CN204177483U - 一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，包括非接触红外阵列测温装置和手持数据采集终端，非接触红外阵列测温装置包括微处理器、红外阵列测温传感器、电源模块、蓝牙通信模块、电池电压监视模块和湿度监测模块；其中，微处理器连接红外阵列测温传感器、电池电压监视模块和湿度监测模块，微处理器通过蓝牙通信模块与手持数据采集终端连接，所述电源模块为其他模块供电。本实用新型可以实现在高压开关柜、电缆分支箱和环网柜等设备封闭且狭小的空间内，无需对高压开关柜等设备进行任何结构改造，通过在柜体内安装非接触红外阵列测温装置，即可实现对柜体内多个触头长期非接触温度监测。

Description

一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置。

背景技术

在电力系统中，高压开关柜、电缆分支箱和环网柜是保障供电稳定可靠的重要的设备。现有用电设备对供电的可靠性要求越来越高，在高电压，大电流状态下，高压开关柜的工作可靠性与隔离开关触头温升紧密相关。在电网的运行过程中，机械振动，触头烧蚀等原因都能使接触条件恶化，接触电阻增加，引起接触点温度升高，加剧接触表面氧化，导致局部熔焊或接触松动处产生电弧放点，最终造成电器设备的损坏甚至停电或引发火灾等重大事故。这类触头过热故障事故一方面来自设备本身的质量问题，更重要的原因在于目前缺乏针对隔离开关触头温升的有效监测手段。

由于高压开关柜、电缆分支箱和环网柜等设备内空间狭小，并且是封闭式设计，常规的温度测量方法不能使用，目前常用的方法是在柜体上设置红外测温窗，定期使用手持式红外测温仪进行温度测量。但是这种方法由于巡检周期长，获取的只是巡检当时的温度，无法实现连续测量，不能有效发现设备的故障隐患。

在线式红外测温其原理为通过红外测温传感器感知被测点的温度，通过调整电路进行处理，继而后续进行分析和显示；其缺点是光学分辨率不足，测温部位仅限于光斑聚焦范围内，受强电磁、空气流动、潮气、背景环境温度、粉尘等环境因素影响较大。

采用光纤光栅温度传感器直接粘贴在触头、接点等易发热部位上，实时监测测点温度的变化，实现故障的早期预测和报警，当发生故障时，提供报警并迅速准确确定故障点位置.虽然光纤本身绝缘性能强，但一旦表面落满灰尘绝缘性能下降会造成击穿，而且光纤本身不耐高温，易受损折断，需停电作业安装困难、施工难度大。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，本装置可以对高压开关柜、电缆分支箱和环网柜等设备进行实时测温的装置，该装置无需对高压开关柜等设备进行任何结构改造，只需在设备停电时将该装置吸附于柜体内侧壁上，即可实现对柜体内多个触头长期非接触温度监测。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，包括非接触红外阵列测温装置和手持数据采集终端，非接触红外阵列测温装置包括微处理器单元、红外阵列测温传感器、数据存储单元、电源模块、蓝牙通信模块、电池电压监视模块和湿度监测模块；其中，微处理器连接红外阵列测温传感器、电池电压监视模块和湿度监测模块，微处理器通过蓝牙通信模块与手持数据采集终端连接，所述电源模块为其他模块供电。

所述微处理器单元，为非接触红外阵列测温装置的主控模块，连接红外测温阵列传感器单元，用于红外阵列测温传感器的测温流程控制以及温度数据计算；连接数据存储单元，便于温度数据的读写操作；连接电源模块，从电源模块取得微处理器单元的供电，同时控制电源模块给其他单元模块的供电；与蓝牙通信模块连接，用于控制模块的收发数据功能和时序；与电池电压监视模块连接，读取电池电压监视模块的电压数据，当低于设定值时给出电压低的预警信号，及时更换电池，保证设备的正常工作；与湿度模块连接，控制湿度模块的工作，同时将湿度模块采集的湿度数据提取保存并上传，便于上位机对温度数据的分析和修正。

