时关系如下：

f₀＝v_s/2p (公式10)

其中vs为声表面波在压电材料上传导的波速，f0为叉指换能器的声同步频率或谐振频率。上述方案中，叉指换能器中两组交错分布的梳状金属条使其具有选频特性，当声表面波波速vs不变的时候减小IDT指间距，那么IDT结构所决定的声波频率就会増大；反之，即减小，当输出叉指换能器接收到的声表面波频率与叉指换能器的声同步频率相等时，转换输出的电信号效果也呈最理想状。

本申请的实施例还提供了一种电缆接头温度监测系统，如图4所示，该系统包括任意一种上述的声表面波温度传感器，上述声表面波温度传感器安装在电缆接头内部；信号发射接收器安装在上述声表面波温度传感器的周围区域，用于发出射频信号和采集上述声表面波温度传感器的回波信号；信号处理器与上述信号发射接收器电连接，用于根据上述回波信号确定上述电缆接头内部的温度。

具体地，上述信号发射接收器包括发射机和接收机。

具体地，上述信号发射接收器包括SAW标签，上述SAW标签作为监测节点安装在高压电缆中间接头，用于完成高压电缆中间接头环境特征参数信息的提取，其通过无线射频通信与上述扫频信号发生器实现数据交互。上述扫频信号发生器发射链路在一定时间内发射特定频率和幅值的电磁信号作为上述SAW标签质询信号源，上述扫频信号发生器接收链路接收来自SAW标签反射的带有特征参数信息的电磁反馈信号，同时与数据处理模块互联并完成信号解调和温度信息提取，从而实现对高压电缆中间接头温度的实时监测，交互式上位机软件的模型是基于PYQT搭建，其功能均由python程序实现。可以在上面看到电缆中间接头的温度。上述方案中，通过将表面波温度传感器安装在电缆接头内部，可以很好地监测电缆接头内部的温度，并且信号处理器与信号发射接收器电连接可以准确地确定电缆接头内部的温度。

本申请的一种实施例中，如图4所示，上述信号处理器包括扫频信号发生器、信号调制器扫频信号发生器用于产生扫频信号；信号调制器与上述扫频信号发生器电连接，用于对上述扫频信号进行调制得到调制扫频信号；第一信号滤波器，与上述信号调制器电连接，用于对上述调制扫频信号进行滤波处理；第一信号放大器，分别与上述第一信号滤波器和上述信号发射接收器电连接，用于对经过滤波后的上述调制扫频信号进行放大处理。具体地，第一信号滤波器为带通滤波器。

示例性地，扫频信号发生器可以选用步进调频连续波(SFCW)作为上述扫频信号发生器质询信号，相对于常见的线性调频连续波(LFCW)而言，其线性度要求较低且克服无法实现多目标监测的缺点；相对于常见的频移键控(FSK)信号生成而言，其响应速度较快从而改善了实时性能。

具体地，上述扫频信号发生器还可以采用AD9850作为扫频信号发生器芯片，根据奈奎斯特采样定理直接输出10MHz～12MHz步进调频信号，其中步进频率为500k Hz。参考信号经芯片内数据输入寄存器、频率/相位寄存器得到合成信号的离散数字序列，利用自带高性能DAC、高速比较器可以得到合成信号的模拟输出以及方波输出。具体地，上述扫频信号发生器还可以采用MSP430G2211芯片作为AD9850的主控芯片(MCU)串行输入调谐字，集成开发环境为CCS。40bit控制字数据存放在D39～D0寄存器中，其中D39～D35为相位控制字寄存器，D34为功率控制字寄存器，D33～D32为控制字输入方式寄存器，D31～D0为频率控制字寄存器。设计上仅使用MCU的四个通用数字I/O管脚分别与AD9850的WCLK、RESET、FQUD和D7引脚相连。

具体地，上述扫频信号发生器可以产生SFCW软件执行上首先对系统进行初始化设置复位所有I/O端口，判定输入控制字数据的合理性，其次根据用户输入的频率相位参数进行数据转换，送出地址片选信号并写入对应寄存器地址，最后完成指定位数的数据写入，生成对应参数的模拟正弦信号。

