CN204479206U - 一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统，其中，该装置包括：射频发射电路、射频接收电路、射频放大器、I/Q调节器、模数转换器、信号处理模块，所述信号处理模块与所述射频发射电路相连；所述射频发射电路向外部声表面波温度传感器发射射频激励信号；所述射频接收电路接收外部声表面波温度传感器返回的射频反馈信号；所述射频接收电路通过所述射频放大器与所述I/Q调节器相连；所述I/Q调节器通过所述模数转换器与所述信号处理模块相连。本实用新型的基于声表面波的无线无源测温装置和系统，不需要电源，可实时地测量电力系统中装置或设备的温度，测温范围广、可靠性高、安装简易、维护方便。

Description

一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统

技术领域

本实用新型涉及一种电力领域的无线无源测温技术，特别涉及一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统。

背景技术

随着社会经济的繁荣发展，各行业用电需求持续快速增长，因而对电力系统的安全性和稳定性提出了更高要求，对设备的规格要求也更加严格。保证电力系统安全有效运营的重要措施之一，就是对电力设备中的关键点(诸如开关柜的触头、电缆接头等)进行实时监控。

电力系统中的很多故障问题表现在节点温度升高，从而导致部件烧坏，引起断电，甚至火灾，因此对电力设备关键节点的温度监控是非常必要的。电力设备温升表现为温度急剧上升和温度缓慢上升两种现象，因此需要温度监测设备实时连续测温，并且能够及时分析温度数据，预防或者及时解决故障。

当前在电力设备中常用的温度监测设备类型有热电偶测温、分布式光纤测温、光纤光栅测温、光纤荧光测温、红外测温、有源无线测温等等。热电偶测温基本上属于采用金属导线传输温度信号，绝缘性能差；光纤类测温虽然具有优异的绝缘性能，但施工布线工程繁琐复杂、工程量大、成本高；红外测温为非接触式测温，通常使用红外测温仪给电力设备进行扫描检查，容易受灯光或自然光线影响，温度精度差，隐蔽点不能被监测到，且多为人工定期巡查，工作量大；有源无线测温使用的传感器部分需要使用电池，这就需要定期更换电池，系统维护成本高，且电池工作有温度局限性，不能在温度过高或者过低的环境下工作，且容易爆裂自燃。

因此，在现有的电力领域的测温技术中，存在测温效率低、系统维护成本大的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的电力领域中测温效率低、系统维护成本大的问题，本实用新型提出了一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温装置包括：

射频发射电路、射频接收电路、射频放大器、I/Q调节器、模数转换器、信号处理模块，所述信号处理模块与所述射频发射电路相连；所述射频发射电路向外部声表面波温度传感器发射射频激励信号；所述射频接收电路接收外部声表面波温度传感器返回的射频反馈信号；所述射频接收电路通过所述射频放大器与所述I/Q调节器相连；所述I/Q调节器通过所述模数转换器与所述信号处理模块相连。

优选的，所述模数转换器包括第一模数转换器和第二模数转换器，所述I/Q调节器通过所述第一模数转换器与所述信号处理模块相连；所述I/Q调节器还通过所述第二模数转换器与所述信号处理模块相连。

优选的，所述射频发射电路和所述射频接收电路共用一根全向天线，所述信号处理模块控制所述全向天线发射或接收的切换开关。

优选的，所述射频发射电路和所述射频接收电路分别采用不同的全向天线。

优选的，所述信号处理模块为FPGA模块。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温装置，不需要电源，可实时地测量电力系统中装置或设备的温度，测温范围广、可靠性高、安装简易、维护方便。而且使用高速AD进行温度采集，FPGA模块进行算法运算，速度快，实时性好。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温系统包括：

声表面波温度传感器、工作站及基于声表面波的无线无源测温装置，所述测温装置与所述声表面波温度传感器进行射频通信；所述测温装置通过RS485通信模块与所述工作站进行通信。

