一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型saw溫度傳感裝置的制造方法
【專利說明】-種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型SAW溫度傳感裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及溫度傳感裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型 SAW溫度傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，高壓電力系統(tǒng)引進(jìn)了各種先進(jìn)的溫度測(cè)試設(shè)備，包括測(cè) 溫蠟片、光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫和有源無線測(cè)溫等方式，然而，這四種方案存在各種隱患和缺 點(diǎn)，雖然基于SAW的無源無線溫度方案早在上世紀(jì)80年代就被提及，但由于其測(cè)溫距離較 短，故一直未能在實(shí)際工程中獲得應(yīng)用。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?01120379839. 2的實(shí)用新型涉及傳感器測(cè)試技術(shù)，具體為一種諧振型 SAW溫度傳感器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，其不同在于：所述系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、SAW傳感器 溫度測(cè)試平臺(tái)，SAW傳感器溫度測(cè)試平臺(tái)包括測(cè)試夾具、測(cè)試電路及外接端口、匹配電路、風(fēng) 槍；測(cè)試電路包括無線讀寫裝置、MCU測(cè)控模塊，無線讀寫裝置設(shè)置有第一天線，測(cè)試夾具 由測(cè)試芯片臺(tái)及自動(dòng)壓片機(jī)構(gòu)構(gòu)成；測(cè)試芯片臺(tái)上配置有SAW天線接口，SAW天線接口上安 裝有與第一天線以無線方式進(jìn)行通信的第二天線；SAW傳感器溫度測(cè)試平臺(tái)的外接端口分 別通過信號(hào)線與網(wǎng)絡(luò)分析儀、計(jì)算機(jī)分別連接，網(wǎng)絡(luò)分析儀與計(jì)算機(jī)互連。該實(shí)用新型具備 測(cè)試室溫下測(cè)量SAW溫度傳感器芯片固有參數(shù)和變化溫度下SAW溫度傳感器芯片動(dòng)態(tài)參數(shù) 的功能。
[0005] 與此同時(shí)，大量在線監(jiān)測(cè)的傳感裝置被分散應(yīng)用，其供電技術(shù)存在很大的局限性， 若采用電池供電，則電池本身在高電壓和強(qiáng)電磁環(huán)境中存在安全隱患；在有限的電池電量 供應(yīng)前提下，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性較差；定期更換的維護(hù)成本巨大；若采用CT感應(yīng)取電，則感應(yīng)取 電裝置體積較大，在狹小的空間內(nèi)安裝困難；安裝過程繁瑣，時(shí)間周期長；母線電流的實(shí)時(shí) 變化造成供電系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊而損壞，同時(shí)變電站復(fù)雜的電磁干擾也會(huì)直接導(dǎo)致電路工作異 常，測(cè)溫裝置易損耗，安全性、可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型SAW溫度 傳感裝置，解決傳統(tǒng)溫度傳感器穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性差的缺點(diǎn)，且供電安全性、可靠性高。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振 型SAW溫度傳感裝置，包括供源裝置以及分別與其連接的傳感單元、遠(yuǎn)程傳輸單元；所述供 源裝置由感應(yīng)取能裝置、整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧托铍姵亟M成；所述傳感單元為單端口結(jié)構(gòu)，包括輸 入輸出換能器及兩個(gè)構(gòu)成聲學(xué)諧振腔的反射柵極；所述遠(yuǎn)程傳輸單元包括定向增益天線、 全向旋轉(zhuǎn)天線與信號(hào)采集器。
[0008] 所述感應(yīng)取能裝置為電場(chǎng)能集能裝置，包括平板電容器，所述平板電容器置于交 變電場(chǎng)中。
[0009] 所述整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧梢粋€(gè)整流器和一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器。
[0010] 所述定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與所述信號(hào)采集器相連 所述信號(hào)采集器連接數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)處理單元包括DSP芯片，所述數(shù)據(jù)處理 單元將傳感單元采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0011] 所述電場(chǎng)能集能裝置收集環(huán)境中產(chǎn)生的高壓線路耦合能量并轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)所述 整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧鞣€(wěn)壓后儲(chǔ)存在所述蓄電池中為所述傳感單元供電。