具体地，采用ADF4350作为PLL芯片，采用AMS1117-3.3作为电源芯片。PLL芯片内部集成PD、低相位噪声VCO，片内寄存器通过三线式接口进行控制，结合外部环路滤波器和参考晶振，可实现小数N分频或整数N分频频率合成器并直接输出305MHz单频正弦信号。其中，参考信号由INREF输入经2倍倍频器、10位R分频器和2倍分频器进入PD，与VCO输出信号进行相位比较后产生误差电压信号，从电荷泵端口引脚CPOUT输出后经外部环路滤波器引入端口VTUNE成为调谐电压以控制VCO输出频率。VCO的输出信号反馈至PD与参考信号反复比较令差值趋于定值，迫使VCO输出信号变化到对应频率，利用此闭环反馈系统实现稳定信号频率的目的。

一种具体的实施例中，如图4所示，上述信号处理器包括：第二信号放大器与上述信号发射接收器电连接，用于对上述信号发射接收器接收到的上述回波信号进行放大；第二信号滤波器与上述第二信号放大器电连接，用于对经过放大后的上述回波信号进行滤波处理，得到滤波回波信号；信号解调器与上述第二信号滤波器电连接，用于对上述滤波回波信号进行解调。具体地，第二信号滤波器为带通滤波器。

一些具体的实施例中，如图4所示，经过信号解调器解调之后的信号再经过低通滤波器滤波，然后用于后续的数据采样，再上传至上位机。

一些具体的实施例中，如图4所示，上述信号处理器还包括：功率分配器与上述信号解调器电连接。

具体地，上述电缆接头监测系统包括：定位器与上述信号处理器通信，安装在上述电缆接头上，用于获取上述电缆接头的位置信息。

示例性地，上述定位器包括蓝牙定位模块和UWB定位模块。在接收端，UWB天线接收的信号经低噪声放大器放大后，送到相关器的一个输入端，上述相关器的另一个输入端加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列，接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算，产生一个对用户地址信息经过分离的信号，其中仅含用户传输信息以及其他干扰，然后对该信号进行解调运算。

具体地，上述定位器可以由工作手台及线缆监测装置内置Bluetooth蓝牙和uwb模块构成。所谓蓝牙(Bluetooth)技术，实际上是一种短距离无线通信技术。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上因特网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。

具体地，UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很大，尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号，美国联邦通信委员会(FCC)对UWB技术的规定为：在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。UWB实质上是以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术，它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。典型的UWB直接发射冲击脉冲串，不再具有传统的中频和射频的概念，此时发射的信号既可看成基带信号(依常规无线电而言)，也可看成射频信号(从发射信号的频谱分量考虑)。冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲，一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。单周期脉冲的宽度在纳秒级，具有很宽的频谱。UWB开发了一个具有吉赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。基于CDMA的UWB脉冲无线收发信机在发送端时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列，用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制，调制后的脉冲序列驱动脉冲产生电路，形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列，然后放大到所需功率，再耦合到UWB天线发射出去。在接收端，UWB天线接收的信号经低噪声放大器放大后，送到相关器的一个输入端，相关器的另一个输入端加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列，接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算，产生一个对用户地址信息经过分离的信号，其中仅含用户传输信息以及其他干扰，然后对该信号进行解调运算。

具体地，上述定位器利用这两个技术把工作手台及线缆监测装置内置Bluetooth蓝牙+uwb模块。监测装置的uwb端平时处于休眠状态。当手台和监测装置的蓝牙建立连接后，通过操作，开启实时测距寻找功能，uwb开启测距，手台端实时显示对应监测装置的距离和简单的方向性指引。

本申请的一种实施例中，如图4所示，上述电缆接头监测系统还包括：上位机与上述信号处理器通信，用于实时监测上述电缆接头内部的温度。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的声面波温度传感器，通过叉指换能器在压电衬底材料上直接激励并无源监测出声表面波，再通过反射栅对声信号进行反射叠加形成谐振，返回以谐振频率为主频的衰减震荡信号，并由IDT输出，并以EVA-PZT-金属纳米颗粒作为压电基片的基底材料，PZT很大的压电系数可以保证该材料兼顾柔性和压电性能，当传感器的周围环境发生变化时，传感器的谐振频率也随之发生变化，同时传感器的回波信号也随之发生相应的变化，因此可以通过分析回波信号的频率、幅度等信息来精确获取待监测参数的变化，进而解决了现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的精确监测的问题。

