CN210180558U - 基于saw谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头 - Google Patents

Abstract

基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头，测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，无线无源柔性薄膜温度传感器包括信号频率和/或Q值随温度变化而变化的SAW温度传感器，无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于导体连接管外，并夹设于内绝缘层与导体连接管之间，信号收发单元与SAW温度传感器电磁耦合，信号收发单元向SAW温度传感器发送激励信号，以及接受SAW温度传感器反馈的含有频率和/或Q值信息的信号，控制器根据信号收发单元接收的含有频率和/或Q值信息的信号得出电缆中间接头处的温度。该基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

Description

基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头

技术领域

本实用新型涉及测温领域，尤其是一种基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置及电缆中间接头。

背景技术

随着电气设备电压等级的不断提升及工作电流的不断加大，设备发热现象越发显著，当电力设备出现故障时，往往伴随着温度的变化，所以通过对电力设备，尤其是其关键部位的温度监控，可以及时了解电力设备的工作状态。当温度出现异常时，则可以及时作出预警并进行检修，这样可以防止更大故障的发生。

对于电缆中间头的温度监测，要求能够直接监测核心导体的温度。要达到这一要求，主要有以下困难：电缆中间接头的内部空间极其狭小，这对传感器的尺寸要求很高；电缆中间接头内部处于强电磁场环境，需要传感器在此工况条件下能够稳定运行；置入电缆中间接头内部的器件不能对中间接头内部的电场分布造成影响，否则会引起电缆接头原始结构设计的失效，从而造成安全隐患；电缆接头的寿命一般为30年，所以内置的测温器件的使用寿命不能低于30年。

PCT专利CN105190268A，一种用于监测包围在至少(半)导电层中的导电体的温度的系统。该系统包括：无线无源感应单元和收发器单元以及控制单元。无线无源感应单元包括至少一个温度感应部件，并且被构造成具有随导电体的温度变化的谐振频率和/或Q值。收发器单元被构造成电磁耦接到无线无源感应单元，并且发出表示无线无源感应单元的谐振频率和/或Q值的信号。收发器单元被进一步构造成与控制单元通信，该控制单元探知表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号确定导电体的温度值。该专利所述的传感器位于连接铜管与绝缘层之间，外径尺寸需要与电缆绝缘层尺寸完全匹配，才能到达电气性能要求。这就造成该技术方案只能适用于特定尺寸的电缆中间接头，当需要适配不同型号和厂家的电缆接头时，则需要进行专门的设计，增加了产品的推广适用难度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置及具有其的电缆中间接头，该基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

本实用新型提供了一种基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，该电缆中间接头包括连接两个电缆端头的导体连接管，包覆于所述导体连接管外的内绝缘层，包覆于所述内绝缘层外的外绝缘层，设置于内绝缘层与外绝缘层之间的屏蔽层，以及包覆于外绝缘层外的壳体，所述测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器包括信号频率和/或Q值随温度变化而变化的SAW温度传感器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于所述导体连接管外，并夹设于所述内绝缘层与所述导体连接管之间，所述信号收发单元与所述SAW温度传感器电磁耦合，所述信号收发单元向所述SAW温度传感器发送激励信号，以及接受所述SAW温度传感器反馈的含有频率和/或Q值信息的信号，所述控制器根据所述信号收发单元接收的含有频率和/或Q值信息的信号得出所述电缆中间接头处的温度。

所述信号收发单元包括采集器及阅读器，所述阅读器设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间。

所述控制器设置于所述壳体外，连接导线穿过所述壳体并电性连接于所述控制器与所述信号收发单元之间。

所述测温装置还包括后台控制中心，所述控制器将所述温度信息传递至所述后台控制中心。

所述阅读器与所述采集器电性相连，所述阅读器用于激励信号的发送以及含有频率和/或Q值信息的信号的接收，所述采集器用于将所述阅读器收到的含有频率和/或Q值信息的信号传递至所述控制器。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器还包括保护层，所述保护层包覆于所述SAW温度传感器外。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器呈片状或圆筒状。

所述SAW温度传感器包括基板、叉指换能器、反射栅及收发天线，所述叉指换能器、所述反射栅设置于所述基板上，所述收发天线与所述叉指换能器相连。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器的谐振频率被设置为位于所述屏蔽层和内绝缘层的频率穿透区间的范围内。

