無(wú)源無(wú)線溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，屬于變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】；解決的技術(shù)問題是：提供一種方便變電站設(shè)備觸點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的裝置；采用的技術(shù)方案是：無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，包括：叉指換能器、反射柵、壓電基片和傳感器天線，所述叉指換能器和反射柵設(shè)置在壓電基片上，所述傳感器天線與叉指換能器電連接，所述叉指換能器、反射柵、壓電基片和傳感器天線封裝在傳感器外殼內(nèi)；本發(fā)明適用于電力部門。
【專利說明】無(wú)源無(wú)線溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，屬于變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)安全生產(chǎn)不僅是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且是電力公司乃至全社會(huì)改革、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是未來(lái)我國(guó)乃至全世界智能電網(wǎng)發(fā)展的重中之重，國(guó)務(wù)院于2006年2月發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和國(guó)家電網(wǎng)于4月19日發(fā)布《國(guó)家電網(wǎng)公司綠色發(fā)展白皮書》等一系列重要文件中，智能電網(wǎng)安全保障已經(jīng)納入國(guó)家重大優(yōu)先發(fā)展和著手實(shí)施的主題。
[0003]變電站內(nèi)的各設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，開關(guān)的觸點(diǎn)和母線連接等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無(wú)法監(jiān)測(cè)，由此最終導(dǎo)致事故發(fā)生，電力設(shè)備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，在持續(xù)擴(kuò)大供電同時(shí)給電網(wǎng)電器設(shè)備帶來(lái)一系列的安全問題，為盡可能的避免各類電力事故，電力設(shè)備安全運(yùn)營(yíng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的任務(wù)迫在眉睫。
[0004]電網(wǎng)設(shè)備中的觸頭和接頭的電網(wǎng)安全的一個(gè)重要隱患，現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，故障其主要發(fā)生在如下位置:一、開關(guān)柜中動(dòng)、靜觸頭故障，開關(guān)柜作為一種廣泛運(yùn)用的電力設(shè)備，開關(guān)柜是輸配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔(dān)著開斷和關(guān)合電力線路、線路故障保護(hù)、監(jiān)測(cè)運(yùn)行電量數(shù)據(jù)的重要作用；開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動(dòng)、靜觸頭接觸不良，加上長(zhǎng)期的大電流、觸頭老化等因素易致其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱、觸頭溫升過高甚至最終發(fā)生高壓柜燒毀故障；二、電纜接頭故障，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、壓接頭的松動(dòng)、絕緣老化、以及局部放電、高壓泄漏等，將引起發(fā)熱和溫度的升高，溫度的升高將使這些狀況進(jìn)一步惡化，這將促使溫度進(jìn)一步提升，這一惡性循環(huán)的結(jié)果就引發(fā)短路放炮，甚至火災(zāi)。
[0005]為解決這一難題，從測(cè)溫原理上通常有幾種方式，從傳輸角度來(lái)說，包括有線和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式。
[0006]一、常規(guī)測(cè)溫方式:常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫方式的缺點(diǎn)在于無(wú)法無(wú)線無(wú)源，需要金屬導(dǎo)線傳輸信號(hào)，無(wú)法獨(dú)立無(wú)線工作，絕緣性能不能保證，即使采用無(wú)線發(fā)送模塊，在電網(wǎng)的磁場(chǎng)、電場(chǎng)和熱場(chǎng)復(fù)雜情況下，抗干擾能力弱而無(wú)法正常工作。
[0007]二、光纖測(cè)溫:光纖溫度傳感器采用光導(dǎo)纖維傳輸溫度信號(hào)，光導(dǎo)纖維具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜內(nèi)的高壓，因此光纖溫度傳感器能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點(diǎn)上，準(zhǔn)確測(cè)量高壓觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜觸點(diǎn)運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測(cè)，然而，光纖具有易折，易斷、不耐高溫等特性，積累灰塵后易導(dǎo)致光纖沿面放電從而使絕緣性降低，光纖屬于有線方式，會(huì)破壞既有設(shè)備構(gòu)架，受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)影響，在柜內(nèi)布線難度較大，另外，光纖測(cè)溫的成本也相對(duì)較高。