[0012] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，首先，傳感器基于聲表面波技術(shù)，其主要組成部件為輸 入輸出換能器及兩個(gè)構(gòu)成聲學(xué)諧振腔的反射柵極，無需使用任何電子元器件，避免了因電 子元器件質(zhì)量及壽命導(dǎo)致裝置工作可靠性低的問題。其使用壽命可與被監(jiān)測(cè)設(shè)備同壽命。 既保障了在線監(jiān)測(cè)裝置可持續(xù)穩(wěn)定的對(duì)主設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)也避免了因在線監(jiān)測(cè)裝 置可靠性問題對(duì)主設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)產(chǎn)生不良影響。由于這類聲表面波傳感器實(shí)現(xiàn)了無源無 線的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式，無需使用電池，也不需要在高低電位之間連接電纜，因此具有極 高的安全性，非常適用于在高壓、強(qiáng)電磁環(huán)境中工作，尤其是基于聲表面波原理的溫度傳感 器，填補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)備狀態(tài)參量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的空白。輸入輸出換能器的核心為叉指換能器，這是一 種在壓電晶體上激發(fā)和檢測(cè)聲表面波（SAW)的聲電換能器，是用半導(dǎo)體平面工藝將金屬鋁 沉積在壓電基片上，然后用光刻技術(shù)將金屬薄膜刻成特定尺寸及形狀的結(jié)構(gòu)。SAW的反射柵 極是實(shí)現(xiàn)SAW諧振器的關(guān)鍵器件，SAW基于反射元陣列來構(gòu)成SAW反射鏡，SAW反射柵振有 反射溝槽和反射金屬條帶兩種，其中溝槽反射陣性能較好，不過金屬反射柵陣最易實(shí)現(xiàn)。
[0013] 其次，將感應(yīng)取能技術(shù)應(yīng)用于傳感裝置中，一方面，減少了供源的復(fù)雜度和困難 度，能夠合理利用資源，另一方面，在感應(yīng)取能的供電單元中加入整流器、降壓器、蓄電池以 及穩(wěn)壓電路，能夠有效避免輸電線路在大電流下取能單元吸取能量過剩而燒損電源電路， 減小電源的發(fā)熱量，并將多余的吸取能量進(jìn)行有效儲(chǔ)存，并能夠避免輸電線路電流為小電 流或者斷電的情況下而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電不足，保證取能電源能夠向監(jiān)測(cè)設(shè)備輸出穩(wěn)定 的直流電，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備持久穩(wěn)定運(yùn)行；并且能夠防止取能單元飽和，且使取能單元能夠 發(fā)出瞬時(shí)大功率，增強(qiáng)取能電源帶負(fù)載能力以及適應(yīng)能力。
[0014] 另外，本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性，遠(yuǎn)程傳輸單元運(yùn)用了兩種天 線，即定向增益天線和全向旋轉(zhuǎn)天線，定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與 信號(hào)采集器相連，能起到發(fā)射查詢脈沖和接收攜帶溫度信號(hào)的反饋脈沖的作用，從而降低 了工程上調(diào)整天線之間方向性對(duì)準(zhǔn)的難度；全向旋轉(zhuǎn)天線是在法向方向?yàn)槿虻男÷菪?線，其與SAW傳感器連接，起接收查詢脈沖，并將SAW諧振信號(hào)反饋給發(fā)射天線的作用。這 樣配置天線的原理是：與信號(hào)采集器連接的天線要向多個(gè)SAW探頭發(fā)送查詢脈沖信號(hào)，其 安裝位置可以在規(guī)定范圍內(nèi)隨意調(diào)整，故其為定向的高增益天線；與SAW探頭相連的天線 位置安裝是由被測(cè)點(diǎn)位置所決定的，安裝方向可能會(huì)比較狹小且各個(gè)方向上都需要能接收 到來自信號(hào)采集器的查詢信號(hào)，故運(yùn)用法向上全向的小螺旋天線，降低了工程上調(diào)整天線 之間方向性對(duì)準(zhǔn)的難度。
[0015] 將該種類型的傳感裝置應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中時(shí)，不僅能有效推動(dòng)變電站智能狀 態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)步，從而避免傳統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)裝置大量使用電子元器件、使用電池或CT取電 的供電方式，在安全性、可靠性、穩(wěn)定性等方面存在技術(shù)缺陷的問題。聲表面波技術(shù)采用被 動(dòng)工作方式，無需使用電子元器件和任何電源裝置，實(shí)現(xiàn)了無源無線的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方式，有效 的解決了傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)裝置存在的在安全性、可靠性、穩(wěn)定性等方面存在的問題。