本实用新型还提供了一种电缆中间接头，包括上述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置。

综上所述，在本实用新型中，在进行温度测量时，信号收发单元会通过电磁耦合发送激励信号给SAW温度传感器，SAW温度传感器会通过压电效应和逆压电效应产生具有一定频率和/或Q值的电磁信号，信号收发单元接收SAW温度传感器返回的包含频率和/或Q值信息的信号，并将该信号传递至控制器。由于SAW温度传感器的谐振频率和/或 Q值随温度变化，因此，控制器可以根据信号收发单元接收到的具有不同频率和/或Q值的信号，通过边缘计算得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将SAW温度传感器制成柔性薄膜状，然后将其设置于包覆于导体连接管外，并夹设于内绝缘层与导体连接管之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管内部的空间更改自身的形状，只需要绕设于导体连接管外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，温度传感器能够更加贴近导体连接管，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层及导体连接管之间的连接方式，能够更加便于安装，节省成本还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元，使信号更加的准确。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型第一实施例提供的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置安装于电缆中间接头上的截面结构示意图。

图2所示为图1中基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置的系统框图。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

图4所示为图1中SAW温度传感器的结构示意图。

图5所示为另一实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本实用新型提供了一种基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置及具有其的电缆中间接头，该基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

图1所示为本实用新型第一实施例提供的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置安装于电缆中间接头上的截面结构示意图，图2所示为图1中基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置的系统框图，如图1及图2所示，本实用新型实施例提供的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置用于对电缆中间接头的温度进行测量，连接两个电缆端头11的导体连接管12，包覆于导体连接管12外的内绝缘层13，设置于内绝缘层 13及外绝缘层14之间的屏蔽层16，包覆于内绝缘层13外的外绝缘层 14及包覆于外绝缘层14外的壳体15。

测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器20、信号收发单元30 及控制器40，无线无源柔性薄膜温度传感器20包括SAW(surface acoustic wave表面声波)温度传感器21，该SAW温度传感器21的信号频率和/或Q值(品质因子，Q factor)随温度而变化，无线无源柔性薄膜温度传感器21绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间。信号收发单元30与SAW温度传感器21电磁耦合，信号收发单元30向SAW温度传感器21发射激励信号，以及接受SAW 温度传感器21反馈的含有频率和/或Q值信息的信号，控制器40与信号收发单元30电气相连，控制器40根据信号收发单元30接收的含有频率和/或Q值信息的信号得出电缆中间接头处的温度。

在本实施例中，在进行温度测量时，信号收发单元30会通过电磁耦合发送激励信号给SAW温度传感器21，SAW温度传感器21会通过压电效应和逆压电效应产生具有一定频率和/或Q值的电磁信号，信号收发单元30接收SAW温度传感器21返回的包含频率和/或Q值信息的信号，并将该信号传递至控制器40。由于SAW温度传感器21的信号频率和/或Q值随温度变化，因此，控制器40可以根据信号收发单元30 接收到的具有不同频率和/或Q值信息的信号，得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将SAW温度传感器21制成柔性薄膜状，然后将其绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12 之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13 及导体连接管12之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

进一步地，信号收发单元30包括采集器及阅读器，在本实施例中，阅读器设置于内绝缘层13与外绝缘层14之间，信号收发单元30与SAW 温度传感器21电磁耦合设置。也即，信号收发单元30与SAW温度传感器21之间仅间隔一层内绝缘层13，这能够极大地减少信号收发单元 30与SAW温度传感器21之间的距离，确保信号的稳定。

控制器40设置于壳体15外，连接导线穿过壳体15继而连接于控制器40与信号收发单元30之间。

在本实施例中，测温装置还包括后台控制中心50，控制器40通过有线或无线的传输方式将测得的温度信息传递至后台控制中心50，以供使用者对温度进行检测。

阅读器与采集器电性相连，阅读器用于激励信号的发送以及含有频率和/或Q值信息信号的收取，采集器用于将阅读器收到的含有频率和/ 或Q值信息的信号传递至控制器40。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图，如图3所示，无线无源柔性薄膜温度传感器20除了SAW温度传感器21外，还包括保护层22，保护层22包覆于SAW温度传感器21外，通过保护层22的设置，一方面能够对SAW温度传感器21进行保护，另一方面，也能够起到封装保护的作用，防止SAW温度传感器21因为弯折而损坏。

在本实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈片状，在装配时随着导体连接管12外壁的形状紧贴设置于导体连接管12外。在其它实施例中，如图5所示，其可以直接设置成圆筒状，套设于导体连接管12外。

