CN216622995U - 一种高压电缆接头监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高压电缆接头监控装置，包括主板以及分别与所述主板连接的电池、温度传感器、震动传感器和天线，所述电池为所述主板提供电源，所述主板实现采集所述温度传感器和震动传感器实时检测的数据，并将采集到的数据通过所述天线发送出去。本设计结构简单，安装使用方便，解决无法实时监控高压电缆运行状况的问题，实现了提前预测故障的发生，提前检修，本设计的高压电缆接头监控装置的设备主机通过有线方式连接传感器，保证信号稳定性，提高可靠性，降低安装配置复杂度。

Description

一种高压电缆接头监控装置

技术领域

本实用新型涉及高压电缆监控管理技术，具体为一种高压缆接头监控装置。

背景技术

传统高压电缆铺设工程没有实现对电缆的运行状况监控及智能化管理，当电缆出现故障如接头爆炸时，检修人员无法快速定位故障点，导致抢修工作量巨大、耗时大。尤其是高压电缆接头存在爆炸危险，并且电缆分布广，接头数量多，出现故障时，检修人员无法迅速定位故障点，因此，高压电缆面临着巨大管理问题。目前没有高压电缆接头温度变化等相关数据，无法提前预测爆炸危险，不能实现高压电缆智能化管理。高压电缆铺设环境恶劣，可能出现高温、低温、长时间雨水浸泡等极端情况。另外，监测装置无法从高压电缆取电，必须自带电源，加上无线信号不稳定，郊区信号极差，目前市面上还没有成熟的高压电缆接头温度监测方案。电缆铺设工程没有预留接头温度监测装置的位置，并且电缆被深埋地下，所以无法直接安装接头监测装置。

随着嵌入式与物联网技术、大数据、机器学习及人工智能技术的发展，以上问题将逐渐得到解决。其中嵌入式与物联网技术可实现对高压电缆温度的监测与爆炸故障的感知，同时可通过NB-IOT技术上报实时温度及电缆接头爆炸告警。

数字温度传感技术：数字温度传感器具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强和精度高的特点，可应用于多种场合如电缆沟测温、机房测温、农业大棚测温等各种非极限温度场合。

震动检测技术：包含震动开关及信号放大电路，具有体积小、功耗低、灵敏度高的特点，可用于监测物体是否发生震动。

NB-IOT技术：支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫做低功耗广域网，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。基于NB-IOT技术，可大幅度降低设备平均功耗，实现一个电池使用十年的目标。

目前针对高压电缆监测使用较多的方案一种是NB-IOT技术加四个温度传感器，第二种是一个主机加三个无线温度传感器。但是现有的这些技术方案都存在如下缺点：(1)温度传感器单总线通信方式无法判断传感器是否正常工作，并且采集温度耗时较长，不利于降低功耗；(2)没有震动监测功能，无法判断电缆接头是否已经爆炸，也不能准确监测爆炸时间点；(3)传感器与主机之间采用无线通信，增加了无线通信模块、独立微控制器和电池，成本高，可靠性低，配置过程复杂。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种高压电缆接头监装置，目的是：(1)解决无法实时监控高压电缆运行状况的问题，提供一种高压电缆接头监控装置的完整解决方案。实现提前预测故障的发生，提前检修，有利于减少故障的发生，并在故障发生时第一时间知晓故障点的位置；(2)实现更高效率的温度采集方法，更好地降低设备整体功耗；(3)实现监测温度传感器是否正常工作；(4)实现电缆震动监测功能，捕捉电缆接头爆炸时刻及爆炸瞬间的温度值；(5)设备主机通过有线方式连接传感器，保证信号稳定性，提高可靠性，降低安装配置复杂度。

本实用新型解决其技术问题所采用技术方案为：一种高压缆接头监控装置，包括主板以及分别与所述主板连接的电池、温度传感器、震动传感器和天线，所述电池为所述主板提供电源，所述主板实现采集所述温度传感器和震动传感器实时检测的数据，并将采集到的数据通过所述天线发送出去，待服务器/管理者等接收数据后作维护管理之用。