所述红外整列测温传感器用于对被监测点的非接触测温，采集温度数据，与微处理器模块通信，将温度数据传送给微处理器模块，采用矩阵式红外测温传感器，温度范围-50℃至300℃，64个IR像素，用于采集物体温度的原始数据。

所述数据存储单元为大容量的数据存储器，受微处理器单元的控制，保存相应的温度数据，湿度数据，电池电压数据，以及其他相关的数据。

所述电池电压监视模块，用于监测电源模块的电池电压数据，与微处理器单元连接，将微处理器单元采集该电压数据，保存并处理，同时通过蓝牙发送至手持数据采集终端，当电池电压低于设定阈值时发出电压过低告警，及时更换供电电池，保证设备的正常工作。

所述电源模块为锂氩电池，为整个系统提供电能。锂氩电池自放电电流小，储存期长,年自放电率小于2％，储存期10年以上，可以满足非接触红外阵列测温装置5年以上的工作时间。

所述非接触红外阵列测温装置采用低功耗设计，采集工作采用间歇式启动扫描，尽可能保证电池的长时间供电。所述非接触红外阵列测温装置，安装在开关柜柜体内开关触头的对面或侧面柜体内侧壁上。在高压开关柜，分支箱及环网柜等设备停电状态时，采用磁吸方式将非接触红外阵列测温装置安装在开关触头的对面或侧面柜体内侧壁上，通过调整镜头角度，对准需要监测的位置，可以实现对柜体内多个触头长期的非接触温度监测。非接触方式测温远离监测触头及连接头，保证了所监测设备的绝缘性能和电气间距。

本实用新型的工作原理为：当巡检人员进行巡检时，手持数据采集终端通过蓝牙自动搜索测温装置，测温装置连接之后将之前采存储的温度数据通过蓝牙通信模块全部发送至手持数据采集终端。巡检人员在手持终端上可以看到设备长期的温度数据，温度数据可以采用温度图像、温度曲线等方式进行展示，便于巡检人员对设备运行状态进行分析判断。

本实用新型的有益效果为：

(1)通过本实用新型的实施，可以实现在高压开关柜、电缆分支箱和环网柜等设备封闭且狭小的空间内，无需对高压开关柜等设备进行任何结构改造，通过在柜体内安装非接触红外阵列测温装置，即可实现对柜体内多个触头长期非接触温度监测；

(2)采用非接触方式测温远离监测触头及连接头，保证了所监测设备的绝缘性能和电气间距；同时通过人工手持数据采集终端，通过蓝牙通信，可以将终端采集的温度数据进行采集，然后采用温度图像、温度曲线等方式进行展示，便于巡检人员对设备运行状态进行分析判断。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的非接触红外阵列测温装置的结构示意图；

图3为本实用新型微处理器单元与数据存储单元实施电路原理图；

图4为本实用新型红外阵列传感器单元实施电路原理图。

其中，1、非接触红外阵列测温装置，2、手持数据采集终端，3、开关柜柜体，4、微处理器，5.、红外阵列测温传感器，6、数据存储单元，7、电源模块，8、蓝牙通信模块，9、电池电压监视模块，10、湿度监测模块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，非接触红外阵列测温装置1，在开关柜柜体3停电的状态下，无需对高压开关柜进行任何结构改动，采用磁吸方式安装在开关触头的对面或侧面柜体内侧壁上，通过调整探测角度，对准需要监测的位置，可以实现对柜体内多个触头长期的非接触温度监测。非接触方式测温远离监测触头及连接头，保证了所监测设备的绝缘性能和电气间距。

非接触红外阵列测温装置采用一次性锂氩电池供电,锂氩电池自放电电流小，储存期长,年自放电率小于2％，储存期10年以上，可以满足非接触红外阵列测温装置5年以上的工作时间。红外阵列测温装置采用低功耗设计，采集工作采用间歇式启动扫描，尽可能保证电池的长时间供电。

