CN202916020U - 一种光动力温度传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种光动力温度传感装置，其包括：低压侧主控单元、高压侧传感测温头以及连接所述低压侧主控单元、所述高压侧传感测温头的上行光纤及下行光纤，其中：所述的低压侧主控单元包括：第一微处理器及由所述第一微处理器控制的供能光源、光电接收模块及显示模块；所述的所述高压侧传感测温头包括：电子测温电路及与所述的电子测温电路相连的光电池、温度传感器及发光二极管；其利用光纤以光能的方式对高压测温度传感测量设备进行供能，并通过电子测温电路进行温度测量，再用光纤将数字化温度数据传给二次侧监控设备，以解决高压带电物体的温度测量问题。

Description

一种光动力温度传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感装置，特别涉及一种光动力温度传感装置。

背景技术

发电厂、变电站中众多高压电气设备连接点是电力输送的薄弱环节，在设备长期运行过程中容易发热。随着负荷的增大，导致连接点发热并形成恶性循环，即温升、膨胀、氧化，接触电阻增大、再度升温，最终可能酿成火灾事故，电力供应中断，给国民经济和人员安全造成重大损失。

通过监测连接点温度，一旦出现温度异常情况，立刻报警、通知维护人员及时排除隐患，把故障消除在萌芽状态，可有效防止火灾的发生从而达到安全供电的目的。

但上述连接点往往处于密闭空间，并且处于高电压、高磁场以及强电磁干扰环境中，传统的测温仪表如热电偶、红外测温仪等受到这些因素的限制，因而无法正常使用。

为了保证供电系统安全运行，实现连接点温度在线监测，人们提出了不同的解决方案，如光纤布拉格光栅传感测温、无线测温等。

光纤布拉格光栅传感测温是利用光纤布拉格光栅中心反射波长与环境温度成比例的特性进行温度测量。将光纤布拉格光栅传感器放置在高压带电体上，通过光纤与二次侧检测仪表连接进行波长解调，从而获得温度数据。

由于光纤具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、本质安全等优点，特别适用于各种大型机电、石油化工、矿井等强电磁干扰和易燃易爆等恶劣环境中。不过，由于其采用的波长解调器等比较昂贵，限制了其应用范围。

无线测温系统通过电池供电的超低功耗电子测温电路进行高压带电体温度测量，并以无线传输的方式将温度数据传递给监控系统。

由于采用电池供电和无线传输，解决一次侧高压和二次侧仪表的绝缘问题。由于采用接触式电子测温技术，具有测温精度高、功耗低、技术成熟、成本低等特点。不过，由于采用电池供电，也存在电池寿命问题。另外，目前常用的高容量锂电池在高温环境下长期使用也存在安全隐患。无线传输在复杂电磁环境下也存在抗干扰和电磁兼容问题。

虽然上述方案均能解决高压侧绝缘条件下的温度测量问题，但光纤测温方案存在成本高，无线测温方案存在电池寿命有限、抗干扰能力差等缺点。

因此，如何将上述存在的技术问题加以解决，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种光动力温度传感装置，其利用光纤以光能的方式对高压测温度传感测量设备（测温传感头）进行供能，并通过电子测温电路进行温度测量，在以光纤将数字化温度数据传给二次侧监控设备（主控单元），以解决现有技术中存在的温度测量的问题。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种光动力温度传感装置，其包括：低压侧主控单元、高压侧传感测温头以及连接所述低压侧主控单元、所述高压侧传感测温头的上行光纤及下行光纤，其中：

所述的低压侧主控单元包括：第一微处理器及由所述第一微处理器控制的供能光源、光电接收模块及显示模块；

所述的所述高压侧传感测温头包括：电子测温电路及与所述的电子测温电路相连的光电池、温度传感器及发光二极管；

所述供能光源，其加电后用于将电能转化为光能，该光能耦合到所述的上行光纤里，并通过所述上行光纤传送照射到所述光电池上，所述的光电池将光能转换为电能，用于给所述高压侧传感测温头供电；

所述的温度传感器，用于感测温度信号，并将该温度信号转换为电信号，所述的电子测量电路将电信号进行处理，转换为数字脉冲信号；

所述的发光二极管将所述数字脉冲信号转换为光脉冲信号，该光脉冲信号通过所述下行光纤传送给所述光电接收模块；

所述的光电接收模块用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号；

所述的第一微处理器用于对电脉冲信号进行处理，由所述的显示单元进行显示温度数据。

其中，所述的电子测温电路包括第二微处理器，及由所述第二微处理器控制的电源模块、信号调理与AD转换电路，所述的电源模块用于将所述光电池输出的电压进行升压，所述的信号调理与AD转换电路用于将所述温度传感器输出的电信号进行放大、滤波，然后进行模拟数字转换。

其中，所述的供能光源为激光二极管或发光二极管。

其中，所述的上行光纤为传输光能的管道。

其中，所述的下行光纤为传输光脉冲信号的管道。

其中，所述的上行光纤及下行光纤为塑料光纤或石英光纤。

其中，所述的温度传感器为热敏电阻、热敏二极管、热电偶或者其他其他温度传感集成电路。

本实用新型具有绝缘特性好、成本低、抗干扰能力强等特点，非常适合高压电气设备连接点温度监测的规模应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本实用新型一种光动力温度传感装置组成框图；

图2为本实用新型一种光动力温度传感装置另一实施例组成框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型一种光动力温度传感装置组成框图，本实用新型的光动力温度传感装置包括低压侧的主控单元1、高压侧传感测温头2及连接于低压侧的主控单元1和高压侧传感测温头2的上行光纤3及下行光纤4。

