CN202393523U - 一种基于声表面波技术的变电站无线测温装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及基于声表面波技术的变电站无线测温装置，可有效解决绝缘困难，放电和受电磁干扰，且无法安装测温探头的问题，其解决的技术方案是，包括壳体和装在壳体内的信号发生器、混频器、主机、滤波器、模数转换器，第一信号发生器与第一混频器和第二混频器相连，第一混频器接电子开关，电子开关分别与读写开关、主机和射频功放器相连，第二混频器分别与宽频放大器和滤波器相连，滤波器接模数转换器，主机与模数转换器相连，第一混频器上装有第二信号发生器，射频功放器、读写开关和宽频放大器经天线与传感器耦合连接，本实用新型体积小，绝缘性能好，可方便的安装于一些其它测温装置难于安装的设备地方，精度高，成本低，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本实用新型涉及电器，特别是一种基于声表面波技术的变电站无线测温装置。
背景技术
电力行业经常发生电力电缆和设备因过热而引起火灾，导致大面积的电缆烧损和设备损坏而被迫停机，短时间内无法恢复生产，从而造成重大经济损失引起电设备过热和火灾发生的直接原因是电缆中 间接头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大，长期运行造成的电缆头过热、烧穿绝缘等。统计表明建设10年后的变电站，基建时制作的电缆头90％以上均因质量不良引发故障而更换。
数据表明：1、载流占所有开关事故8.9%；2、载流事故主要集中在 6-10K。其中由电接点温度过高造成故障比率是很高的。这些设备的触点引线，大都未装温度监测系统，存在巨大的安全隐患。目前对于变电站的开关接头触点的温度监测尚没有有效方法解决，作为监测的替代方式，通常采用效率低且代价高的人工红外探测巡检方式，实时温度监控成为目前智能电网的一大难题。目前常用的变电站测温有热电偶测温、红外测温、光线测温等，由于设备结构上的问题：
1、热电偶测温方式结构简单测温技术成熟，但是需要采用金属导线传输信号，绝缘困难。
2、探测光缆铺设在待测的设备上，光经放大后，由光纤传达到热敏材料部分，然后反射回一个与自身温度相对应的脉冲光信号；信号经过处理即可求得实时温度。缺点：易折断，用于隔离高压的光纤表面可能受到污染，将导致光纤沿面放电，俗称“爬电”。这使得光纤测温在工业环境的应用受到限制。
3、红外测温采用接收被测量点幅射出的远红外波，通过判断远红外波长来确定测量点温度。缺点：红外测温只可测量在传感器直视范围内的测量点温度，而且红外的波段易受环境及周围的电磁场干扰；另外开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头。因此，其改进和创新是需要认真解决的技术问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种基于声表面波技术的变电站无线测温装置，可有效解决绝缘困难，放电和受电磁干扰，且无法安装测温探头的问题。
本实用新型解决的技术方案是，包括壳体和装在壳体内的信号发生器、混频器、主机、滤波器、模数转换器，第一信号发生器与第一混频器和第二混频器相连，第一混频器接电子开关，电子开关分别与读写开关、主机和射频功放器相连，第二混频器分别与宽频放大器和滤波器相连，滤波器接模数转换器，主机与模数转换器相连，第一混频器上装有500kHz第二信号发生器，射频功放器、读写开关和宽频放大器经天线与传感器耦合连接。
本实用新型结构简单，体积小，绝缘性能好，可方便的安装于一些其它测温装置难于安装的设备地方，通过压电原理开发的声表面波温度（SAW）传感器，是采用压电接触式探测温度和无线读取方式，精度高（无线工作模式情况下±0.1℃），可分布式，成本低，同时又因为有微妙级信号延迟而抗干扰能力强，因而成为新一代开关柜、电缆接头的温度检测设备。
附图说明
图1为本实用新型的结构框示图。