[0008]三、紅外測(cè)溫:紅外測(cè)溫為非接觸式測(cè)溫，在變電站套管、避雷器、母線等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較多，但由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件互相遮擋較多，通過紅外圖譜間接獲取溫度數(shù)據(jù)其準(zhǔn)確性不能滿足要求，對(duì)紅外圖譜的計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)水平還不能替代人工識(shí)別，自動(dòng)化程度不高，同時(shí)紅外熱像儀的成本較高，不利于推廣使用；另外紅外測(cè)溫易受環(huán)境及周圍的電磁場(chǎng)干擾，由于開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹小，無(wú)法安裝紅外測(cè)溫探頭(因?yàn)樘筋^必須與被測(cè)物體保持一定的安全距離，并需要正對(duì)被測(cè)物體的表面)，要求被測(cè)量點(diǎn)能夠在視野內(nèi)并無(wú)遮掩，并且表面干凈以確保準(zhǔn)確性，因此使用紅外成像儀對(duì)其進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)有死角出現(xiàn)，無(wú)法全部監(jiān)測(cè)到；紅外成像儀進(jìn)行測(cè)量必須要工作人員拿著儀器到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，浪費(fèi)大量的人力；在對(duì)戶外的刀閘等進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)，成本較高，遇到冰雪天氣，使得該設(shè)備監(jiān)測(cè)失效。
[0009]四、有源無(wú)線測(cè)溫:有源的無(wú)線溫度傳感器尺寸通常相對(duì)較大且需經(jīng)常更換電池，系統(tǒng)維護(hù)成本較高，同時(shí)，電池不適于在高溫狀態(tài)下工作，溫度過高會(huì)影響電池正常工作，最終影響測(cè)量精度，甚至?xí)霈F(xiàn)誤報(bào)警；另外當(dāng)電池電量不足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警的現(xiàn)象，影響監(jiān)測(cè)精度；另外目前大部分的無(wú)線傳感器采用的天線均為普通的吸盤天線，這種天線由于其外形原因，在用于開關(guān)柜內(nèi)的觸點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在手車柜內(nèi)的安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題是:提供一種方便變電站設(shè)備觸點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的裝置。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，包括:叉指換能器、反射柵、壓電基片和傳感器天線，所述叉指換能器和反射柵設(shè)置在壓電基片上，所述傳感器天線與叉指換能器電連接，所述叉指換能器、反射柵、壓電基片和傳感器天線封裝在傳感器外殼內(nèi)。
[0012]所述傳感器外殼上設(shè)置有安裝件。
[0013]所述安裝件為音叉型安裝件，或者為金屬圓環(huán)，或者為扎帶。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
一、無(wú)需電源，減少電池產(chǎn)生的高維護(hù)費(fèi)及誤報(bào)警，傳感器采用被動(dòng)感應(yīng)方式，無(wú)需電池驅(qū)動(dòng)，減少了電池更換帶來(lái)的維護(hù)成本，同時(shí)不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響；
二、安全可靠，無(wú)線的溫度采樣方式無(wú)需在被測(cè)點(diǎn)或相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)上連線，傳感器與接收設(shè)備之間無(wú)電氣聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)了高壓隔離，保障設(shè)備安全運(yùn)行；
三、安裝方便靈活，溫度傳感器體積小且與采集器之間數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸，安裝方便靈活，不受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間影響；
