CN203688099U - 基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统 - Google Patents
基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，用于监测地下铺设的输电导线温度，包括取能模块、终端节点、声表面波温度芯片、中心节点，终端节点包括电磁波收发模块、数据处理模块、ZigBee通信模块，各终端节点的ZigBee通信模块通过ZigBee网络互相通信，中心节点包括ZigBee中心节点模块和GPRS发射模块；声表面波温度芯片分布固定在电缆外壳上，电磁波收发模块与声表面波温度芯片互相收发电磁波信号，数据处理模块将来自声表面波温度芯片的电磁波频率偏移的信号转换成温度信号，然后经ZigBee通信模块发送到ZigBee中心节点模块，再由中心节点的GPRS发射模块经GPRS网络发送到数据管理平台。本实用新型具有运行成本低、易安装、寿命长、可实现实时在线监测等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电缆温度的监测系统，具体的说是一种基于声表面波技术和ZigBee技术的用于监测地下铺设的输电导线温度的监测系统。
背景技术
电力电缆中间接头温度在线监测，是通过监测系统监测电力电缆接头处的实时温度，然后将所得到的实时监测值与历史温度值比较，从而判断导线接头绝缘老化状况、局部过热点等问题，以便及时发现安全隐患。还可以通过实时监测计算得出导体线芯的温度，在允许范围内合理利用电力电缆容量调控负荷，进行动态增容，对于保障电力系统可靠性、稳定性、经济性等均具有重要意义。
现有的电力电缆温度的测量方法，按测温方式及测温原理可以分为接触式和非接触式，其中接触式又可以分为点式和线式。
点式测温一般采用热电偶、热电阻、热敏电阻、数字温度传感器等点式温度传感器，测量中间接头保护壳外表面或者电缆本体外护套表面局部点温度。点式测温针对重点区域监测，成本低、安装简单、技术成熟，但测温受环境影响大，在电缆沟中使用时，若传感器长期浸泡在水中会影响其性能及测温精度，模拟量信号的传感器需标定校准，信号采集、传输易受电磁干扰影响大。
线式测温一般采用感温电缆、分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器，将传感器沿着电缆线路绑扎在电缆外护套表面，也可在电缆生产过程中将光纤温度传感器预埋在电缆内部。线式测温可以测量电缆全线温度，适用于测量电缆全线的温度趋势和热瓶颈区域，但长距离敷设成本高、安装工程巨大。
非接触式测温采用红外热成像仪，国内电力部门通常采用Fluke公司的热成像仪，这种方式温度响应快、不破坏原温度场，但红外热像仪测温只能测表面温度，并且测温时受物体表面发射率和测试环境影响较大，且不易实时监测。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是提供一种基于声表面波技术和ZigBee技术的电缆温度监测系统，它具有运行成本低、易安装、寿命长、可实现实时在线监测等优点。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，包括取能模块、能够发送接收并处理电磁波信号的终端节点、声表面波温度芯片、与终端节点通过ZigBee网络连接的中心节点，所述终端节点包括电磁波收发模块、数据处理模块、ZigBee通信模块，各终端节点的ZigBee通信模块通过ZigBee网络互相通信，中心节点包括与终端节点的ZigBee通信模块通过ZigBee网络连接的ZigBee中心节点模块和GPRS发射模块；声表面波温度芯片分布固定在电缆外壳上，电磁波收发模块与声表面波温度芯片对应并互相收发电磁波信号，数据处理模块将电磁波收发模块收到的来自声表面波温度芯片的电磁波频率偏移的信号转换成温度信号，然后经ZigBee通信模块发送到中心节点的ZigBee中心节点模块，在由中心节点的GPRS发射模块经GPRS网络发送到数据管理平台。
本实用新型的进一步改进在于：所述终端节点的数据处理模块分别和ZigBee通信模块、电磁波收发模块连接，终端节点分布在电缆沟内；中心节点安装在电缆井内或者电缆出口处；数据处理模块、ZigBee通信模块、电磁波收发模块、ZigBee中心节点模块、GPRS发射模块由取能模块供电。
本实用新型的取能模块的具体结构在于：所述取能模块为包括套装在电缆上的取能线圈、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块；取能线圈的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联；在每个中心节点和每个终端节点内分别安装有取能模块。
本实用新型的进一步改进在于：所述声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的无源模块。
本实用新型的进一步改进在于：所述电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在400～500MHz之间。
由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：
本实用新型基于声表面波技术和ZigBee技术提出一种电缆温度监测系统，该系统具有成本低，易安装，寿命长，可在线监测等优点。
本实用新型的声表面波芯片为无源设备，可以接收并反射电磁波，具有体积小重量轻的优点，将其固定在电缆上，不受潮湿水汽的影响，即使浸在水中也能正常工作。
本实用新型的取能模块设置前端冲击保护模块可以防止外加电流的冲击，设置锂离子电池后在停电的时候也可以保证电力供应。
电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在450MHz左右，如在400～500MHz之间，可以避免输电线路中其它电磁波的干扰。
附图说明
图1是本实用新型的传输结构示意图；
图2是本实用新型的声表面波温度芯片和电磁波收发模块的工作原理示意图；
图3是本实用新型所使用的电缆取能模块的结构示意图。
其中，1、地面，2、电缆井，3、中心节点，4、GPRS网络，5、数据管理平台，6、终端节点，7、ZigBee网络，8、电磁波收发模块，8-1、返回电磁波波谱，9、声表面波温度芯片，9-1、天线，9-2、积分单元，9-3、反射栅，13、电缆，14、取能线圈。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明：