图2为本实用新型的传感器结构框示图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
由图1、2所示，本实用新型包括壳体和装在壳体内的信号发生器、混频器、主机、滤波器、模数转换器，第一信号发生器与第一混频器和第二混频器相连，第一混频器接电子开关，电子开关分别与读写开关、主机和射频功放器相连，第二混频器分别与宽频放大器和滤波器相连，滤波器接模数转换器，主机CPU与模数转换器相连，第一混频器上装有500kHz第二信号发生器，射频功放器、读写开关和宽频放大器经天线与传感器耦合连接。
所述的传感器有n个，至少为一个，n为自然正整数，每个传感器是由谐振器、耦合器、延迟器与天线依次串接在一起构成（图中传感器给出1、2、……n个）；第一信号发生器构成第一信号源，第二信号发生器构成500kHz的固定信号源。
要指出的是，在上述组件中，均是市售产品（现有技术），为了减小体积，各部件可采用相应的集成模块（电路），本实用新型其贡献在于将各部件科学的组合在一起，构成一种基于声表面波技术的变电站无线测温装置，有效用于变电站无线测温，保证设备的正常运行。因此，凡利用等效替换手段作出的在本质上与本实用新型相同的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。
本实用新型使用时，传感器放置在待测量点上，例如变压器、电容器、电抗器、开关柜母排接头、线缆、手车上，经本实用新型与测温终端、监控系统相配合，通过天线耦合，采集器查询射频信号发送到天线，天线通过逆压电—压电效应反馈到天线，天线信号发送会采集器，从而完成温度检测。 如果一个站内采集器与测温终端水平直线距离超过500米或间隔超过2层预制板则需要增加中继器，提高通讯可靠性。
传感器的具体工作情况是，采用压电声表面波技术：声表面波（SAW）指沿固体表面传播的声波，通过压电原理，输入换能器把电信号通过压电效应转化成声信号，对声信号通过正负电压电极对实现快速信号的采样处理，然后输出换能器通过逆压电效应把声信号恢复成电信号。通过控制声波的激发、传播与接收，再通过采集/中继器进行高精度的远距离发送和接收，完成温度测量。
工作过程是：
（1）压电效应--电转化成声：阅读器的天线周期地发送高频查询脉冲，被接收到的高频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并在晶体表面传播；
（2）声信号处理：通过热胀冷缩效应/压力/气体吸附等完成对温度/压力/气体的检测；经过编码排列的反射阵列对入射表面波部分反射，并返回到叉指换能器，可以实现128位编码；
（3）逆压电效应--声转化成电：叉指换能器反射声脉冲串转变成高频电脉冲串。
频分多址与码分多址实现分布式检测
频分多址：通过频率不同识别不同传感器
码分多址：通过反射栅条控制码位的不同
测温终端是测温监控后台与采集器通讯的纽带，通过与采集器/中继器数据交换，采集并存储站内所有测温点的数据，然后定时或实时上报监控系统。与采集器/中继器通过无线或RS485/CAN等通讯模式进行数据交换，与后台监控系统可通过RS232/RS485/CAN/TCP/IP进行数据交换，也可根据用户需要通过GPRS/CDMA等方式进行远方监控系统通讯。
后台监控系统采用组态软件，监控系统接收测温终端上传各个测温点的数据，实时显示在计算机界面上，可以检测采集数据与负荷数据相比较，当有温度超标将立刻进行报警；能够显示出各测温点的温度变化曲线图；能够显示出设备停电前后、来电前后的温度变化曲线图，为用户提供直观、可靠地数据分析。
