基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统的制作方法

本实用新型属于输电线路在线监测装置技术领域，具体涉及一种基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统。

背景技术：

城市中电力电缆是传输电能的重要载体，是保证城市供电需求最基础的部分。其具有占地面积小、供电可靠性高、受外界影响小、运行费用低等特点，由于供电的安全性与城市的美化性，越来越多的城市通过地下电缆来代替原先架空线路输电方式。电缆接头作为地下电缆输电系统的关键部分，具有锁紧和固定进出线的重要作用，然而电缆接头的接触面凹凸不平会导致实际的金属接触面减小,使有效导电截面大大缩小,这样就增加了连接处的接触电阻，因地下电缆敷设于地下，长时间的运行，会引起电缆接头温度不断升高，导致绝缘击穿产生故障甚至发生火灾，造成巨大的经济损失和人员伤亡，所以地下电缆接头温度的实时监测成了必不可少的保护措施。

目前对于地下电缆方面的温度监测主要有人工巡查和光纤测温技术。对于人工巡查来说，由于地下电缆环境复杂，传统人工巡查不仅实时性差，人力成本高，而且不能保障人的安全，危险性大。对于光纤测温技术来说，虽然它能良好的实现监测的功能但是需要另铺设线路，这样会加大人力物力，费用比较昂贵，只适合小范围使用，进而研究新的地下电缆接头温度监测方法已成为必然的趋势。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，解决了现有地下电缆故障点温度信息传输困难的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，包括安装在地下电缆连接接头处的非接触式温度采集单元，温度采集单元依次与监测分机、后台控制中心连接。

本实用新型的特点还在于：

温度采集单元包括第二微处理器，第二微处理器上分别连接有红外温度传感器、实时时钟模块、第二穿地无线通信模块、第二电源模块，温度采集单元通过第二穿地无线通信模块与监测分机连接。

红外温度传感器通过支架安装固定在地下电缆连接处，红外探头对准地下电缆的连接接头。

第二电源模块采用电流互感取能和蓄电池供电的两种供电方式，当互感取能供电异常时，为保障设备正常运行，蓄电池为温度采集单元继续供电。

监测分机包括第一微处理器，第一微处理器分别连接有第一穿地无线通信模块、数据储存模块、液晶显示模块、无线通信模块、第一电源模块，监测分机通过第一穿地无线通信模块与温度采集单元连接，监测分机通过无线通信模块与后台控制中心连接。

第一穿地无线通信模块和第二穿地无线通信模块的结构均为：包括依次连接的低频信号产生装置、低噪运算放大模块、FSK调制模块、D/A模块、功率放大器、收发开关、选频网络、低噪放大模块、A/D模块、滤波降噪模块、解调模块、译码模块，收发开关还与天线连接。

本实用新型的有益效果是：

①本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，温度采集单元采用数字温度传感器，能够精准的采集温度并转换为数字信号，传入第二微处理器；

②本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，采用专为红外温度传感器设计的环形支架，有效的固定了传感器，并保护了温度采集单元不受外界环境的影响；

③本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，采用互感器取能和蓄电池双供电的方法，解决了地下供电难的问题；

④基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，地下温度采集单元采用低频穿地无线通信把数据传输给监测分机，解决了无线通信无法将地下信号发送到地上的问题；

⑤本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，将地下电缆连接头采集到的温度通过监测分机的液晶显示模块可直接显示，并通过公网将数据发送到后台控制中心，后台控制中心将数据进行分析保存，并建立温度数据库。

