一种声表面波无线测温装置及温度传感器的制作方法

本申请涉及测温度检测技术领域，尤其涉及一种声表面波无线测温装置及温度传感器。

背景技术：

在电力设备运行过程中，温度是表征设备运行状态的重要参数。电力开关设备在运行中受机械负荷以及自然环境的影响引起的磨损；电力设备导体在长期热负荷作用下老化，工作性能丧失；绝缘子受环境污移影响，表面绝缘性下降引起沿面放电；设备触头承受高电流，过量热能等，上述情况都会引起电力设备运行温度异常。据中电联公布电力工业运行简况：2014年全年我国电网线路损失率达到6.34％，仅发生在电站内部的电力事故就有40％是因为高压电力设备过热引发，因此电力设备温度实时检测的意义显得尤为重大。

声表面波无源无线测温技术是非接触式测温方法的一种，相对于常用的接触式热电阻测温、非接触式红外测温、非接触式光纤光栅测温具有明显的优势。首先，声表面波测温传感器能量损耗低、功耗低，与光纤光栅测温相比较，简单且容易布置；其次，声表面波传感器内部电子迁移不影响测量结果，与接触式热电阻测温方式相比，抗干扰能力强；另外，声表面波测温系统可以将测温传感器安装在封闭开关柜内部，而非接触式红外测温只能测量视距范围内短距离的物体温度。

声表面波(英文：surface acoustic wave，简称：SAW)是沿物体表面传播的一种弹性波。在具有压电性的晶体上存电声耦合。压电晶体本身是换能介质，在传播声表面波的压电晶体表面可以制作电声换能器，使电能和声能互相转换。

利用外界环境因素，包括温度、压力、加速度、气体密度等，对声表面波传播持性的影响，特别是对声表面波的传播速度的影响，可以设计出不同结构的声表面波器件，用于各种物理或者化学的参数的测量。通过增强主导影响因素的效应，削弱其他因素的影响，可以设计出对某一影响因素，例如温度、压力、扭矩等，敏感的声表面波器件，从而达到通过测量声表面波的波速来测量外界物理量的目的。

如图1所示为声表面波测温技术的原理图，其原理如下：

信号激励：阅读器的射频振荡器产生正弦射频信号，经过放大后，通过阅读器天线发射出去成为激励信号。声表面波传感器通过传感器天线接收此激励信号，然后由声表面谐振器上的叉指换能器转换激励信号为声表面波，声表面波在谐振器的反射栅之间受到温度调制来回反射。此时，在传感器表面传播的声表面波包含了表征温度信息的传感信号，此信号被叉指换能器又转变成电磁波，成为应答信号通过传感器天线发射出去。

回波接收：阅读器天线接收声表面波谐振器反射回来的应答信号，经过放大和解调后的应答信号进入微处理器，微处理器内置的信号处理软件就能获取通过声表面波温度信息。

目前国内外已经出现了多种声表面无线无源波温度监测系统的设计，一些产品也应用到了电力系统的温度监测中，然而这些测温系统的设计大多仅考虑单一阅读器的部署，没有考虑各个阅读器之间的同步与协调问题。如果某个阅读器在发射激励信号的时候，周围某个阅读器在接收回波，则会导致正在接收的阅读器接收信噪比大大下降，影响测量数据的精准度，实际应用错误频出。

问题二是现有的设计中对阅读器对所属传感器的激励信号功率均是同一值，而声表面波传感器的实际安装环境是不同的，这样就会导致有的传感器接收到的激励功率过大，对周边干扰严重，而有的传感器接收到的激励信号功率不足，阅读器接接收到的回波信号功率过小，导致处理后温度信息不准确。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种声表面波无线测温装置及温度传感器，用以解决现有技术中声表面波测温不准确的问题。