本实用新型工作中采用采集/中继器发送的激励信号采用间歇性正弦脉冲波串，大大提高了测量距离，能达到8—10米。本实用新型的传感系统的构成及工作原理如图2所示。采集器/中继器内有系统信号发生器和易个500kHz的信号混频器，保证其读写频率与每个传感器的频率相同。为了防止读写时的相互干扰及激励产生理想的间歇信号，在设计时采用了一个电子开关作为收发选择控制。由于反射信号一般非常微弱，所以采集器/中继器上还设计有宽频带放大器，当天线接到传感器反射来的信号时，宽频带放大器将其放大后，信号和信号源输出信号经混频器解调、滤波后再经过A/D变换送到微处理器进行处理，得到传感器的地址编码及频率，再经换算得到温度值。因为每个传感器所采用的材料具有固有的频率，所以其响应信号的谐振频率始终为材料的固有频率。本传感器采用89.65MHz的声表面波谐振器作为无源无线传感器，其Q值为4000，器件谐振损耗为4.2dB。电子开关和读写收发器开关的隔离度很高，超过了-40dB，由于温度变化相对来说是一个缓慢的过程，因此，对于测量结果采用了滑差多次取平均值算法，这样有效地消除了随机干扰，提高了测量的通讯距离和精度。
由上述情况表明，本实用新型是基于SAW原理的设计出来的无线无源测温方法，根据工程实际需要给出了不同的解决方案。这种无线无源传感器结构简单、体积小，绝缘性能好，可方便的安装于一些其它测温装置难于安装的设备地方，例如高压开关柜的触头。因为采用的是无源传感器，所以可以安装在那些长期不需维修的关键设备上，避免了因为更换电池或维护电源造成的设备停运的情况。
现实生活中火灾危害巨大，各种火灾的发生给人民生命财产和国家财产造成威胁。在各种场合对环境进行温度监测，可以有效预警和控制火灾的发生。在交通港航系统许多重要的办公楼、仓库、变电站、控制中心安装了火灾自动报警系统，在消防安全保卫工作中发挥了重要作用。
该技术可以应用的领域非常广泛，电力、油田、矿井、交通、化工、电信、标志性建筑等等几乎涵盖所有需要测量温度的行业、设备。本实用新型主要应用实例有以下：高压开关柜上的触头、电缆接头、干式变压器、高压电缆、电容器、电抗器、油罐、矿井工作面、机车的车轴、化工反应罐、计算机房、建筑配电柜等的温度检测及火灾报警。
本实用新型测量准确、精度高。可实时检测设备的运行温度，为用户提供实时在线检测数据，保障了设备的正常运行，减少了因设备巡检带来的麻烦和损失。
另外，本实用新型还可以运用在高压设备的局部放电检测设备。局部放电时产生的电流脉冲激发出电磁波，包括中低频和UHF段(0.3～3GHz)电磁波。超高频法是利用传感器接受局部放电所激发的超高频电磁波，并对超高频电磁波进行分析的一种方法。超高频局放信号波头时间仅几个ns，使用UHF段信号监测中心频率在300M~1500MHz的电磁波，可有效的避开常规的电气干扰(主要是＜150MHz的电晕干扰，电磁干扰集中在300MHz)。天线接收局部放电产生的超高频信号，经过低躁声放大器、检波处理后传输给在线监测分析单元。
本实用新型与现有技术相比，具有以下突出的特点及优点：
可采用光纤或者无线数字化信号传输数据, 距离长，抗电磁干扰，可升级与IEC61850兼容；
采用无线传输技术，独特的绝缘性能，使用安全可靠；
采用无源技术，节能、环保；
无源无线方案支持各种组网方式可灵活选择；
自动传感器识别，无连线，安装简便；
通讯频率433±5MHz，免申请频段；
温差范围广：可以检测 -40摄氏度~700摄氏度范围温度；
稳定性高：传感器采用平面工艺制作，一致性与稳定性高；
成本低： 传感器芯片与天线匹配简单，无红外光源等，成本低；
无线无源，无爬电和灰尘影响；
抗强电磁干扰：抗多径效应强；
距离远：由于声电转换效率高，读取功率低，可以放置在金属和液体表面。
Claims (2)
1.一种基于声表面波技术的变电站无线测温装置，包括壳体和装在壳体内的信号发生器、混频器、主机、滤波器、模数转换器，其特征在于，第一信号发生器与第一混频器和第二混频器相连，第一混频器接电子开关，电子开关分别与读写开关、主机和射频功放器相连，第二混频器分别与宽频放大器和滤波器相连，滤波器接模数转换器，主机CPU与模数转换器相连，第一混频器上装有500kHz第二信号发生器，射频功放器、读写开关和宽频放大器经天线与传感器耦合连接。
2.根据权利要求1所述的基于声表面波技术的变电站无线测温装置，其特征在于，所述的传感器至少有一个，每个传感器是由谐振器、耦合器、延迟器与天线依次串接在一起构成。
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