非接触红外阵列测温装置采集数据为4X16共64个点的温度数据，覆盖视场为15度X60度。

通过人工手持数据采集终端2，非接触红外阵列测温装置1和手持数据采集终端2之间通过蓝牙通信方式，将终端采集的温度数据采集到手持数据采集终端2内，然后采用温度图像、温度曲线等方式进行展示，便于巡检人员对设备运行状态进行分析判断。

如图2所示，非接触红外阵列测温装置1采用高集成度及超低功耗设计，由微处理器4、红外阵列测温传感器5，数据存储单元6、电源模块7、蓝牙通信模块8，电池电压监视模块9，湿度监测模块10组成。

微处理器4采用TI公司低功耗芯片，具有2路UART接口,供电电压范围1.8-3.6V,微处理器负责红外阵列测温传感器的测温流程控制以及温度数据计算，同时负责温度数据的缓存及传输。

红外阵列温度传感器5采用MELEXIS传感器，温度范围-50℃至300℃，64个IR像素，负责对物体温度的原始数据采集。

数据存储单元6采用铁电存储器，容量为1Mb,低电压供电2.7-3.65V,功耗低，负责暂存温度数据。

电源模块7采用一次性高容量锂亚电池，为整个系统提供电能。

蓝牙通信模块8负责将采集的温度数据发送至手持数据采集终端。实现非接触红外阵列测温装置1和手持数据采集终端2之间的通信和数据传输。

电池电压监视模块9，实时监视锂氩电池供电电压，电池电压数据通过蓝牙发送至手持数据采集终端，手持数据采集终端在界面显示，当电池电压低于设定阈值时发出电压过低告警。

湿度监测模块10，非接触红外阵列测温装置1进行温度采集的同时，进行环境湿度采集，监控现场的湿度，可以用于分析湿度对温度采集的影响，保证温度采集的准确性。

非接触红外阵列测温装置的微处理器将采集到的温度数据保存至数据存储单元6。当巡检人员进行巡检时，手持数据采集终端2通过蓝牙自动搜索测温装置，测温装置连接之后将之前采存储的温度数据通过蓝牙通信模块8全部发送至手持数据采集终端。巡检人员在手持终端2上可以看到设备长期的温度数据，温度数据可以采用温度图像、温度曲线等方式进行展示，便于巡检人员对设备运行状态进行分析判断。

本装置实现如下功能：

1)定时温度采集，定时精度到分钟级，微处理器定时读取实时时钟，当时间间隔达到设定采集周期时打开红外阵列传感器进行温度采集。

2)蓝牙通信功能，测温装置启动后开启广播模式，等待手持数据采集终端连接，手持数据采集终端搜索到测温装置后进行握手校验，校验完成后测温装置根据手持数据采集终端发送的数据索取命令，将温度数据逐条发送至手持数据采集终端。手持数据采集终端索取命令可以分为如下几种：指定日期的数据、指定时间段的数据、上次索取后产生的新的数据、启动采集获取当前的温度数据。

如果外部设备连接蓝牙后一段时间内没有发送握手信号，测温装置将自动关闭蓝牙模块电源，一段时间后再重新上电，防止不明外部设备骚扰，消耗电池能量。

3)时钟校准功能：测温装置与外部蓝牙连接后，自动上传测温装置的实时时钟，手持数据采集终端将测温装置时钟与手持终端时钟比较，当时钟误差超过一定数值后自动提示是否更新时钟。按下确认按钮后将进行时钟同步操作。