其具体的技术方案如下：

一种声表面波无线测温装置，包括：测温机柜、阅读器板，主控制板、时钟控制板、阅读天线、温度传感器，其中，

所述阅读器板，设置于所述测温机柜内，包含至少一个阅读器，所述阅读器与所述阅读天线连接；

所述主控制板，设置于所述测温机柜内，用于控制阅读器的配置和数据输出；

所述时钟控制板，设置于所述测温机柜内，所述时钟控制板与所述主控制板连接；

所述温度传感器，设置于被检测测点表面。

可选的，所述阅读器板包含至少一个阅读器，所述阅读器产生激励信号以及接收回波信号。

可选的，所述阅读天线设置于所述温度传感器有效传感距离内。

可选的，所述阅读器连接L个阅读天线，每个阅读天线接收K组温度传感器的温度信号。

可选的，所述主控制板与时钟控制板连接，通过配置时钟参数控制阅读器的收发时序。

可选的，所述温度传感器具体为声表面波温度传感器。

可选的，所述装置还包括：

监控主机，所述监控主机与所述主控制板连接。

一种温度检测器，包含上述的声表面波无线测温装置。

综上来讲，本实用新型实施例中所提供的一种声表面波无线测温装置及温度传感器具有如下技术效果：

1、本实用新型为了解决现有无线温度监测系统的监控主机监测测点少，成本高，提出一种大容量、紧凑型测温系统设计，能够同时控制多组阅读器读取电力设备的温度测点的温度。

2、本实用新型为了解决现有无线测温系统不同阅读器之间的激励信号干扰现象，提出的系统能够协调系统中所有阅读器的信号激励与接收，协调各个阅读器工作使其消除干扰，保证测温装置无差错运行。

3、本实用新型为了解决阅读器天线功率设置单一问题，本专利提出采用控制器对阅读器天线功率进行调整，根据天线和传感器的工作范围合理设置，既避免了功率过大或者不足导致监测结果不准确，又降低了功耗，节省能源。

附图说明

图1为现有技术中声表面波测温技术的原理图；

图2为本实用新型实施例中一种声表面波测温装置的结构示意图本实用新型实施例中；

图3为本实用新型实施例中阅读器在测温机柜中的分布结构图；

图4为本实用新型实施例中温度传感器在被测机柜上的分布图；

图5为本实用新型实施例中时钟控制板的时序控制图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本实用新型技术方案做详细的说明，应当理解，本实用新型实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本实用新型技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图2所示为本实用新型实施例中一种声表面波测温装置的结构示意图，该装置包括：测温机柜201、阅读器板202，主控制板203、时钟控制板204、阅读天线205、温度传感器206。

阅读器板202，设置于测温机柜201内，包含至少一个阅读器，阅读器与阅读天线205连接；

主控制板203，设置于测温机柜201内，用于控制阅读器的配置和数据输出；

时钟控制板204，设置于测温机柜201内，时钟控制板204与主控制板203连接；

温度传感器206，设置于被检测测点表面。

首先来讲，测温机柜201中安装有1个主控制板203，1个时钟控制板204以及1个或者多个阅读器板202。这些控制板为卡片式结构，因此上述的控制板可以嵌入到测温机柜中。

本实用新型中的测温机柜201是为了解决现有无线温度监测系统的监控主机监测范围太小，成本太高的问题，这个测温机柜201每列可安装1个阅读器，根据实际需要，设置1～N列管理隔间，也就是说一个温机柜201可以安装N个阅读器，每个阅读器装有L个天线，图3中每个阅读器装了3个天线，最多控制温度传感器达到M×L×N个，如图3。此阅读器管理柜具有大容量、紧凑的特点，能够同时控制N组阅读器接收大范围电力设备的温度信号，也就是实时监测M×L×N个测温点，实时保障监测范围内的电力设备的温度状态。

进一步，在本实用新型实施例中，温度传感器206为无源器件，因此该温度传感器206并不需要更换电池，大大节省了安装后的维护成本，通过温度传感器206上的叉指换能器进行声电转换，可以将温度信息传递给阅读器。

本装置中温度传感器206应布置在被检测测点上，由于无线无源测温装置多应用于电力系统封闭开关柜中，所以此处的被检测测点通常在开关柜内。温度传感器206多为M个为一组，M个温度传感器206的谐振频率可分别为f₀～f_M-1，同一组温度传感器206将安装在单独一个开关柜的不同测温点处，如图4。另外，需要保证一组温度传感器206距离此组阅读器天线距离不超过有效通信范围即可，如图2所示，其中一个阅读器天线负责监测一组温度传感器206的温度信息。