进一步的，还包括有防水机盒，所述主板和电池安装在所述防水机盒里，所述主板通过有线的方式分别连接所述温度传感器、震动传感器和天线，整机达到IP68防水等级。

进一步的，本装置的组装部署方式为：所述温度传感器的量为三个，三个所述温度传感器均匀分布在电缆接头上；所述震动传感器紧贴电缆表面；所述防水机盒上设有挂钩或吊孔，方便所述防水机盒连同所述主板和电池组成的主机挂装在电缆沟壁上；所述天线则安装在电缆沟最上沿，贴近地面。

进一步的，所述主板采用型号为STM32L051C8T6的微控制器作为主控制器，该微控制器具有64K Flash，8K Ram,内核最高运行频率可达32MHz，待机模式下最低电流消耗仅0.27uA，并且工作电压范围宽(1.65v-3.6v)。

进一步的，所述主板还包括有由按键电路模块和LED电路模块组成的用户交互电路模块，用于用户交互，如按下按键进入配置模式，正常运行模式下开机闪烁几次LED，配置模式下LED常亮。

进一步的，所述电池采用3.6V锂电池，由于电池完全放电时电压可低至2.7V，而传感器的最低工作电压为3.3V，所以需要专门为传感器设计升压电路，保证电池电压下降时传感器仍然能正常工作。本装置的所述主板还包括有升压芯片，所述升压芯片为TPS610995DRVR，该芯片具有极低的静态电流(400nA)，输出电压为3.6V，所述升压芯片分别连接所述温度传感器和震动传感器，为其提供稳定的工作电能。

进一步的，所述温度传感器采用型号为DS18B20的温度传感器，所述主板设有三个温度传感器接口和一个震动传感器接口，可实现读取三个DS18B20温度传感器的温度值，同时可接收震动报警信号

进一步的，所述天线采用移远BC26作为无线通信模块(NB模块电路)，移远BC26模块具有工作电压范围大(2.1V～3.6V)和功耗低(PSM模式下耗流3.6uA)的特点，目前已经支持B1、B3、B5、B8无线频段。该电路模块集成了第四代IPEX天线接口，同时又集成了IPEX转SMA接口，实现既可以安装内置天线，又可以安装外置天线，为产品提供了很大的灵活性。

进一步的，所述主板还包括有USIM卡接口电路模块和ESD防护器件，所述USIM卡接口电路模块连接所述天线，为所述天线提供移动数据入网资格认证，USIM卡体积比标准SIM卡小，有利于缩小主板体积，ESD防护器件有利于保护SIM卡和主板不被静电干扰和伤害。

进一步的，所述主板还包括有电平转换电路模块，有利于减少微处理器与NB模块之间的干扰，提升系统稳定性。

进一步的，所述主板还包括有NB模块接口电路模块，所述NB模块接口电路模块连接所述天线，所述NB模块接口电路模块采用了MOS管作为NB模块电路的电源开关，可以实现在NB模块运行出现异常(如联网失败)时给NB模块断电，达到复位NB模块和节省电源消耗的目的。

进一步的，所述震动传感器的型号为ANT-801S，所述主板还设有RS8907低功耗比较器和分压电路模块，所述主板收集数据时，使用RS8907低功耗比较器对所述震动传感器与分压电路的电压进行比较。当没有检测到震动时，该电路输出高电平，当检测到震动时，该电路将输出低电平。另外，所述主板还设置有TVS防护器件，有利于抑制浪涌，避免震动传感器电路和主板受到浪涌脉冲的损坏。

