一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)利用半導(dǎo)體材料在入射光波長不變時其光反射率隨著溫度的變化而變化這一特性，通過測量半導(dǎo)體材料反射光的強弱來實現(xiàn)對被測對象進行測溫。本發(fā)明具有高絕緣性、抗電磁干擾、抗腐蝕、防爆、防雷擊的特點，能在惡劣的壞境下工作；測量精度高，范圍大，反應(yīng)靈敏；溫度檢測探頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、安裝方便；可多機組網(wǎng)進行檢測的特點。
【專利說明】一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)備綜合監(jiān)控領(lǐng)域使用的傳感檢測系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種 半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的許多電力設(shè)備，例如高壓開關(guān)柜、高壓電纜等都在高電壓、大電流 的狀態(tài)下運行。由于在使用過程中的機械振動、觸頭燒蝕等原因，可能造成接觸處溫度升 高，引起接觸處的氧化，使接觸電阻進一步增加，溫度進一步上升，繼而出現(xiàn)局部熔焊或產(chǎn) 生火花甚至電弧放電，殃及周圍絕緣材料，最終造成電氣設(shè)備的損壞，引發(fā)事故。而對于電 氣連接部位，例如高壓開關(guān)柜觸頭及接點、干式變壓器、箱式變電站、變電站、高壓母線接 頭、高壓電纜接頭、刀閘開關(guān)等在長期運行過程中，因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱現(xiàn)象時有 發(fā)生；同時，由于供電負荷過大，電機開停時的沖擊電流，加速了開關(guān)柜以及電纜接頭的老 化，近年來已發(fā)生多起開關(guān)柜連接點、電纜頭過熱造成的停電事故。因此，對電力設(shè)備溫度 的監(jiān)測，實行電力設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，意義重大。
[0003] 目前對電力設(shè)備或者電氣連接點的監(jiān)測手段大多采用手持式紅外線測溫儀定期 進行，難以實現(xiàn)安全準確測溫，設(shè)備缺乏跟蹤監(jiān)測手段，不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱點，并且設(shè) 備的安全可靠性得不到有效保證。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述部分問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)利用半導(dǎo) 體材料在入射光波長不變時其光反射率隨著溫度的變化而變化這一特性，通過測量透過半 導(dǎo)體材料的光的強弱來實現(xiàn)對被測對象進行測溫。
[0005] 本發(fā)明具有如下特點：
[0006] (1)所述系統(tǒng)的溫度檢測探頭具有高絕緣性、抗電磁干擾、抗腐蝕、防爆、防雷擊的 特點，能在惡劣的壞境下工作；
[0007] (2)先進的光纖及光電子技術(shù)，在溫度測點與主機之間使用光纖進行高壓隔離和 信號傳輸，因此具有本質(zhì)的抗干擾能力；
[0008] (3)系統(tǒng)測量精度高，范圍大，反應(yīng)靈敏；
[0009] (4)溫度檢測探頭結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小巧、安裝方便；
[0010] (5)溫度檢測探頭一次安裝，無須維護；
[0011] (6)可多機組網(wǎng)，實現(xiàn)全范圍的溫度數(shù)據(jù)檢測；
[0012] (7)主機具有故障報警功能，為檢修工作提供便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1某種半導(dǎo)體材料的光譜隨溫度變化示意圖；
[0014] 圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖3封裝套管示意圖。

【具體實施方式】
[0016] 在一個基礎(chǔ)的實施例中，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)利用 半導(dǎo)體材料在入射光波長不變時其光反射率隨著溫度的變化而變化這一特性，通過測量半 導(dǎo)體材料反射光的強弱來實現(xiàn)對被測對象進行測溫。
[0017] 在這個實施例，所述系統(tǒng)主要利用半導(dǎo)體材料的吸收光譜隨溫度變化的特性來實 現(xiàn)。當一定波長的光通過半導(dǎo)體材料時，主要引起的吸收式本征吸收，即電子從價帶激發(fā)到 導(dǎo)帶引起的吸收。對直接躍遷型材料，能夠引起這種吸收的光子能量hv必須大于或等于材 料的禁帶寬度E g，即：
[0018] hv ^ Eg = hvg (I)
[0019] 式中，h為普朗克常數(shù)，v是頻率。從上述公式（1)中可看出，本征吸收光譜在低頻 方向必然存在一個頻率界限V g,當頻率低于Vg時不可能產(chǎn)生本征吸收。一定的頻率Vg對應(yīng) 一個特定的波長A g，稱為本征吸收波長，可以用下式求解找到提供光源的波長范圍：
[0020] 4 =7'其中c為光速。
[0021] 根據(jù)固體物理理論，直接躍遷型半導(dǎo)體材料的吸收波長是隨著溫度的變化而變化 的。如圖1所示是某種半導(dǎo)體材料的光譜變化隨溫度變化的示意圖。當溫度升高時，這種半 導(dǎo)體材料本征吸收波長變大，透射率曲線向長波長方向移動，但形狀不變；反之，當溫度降 低時，這種半導(dǎo)體材料本征吸收波長變小，透射率曲線保持形狀不變而向短波長方向移動。 當光源的光譜輻射強度不變時，半導(dǎo)體材料總透射率就隨其溫度發(fā)生變化，溫度越高，總透 射率越低。通過測量透過半導(dǎo)體材料的光的強弱即可達到測溫的目的。
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的闡述。
