一种无线无源测温系统及方法与流程

[0001]
本发明涉及一种无线无源测温系统及方法，属于电网自动化领域。


背景技术：

[0002]
电力系统的高压开关柜、环网柜、高压线缆接头、刀闸开关等重要设备，在长期运行中可能出现设备老化，表面氧化、腐蚀，紧固螺栓松动等问题，容易导致温度异常升高。如不及时发现处理，可能引起熔融、燃烧甚至爆炸等安全事故。基于电力设备的电气特性，要求测温系统以无源无线的方式采集温度，同时要求测温系统可对设备关键结点(如母排、动静触头、堵头等)温度进行实时记录并在大数据分析基础上进行安全预警。
[0003]
现有的无线无源温度传感器主要分为以下三种：
[0004]
第一种为lc谐振式温度传感器，工作原理为：温度发生变化引起电路中敏感材料磁性参数发生变化，从而导致电感值的变化。电感与谐振频率成反比例关系，故谐振频率的变化表征了温度的变化情况。测量谐振频率并以无线方式进行传递。lc谐振式温度传感器结构简单、可靠性腔、易于加工，但磁场靠近金属表面时会被吸收而形成涡流，影响测量结构的准确度和信号传输距离。
[0005]
第二种为声表面波(svw)温度传感器，工作原理如下：声表面波温度传感器将接收到电磁波信号转换为声表面波信号感应温度，将含有温度信息的声表面波信号转换为电磁波信号再发送至接收设备，经分析处理得到被测物体的温度。具体参见公开号为cn207317964u的专利《一种开关柜测温用无线无源声表面波传感器》声表面波温度传感器安装难度低但容易受环境影响，测温精准度低。
[0006]
第三种为电磁波反射式传感器，工作原理为：外界温度变化引发传感器材料本身的性能变化或集成天线的输入抗阻和增益等参数的改变，从而引发返回到发射装置的信号变化。《无源无线贴片反射式高温温度传感器研究》介绍了一种适用于高温环境的反射式温度传感器，该温度传感器与贴片传输天线高度集成。电磁波反射式传感器的研究起步时间较晚，目前将其应用在电网设备进行温度测量的实用化案例较少。
[0007]
专利号为cn110726491a的发明专利《电力系统用无线测温监控装置及其方法》中，磁吸式天线连接到读写器上的天线接口处,向外发射出电磁波能量，同时接收测温标签反馈回来的电磁波信号，并通过读写器反馈至控制终端；控制终端内安装有测温系统，该测温系统对处于运行状态的设备的温度数据进行远程监控和记录。该专利中的磁吸式天线与读写器直接连接，不能充分利用电磁波的信号传播距离；同时读写器管理范围内温度传感器传感器数量较少，从而限制了读写器数据汇总和数据处理能力。