图4所示为图1中SAW温度传感器的结构示意图，如图4所示，在本实施例中，SAW温度传感器21包括基板211、叉指换能器212、反射栅213及收发天线214，叉指换能器212、反射栅213设置于基板211 上，收发天线214与叉指换能器212相连。信号收发单元30发送激励信号，收发天线214接收该激励信号，并将其引入叉指换能器212，叉指换能器212下面的基板211的表面及表面附近空间产生交变电场，交变电场经过逆压电效应在基体表面产生相应的弹性应变，从而激发表面波。声表面波沿基板211表面向两边传播，经两侧反射栅213反射叠加，再经由叉指换能器212及收发天线214输出。

在不同的温度下，声波在基板211上的传播特性会有所不同，当基板211上的温度改变时，SAW温度传感器21返回的信号频率和/或Q值也会发生变化，控制器40根据信号收发单元30接收的信号的频率和/ 或Q值不同，能够对温度进行感知。

优选地，在本实施中，反射栅213可以为两个，两个反射栅213分别设置于叉指换能器212的两侧。收发天线214可以为一个或多个，基板211及收发天线214一起被包覆于保护层22内。

在本实施例中，为了保证屏蔽层16和内绝缘层13不会对信号收发单元10的信号传输造成干扰，无线无源柔性薄膜温度传感器的谐振频率和/或Q值需要被设置为位于屏蔽层16和内绝缘层13的频率和/或Q 值穿透区间的范围内。

图5所示为另一实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图，如图5所示，在本实用新型的另一个实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈圆筒状，直接套设于导体连接管12上。

综上所述，在本实用新型中，在进行温度测量时，信号收发单元30 会通过电磁耦合发送激励信号给SAW温度传感器21，SAW温度传感器 21会通过压电效应和逆压电效应产生具有一定频率和/或Q值的电磁信号，信号收发单元30接收SAW温度传感器21返回的包含频率和/或Q 值信息的信号，并将该信号传递至控制器40。由于SAW温度传感器21 的谐振频率和/或Q值随温度变化，因此，控制器40可以根据信号收发单元30接收到的具有不同频率和/或Q值的信号，通过边缘计算得出电缆中间接头处的温度。在本实施例中，通过将SAW温度传感器21制成柔性薄膜状，然后将其设置于包覆于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部的空间更改自身的形状，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，温度传感器能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13 及导体连接管12之间的连接方式，能够更加便于安装，节省成本还能够使温度传感器更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

本实用新型还提供了一种电缆中间接头，该电缆中间接头包括上述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，关于该电缆中间接头的其它技术特征，请参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，该电缆中间接头包括连接两个电缆端头的导体连接管，包覆于所述导体连接管外的内绝缘层，包覆于所述内绝缘层外的外绝缘层，设置于内绝缘层与外绝缘层之间的屏蔽层，以及包覆于外绝缘层外的壳体，其特征在于：所述测温装置包括无线无源柔性薄膜温度传感器、信号收发单元及控制器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器包括信号频率和/或Q值随温度变化而变化的SAW温度传感器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于所述导体连接管外，并夹设于所述内绝缘层与所述导体连接管之间，所述信号收发单元与所述SAW温度传感器电磁耦合，所述信号收发单元向所述SAW温度传感器发送激励信号，以及接受所述SAW温度传感器反馈的含有频率和/或Q值信息的信号，所述控制器根据所述信号收发单元接收的含有频率和/或Q值信息的信号得出所述电缆中间接头处的温度。

2.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述信号收发单元包括采集器及阅读器，所述阅读器设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间。

3.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述控制器设置于所述壳体外，连接导线穿过所述壳体并电性连接于所述控制器与所述信号收发单元之间。

4.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述测温装置还包括后台控制中心，所述控制器将所述温度信息传递至所述后台控制中心。

5.如权利要求2所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述阅读器与所述采集器电性相连，所述阅读器用于激励信号的发送以及含有频率和/或Q值信息的信号的接收，所述采集器用于将所述阅读器收到的含有频率和/或Q值信息的信号传递至所述控制器。

6.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器还包括保护层，所述保护层包覆于所述SAW温度传感器外。

7.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器呈片状或圆筒状。

8.如权利要求1所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述SAW温度传感器包括基板、叉指换能器、反射栅及收发天线，所述叉指换能器、所述反射栅设置于所述基板上，所述收发天线与所述叉指换能器相连。

9.如权利要求8所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置，其特征在于：所述无线无源柔性薄膜温度传感器的谐振频率被设置为位于所述屏蔽层和内绝缘层的频率穿透区间的范围内。

10.一种电缆中间接头，其特征在于：包括权利要求1至9中任意一项所述的基于SAW谐振的电缆中间接头测温装置。

Images