專利名稱：：一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及溫度監測裝置，具體的說是一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置。
背景技術：
：現代社會對電能的依賴性極高，用電密度越大的地區對電的依賴性越高，因而對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求。作為目前普遍使用的小車式開關柜，由于斷路器與開關柜之間采用插頭聯接，當小車與開關柜因制造、運輸及安裝不良等都將引起觸頭接觸不良，接觸電阻增大，出現觸頭溫升過高，甚至燒毀，造成停電，這些現象在大電流開關柜上尤為突出，且影響極大。為避免此類事故的發生，開發一種能即時監測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切。由于高壓開關處于高電壓、高溫度、強磁場以及極強的電磁干擾環境中，要實現對觸頭的測溫，必須解決電子測量裝置在上述惡劣環境條件下的適應性。目前的測溫工作方式有被動式測溫和主動式測溫兩種形式。被動式測溫需要接收測量點幅射出的遠紅外波，通過判斷遠紅外波長來確定測量點溫度；而主動式測溫則是通過埋設在測量點的溫度傳感器直接測量溫度。被動式測量的優點在于通過凸透鏡直接接收測量點發出的遠紅外波，接收器(傳感器)可遠離測量點，解決了高壓隔離以及傳感器環境溫度高的問題，測量系統結構簡單；其缺點是只可測量在傳感器直視范圍內的測量點溫度，這往往成為致命的弱點。主動式測量的優點在于測量點位置不受限制，傳感器安裝布置靈活；其缺點是必需解決傳感器在高溫、強電場、強磁場環境條件下的工作可靠性、傳感器與主機之間的高電壓隔離以及傳感器自身的工作電源問題。如上所述可知，作為開關柜的附加功能系統，測溫裝置必須要解決以下問題(1)高壓隔離實現高壓設備在線監測，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個問題有兩個途徑一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離。空間隔離，信號可由光傳送或無線電傳送。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長的沿面爬電距離。(2)抗干擾措施高壓開關柜運行在高電壓、大電流的狀態，系統事故瞬間還出現強烈的電磁暫態過程，這些都產生強電場、磁場及強電磁干擾，這對于微電子系統及微弱信號處理非常不利。為消除這些干擾，同時采用軟、硬件抗干擾措施，在軟件設計上應用數字編碼、解碼技術，剔除干擾信號，并使用了軟件濾波技術；在硬件上采用金屬屏蔽，加強各級濾波消除高頻干擾。(3)供電方式為消除強電場的影響，溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源不能從外部供給，只能由內部產生，為此，在主導電回路上安裝一感應線圈作為電源。(4)熱穩定性溫度檢測器安裝在主導電回路上，測量點溫度可達12(TC以上，這就要求檢測器有良好的熱穩定性。(5)實用性實際應用必須做到工作可靠、結構簡單、體積小巧、便于安裝又不影響開關柜的結構性能，而且產品的價格易被用戶接受。(6)為實現上述目標，選用通用、標準、可靠的元器件，在保證實際需要的前提下，既降低成本，便于安裝施工。
發明內容針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，解決以下兩個問題(1)供電方式問題；(2)高壓隔離問題。為達到以上目的，本發明采取的技術方案是一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，包括取電電源和紅外通信的無線數據采集器，其特征在于所述取電電源包括上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2相對設置構成可拆分矩形微晶鐵芯，左右兩側的用于連接矩形母線的間隙處填充有粘接膠7，且所述間隙處套裝有連接護套4，矩形母線3設置在上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2之間，下半矩形鐵芯2上設有副邊取電線圈5，副邊取電線圈5的高壓抽頭11、中壓抽頭12和低壓抽頭13通過繞組切換繼電器K切換后，和整流濾波穩壓電路6連接，上半矩形鐵芯l和下半矩形鐵芯2的材質為超微晶合金。在上述技術方案的基礎上，整流濾波穩壓電路6為整流濾波加DC/DC變換穩壓電路。在上述技術方案的基礎上，繞組切換繼電器K和整流濾波加DC/DC變換穩壓電路間并聯有大功率雙向TVS瞬時電壓抑制器件TVS-1、TVS-2。在上述技術方案的基礎上，在整流濾波電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。在上述技術方案的基礎上，在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。在上述技術方案的基礎上，在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件片。