专利名称：长程声表面波温度传感系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能化网络化温度监测技术领域，涉及一种温度传感系统。
背景技术：
变电站中，电力设备的热效应是多种故障和异常现象的重要原因，因此对电力设 备的温度进行密切监测，是保障电力设备运行可靠的必备手段。但是变电站中对温度的监 控点非常多，断路器、互感器、隔离开关连接点达到数百甚至上千个，为温度监测带来极大 的不便。现在变电站内使用红外热像仪定时对各设备扫描巡检，定时跨度长，无法实现实时 在线监控，使得变电站各项设备的安全运行还是存在着隐患。 随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对变电 站各设备的温度状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可 能。它对于保证变电站设备的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动 化程度具有重要意义。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰 环境中，要实现对触头的测温，必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。在 实际应用中，可以采用光纤测温，或者无线测温。但是由于光纤测温存在隐患，容易引起爬 电，危害人体安全，因此无线测温方案更受电力部门的青睐。 现有的无线测温方案，采用电池或者小CT取能给测温芯片供电，再将测温芯片得 到的信号通过射频芯片无线发出。这种方案虽然实现了温度信号的无线传输，但是变电站 中存在的电磁干扰对温度芯片的影响很大。此外，由于该方案属于有源方案，传感头需要电 池供电或者小CT取能供电。电池供电存在需要定时更换电池，而且电池在夏季抗高温能力 较差，给电力部门的运营带来影响；而小CT取能则存在若接头电流较小，电能无法取出，传 感头停止工作，若接头电流较大，则容易烧坏小CT直至烧坏传感头。另外采用CT取能，传 感头体积较大，而且布放的位置对取能效率影响很大，缺乏普遍适应性。
实用新型内容本实用新型针对上述现有技术的不足，设计了一种无源式无线长程温度传感系
统，该温度传感系统采用声表面波温度传感技术，克服了采用传统无线温度传感器存在的
供能困难、结构复杂、安装不便等问题。 为此，本实用新型采用如下的技术方案 —种长程声表面波温度传感系统，包括一个或者多个信号读写器， 一个信号读写 器对应至少一个声表面波温度传感器，所述的声表面波温度传感器为无源被动型，包括压 电晶体，设置在压电晶体上的一个或多个谐振器，所述信号读写器包括微处理器，与微处理 器分别相连的射频信号发射模块、射频接收模块以及通信模块，其中，声表面波温度传感器 的谐振器通过逆压电效应将接收到的射频信号转变成声表面信号，此声表面信号在压电晶 体表面形成谐振，该谐振器再将声信号转变成载有温度信息的射频信号发射出去；微处理 器通过射频信号发射模块产生和发射射频信号，通过射频接收模块接收从声表面波温度传感器发射出去的载有温度信息的射频信号，射频接收模块对接收到的载有温度信息的射频 信号处理成温度数字信号并送入微处理器，由信号读写器的微处理器对从各个声表面波温 度传感器获取的温度数字信号处理、成帧后经过通信模块以光纤通信或无线通信方式传送 出去，每个信号读写器能够同时通过频率复用或者时分复用的方式对应多个声表面波温度 传感器工作，多个信号读写器能够通过时分复用的方式轮流工作，共享同一频段的频率资 源。 作为优选实施方式，本实用新型的长程声表面波温度传感系统，所述的信号读写 器能够同时发射射频信号和接受射频信号；每一套长程声表面波温度传感系统还包括一 个后台监控装置，所述后台监控装置通过光纤通信或无线通信与各个信号读写器相连，各 个信号读写器以时分复用的方式轮流工作，并将收集到的温度数字信号传输给后台监控装
置；一个长程声表面波温度传感系统可以容纳1 100个信号读写器，每个信号读写器容纳 1 20个声表面波温度传感器，整个长程声表面波温度传感系统支持和容纳上千个点的温 度探测。 与现有技术相比，本实用新型具有如下优点 1.纯无源传感头，免替换，免维护，长期可靠性高； 2.体积小，安装灵活方便； 3.成本低； 4.采用频分复用或者时分复用方式支持多点探测； 5.采用光纤及数字化信号传输数据，实现长距离传感，抗电磁干扰，可以平滑升级 与IEC61850兼容，可靠性高。 6.除了光纤传输以外，还可使用无线传输方式，使用安全，无爬电现象，测量精度 高，抗电磁干扰，可方便扩展与其它系统互连。 7.具备多个信号读写装置接口 ，便于信号读写装置即接即用，同时，每个信号读写 装置可有多点探测，便于扩大规模与系统升级。 8.采用时分复用方式控制并传递多路温度监测数据，提高了频率的利用率。这样 整个传感器系统所发射的无线功率并不高，频率带宽占用少，但可以实现多点长程无线无 源的温度传感测量。可以避免信号冲撞。
附图1为本实用新型的无线无源传感头差值换能器示意图； 附图2本实用新型的读写装置工作示意图； 附图3为本实用新型的系统架构图。
具体实施方式声表面波技术是上世纪七、八十年代才逐渐成熟起来的一门新兴科学技术领域，