附图说明

图1是本实用新型地下电缆接头温度监测系统的结构示意图；

图2是本实用新型地下电缆接头温度监测系统中系统温度采集单元的安装结构示意图；

图3是本实用新型地下电缆接头温度监测系统中温度采集单元的内部安装结构示意图；

图4是本实用新型地下电缆接头温度监测系统中温度采集单元的结构示意图；

图5是本实用新型地下电缆接头温度监测系统中监测分机的结构示意图；

图6是本实用新型地下电缆接头温度监测系统中穿地无线通信模块的结构示意图。

图中，1.温度采集单元，2.监测分机，3.后台控制中心，4.外支架，5.内支架，6.红外温度传感器，7.实时时钟模块，8.第二微处理器，9.第二穿地无线通信模块，10.第二电源模块，11.蓄电池，12.电流互感器，13.取能保护模块，14.整流滤波模块，15.过压保护模块，16.稳压模块，17.DC模块，18.第一穿地无线通信模块，19.数据储存模块，20.液晶显示模块，21.无线通信模块，22.第一电源模块，23.第一微控制器，24.低频信号产生装置，25.低噪运算放大模块，26.FSK调制模块，27.D/A模块，28.功率放大器，29.收发开关，30.天线，31.选频网络，32.低噪放大模块，33.A/D模块，34.滤波降噪模块，35.解调模块，36.译码模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，如图1、2、3所示，包括安置于各个地下电缆连接处的外支架4，外支架4采用可拆卸环形固定安装，它在地下电缆连接处的前后两端分别有4个螺旋式卡柱，将其外支架4固定在地下电缆连接处的前后两端。在外支架4内部有安置并固定温度采集单元1(温度采集单元1为非接触式温度采集单元，其安装在地下电缆连接接头处)的内支架5，内支架5主要分为两层，上层通过打孔和卡槽安装温度采集单元1的主板，下层通过卡槽固定安装温度采集单元1的红外温度传感器6，红外温度传感器6的探头对准地下电缆连接处。采集各个接头温度的温度采集单元1与其对应的监测分机2互相连接、监测分机2与后台控制中心3互相连接。后台控制中心3，它收集了所有地下电缆连接点的温度情况，监测人员可通过后台监控中心3对地下电缆的运行状态进行实时监测，并通过对于温升和温度上限的设定来远程操控监测分机2和温度采集单元1，并实现了对温度数据历史查询，故障分析以及建立一个地下电缆温度数据信息库，对地下电缆历史故障进行统计分析。

如图4所示，温度采集单元1包括第二微处理器8，第二微处理器8采用的是STM8L系列单片机，其具有高性能、低成本、低功耗的特点。第二微处理器8上连接有红外温度传感器6，红外温度传感器6采用非接触式红外数字温度传感器，它有着体积小，成本低，集成性好，精确度高，抗干扰能力强的特点，由于它是数字温度传感器，所以不需要模拟校准，大大提高了温度传感器的准确度。红外温度传感器6对准地下电缆的连接处，将接头温度传输给第二微处理器8。第二微处理器8还连接有实时时钟模块7，实时时钟模块7为温度采集单元提供精确的时间基准。第二微处理器8还连接有第二穿地无线通信模块9，通过第二穿地无线通信模块9将温度采集单元1的温度数据传输给监测分机2。第二微处理器8还连接有地下第二电源模块10，第二地下电源模块10由两部分组成，第一部分为电流互感取能部分，第二部分为蓄电池11(可以采用锂电池)部分。电流互感取能是第二微处理器8主要供电部分，通过安装电流互感器12在地下电缆上提取能量，电流互感器12再与取能保护模块13、整流滤波模块14、过压保护模块15、稳压模块16、DC模块17依次连接进行电路的保护和电压的配置。当第一部分供电出现故障时，通过第二部分蓄电池11为第二微处理器8供电，从而使得温度采集单元1能够实时监测地下电缆连接接头的温度。

如图5所示，监测分机2包括第一微控制器23，第一微控制器23上分别连接有第一穿地无线通信模块18、数据储存模块19、液晶显示模块20、无线通信模块21、第一电源模块22。其中，监测分机2通过第一穿地无线通信模块18接收温度采集单元1的温度数据，并通过第一穿地无线通信模块18向温度采集单元1发送指令。液晶显示模块10用来对监测分机2所对应的节点温度数据进行显示，当温度高于设定的温度阈值或温升阈值时，将其故障温度进行报警标记。无线通信模块21采用的是全网通通信，监测分机2通过无线通信模块21与后台控制中心3进行通信，它有着信号强覆盖面积范围广的特点。当公网出现信号异常时，数据将储存于数据储存模块19中，等待信号恢复正常后，将数据储存模块19的数据发送给后台控制中心3，这样保证了采集数据的准确性和实时性，也保证了地下电缆的安全运行。第一电源模块22是利用地上控制室内的AC220V对监测分机2进行供电。

如图6所示，第二穿地无线通信模块9和第一穿地无线通信模块18的结构均为：包括依次连接的低频信号产生装置24、低噪运算放大模块25、FSK调制模块26、D/A模块27、功率放大器28、收发开关29、选频网络31、低噪放大模块32、A/D模块33、滤波降噪模块34、解调模块35、译码模块36，收发开关29还与天线30连接。