[0023] 在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括主機，如圖2中黑線框中所示部分，所述主機中包 括光分路器模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、信號放大轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，其中，所述光分路器 模塊內(nèi)有光分路器，用于將多個傳感器傳回的光信號分發(fā)到所述光電轉(zhuǎn)換模塊中，由所述 光電轉(zhuǎn)換模塊中相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器進行光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到的電信號進 入所述信號放大轉(zhuǎn)換模塊，在所述信號放大轉(zhuǎn)換模塊中電信號被放大并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳 給所述數(shù)據(jù)處理模塊，在所述數(shù)據(jù)處理模塊中計算出溫度值。
[0024] 優(yōu)選的，所述主機采用插板式可擴展面板設(shè)計，方便更換模塊，同時也方便根據(jù)實 際需要增加或者減少模塊，所述面板上包括電源插孔、通信接口和溫度檢測探頭接口。所述 主機可使用AC85?265V或者DC 110?370V的電源，所述通信接口包括RS232, RS485。
[0025] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括溫度檢測探頭，所述溫度檢測探頭通過光纖與主機上的 溫度檢測探頭接口相連，所述溫度檢測探頭通過鍍膜技術(shù)將半導(dǎo)體材料均勻鍍在光纖軸向 的橫截端面上，再通過陶瓷管和航空膠將鍍好半導(dǎo)體膜的光纖封裝而成，通過使用絕緣材 料封裝可以使所述溫度檢測探頭具有高絕緣性、抗電磁干擾、抗腐蝕、防爆、防雷擊的特點， 能在惡劣的壞境下工作。
[0026] 由下述公式（2)可以看出，在半導(dǎo)體材料上反射回來的光強I和光學厚度nL有 關(guān)：
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體點式測溫系統(tǒng)，其特征在于： 所述系統(tǒng)利用半導(dǎo)體材料在入射光波長不變時其光反射率隨著溫度的變化而變化這 一特性，通過測量半導(dǎo)體材料反射光的強弱來實現(xiàn)對被測對象進行測溫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括主機，所述主機中包括光分 路器模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、信號放大轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊； 其中，所述光分路器模塊用于將多個傳感器傳回的光信號分發(fā)到所述光電轉(zhuǎn)換模塊 中，由所述光電轉(zhuǎn)換模塊中相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器進行光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過轉(zhuǎn)換得到 的電信號進入所述信號放大轉(zhuǎn)換模塊，在所述信號放大轉(zhuǎn)換模塊中電信號被放大并進行模 數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給所述數(shù)據(jù)處理模塊，在所述數(shù)據(jù)處理模塊中計算出溫度值； 所述系統(tǒng)還包括溫度檢測探頭，所述溫度檢測探頭通過光纖與主機上的溫度檢測探頭 接口相連，所述溫度檢測探頭將半導(dǎo)體材料均勻鍍在光纖軸向的橫截端面上，再通過陶瓷 管和航空膠將鍍好半導(dǎo)體膜的光纖封裝而成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：優(yōu)選的，所述主機采用插板式可擴展面板 設(shè)計，所述面板上包括電源插孔、通信接口和溫度檢測探頭接口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度檢測探頭使用封裝套管封裝，所 述封裝套管的一端有一突出的空心圓柱，所述空心圓柱的橫截面為圓環(huán)，所述圓環(huán)的外徑 小于所述封裝套管的直徑，所述圓環(huán)的內(nèi)徑以能固定溫度檢測探頭接口為準；在所述封裝 套管的另一端有一突出柱體，所述柱體的橫截面有兩條相同長度的平行邊，每條邊所在的 柱體表面為矩形平面；與兩條邊相連的是兩條圓弧，所述柱體橫截面的圓弧能與所述封裝 套管的橫截面重合；所述柱體有橫貫柱體矩形平面的螺孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)使用激光器提供光源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述激光器使用帶半導(dǎo)體制冷器的蝶形 激光器，通過設(shè)計溫度閉環(huán)反饋控制的調(diào)制電路和光功率閉環(huán)反饋控制電路來實現(xiàn)激光器 的恒溫。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于：當所述溫度檢測探頭的信號傳輸光纖為 普通光纖時，為所述光纖套上絕緣增爬器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述溫度檢測探頭使用絕緣增爬光纖傳 輸信號，所述絕緣增爬光纖為在光纖表面采用耐高溫耐高壓的絕緣材料包裹。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述主機能夠?qū)y得的溫度以固定的時 間周期存儲溫度數(shù)據(jù)，其中所述時間周期能夠在主機中進行設(shè)置；通過所述通信接口，所述 主機能夠向外圍設(shè)備或系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)；所述主機能夠設(shè)置預(yù)警閾值，如果所測溫度值高于 預(yù)警閾值，則所述主機以聲或光的形式報警。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述半導(dǎo)體材料為直接躍遷型。
【文檔編號】G01K11/00GK104374489SQ201410562578
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】張欣, 黃榮輝, 向真, 仝芳軒, 張寧 申請人:深圳供電局有限公司, 上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司