無源無線測溫天線裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明無源無線測溫天線裝置，屬于變電站設(shè)備溫度監(jiān)測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】；技術(shù)問題是：提供一種方便變電站設(shè)備觸點溫度無線監(jiān)測的裝置；采用的技術(shù)方案是：無源無線測溫天線裝置，無源無線測溫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，傳感器天線采用螺旋天線；本發(fā)明適用于電力部門。
【專利說明】無源無線測溫天線裝置 【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明無源無線測溫天線裝置，屬于變電站設(shè)備溫度監(jiān)測裝置【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]電網(wǎng)安全生產(chǎn)不僅是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且是電力公司乃至全社會改 革、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是未來我國乃至全世界智能電網(wǎng)發(fā)展的重中之重，國務(wù)院于2006 年2月發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和國家電網(wǎng)于4月19日發(fā)布《國家 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)納入國家重大優(yōu) 先發(fā)展和著手實施的主題。[0003]變電站內(nèi)的各設(shè)備在長期運行過程中，開關(guān)的觸點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)熱部位的溫度無法監(jiān)測，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)擴大供電同時給電網(wǎng)電器 設(shè)備帶來一系列的安全問題，為盡可能的避免各類電力事故，電力設(shè)備安全運營實時監(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)安全的一個重要隱患，現(xiàn)有統(tǒng)計結(jié)果表明，故障 其主要發(fā)生在如下位置:一、開關(guān)柜中動、靜觸頭故障，開關(guān)柜作為一種廣泛運用的電力設(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、監(jiān)測 運行電量數(shù)據(jù)的重要作用；開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期的大電 流、觸頭老化等因素易致其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致長時間發(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，隨著運行時間的延長、壓接頭的松動、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一步惡 化，這將促使溫度進一步提升，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，從測溫原理上通常有幾種方式，從傳輸角度來說，包括有線和無 線數(shù)據(jù)傳輸方式。[0006]一、常規(guī)測溫方式:常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測溫方式的缺點 在于無法無線無源，需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，無法獨立無線工作，絕緣性能不能保證，即使 采用無線發(fā)送模塊，在電網(wǎng)的磁場、電場和熱場復(fù)雜情況下，抗干擾能力弱而無法正常工 作。[0007]二、光纖測溫:光纖溫度傳感器采用光導(dǎo)纖維傳輸溫度信號，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 壓觸點上，準(zhǔn)確測量高壓觸點的運行溫度，實現(xiàn)開關(guān)柜觸點運行溫度的在線監(jiān)測，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， 光纖測溫的成本也相對較高。[0008]三、紅外測溫:紅外測溫為非接觸式測溫，在變電站套管、避雷器、母線等設(shè)備的溫 度監(jiān)測中應(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，對紅外圖譜的計算機識別技術(shù)水平還不能替代人 工識別，自動化程度不高，同時紅外熱像儀的成本較高，不利于推廣使用；另外紅外測溫易 受環(huán)境及周圍的電磁場干擾，由于開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹小，無法安裝紅外測溫探頭(因為 探頭必須與被測物體保持一定的安全距離，并需要正對被測物體的表面)，要求被測量點能 夠在視野內(nèi)并無遮掩，并且表面干凈以確保準(zhǔn)確性，因此使用紅外成像儀對其進行溫度測 量時有死角出現(xiàn)，無法全部監(jiān)測到；紅外成像儀進行測量必須要工作人員拿著儀器到現(xiàn)場 進行測量，無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程、實時監(jiān)測，浪費大量的人力；在對戶外的刀閘等進行監(jiān)測時，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)測失效。