所述的低压侧主控单元1包括：第一微处理器11及由所述第一微处理器11控制的供能光源12、光电接收模块13及显示模块14；

所述的所述高压侧传感测温头2包括：电子测温电路21及与所述的电子测温电路21相连的光电池22、温度传感器23及发光二极管24；

所述供能光源12，内含激光二极管（LD）或者发光二级管（LED），其加电后可将电能转化为光能；该光能耦合到所述的上行光纤3里，并通过所述上行光纤3传送照射到所述光电池22上，所述的光电池22将光能转换为电能，用于给所述高压侧传感测温头2供电，所述的上行光纤3为传输光能的管道；

所述的温度传感器23，可以使用热敏电阻、热敏二极管或者热电偶等，其用于感测温度信号，并将温度变化转化为可测量的电信号，所述的电子测量电路21将电信号进行处理，转换为数字脉冲信号；

所述的发光二极管24将所述数字脉冲信号转换为光脉冲信号，该光脉冲信号通过所述下行光纤传4送给所述光电接收模块，所述下行光纤4为传输光脉冲信号的管道；

所述的光电接收模块13用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号；所述的第一微处理器负责低压侧各部分的工作，对接收的下行温度数据进行处理，即用于对电脉冲信号进行处理，由所述的显示单元14显示测量出的温度数据。

如图2所示，为本实用新型一种光动力温度传感装置另一实施例组成框图，在该实施例中，所示的电子测温电路21包括第二微处理器211，及由所述第二微处理器211控制的电源模块212、信号调理与AD转换电路213，所述的电源模块212是将光电池输出的微弱低压电流进行逆变升压，变为高压侧电路能够正常工作的电压，如3.3V，所述的信号调理与AD转换电路213用于将所述温度传感器23输出的电信号进行放大、滤波以消除噪声的影响，然后进行模拟数字转换使其变为数字信号。

本实用新型整个系统的工作过程和原理如下：

低压侧主控单元1内部的驱动电路驱动一个由激光二极管（LD）或者发光二级管（LED）组成的供能光源12，其发出的光耦合到上行光纤3里；然后通过上行光纤3传输照射到高压侧传感测温头2里的光电池22上，光电池22将光能转换为电能，不过，由于光电池22输出的电压比较低，无法满足测温头电路工作的要求，因此需要电源模块212将光电池输出的低电压转换为高压侧传感测温头2所需的工作电压。

测温头2有了电源供应后，在测温头的微处理器211的控制下，将温度传感器输出23的信号进行放大、滤波等调理后再进行模数转换，将温度信息变成数字信号。

测温头2的第二微处理器211用数字化的温度信息调制发光二级管24，调制后的光信号耦合到下行光纤4中并通过下行光纤4传输给低压侧主控单元1的光电接收模块13，光电接收模块13将载有温度信息的光信号重新还原为电信号送给低压侧主控单元1的第一微处理器11进行记录、显示。

为了降低光纤供能的压力，测温头2除了采用超低功耗的集成电路外，还采用突发测温方式，比如在1s时间内只测量一次温度，每次测温的时间不超过1ms，其他大部分时间电路都处于超低功耗的休眠时间。

为了实现高压侧和低压侧的绝缘隔离，进行能量和信号传输的上行光纤3和下行光纤4可以使塑料光纤或者石英光纤。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1、采用塑料或石英光纤实现高压侧温度传感头与低压侧主控单元的隔离；

2、采用光纤进行能量传输，测温传感头利用由主控单元提供的光能转化为电能进行温度测量；

3、采用光纤进行信号传输，测温传感头将测量的温度值转换为光脉冲数字信号传送给主控单元；

4、利用超低功耗测温电路和突发测温方式进行高压带电部件的温度测量，降低光能供能要求。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光动力温度传感装置，其特征在于，其包括：低压侧主控单元、高压侧传感测温头以及连接所述低压侧主控单元、所述高压侧传感测温头的上行光纤及下行光纤，其中： 

所述的低压侧主控单元包括：第一微处理器及由所述第一微处理器控制的供能光源、光电接收模块及显示模块； 

所述的高压侧传感测温头包括：电子测温电路及与所述的电子测温电路相连的光电池、温度传感器及发光二极管； 

所述供能光源，其加电后用于将电能转化为光能，该光能耦合到所述的上行光纤里，并通过所述上行光纤传送照射到所述光电池上，所述的光电池将光能转换为电能，用于给所述高压侧传感测温头供电； 

所述的温度传感器，用于感测温度信号，并将该温度信号转换为电信号，所述的电子测量电路将电信号进行处理，转换为数字脉冲信号； 

所述的发光二极管将所述数字脉冲信号转换为光脉冲信号，该光脉冲信号通过所述下行光纤传送给所述光电接收模块； 

所述的光电接收模块用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号； 

所述的第一微处理器用于对电脉冲信号进行处理，由所述的显示单元进行显示温度数据。 

2.根据权利要求1所述的光动力温度传感装置，其特征在于，所述的电子测温电路包括第二微处理器，及由所述第二微处理器控制的电源模块、信号调理与AD转换电路，所述的电源模块用于将所述光电池输出的电压进行升压，所述的信号调理与AD转换电路用于将所述温度传感器输出的电信号进行放大、滤波，然后进行模拟数字转换。 

3.根据权利要求1所述的光动力温度传感装置，其特征在于，所述的供能光源为激光二极管或发光二极管。 

4.根据权利要求1所述的光动力温度传感装置，其特征在于，所述的 上行光纤为传输光能的管道。 

5.根据权利要求1所述的光动力温度传感装置，其特征在于，所述的下行光纤为传输光脉冲信号的管道。 

6.根据权利要求1所述的光动力温度传感装置，其特征在于，所述的上行光纤及下行光纤为塑料光纤或石英光纤。 

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