阅读器天线205是阅读器的一个重要组成部分，在本实用新型中阅读器天线205通过有线方式，即：射频电缆，与阅读器连接，将阅读器天线205布置在温度传感器206有效工作距离内，如图2所示，阅读器天线205将激励信号发射给温度传感器206，在阅读器信号发射结束后，阅读器天线205接收温度传感器的回波信号，收到回波信号后再次将温度信号送至阅读器。一个阅读器可以带有L个阅读器天线205，控制L组温度传感器206。

阅读器是测温系统中负责发送激励信号和接收信号的核心部件，合适的阅读器能够解析出信号质量好，温度信息还原度高的数据。一个阅读器(装有L个天线)能够接收L组传感器的温度信号，也就是说一个阅读器(装有L个天线)就可以监测L组温度传感器已安装的待测区域。

阅读器通过温度传感器206回波信号的质量，调整自己的激励信号功率。当某个温度传感器206回波信号质量优于设定的门限值，则阅读器会下调针对这个温度传感器206的激励功率，但不会低于阅读器最小发射功率；当某个温度传感器206回波信号质量低于设定的门限值，则阅读器会上调针对此温度传感器206的激励功率，但不会高于阅读器最大发射功率。

进一步，在无源无线测温系统中，主控制板203主要用于控制阅读器的配置、数据输出以及电源管理等，还通过配置时钟板参数控制阅读器的收发时序。

进一步，时钟控制板204的目的是为了协调装置中所有阅读器的信号激励与接收，同时管理N个阅读器，每个阅读器负责接收L×M个温度传感器206发送的温度信号，如果不能够在时序上进行控制，一方面其他阅读器的激励信号会严重影响温度传感器206的回波信号，另一方面激励功率也会过大。在一个周期内将L×N个阅读器天线205的发送与接收时间划分在不同的时间段上，并考虑每个阅读器的延迟，设置保护时间，可协调各个阅读器使其消除相互之间的干扰，控制时序如下图5。

进一步，该装置还包括：监控主机，该监控主机软件界面直接显示从1～N号阅读器的天线各自管理的0～M-1温度传感器206的温度值，监控主机处通过接口管理测温机柜，可以执行关闭阅读器或者关闭电源等操作。

进一步，该装置的原理流程如下：

1、监控主机软件选择需要工作的阅读器以及阅读器天线，并为每个阅读器天线配置所管理的传感器的编号，其中，编号与传感器激励频率一一对应。

2、在开始进行测温工作之前，每个传感器都需要在特定温度下，通常是在室温25°左右，经过校准，获得各个传感器的基准频率，这个基准频率与测量频率一起可以确定当前的待测温度。主控制板将基准频率写入阅读器的非易失性存储设备。

3、根据监控主机软件的配置参数，主控制板控制时钟板产生各个(阅读器/阅读器天线)的发送与接收控制时序，防止阅读器之间以及阅读器天线之间的激励、回波信号相互干扰。

4、阅读器通过测量传感器回波信号的质量，调整自己的激励信号功率。当某个传感器回波信号质量优于设定的门限值，则阅读器会下调针对这个传感器的激励功率，但不会低于阅读器最小发射功率；当某个传感器回波信号质量低于设定的门限值，则阅读器会上调针对这个传感器的激励功率，但不会高于阅读器最大发射功率。

另外，本实用新型实施例中还提供了一种温度检测器，该温度检测器包含了上述的声表面波无线测温装置，具体结构以及原理此处就不再赘述。

综上来讲，本实用新型实施例中所提供的一种声表面波无线测温装置及温度传感器具有如下技术效果：

1、本实用新型为了解决现有无线温度监测系统的监控主机监测测点少，成本高，提出一种大容量、紧凑型测温系统设计，能够同时控制多组阅读器读取电力设备的温度测点的温度。

2、本实用新型为了解决现有无线测温系统不同阅读器之间的激励信号干扰现象，提出的系统能够协调系统中所有阅读器的信号激励与接收，协调各个阅读器工作使其消除干扰，保证测温装置无差错运行。

3、本实用新型为了解决阅读器天线功率设置单一问题，本专利提出采用控制器对阅读器天线功率进行调整，根据天线和传感器的工作范围合理设置，既避免了功率过大或者不足导致监测结果不准确，又降低了功耗，节省能源。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。