优选的，所述测温装置通过射频发射电路向所述声表面波温度传感器发射射频激励信号。

优选的，所述测温装置的信号处理模块通过RS485通信模块与所述工作站进行通信。

优选的，所述声表面波温度传感器设置于电力系统中需要测温的部位。

优选的，所述工作站还与外部报警装置进行通信。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温系统，不需要电源，可实时地测量电力系统中装置或设备的温度，测温范围广、可靠性高、安装简易、维护方便。而且使用高速AD进行温度采集，FPGA模块进行算法运算，速度快，实时性好。测温系统可在主站上存储和分析测量的温度数据，并与存储的历史数据进行对比，出现故障时发出预警。

附图说明

图1是本实用新型基于声表面的无线无源测温装置的原理示意图；

图2是本实用新型基于声表面的无线无源测温装置的结构示意图；

图3是本实用新型基于声表面的无线无源测温系统的原理示意图；

图4是本实用新型基于声表面的无线无源测温系统的工作站工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

为了解决现有技术存在的电力领域中测温效率低、系统维护成本大的问题，本实用新型提出了一种基于声表面波的无线无源测温装置和系统。

如图1-图2所示，本实用新型的基于声表面波(声表面波：SurfaceAcoust ic Wave，简写为SAW)的无线无源测温装置包括：

射频发射电路10、射频接收电路20、射频放大器30、I/Q调节器40、模数转换器50、信号处理模块60，信号处理模块60与射频发射电路10相连；射频接收电路20通过射频放大器30与I/Q调节器40相连；I/Q调节器40通过模数转换器50与信号处理模块60相连。

优选的，模数转换器50包括第一模数转换器501和第二模数转换器502，I/Q调节器40通过第一模数转换器501与信号处理模块60相连；I/Q调节器40还通过第二模数转换器502与信号处理模块60相连。

优选的，射频发射电路10和所射频接收电路20共用一根全向天线70，信号处理模块60控制全向天线70发射或接收的切换开关80；射频发射电路10和射频接收电路20也可以分别采用不同的全向天线。

射频发射电路10，用于与外部声表面波温度传感器(以下简称SAW传感器)进行射频通信，向SAW温度传感器发射射频激励信号，SAW温度传感器在接收到该射频激励信号后，采集当前需要测温部位的温度数据。

射频接收电路20，用于与SAW温度传感器进行射频通信，接收SAW温度传感器返回的携带温度数据信息的射频反馈信号。

射频放大器30，为运算放大器，射频放大器30将接收到的射频反馈信号进行放大，然后将放大后的信号发送到I/Q调节器40。

I/Q调节器40，用于将放大后的射频信号调节成I、Q两路信号，I：in-phase，表示同相；Q：quadrature，表示正交，与I相位差90度。I/Q调节器40将两路信号分别送入第一模数转换器501和第二模数转换器502，经过第一模数转换器501和第二模数转换器502转换后变成数字信号，并发送到信号处理模块60，在信号处理模块60中进行温度计算。

模数转换器50包括第一模数转换器501和第二模数转换器502，模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件，通常的模数转换器将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

信号处理模块60，优选的，为FPGA模块。FPGA模块控制射频发射电路10向SAW温度传感器发射射频激励信号；还接收模数转换器50(如图2中的第一模数转换器501和第二模数转换器502)发射的信号，进行温度计算。FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，它是专用集成电路领域中的一种半定制电路，FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic CellArray)这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable LogicBlock)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。

现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列(如PAL、GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/Q，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/Q模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/Q间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次的编程。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温装置，不需要电源，可实时地测量电力系统中装置或设备的温度，测温范围广、可靠性高、安装简易、维护方便。而且使用高速AD进行温度采集，FPGA模块进行算法运算，速度快，实时性好。