它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。在
具有压电性的晶体上由于存在压电性，在电声之间存在耦合。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。 声表面波器件是在压电基片上制作一个或多个声_电换能器——叉指换能器。图1中叉指换能器能有效地产生和接收声表面波。这种换能器是在一个精确取向和抛光的压 电晶体表面上沉积两组互相交错分布的、梳状的金属条带111 (叉指)，每组叉指跟一个称 之为汇流条110的金属条相连接。通过汇流条110把电信号加在这两组叉指上，就会产生以 一对叉指间隔为周期的电场分布。通过电声耦合，即产生一个弹性应变的分布。它激发固体 质点的振动，并以伴有电场分布的弹性波形式在压电基底介质中沿表面传播出去。声表面 波测温的工作原理如图1所示，当压电晶体基片上的换能器通过逆压电效应将输入的无线 信号转变成声信号后，被左右两个周期性栅条反射形成谐振。该谐振器的谐振频率与基片 的温度有关，而且谐振频率的改变随温度的改变在一定温度范围内呈非常线性的关系。当 同一个换能器通过压电效应将声信号转变成无线应答信号输出后，我们就可以通过测量频 率变化得到温度值。 本实用新型可有多组信号读写装置，而每组信号读写装置管理一组若干个无线无 源温度探头，装置内部包括微处理器、射频发射模块、射频接收模块与通信模块。参见图2， 每个信号读写器能够同时通过频率复用或者时分复用的方式对应多个声表面波温度传感 器工作，所述射频发射模块、射频接收模块、通信模块与微处理器相连接。射频发射模块发 射射频信号给所述无线无源温度探头，无线无源温度探头将带有温度信息的射频信号反馈 给所述信号读写装置的射频接收模块。所述射频接收模块包括一个信号放大器、滤波器和 A/D变换单元。所述信号放大器将反馈回来带有温度信息的射频信号放大，所述滤波器对放 大后的信号进行滤波处理，滤掉噪声，再传给所述A/D变换单元进行模数变换，然后将数字 信号传递给微处理器，微处理器对数字信号进行重采样、滤波、打包，发送给所述通信模块， 传送至所述的后台监控装置。 参见图3，本实用新型的后台监控装置3，用光纤2或者无线方式连接各传感器系 统l的读写器，并控制各个读写器采用频率复用或时分复用工作方式。采用时分复用工作 方式时，按时间顺序轮流工作，共享同一频段的频率资源。这样整个传感器系统所发射的无 线功率并不高，但可以实现多点长程无线无源的温度传感测量。可以避免信号冲撞，可以提 高测量可靠性。
权利要求一种长程声表面波温度传感系统，包括一个或者多个信号读写器，一个信号读写器对应至少一个声表面波温度传感器，所述的声表面波温度传感器为无源被动型，包括压电晶体，设置在压电晶体上的一个或多个谐振器，所述信号读写器包括微处理器，与微处理器分别相连的射频信号发射模块、射频接收模块以及通信模块，其特征在于，声表面波温度传感器的谐振器通过逆压电效应将接收到的射频信号转变成声表面信号，此声表面信号在压电晶体表面形成谐振，该谐振器再将声信号转变成载有温度信息的射频信号发射出去；微处理器通过射频信号发射模块产生和发射射频信号，通过射频接收模块接收从声表面波温度传感器发射出去的载有温度信息的射频信号，射频接收模块对接收到的载有温度信息的射频信号处理成温度数字信号并送入微处理器，由信号读写器的微处理器对从各个声表面波温度传感器获取的温度数字信号处理、成帧后经过通信模块以光纤通信或无线通信方式传送出去，每个信号读写器能够同时通过频率复用或者时分复用的方式对应多个声表面波温度传感器工作，多个信号读写器能够通过时分复用的方式轮流工作，共享同一频段的频率资源。
2. 根据权利要求1所述的长程声表面波温度传感系统，其特征在于，所述的信号读写 器能够同时发射射频信号和接受射频信号。
3. 根据权利要求1所述的长程声表面波温度传感系统，其特征在于，每一套长程声表 面波温度传感系统还包括一个后台监控装置，所述后台监控装置通过光纤通信或无线通信 与各个信号读写器相连，各个信号读写器以时分复用的方式轮流工作，并将收集到的温度 数字信号传输给后台监控装置。
4. 根据权利要求1所述的长程声表面波温度传感系统，其特征在于一个长程声表面 波温度传感系统可以容纳1 100个信号读写器，每个信号读写器容纳1 20个声表面波 温度传感器，整个长程声表面波温度传感系统支持和容纳上千个点的温度探测。
专利摘要本实用新型属于智能化网络化温度监测技术领域，涉及一种长程声表面波温度传感系统，包括多个信号读写器，一个信号读写器对应至少一个声表面波温度传感器，声表面波温度传感器为无源被动型，信号读写器包括微处理器，射频信号发射模块、射频接收模块以及通信模块，每个信号读写器能够同时通过频率复用或者时分复用的方式对应多个声表面波温度传感器工作，多个信号读写器能够通过时分复用的方式轮流工作，共享同一频段的频率资源。本实用新型的长程声表面波温度传感系统具有如下优点纯无源传感头，免替换，免维护，长期可靠性高；体积小，安装灵活方便；采用频分复用或者时分复用方式支持多点探测等。
文档编号G08C17/02GK201464075SQ20092009678
公开日2010年5月12日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者刘 文, 彭定敏, 杨翊, 胡纹宾, 郑亚, 金哲, 魏忠诚 申请人:武汉烽火富华电气有限责任公司