2)、本申请的电缆接头监测系统，通过采用声面波温度传感器，具有以下技术效果：直接测量接触电缆接头内部导体温度；内部空间狭小，保证了完整的密封性和优异的复合界面电气性能，电缆中间接头内部结构紧凑；具有较厚的绝缘层和内外两层屏蔽结构；保证完整的密封性和优异的复合界面电气性能，全密封安装；寿命长达30年，在电缆系统运行的全寿命周期内正常工作，并且可以通过分析回波信号的频率、幅度等信息来精确获取待监测参数的变化，进而解决了现有技术中的分布式光纤测温无法实现对电缆接头内部温度的精确监测的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声表面波温度传感器，其特征在于，包括：反射栅、压电基片、叉指换能器和吸声部，所述反射栅具有第一子栅结构和第二子栅结构，所述反射栅、所述叉指换能器和所述吸声部贴附在所述压电基片上，所述第一子栅结构和所述第二子栅结构分别设置在所述叉指换能器的两侧，所述吸声部设置在所述反射栅的外侧；

其中，制备所述压电基片的材料为添加有PZT压电陶瓷粉末和纳米级金属颗粒的乙烯醋酸乙烯酯共聚物，所述声表面波温度传感器用于监测电缆接头内部的温度。

2.根据权利要求1所述的声表面波温度传感器，其特征在于，所述声表面波温度传感器绕设在所述电缆接头的导体连接管的外部，且所述声表面波温度传感器夹设于所述电缆接头的内绝缘层与所述导体连接管之间。

3.根据权利要求1或2所述的声表面波温度传感器，其特征在于，所述叉指换能器由两组交错分布的梳状金属条组成，所述反射栅的多跟栅条平行，且所述反射栅的栅条与所述叉指换能器的梳状金属条平行。

4.一种电缆接头温度监测系统，其特征在于，包括：

权利要求1至3中任一项所述的声表面波温度传感器，所述声表面波温度传感器安装在电缆接头内部；

信号发射接收器，安装在所述声表面波温度传感器的周围区域，用于发出射频信号和采集所述声表面波温度传感器的回波信号；

信号处理器，与所述信号发射接收器电连接，用于根据所述回波信号确定所述电缆接头内部的温度。

5.根据权利要求4所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述信号处理器包括：

扫频信号发生器，用于产生扫频信号；

信号调制器，与所述扫频信号发生器电连接，用于对所述扫频信号进行调制得到调制扫频信号；

第一信号滤波器，与所述信号调制器电连接，用于对所述调制扫频信号进行滤波处理；

第一信号放大器，分别与所述第一信号滤波器和所述信号发射接收器电连接，用于对经过滤波后的所述调制扫频信号进行放大处理。

6.根据权利要求4所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述信号处理器包括：

第二信号放大器，与所述信号发射接收器电连接，用于对所述信号发射接收器接收到的所述回波信号进行放大；

第二信号滤波器，与所述第二信号放大器电连接，用于对经过放大后的所述回波信号进行滤波处理，得到滤波回波信号；

信号解调器，与所述第二信号滤波器电连接，用于对所述滤波回波信号进行解调。

7.根据权利要求6所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述信号处理器还包括：

功率分配器，与所述信号解调器电连接。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述电缆接头温度监测系统包括：

定位器，与所述信号处理器通信，安装在所述电缆接头上，用于获取所述电缆接头的位置信息。

9.根据权利要求8所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述定位器包括蓝牙定位模块和UWB定位模块。

10.根据权利要求4至7中任一项所述的电缆接头温度监测系统，其特征在于，所述电缆接头温度监测系统还包括：

上位机，与所述信号处理器通信，用于实时监测所述电缆接头内部的温度。

Images