第二穿地无线通信模块9和第一穿地无线通信模块18的工作过程主要分为两个环节。

第一环节：当其中一个穿地无线通信模块，收发开关29为发送状态时，由低频信号产生装置24产生低频正弦载波，经低噪运算放大模块25进行放大，再经过FSK调制模块26将数字信号与低频正弦载波进行调制，再经过D/A模块27产生发射信号，经过功率放大器28功率放大，最后通过天线30产生低频交变的电磁波将调制信号发送给另一个穿地无线通信模块。

第二环节：当其中一个穿地无线通信模块，收发开关29为接收状态时，由天线30进行接收，接收信号依次经过选频网络31、低噪放大模块32、A/D模块33、滤波降噪模块34进行信号处理，再经过解调模块35、译码模块36进行调制信号的解调和译码最终使得数据信息被处理器所识别。

其中低频信号产生装置24是采用RC振荡产生低频正弦信号，由于LC振荡一般用于要求振荡频率较高的电子设备中，若要求产生的频率较低，LC振荡所需要的电感和电容值都比较大，所以在设计低频正弦振荡电路时，采用RC振荡产生低频正弦信号。要使电路自激，产生持续振荡将直流源能量变为交流信号输出，就必须满足振幅平衡和相位平衡这两个条件。因此在设计低频振荡电路时，振荡频率由相位平衡条件决定，这样就可以根据相位平衡的条件通过改变RC的数值来设计所需要的频率。当|AF|≤1时候，不能起振，当|AF|＞1时候，虽能振荡，但是输出波形将失真。所以采取|AF|略大于1，起振后再采用稳幅措施，使电路达到|AF|＝1，最终幅值稳定平衡从而产生稳定不失真的低频正弦信号。低频正弦振荡电路由放大、反馈、选频、稳幅四个基本部分组成。当输出电压增加时，通过负反馈回路电流也随之增加，使热敏电阻的阻值随之减小，负反馈加强，放大电路的增益下降从而输出电压下降。反之，输出电压下降，负反馈下降，输出电压回升从而维持输出电压稳定。

天线30采用小型天线，由于温度采集单元1所处空间狭小，空间限制只能采用小型天线，小型天线的辐射电阻低，其本身损耗就会更加突出，使得辐射效率降低。由于天线又相当于电感或电容，它的电阻成分低，所以它的高质量因数Q值很高，带宽很窄。为解决穿地无线模块辐射效率低的问题，在天线的设计上采用螺旋上升式的天线，增加了它的辐射电阻提高了辐射效率，也减小了天线的占用空间。

其中FSK调制26，它有着实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性好的优点。在穿地无线通信模块中，数据在无线媒介上进行传输，采用FSK调制，通过低频正弦信号发生器产生两个不同的低频载波，输入信号由转换开关分成两路，一路二进制数据1对应载波频率f₁，另一路二进制数据0对应载波频率f₂，通过模拟开关把不同频率的载波叠加在一起，即把二进制数据转换成FSK信号传输。

解调模块35在接收到调制信号时，反过来又将接收到的调制信号通过非相干检测解调成二进制数据，并将其转换为用高、低电平所表示的二进制语言，最终传入监测分机2或温度采集单元1，其处理器可直接识别。非相干检测解调可以较少的考虑信道估计甚至略去，处理复杂度降低，实现较为简单，适用于穿地无线通信模块的设计。

本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，温度采集单元采用数字温度传感器，能够精准的采集温度并转换为数字信号，传入第二微处理器。

本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，采用专为红外温度传感器设计的环形支架，有效的固定了传感器，并保护了温度采集单元不受外界环境的影响。

本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，采用互感器取能和蓄电池双供电的方法，解决了地下供电难的问题。

基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，地下温度采集单元采用低频穿地无线通信把数据传输给监测分机，解决了无线通信无法将地下信号发送到地上的问题。

本实用新型基于红外测温技术的地下电缆接头温度监测系统，将地下电缆连接头采集到的温度通过监测分机的液晶显示模块可直接显示，并通过公网将数据发送到后台控制中心，后台控制中心将数据进行分析保存，并建立温度数据库。