[0009]四、有源無線測溫:有源的無線溫度傳感器尺寸通常相對較大且需經(jīng)常更換電池， 系統(tǒng)維護成本較高，同時，電池不適于在高溫狀態(tài)下工作，溫度過高會影響電池正常工作， 最終影響測量精度，甚至?xí)霈F(xiàn)誤報警；另外當(dāng)電池電量不足時，會出現(xiàn)誤報警的現(xiàn)象，影 響監(jiān)測精度；另外目前大部分的無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)的觸點溫度監(jiān)測時，無法實現(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)備觸點溫度無線監(jiān)測的裝置。[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:無源無線測溫天線裝置，無源 無線測溫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，傳感器天線采用螺旋天線。[0012]所述傳感器天線為法向方向上全向的螺旋天線。[0013]所述無源無線測溫傳感器中的傳感器天線通過射頻無線網(wǎng)絡(luò)與溫度采集器的采 集器天線相連進行通訊。[0014]所述采集器天線采用偶極子天線。[0015]所述采集器天線為螺旋臂偶極子天。[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:一、本發(fā)明在無源無線測溫傳感器上設(shè)置螺旋天線，能夠很好的解決開關(guān)柜空間狹小 的問題，而且各個方向都能夠接收到溫度采集器的查詢信號，在溫度采集器上設(shè)置螺旋臂 偶極子天線，能夠使得溫度采集器在其安裝位置可以隨意調(diào)整，整體降低了工程上調(diào)整天 線之間方向性對準(zhǔn)的難度；二、無需電源，減少電池產(chǎn)生的高維護費及誤報警，傳感器采用被動感應(yīng)方式，無需電 池驅(qū)動，減少了電池更換帶來的維護成本，同時不會對生態(tài)環(huán)境造成影響；三、安全可靠，無線的溫度采樣方式無需在被測點或相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)上連線，傳感器與接 收設(shè)備之間無電氣聯(lián)系，從而實現(xiàn)了高壓隔離，保障設(shè)備安全運行；四、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)無線傳輸，安裝方便靈活， 不受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間影響。【專利附圖】

【附圖說明】[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(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)明中傳感器天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中采集器天線的結(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為無源無線測溫 傳感器、6為溫度采集器、7為采集器天線。【具體實施方式】[0018]如圖1所示，本發(fā)明無源無線測溫天線裝置，無源無線測溫傳感器5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，傳感器天線4采用螺旋天線，所述無源無線 測溫傳感器5中的傳感器天線4通過射頻無線網(wǎng)絡(luò)與溫度采集器6的采集器天線7相連進 行通訊。[0019]所述叉指換能器I (簡稱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)。[0020]所述反射柵2是實現(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現(xiàn)。[0021]本發(fā)明在使用過程中需要配備能夠發(fā)射和接收無線射頻信號的溫度采集器6，溫 度傳感器直接安裝在被測物體表面，它負(fù)責(zé)接收探詢射頻信號，并返回帶溫度信息的射頻 信號到溫度采集器6,溫度傳感器是采用聲表面波(Surface Acoustic Wave)傳感技術(shù)設(shè) 計，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) 原理被自動轉(zhuǎn)化成了電信號，傳感器的工作原理是將射頻信號發(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)回電信號而獲取溫度數(shù)據(jù)。