本实用新型的有益效果是：本设计的高压电缆接头监控装结构简单，安装使用方便，解决无法实时监控高压电缆运行状况的问题，实现了提前预测故障的发生，提前检修，有利于减少故障的发生，并在故障发生时第一时间知晓故障点的位置的功能；实现了更高效率的温度采集方法，更好地降低设备整体功耗；实现了监测温度传感器是否正常工作；实现了电缆震动监测功能，捕捉电缆接头爆炸时刻及爆炸瞬间的温度值；本设计的高压电缆接头监控装置的设备主机通过有线方式连接传感器，保证信号稳定性，提高可靠性，降低安装配置复杂度。

附图说明

图1为本实用新型的硬件结构连接示意图；

图2为本实用新型的现场部署示意图；

图3为本实用新型的主控制器电路图；

图4为本实用新型的用户交互电路模块的电路图；

图5为本实用新型的传感器电源电路的升压电路图；

图6为本实用新型的传感器接口电路图；

图7为本实用新型的无线通信模块的电路图；

图8为本实用新型的USIM卡接口电路图；

图9为本实用新型的电平转换电路模块的电路图；

图10为本实用新型的NB模块接口电路图；

图11为本实用新型的震动传感器工作原理电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。具体实施例仅为本实用新型代表性之具体实施例，其中所举例之特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本实用新型或对应之具体实施例。此为，图中各装置仅用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。

在本说明书之描述中，参考术语“优选的”“一具体实施例”、“另一具体实施例”或“部分具体实施例”等之描述意指结合该实施例描述之具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语之示意性表述不一定指的是相同之实施例。而且，描述之具体特征、结构、材料或者特点可以在任何之一个或多个实施例中以合适之方式结合。

如图1所示，一种高压电缆接头监控装置，其硬件结构包防水机盒1、主板2以及分别与所述主板2连接的电池3、三个温度传感器4、一个震动传感器5和天线6，所述主板2和电池3安装在所述防水机盒1里，所述主板2通过有线的方式分别连接所述温度传感器4、震动传感器5和天线6，整机达到IP68防水等级。所述电池3为所述主板2、温度传感器4、震动传感器5和天线6提供电源，所述主板2实现采集所述温度传感器4和震动传感器5实时检测的数据，并将采集到的数据通过所述天线6发送出去，待服务器/管理者等接收数据后作维护管理之用。

如图2所示，本装置的组装部署方式为：三个所述温度传器4均匀分布在电缆接头上；所述震动传感器5紧贴电缆表面；所述防水机盒1上设有挂钩或吊孔，所述防水机盒1连同所述主板2和电池3组成的主机挂装在电缆沟壁上；所述天线6则安装在电缆沟最上沿，贴近地面。

进一步的，本设计所述主板1的主控制器电路采用型号为STM32L051C8T6的微控制器，该微控制器具有64K Flash，8K Ram,内核最高运行频率可达32MHz，待机模式下最低电流消耗仅0.27uA，并且工作电压范围宽(1.65v-3.6v)，完全适合用在本设计上。主控制器原理图如图1所示。

进一步的，所述主板2还包括有用户交互电路模块用于用户交互，用户交互电路模块由按键电路模块和LED电路模块组成。如按下按键进入配置模式，正常运行模式下开机闪烁几次LED，配置模式下LED常亮。用户交互电路原理如图4所示。

进一步的，所述电池3采用3.6V锂电池，由于电池完全放电时电压可低至2.7V，而传感器的最低工作电压为3.3V，所以需要专门为传感器设计升压电路，保证电池电压下降时传感器仍然能正常工作。本装置的所述主板还包括有升压芯片，如图5所示，所述升压芯片为TPS610995DRVR，该芯片具有极低的静态电流(400nA)，输出电压为3.6V，完全适用于本系统中，所述升压芯片分别连接所述温度传感器4和震动传感器5，为其提供稳定的工作电能。

进一步的，所述温度传感器4采用型号为DS18B20的温度传感器，所述主板设有三个温度传感器接口和一个震动传感器接口，可实现读取三个DS18B20温度传感器的温度值，同时可接收震动报警信号，温度传感器接口和震动传感器接口电路原理如图6所示。