为了解决现有技术存在的电力领域中测温效率低、系统维护成本大的问题，本实用新型还提出了一种基于声表面波的无线无源测温系统，如图3所示，包括：声表面波温度传感器1、工作站2及基于声表面波的无线无源测温装置3。测温装置3与所述声表面波温度传感器1进行射频通信；测温装置3通过RS485通信模块与工作站2进行通信，具体的，信号处理模块60(FPGA模块)通过RS485通信模块与工作站2进行通信。

优选的，测温装置3通过射频发射电路10向所述声表面波温度传感器1发射射频激励信号。

优选的，声表面波温度传感器1设置于电力系统中需要测温的部位，例如开关的触头、电缆的接头等。SAW温度传感器1用于感测温度，在接收到测温装置3发射的激励信号后，将携带当前温度数据信息的射频信号反馈给测温装置3。SAW温度传感器1为无线无源传感器，依靠外界射频信号激励，同时反馈带温度的射频信号，安装简易，测温范围广，温度精度高，不会自燃或者爆炸，能在极端环境下工作。

优选的，工作站2还与外部报警装置进行通信，如图4所示，工作站2实时采集和存储测温装置3发送过来的温度数据，并对温度数据进行算法分析，参考历史曲线以及设定值，可以判断是温度过是否过高或者过低，温升速度是否过高或者过低，判断设备是否异常，及时报警联动外部报警装置。

本实用新型的基于声表面波的无线无源测温系统，不需要电源，可实时地测量电力系统中装置或设备的温度，测温范围广、可靠性高、安装简易、维护方便。而且使用高速AD进行温度采集，FPGA模块进行算法运算，速度快，实时性好。测温系统可在主站上存储和分析测量的温度数据，并与存储的历史数据进行对比，出现故障时发出预警。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于声表面波的无线无源测温装置，其特征在于，包括：

射频发射电路、射频接收电路、射频放大器、I/Q调节器、模数转换器、信号处理模块，所述信号处理模块与所述射频发射电路相连；所述射频发射电路向外部声表面波温度传感器发射射频激励信号；

所述射频接收电路接收外部声表面波温度传感器返回的射频反馈信号；所述射频接收电路通过所述射频放大器与所述I/Q调节器相连；

所述I/Q调节器通过所述模数转换器与所述信号处理模块相连。

2.根据权利要求1所述的基于声表面波的无线无源测温装置，其特征在于，所述模数转换器包括第一模数转换器和第二模数转换器，所述I/Q调节器通过所述第一模数转换器与所述信号处理模块相连；

所述I/Q调节器还通过所述第二模数转换器与所述信号处理模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于声表面波的无线无源测温装置，其特征在于，所述射频发射电路和所述射频接收电路共用一根全向天线，所述信号处理模块控制所述全向天线发射或接收的切换开关。

4.根据权利要求1所述的基于声表面波的无线无源测温装置，其特征在于，所述射频发射电路和所述射频接收电路分别采用不同的全向天线。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于声表面波的无线无源测温装置，其特征在于，所述信号处理模块为FPGA模块。

6.一种基于声表面波的无线无源测温系统，其特征在于，包括：声表面波温度传感器、工作站及权利要求1-5任一项所述的基于声表面波的无线无源测温装置，所述测温装置与所述声表面波温度传感器进行射频通信；

所述测温装置通过RS485通信模块与所述工作站进行通信。

7.根据权利要求6所述的基于声表面波的无线无源测温系统，其特征在于，所述测温装置通过射频发射电路向所述声表面波温度传感器发射射频激励信号。

8.根据权利要求6所述的基于声表面波的无线无源测温系统，其特征在于，所述测温装置的信号处理模块通过RS485通信模块与所述工作站进行通信。

9.根据权利要求6所述的基于声表面波的无线无源测温系统，其特征在于，所述声表面波温度传感器设置于电力系统中需要测温的部位。

10.根据权利要求6所述的基于声表面波的无线无源测温系统，其特征在于，所述工作站还与外部报警装置进行通信。