[0022]本發(fā)明的溫度采集過程包括如下步驟:一、溫度采集器6通過它的天線發(fā)射射頻 脈沖，二、脈沖信號被傳感器天線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制，使得溫度數(shù)據(jù)測量得以實現(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，此射頻信號由采集器上的天線收到后進行處理；五、由于諧振 器的高質(zhì)量特性，即使訪問波具有50Hz的帶寬，也確保了反射回來的信號包含了精確的射 頻信息；六、反射回來的射頻頻率變化與溫度的變化成比例關(guān)系。[0023]所述溫度采集器6負(fù)責(zé)與一組溫度傳感器通信，發(fā)射測溫探詢射頻信號到溫度傳 感器，接收溫度傳感器的返回信號，并解析成溫度信息發(fā)送回溫度監(jiān)測主站軟件系統(tǒng)，溫度 采集器6連接有采集器天線7，所述采集器天線7嵌在開關(guān)柜內(nèi)壁，這樣以來可以屏蔽外部 的電波干擾，而溫度采集器6的其他部分(接收箱)則安裝在開關(guān)柜的外面，采集器天線7通 過與柜體的間隙穿過隔板吸附在柜壁，溫度采集器6放置在頂部，此柜門無需停電即可開 啟，方便管理人員進行操作。[0024]天線是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的部件，是聯(lián)系發(fā)射裝置和接收裝置的重要工 具，其基本功能為接收和輻射電磁波，在本無源傳感系統(tǒng)中，為增大無線傳感距離，可采用的方法有:提高天線的增益和性能；增大發(fā)射機的發(fā)射功率和接收機的接收靈敏度；本系 統(tǒng)工作于429-436MHZ公用波段，國家規(guī)定該波段的信號發(fā)射功率不得超過IOmW,接收機的 靈敏度到達(dá)一定程度后就很難提升，高靈敏度的接收機成本也非常大，設(shè)計高性能天線可 以很明顯的改善無線傳感系統(tǒng)的性能，因而天線的設(shè)計具有很重要的意義。[0025]根據(jù)天線的特性可知:具有定向性的天線的增益比全向天線要高，方向性越明顯， 在其最大輻射方向上的增益最大，另外，天線之間的無線通信性能受天線與傳輸線、負(fù)載間 的阻抗匹配程度影響，天線與傳輸線和負(fù)載的阻抗匹配得越好，天線就可以更大程度的信 號源的能量發(fā)射出去或?qū)⒔邮盏男盘柲芰總鬟f出去。[0026]如圖2和圖3所示，所述傳感器天線4為法向方向上全向的螺旋天線，能夠很好的 解決開關(guān)柜空間狹小的問題，而且各個方向都能夠接收到溫度采集器6的查詢信號；所述 采集器天線7為螺旋臂偶極子天線，能夠使得溫度采集器6在其安裝位置可以隨意調(diào)整，整 體降低了工程上調(diào)整天線之間方向性對準(zhǔn)的難度。[0027]上述采集器天線7在433M處理論上總長度為34cm，對此工程上不能接受，本發(fā)明 中，我們將偶極子天線的兩臂用螺旋狀的金屬絲代替，并在金屬絲上鍍銀(實驗表明鍍銀比 鍍銅和鍍金時天線的增益更大)，這樣做的好處是，螺旋狀的纏繞實現(xiàn)了較小的橫向長度， 而有效長度仍然可達(dá)34cm。其最大輻射方向增益達(dá)到2.8dB ;所述傳感器天線4在法向上 為全方向輻射，但其增益較?。槐景l(fā)明中，采集器天線7的阻抗接近50Ω，與同軸傳輸線相 匹配；傳感器天線4與傳感頭的阻抗相匹配，這樣可以達(dá)到最佳通信效果；實驗表明，在室 夕卜，本無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定工作距離可達(dá)3m ;在開關(guān)柜內(nèi)，信號更強，保持在穩(wěn)定的無線傳 感狀態(tài)。[0028]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施 例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(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.無源無線測溫天線裝置，其特征在于:無源無線測溫傳感器(5)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，傳感器天線(4)采用螺旋 天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無源無線測溫天線裝置，其特征在于:所述傳感器天線(4)為 法向方向上全向的螺旋天線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無源無線測溫天線裝置，其特征在于:所述無源無線測 溫傳感器(5)中的傳感器天線(4)通過射頻無線網(wǎng)絡(luò)與溫度采集器(6)的采集器天線(7) 相連進行通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無源無線測溫天線裝置，其特征在于:所述采集器天線(7)采 用偶極子天線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無源無線測溫天線裝置，其特征在于:所述采集器天線(7)為 螺旋臂偶極子天線。
【文檔編號】G01K11/26GK103557958SQ201310490433
【公開日】2014年2月5日 申請日期: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, 李洪霞, 周春紅, 靳鍵云, 閆永芳, 邢林敏, 閆俊杰, 趙群, 王秋云, 陳長棟 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山西省電力公司臨汾供電公司