四、環(huán)境適應(yīng)性好，溫度傳感器通過匹配軟件的校正后就已經(jīng)補(bǔ)償了傳感器制作過程中的偏差，傳感器可在任何工作溫度范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)試，不會(huì)受季節(jié)因素影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明中傳感器外殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1為叉指換能器、2為反射柵、3為壓電基片、4為傳感器天線、5為傳感器外殼、6為安裝件?！揪唧w實(shí)施方式】[0016]如圖1所示，本發(fā)明無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，包括:叉指換能器1、反射柵2、壓電基 片3和傳感器天線4，所述叉指換能器I和反射柵2設(shè)置在壓電基片3上，所述傳感器天線 4與叉指換能器I電連接，所述叉指換能器1、反射柵2、壓電基片3和傳感器天線4封裝在 傳感器外殼5內(nèi)。[0017]所述叉指換能器I (簡(jiǎn)稱IDT)，是聲表面波器件的核心部件，IDT是一種在壓電晶 體上激發(fā)和檢測(cè)聲表面波溫度的聲一電轉(zhuǎn)換器，IDT是用半導(dǎo)體平面工藝將金屬鋁沉積在 壓電基片3上，然后用光刻技術(shù)將金屬薄膜刻成特定的尺寸及形狀的結(jié)構(gòu)。[0018]所述反射柵2是實(shí)現(xiàn)聲表面波溫度諧振器的關(guān)鍵器件，聲表面波溫度只能基于反 射元陣列來(lái)構(gòu)成聲表面波溫度反射鏡，聲表面波溫度反射柵陣有反射溝槽和反射金屬條帶 兩種，其中溝槽反射陣性能更好，但金屬反射柵陣最易實(shí)現(xiàn)。[0019]如圖2所示，所述外殼5上設(shè)置有安裝件6，所述安裝件6為音叉型安裝件，或者為 金屬圓環(huán)，或者為扎帶，本發(fā)明根據(jù)安裝方式的不同分為:音叉型、鑲嵌型和捆綁型，分別適 用在不同的環(huán)境中，音叉型傳感器使用螺釘固定在待測(cè)物體表面，鑲嵌型傳感器利用其自 帶的金屬圓環(huán)固定在圓形待測(cè)物體的表面，捆綁型傳感器使用扎帶固定，本發(fā)明可直接安 裝在測(cè)物體的表面的測(cè)溫，安裝非常方便，溫度傳感器體積小且與采集器之間數(shù)據(jù)無(wú)線傳 輸，安裝方便靈活，不受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間影響；本【具體實(shí)施方式】中安裝件6采用音叉型安 裝件。[0020]本發(fā)明在使用過程中需要配備能夠發(fā)射和接收無(wú)線射頻信號(hào)的溫度采集器，溫度 傳感器直接安裝在被測(cè)物體表面，它負(fù)責(zé)接收探詢射頻信號(hào)，并返回帶溫度信息的射頻信 號(hào)到溫度采集器，溫度傳感器是采用聲表面波(Surface Acoustic Wave)傳感技術(shù)設(shè)計(jì),傳 感器表面波技術(shù)應(yīng)用了晶體材料的物理特性，晶體的物理特性的改變通過壓電感應(yīng)原理被 自動(dòng)轉(zhuǎn)化成了電信號(hào)，傳感器的工作原理是將射頻信號(hào)發(fā)射到壓電材料的表面，然后將受 到溫度影響了的反射波再轉(zhuǎn)回電信號(hào)而獲取溫度數(shù)據(jù)。[0021]本發(fā)明的溫度采集過程包括如下步驟:一、溫度采集器通過它的天線發(fā)射射頻脈 沖，二、脈沖信號(hào)被傳感器天線4收到后，通過叉指換能器I (IDT)在壓電感應(yīng)器的表面激 活一個(gè)表面波；三、傳感器表面波的頻率由于受到傳感器本身溫度的影響發(fā)生了變化，正是 由于頻率受溫度變化的機(jī)制，使得溫度數(shù)據(jù)測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)；四、叉指換能器I再將表面波的 頻率振蕩轉(zhuǎn)化成射頻信號(hào)，此射頻信號(hào)由采集器上的天線收到后進(jìn)行處理；五、由于諧振器 的高質(zhì)量特性，即使訪問波具有50Hz的帶寬，也確保了反射回來(lái)的信號(hào)包含了精確的射頻 信息；六、反射回來(lái)的射頻頻率變化與溫度的變化成比例關(guān)系。[0022]所述溫度采集器負(fù)責(zé)與一組溫度傳感器通信，發(fā)射測(cè)溫探詢射頻信號(hào)到溫度傳感 器，接收溫度傳感器的返回信號(hào)，并解析成溫度信息發(fā)送回溫度監(jiān)測(cè)主站軟件系統(tǒng)，溫度采 集器連接有采集器天線，所述采集器天線嵌在開關(guān)柜內(nèi)壁，這樣以來(lái)可以屏蔽外部的電波 干擾，而溫度采集器的其他部分(接收箱)則安裝在開關(guān)柜的外面，采集器天線通過與柜體 的間隙穿過隔板吸附在柜壁，溫度采集器放置在頂部，此柜門無(wú)需停電即可開啟，方便管理 人員進(jìn)行操作。[0023]所述溫度采集器由單獨(dú)的電源供電，并向開關(guān)柜內(nèi)發(fā)射短射頻信號(hào)，如果射頻脈沖的頻率與溫度傳感器預(yù)設(shè)的頻率相同，傳感器就能收到該射頻信號(hào)，并且改變和被動(dòng)地反射脈沖信號(hào)，返回的脈沖信號(hào)由于受到了傳感器自身溫度的影響因而攜帶了傳感器的溫度?目息。[0024]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明`宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，其特征在于:包括:叉指換能器(I)、反射柵(2)、壓電基片(3 )和傳感器天線(4 )，所述叉指換能器(I)和反射柵(2 )設(shè)置在壓電基片(3 )上，所述傳感器天線(4)與叉指換能器(I)電連接，所述叉指換能器(I)、反射柵(2)、壓電基片(3)和傳感器天線(4)封裝在傳感器外殼(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，其特征在于:所述傳感器外殼(5)上設(shè)置有安裝件(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)源無(wú)線溫度傳感器，其特征在于:所述安裝件(6)為音叉型安裝件，或者為金屬圓環(huán)，或者為扎帶。
【文檔編號(hào)】G01K11/00GK103557955SQ201310490432
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月19日
【發(fā)明者】王凱武, 鄭為民, 田海林, 荊曉東, 姚宸, 周春紅, 靳鍵云, 席忠華, 閆永芳, 喬濤, 李海洋, 趙群, 李江浩, 閆俊杰, 王秋云 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司