4)电池电压监测：电池电压数据通过蓝牙发送至手持数据采集终端，手持数据采集终端在界面显示，当电池电压低于设定阈值时发出电压过低告警。

5)测温视场指示功能：测温仪可以根据手持终端发出的视场指示命令，开启激光指示灯，激光指示灯开启5秒后自动关闭。

6)湿度监测功能：进行温度采集的同时，进行湿度采集，监控现场的湿度，同时也可以用于分析湿度对温度采集的影响。

如图3所示，为非接触红外阵列测温装置微处理器单元与数据存储单元实施电路原理图。其中1U1为未处理器单元的主控微处理器芯片，其若干管脚分别与其他模块电路连接，实现控制和数据的交换；其外围包括晶振电路，看门狗电路和接插件电路，其中晶振电路由电容1C7，1C8，晶振1OSC1，电阻1R10，1R11组成，提供微处理控制器1U1工作所需时钟信号，其输出信号XIN和XOUT分别与1U1的8脚和9脚连接；看门狗电路由电阻1R13，1R12，1R14，电容1C9，1C10和看门狗芯片1U4组成，用来实现微处理控制器1U1的上电复位，进入正常工作流程，当1U1工作程序进入死循环或者不运作，看门狗电路负责将其重新启动，进入正常工作流程。

数据存储单元电路由数据存储芯片1U2及外围电阻1R5，1R6，1R7，1R8，1R9组成，它通过信号FRAM-WP，F-SCL,F-SDA与微处理器1U1的管脚38,39,40连接，受微处理器单元的控制，保存相应的温度数据，湿度数据，电池电压数据，以及其他相关的数据。

如图4为红外阵列传感器单元实施原理图，包括红外阵列传感器U2及外围电路，U2为红外阵列测温芯片，温度范围-50℃至300℃，64个IR像素，用于采集物体温度的原始数据，与微处理器1U1通过IR-SCL和IR-SDA连接，进行数据通信，将温度数据传送给微处理器模块。

IR-SCL与微处理器1U1的50脚连接，然后通过三极管Q1，上拉电阻R3和电容C7，与红外阵列芯片U2的SCL管脚连接；IR-SDA与微处理器1U1的49脚连接，然后通过MOS管Q2，电阻R9，R8，R5，R4和电容C6与U2的SDA管脚连接。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：包括非接触红外阵列测温装置和手持数据采集终端，非接触红外阵列测温装置包括微处理器单元、红外阵列测温传感器、数据存储单元、电源模块、蓝牙通信模块、电池电压监视模块和湿度监测模块；其中，微处理器连接红外阵列测温传感器、电池电压监视模块和湿度监测模块，微处理器通过蓝牙通信模块与手持数据采集终端连接，所述电源模块为其他模块供电。

2.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述微处理器单元，连接红外测温阵列传感器单元，用于红外阵列测温传感器的测温控制以及温度数据计算；连接数据存储单元，便于温度数据的读写操作；连接电源模块，从电源模块取得微处理器单元的供电，同时控制电源模块给其他单元模块的供电；与蓝牙通信模块连接；与电池电压监视模块连接，读取电池电压监视模块的电压数据，当低于设定值时给出电压低的预警信号，及时更换电池，保证设备的正常工作；与湿度模块连接，控制湿度模块的工作，同时将湿度模块采集的湿度数据提取保存并上传，便于上位机对温度数据的分析和修正。

3.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述红外整列测温传感器用于对被监测点的非接触测温，采集温度数据，与微处理器模块通信，将温度数据传送给微处理器模块，采用矩阵式红外测温传感器，温度范围-50℃至300℃，64个IR像素，用于采集物体温度的原始数据。

4.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述数据存储单元为大容量的数据存储器，受微处理器单元的控制，保存相应的温度数据，湿度数据，电池电压数据，以及其他相关数据。

5.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述电池电压监视模块，用于监测电源模块的电池电压数据，与微处理器单元连接，将微处理器单元采集该电压数据，保存并处理，同时通过蓝牙发送至手持数据采集终端，当电池电压低于设定阈值时发出电压过低告警，及时更换供电电池，保证设备的正常工作。

6.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述电源模块为锂氩电池，为整个系统提供电能。

7.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述非接触红外阵列测温装置采用低功耗设计，采用间歇式启动扫描。

8.如权利要求1所述的一种基于非接触式红外阵列的电缆接头及触点测温装置，其特征是：所述非接触红外阵列测温装置，安装在开关柜柜体内开关触头的对面或侧面柜体内侧壁上。