基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，包括终端节点6、声表面波温度芯片9、中心节点3、取能模块。终端节点6包括电磁波收发模块、数据处理模块、ZigBee通信模块，终端节点6能够发送、接收并处理电磁波信号，各终端节点6的ZigBee通信模块通过ZigBee网络7互相通信。终端节点6的电磁波收发模块8、数据处理模块、ZigBee通信模块依次连接，终端节点分布在电缆沟内，可以设置多个。数据处理模块、ZigBee通信模块、电磁波收发模块8分别和一取能模块连接，取能模块在电缆上取电后为数据处理模块、ZigBee通信模块、电磁波收发模块8供电。声表面波温度芯片9分布固定在电缆外壳上，声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的无源模块。电磁波收发模块8与声表面波温度芯片9对应，互相收发电磁波信号，声表面波温度芯片9可以根据设置多个，声表面波温度芯片9主要由反射栅9-3、积分单元9-2和天线9-1组成，天线用来接收和发射电磁波，反射栅9-3随着温度的变化而变化进而影响反射波的中心频率，积分单元用于汇聚反射波信号，然后通过天线发出，声表面波温度芯片9收发电磁波频率的偏移正比于芯片固定处的温度变化。电磁波收发模块8向声表面波温度芯片9发送电磁波信号，电磁波信号的中心频率在450MHz左右，可以在400～500MHz之间。声表面波温度芯片9将接收到的信号将反射波回发给电磁波收发模块8。当声表面波温度芯片的温度发生变化时，返射回来的电磁波的频率会发生偏移，电磁波收发模块通过快速傅里叶变换计算获得收发信号的频率偏移。数据处理模块将电磁波收发模块8收到频率偏移的信号转换成温度信号，再传输到ZigBee通信模块。中心节点安装在电缆井2内；中心节点3包括ZigBee中心节点模块和GPRS发射模块；中心节点安装在电缆井2内；ZigBee中心节点模块、GPRS发射模块由另一取能模块供电。中心节点3的ZigBee中心节点模块与终端节点6的ZigBee通信模块通过ZigBee网络7连接，终端节点6的ZigBee通信模块可将温度信号通过中继的方式送出电缆沟，发送给中心节点3的ZigBee中心节点模块，再由GPRS发射模块通过GPRS网络4发送到数据管理平台5。数据管理平台5对温度数据进行监测、管理和记录。
取能模块为包括套装在电缆上的取能线圈、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块。取能线圈套接在电缆上，用于将电缆中的电流形成的磁场转化为电压。取能模块利用电缆中通过的电流生成一个3V的驱动电压。取能线圈的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联；在每个中心节点和每个终端节点内分别安装有取能模块。前端冲击保护模块用于防止电缆故障短路或电力系统操作时形成的过电压对取能模块及本实用新型的监测系统造成冲击。整流滤波模块将交流电压转换为直流电压，同时对该电压进行滤波，减少电压的谐波；电压监控模块用于对取能线圈形成电压进行监控，当电压过低时模块开启充电回路对锂离子电池充电。DC-DC变换用于降低整流滤波模块输出的电压到3V。
本实用新型中的数据可以基于ZigBee的传输，终端节点具有通过ZigBee无线发射模块自动组网功能，将相邻范围内的终端节点组成ZigBee网络，每个终端节点兼具终端和中继的功能。中心节点安装在电缆井或者电缆出口处，满足GPRS信号发射和接收要求，中心节点采用轮询的方式读取其负责范围内的终端节点温度数据，GPRS发射模块利用GPRS网络将数据上传给数据管理平台的数据采集终端。
Claims (5)
1.基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，其特征在于：包括取能模块、能够发送接收并处理电磁波信号的终端节点（6）、声表面波温度芯片（9）、与终端节点通过ZigBee网络连接的中心节点（3），所述终端节点（6）包括电磁波收发模块、数据处理模块、ZigBee通信模块，各终端节点（6）的ZigBee通信模块通过ZigBee网络（7）互相通信，中心节点（3）包括与终端节点（6）的ZigBee通信模块通过ZigBee网络（7）连接的ZigBee中心节点模块和GPRS发射模块；声表面波温度芯片（9）分布固定在电缆外壳上，电磁波收发模块（8）与声表面波温度芯片（9）对应并互相收发电磁波信号，数据处理模块将电磁波收发模块（8）收到的来自声表面波温度芯片的电磁波频率偏移的信号转换成温度信号，然后经ZigBee通信模块发送到中心节点（3）的ZigBee中心节点模块，在由中心节点（3）的GPRS发射模块经GPRS网络（4）发送到数据管理平台（5）。
2.根据权利要求1所述的基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，其特征在于所述终端节点（6）的数据处理模块分别和ZigBee通信模块、电磁波收发模块（8）连接，终端节点分布在电缆沟内；中心节点安装在电缆井（2）内或者电缆出口处；数据处理模块、ZigBee通信模块、电磁波收发模块（8）、ZigBee中心节点模块、GPRS发射模块由取能模块供电。
3.根据权利要求1或者2任一项所述的基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，其特征在于所述取能模块为包括套装在电缆上的取能线圈、前端冲击保护模块、整流滤波模块、电压监控模块、充电回路、锂离子电池、DC-DC变换模块；取能线圈的输出端与前端冲击保护模块、整流滤波模块、DC-DC变换模块依次连接，在整流滤波模块、DC-DC变换模块之间还连接有充电回路及与充电回路、DC-DC变换模块连接的锂离子电池；电压监控模块与前端冲击保护模块、整流滤波模块并联；在每个中心节点和每个终端节点内分别安装有取能模块。
4.根据权利要求1所述的基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，其特征在于所述声表面波芯片为能够接收并反射电磁波的无源模块。
5.根据权利要求1或4任一项所述的基于声表面波和ZigBee技术的电缆温度监测系统，其特征在于所述电磁波收发模块发射的电磁波信号的中心频率在400～500MHz之间。
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