进一步的，所述天线6采用移远BC26作为无线通信模块(NB模块电路)，如图7所示，移远BC26模块具有工作电压范围大(2.1V～3.6V)和功耗低(PSM模式下耗流3.6uA)的特点，目前已经支持B1、B3、B5、B8无线频段。该电路模块集成了第四代IPEX天线接口，同时又集成了IPEX转SMA接口，实现既可以安装内置天线，又可以安装外置天线，为产品提供了很大的灵活性。

如图8所示，所述主板2还包括有USIM卡接口电路模块和ESD防护器件，所述USIM卡接口电路模块连接所述天线，为所述天线提供移动数据入网资格认证，USIM卡体积比标准SIM卡小，有利于缩小主板体积，ESD防护器件有利于保护SIM卡和主板不被静电干扰和伤害。

如图9所示，所述主板2还包括有电平转换电路模块，有利于减少微处理器与NB模块之间的干扰，提升系统稳定性。

如图10所示，所述主板2还包括有NB模块接口电路模块，所述NB模块接口电路模块连接所述天线，所述NB模块接口电路模块采用了MOS管作为NB模块电路的电源开关，可以实现在NB模块运行出现异常(如联网失败)时给NB模块断电，达到复位NB模块和节省电源消耗的目的。

进一步的，所述震动传感器的型号为ANT-801S，如图11所示，所述主板还设有RS8907低功耗比较器和分压电路模块，所述主板收集数据时，使用RS8907低功耗比较器对所述震动传感器与分压电路的电压进行比较。当没有检测到震动时，该电路输出高电平，当检测到震动时，该电路将输出低电平。另外，所述主板还设置有TVS防护器件，有利于抑制浪涌，避免震动传感器电路和主板受到浪涌脉冲的损坏。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，包括主板以及分别与所述主板连接的电池、温度传感器、震动传感器和天线，所述电池为所述主板提供电源，所述主板实现采集所述温度传感器和震动传感器实时检测的数据，并将采集到的数据通过所述天线发送出去。

2.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，还包括有防水机盒，所述主板和电池安装在所述防水机盒里，所述主板通过有线的方式分别连接所述温度传感器、震动传感器和天线。

3.根据权利要求2所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述温度传感器的数量为三个，三个所述温度传感器均匀分布在电缆接头上；所述震动传感器紧贴电缆表面；所述防水机盒挂装在电缆沟壁上；所述天线则安装在电缆沟最上沿。

4.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述主板采用型号为STM32L051C8T6的微控制器作为主控制器，该微控制器具有64K Flash，8K Ram,内核最高运行频率可达32MHz，待机模式下最低电流消耗仅0.27uA，并且工作电压范围宽1.65v-3.6v。

5.根据权利要求4所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述主板还包括有由按键电路模块和LED电路模块组成的用户交互电路模块。

6.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述电池采用3.6V锂电池，所述主板还包括有升压芯片，所述升压芯片的型号为TPS610995DRVR，所述升压芯片分别连接所述温度传感器和震动传感器。

7.根据权利要求1或3所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述温度传感器的型号为DS 18B20。

8.根据权利要求1或6所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述天线采用移远BC26作为无线通信模块，所述主板还包括有USIM卡接口电路模块、NB模块接口电路模块、电平转换电路模块和ESD防护器件，所述USIM卡接口电路模块和NB模块接口电路模块连接所述天线，所述NB模块接口电路模块采用MOS管作为NB模块接口电路模块的电源开关。

9.根据权利要求1或3所述的一种高压电缆接头监控装置，其特征在于，所述震动传感器的型号为ANT-801S，所述主板还设有RS8907低功耗比较器、分压电路模块和TVS防护器件，所述主板使用RS8907低功耗比较器对所述震动传感器与分压电路模块的电压进行比较。

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