技术实现要素：

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为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种无线无源测温系统及方法，天线与读写器之间通过射频线传输超高频电磁波，使读写器与多个天线连接，同时延长了天线与读写器之间的通信距离。
[0009]
本发明的技术方案如下：
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技术方案一：
[0011]
一种无线无源测温系统，包括至少一个读写器以及与所述读写器配合的至少一组测温单元，一组所述测温单元包括布置在现场各测温点上的复数个温度传感器、布置在现场能够辐射该组所有温度传感器的至少一条天线以及与天线一一对应设置的至少一条射频线；
[0012]
所述读写器通过所述射频线与对应的天线电连接，通过所述射频线向所述天线发送超高频电磁波，所述天线向外辐射接收到的超高频电磁波；
[0013]
一组测温单元内的各所述温度传感器接收并反射该组天线发射的超高频电磁波，该组的天线接收到各所述温度传感器反射的电磁波信号；所述反射的电磁波信号反映了电气设备的温度值变化情况；
[0014]
所述天线通过对应的射频线将收集到的电磁波信号发送至读写器，所述读写器对电磁波信号进行a/d转换，获取电磁波信号对应的温度值，并通过一通信单元传输至远程监控模块；
[0015]
所述远程监控模块实时监控现场电气设备的温度情况，若测温点的温度超过阈值，则发送预警信息至远程监控模块。
[0016]
进一步的，所述温度传感器为为音叉式测温标签、卡扣式测温标签或堵头式测温标签。
[0017]
进一步的，所述通信单元设有两个独立接口：第一接口与第二接口；第一接口通过rs485协议传输温度数据至本地设备；第二接口上传所述数字信号至远程监控模块。
[0018]
技术方案二：
[0019]
一种无线无源测温方法，包括以下步骤：
[0020]
设置至少一个读写器以及与所述读写器配合的至少一组测温单元；一组所述测温单元包括布置在现场各测温点上的复数个温度传感器、布置在现场能够辐射该组所有温度传感器的至少一条天线以及与天线一一对应设置的至少一条射频线；
[0021]
测量温度；读写器按顺序发送多个超高频电磁波，一个超高频电磁波对应一个温度传感器，直至该组温度传感器均完成测量；所述超高频电磁波经由射频线通过天线发送至温度传感器；温度传感器接收并反射超高频电磁波；反射的超高频电磁波通过天线经由射频线传输至读写器；
[0022]
获取温度数据；读写器对反射的超高频电磁波进行a/d转换，获取电磁波信号对应的温度值；
[0023]
发送温度数据；读写器将温度数据发送至远程监控系统；
[0024]
高温预警；各测温点均设有温度阈值，当所述温度值超过对应的温度阈值时，读写器发送预警信息至至远程监控系统。
[0025]
进一步的，所述温度传感器为为音叉式测温标签、卡扣式测温标签或堵头式测温标签。
[0026]
进一步的，所述读写器还通过rs485协议传输温度数据至本地设备。
[0027]
本发明具有如下有益效果：
[0028]
1、天线与读写器之间通过射频线传输超高频电磁波，读写器连接的天线数量增
加，也意味着读写器管理范围内温度传感器数量成倍增加，同时延长了天线与读写器之间的通信距离，从而充分利用读写器的读写器数据汇总和数据处理能力，降低设备成本。
[0029]
2、本发明使用的电磁波反射式温度传感器具有易安装、测温精度高、抗干扰性强等优点，本发明的性能优于其他无源无线测温系统。
[0030]
3、本发明使用不同类型的测温标签作为温度传感器，应用于各种型式的环网柜、开关柜、电缆接头。
[0031]
4、本发明通过在读写器上设置两个独立的通信接口，同时满足本地显示和远程上传的需求。
附图说明
[0032]
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
[0034]
实施例一
[0035]
参见图1，一种无线无源测温系统，包括至少一个读写器以及与所述读写器配合的至少一组测温单元。一组所述测温单元包括布置在现场各测温点上的复数个温度传感器、布置在现场能够辐射该组所有温度传感器的至少一条天线以及与天线一一对应设置的至少一条射频线。以一个6单元环网柜为例，标准配置包括：18个温度传感器、6个天线、1个读写器。
[0036]
所述读写器通过所述射频线与对应的天线电连接，通过所述射频线向所述天线发送超高频电磁波，所述天线向外辐射接收到的超高频电磁波；
[0037]
一组测温单元内的各所述温度传感器接收并反射该组天线发射的超高频电磁波，该组的天线接收到各所述温度传感器反射的电磁波信号。所述反射的电磁波信号反映了电气设备的温度值变化情况。每次测量时，读写器按顺序发送多个超高频电磁波，一个超高频电磁波对应一个温度传感器，直至该组温度传感器均完成测量。
[0038]
所述天线通过对应的射频线将收集到的电磁波信号发送至读写器，所述读写器对电磁波信号进行a/d转换，获取电磁波信号对应的温度值，并通过一通信单元传输至远程监控模块；
[0039]
所述远程监控模块实时监控被测物体的温度变化情况，若被测物体的温度超过阈值(初始默认设置为80℃，用户可自行更改)，则读写器发送预警信息至至远程监控系统或相关负责人(通过短信告知相关负责人)。
[0040]
本实施例中的温度传感器的工作原理为：外界温度变化引发传感器材料本身的性能变化，从而引发返回到发射装置的信号变化。声表面波与电磁波反射式的对比参见表1。
[0041]
表1
[0042]
测温方式声表面波电磁波反射式安装难度易易工程调试难易安全程度高高
测温精度差高可靠性中高抗干扰性差高
[0043]
本实施例的有益效果在于：天线与读写器之间通过射频线传输超高频电磁波，读写器连接的天线数量增加，也意味着读写器管理范围内温度传感器数量成倍增加，同时延长了天线与读写器之间的通信距离，从而充分利用读写器的读写器数据汇总和数据处理能力，降低设备成本。同时电磁波反射式温度传感器具有易安装、测温精度高、抗干扰性强等优点，本发明的性能优于其他无源无线测温系统。
[0044]
实施例二
[0045]
进一步的，所述温度传感器为音叉式测温标签、卡扣式测温标签或堵头式测温标签。
[0046]
音叉式测温标签适用于开关柜内母排，出线等连接点。音叉式测温标签与一标准配置的读写器之间的通信距离可达10米。音叉式测温标签直接通过母排搭接螺丝固定，整体阻燃等级nul94-vo，温度量程内频偏<2mhzo。
[0047]
卡扣式测温标签适用于开关柜内动触头。卡扣式测温标签与一标准配置的读写器之间的通信距离可达3米。卡扣式测温标签可直接卡入动触头的任一触指，安装简单牢靠，不改变触头自身的伸缩特性。其整体阻燃等级nul94-v0，温度量程内频偏<2mhzo。
[0048]
堵头式测温标签的性能与参数见表2。
[0049]
表2
[0050]
堵头测温标签参数性能材料pcb(rfc)+防水封装抗金属性信号传输频率902～928mhz超高频传输能量来源电磁波能量无源外形尺寸φ47*φ31*3mm适用于电缆堵头测量精度
±
1℃满足电网测温装置要求测量范围-25℃～+150℃满足电网测温装置要求环境耐温范围-40℃～+180℃满足电网工作要求读取距离＞0.5米优于电网测温装置要求固定方式导热硅胶粘贴适用范围广
[0051]
本实施例针对电网中电力设备类型广、数量多，且不同的设备的测温要求不同的特点，使用不同类型的测温标签(音叉式测温标签、卡扣式测温标签、堵头式测温标签)作为温度传感器，应用于各种型式的环网柜、开关柜、电缆接头。
[0052]
实施例三
[0053]
进一步的，所述读写器的通信单元设有两个独立接口：第一接口与第二接口。第一接口通过rs485接口传输关键设备/节点的温度数据至本地设备。第二接口通过modbus rtu规约(或4g网络)上传温度数据(即所述数字信号)至云服务器或远程监控模块。
[0054]
本实施例的进步之处在于通过在读写器上设置两个独立的通信接口，同时满足本地显示和远程上传的需求。
[0055]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发
明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。