同時(shí)，聲 表面波技術(shù)和感應(yīng)取能技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)更多更全面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。這些無疑都是狀 態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的巨大進(jìn)步。而且，可以起到節(jié)約成本和提高設(shè)備安全運(yùn)行水平的效果，一種用 于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型SAW溫度傳感裝置與被監(jiān)測(cè)設(shè)備同壽命，具有極高的可靠性和穩(wěn) 定性；感應(yīng)取能技術(shù)替代傳統(tǒng)的太陽能、蓄電池，均極大的減少了系統(tǒng)的維護(hù)工作量，有利 于節(jié)約成本，同時(shí)，一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型SAW溫度傳感裝置的應(yīng)用既保障了在 線監(jiān)測(cè)裝置的可靠性和穩(wěn)定性，還有利于實(shí)現(xiàn)一些新的更真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量 的監(jiān)測(cè)，從而更加及時(shí)、準(zhǔn)確、全面掌握設(shè)備狀態(tài)。通過實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將各類在線監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)、PMS、SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)上，輔助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)診斷、電網(wǎng)設(shè) 備運(yùn)行狀態(tài)分析等高級(jí)應(yīng)用。綜上，本發(fā)明可以有效克服現(xiàn)有SAW溫度傳感裝置定向性不 強(qiáng)、傳輸距離短的特點(diǎn)，并能廣泛應(yīng)用于各式不便于人工溫度采集的高壓電力設(shè)備上，能有 效提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與安全性，為真正實(shí)現(xiàn)無人值守提供了有效保障。
[0016]
【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2為數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)據(jù)放大模塊圖； 圖3為蓄電池充放電模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1、圖2、圖3所示，一種用于高壓設(shè)備的遠(yuǎn)傳諧振型SAW溫度傳感裝置，包括 供源裝置以及分別與其連接的傳感單元、遠(yuǎn)程傳輸單元；供源裝置由感應(yīng)取能裝置1、整流 穩(wěn)壓?jiǎn)卧?和蓄電池3組成；傳感單元6為單端口結(jié)構(gòu)，包括輸入輸出換能器7及兩個(gè)構(gòu)成 聲學(xué)諧振腔的反射柵極8 ;遠(yuǎn)程傳輸單元9包括定向增益天線10、全向旋轉(zhuǎn)天線11與信號(hào) 采集器12 ;感應(yīng)取能裝置1為電場(chǎng)能集能裝置，包括平板電容器，該平板電容器置于交變電 場(chǎng)中；整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧梢粋€(gè)整流器4和一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器5 ;定向增益天線10為螺旋臂 偶極子天線，通過同軸電纜13與信號(hào)采集器12相連；信號(hào)采集器12連接數(shù)據(jù)處理單元13， 數(shù)據(jù)處理單元包括DSP芯片。
[0019] 數(shù)據(jù)處理單元將傳感單元采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，電場(chǎng)能集能裝置收集環(huán)境 中產(chǎn)生的高壓線路耦合能量并轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧鞣€(wěn)壓后儲(chǔ)存在蓄電池中為 傳感單元供電。感應(yīng)取能裝置為電場(chǎng)能集能裝置，是用平板電容器置于交變電場(chǎng)中，其兩端 感應(yīng)出電流電壓，將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，向負(fù)載進(jìn)行供電；整流穩(wěn)壓?jiǎn)卧ㄟ^集成一個(gè)低損 耗整流器和一個(gè)高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，以通過收集環(huán)境中產(chǎn)生的高壓設(shè)備耦合能量，然后 將這種能量轉(zhuǎn)換成良好調(diào)節(jié)的輸出，為傳感器、數(shù)據(jù)處理單元及對(duì)外通信單元提供能量；溫 度傳感單元為基于聲表面波原理制成的傳感器；數(shù)據(jù)處理單元提供濾波、放大、下變頻、發(fā) 送頻率控制等功能，將傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成采集控制器可直接處