在上述技術方案的基礎上，所述紅外通信的無線數據采集器，包括分別和嵌入式微控制器94連接的模擬量輸入電路91、開關量輸入電路92、鋰電池供電路93、紅外發射電路95和紅外接收電路96，紅外發射電路95包括多個串聯的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括3個呈品字形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括4個呈矩形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括5個以上呈扇形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括9個按3X3矩陣分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94中包括至少一個用于連接PC機的RS232串口。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94的型號為C8051F350。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94的型號為C8051F350。本發明所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，配置有可拆分矩形微晶鐵芯的高壓母線取電電源，采取從高壓母線或電纜感應取電，體積小，供電的母線或電纜的電流范圍大，由于沒有與低壓側有任何電氣連接，與母線采用等電位方式，不存在絕緣擊穿或影響原供電系統的絕緣性能，可實現連續輸出穩定直流電源。具有以下優點-1，上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2采用超微晶合金，具有體積小，磁場強度高，渦流損耗小的優點。2，上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2構成可拆分矩形微晶鐵芯，便于安裝和施工。3，其固定的裝置可采用卡扣結構，固定方便。4，采用副邊線圈，可以根據母線電流的大小，在后面的整流濾波電路中可以自適應地切換副邊繞組的匝數，在母線電流大范圍波動時穩壓電路仍然得到穩定直流電壓。本發明所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，還配置有微功耗紅外通信的無線數據采集器，采用空間隔離的方式解決了高壓隔離問題，利用940nm近紅外波段的紅外光為傳遞信息的載體，采用多個發射管串聯同時發送通信，使得數據通信的覆蓋方位角增大，通信距離變遠，最遠可以達到8米左右。嵌入式微控制器C8051F350帶有模擬/數字轉換器A/D，程序可以動態地改變自身工作的晶體振蕩器地頻率，因此可采用改變工作頻率的方式，使得微控制器的功耗低，供電電壓在3.6V時，在不通信時35mA，通信時瞬時電流在15mA。紅外通信是利用940nm近紅外波段的紅外線為傳遞信息的載體，即通信信道。發送端用脈時調制(PPM)方式，將二進制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，并利用該脈沖序列驅動紅外線發射管以光脈沖的形式向外發射紅外光，而接收端將接收到的光脈沖信號轉換成電信號，在經過放大、濾波等處理后送給解調電路進行解調，還原成二進制數字電信號后輸出。簡而言之，紅外通信的實質就是對二進制數字信號進行調制與解調，以便利用紅外信道進行傳輸，而紅外通信接口就是針對紅外信道的調制解調器。紅外通訊采用點對點的數據傳輸協議，是目前國際上普遍采用的無線傳輸技術。它采用紅外波段內的近紅外線，波長在0.75um至25um之間，通訊距離一般在0到1米之間，它的頻率高于微波而低于可見光。本發明有如下附圖圖l本實用新型的結構示意圖圖2自動切換取電線圈匝數的控制電路圖3自動切換取電線圈匝數的繼電器控制電路圖4整流和過壓保護電路圖5DC/DC變換電路芯片的功能框圖圖6DC/DC變換電路圖圖7采用NCP699的線性穩壓電路和引腳說明圖圖8線性穩壓電路輸出和過壓保護電路圖圖9微功耗紅外通信的無線數據采集器的結構框圖圖IO紅外發射電路實施例圖ll鋰電池供電路實施例圖12嵌入式微控制器實施例圖13紅外數據接收裝置的結構框圖實施例圖14紅外數據通信的接收電路和PC上位機通信接口電路實施例具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明公開了一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，包括取電電源和紅外通信的無線數據采集器，所述取電電源包括上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2相對設置構成可拆分矩形微晶鐵芯，左右兩側的用于連接矩形母線的間隙處填充有粘接膠7，且所述間隙處套裝有連接護套4，矩形母線3設置在上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2之間，下半矩形鐵芯2上設有副邊取電線圈5，副邊取電線圈5的高壓抽頭11、中壓抽頭12和低壓抽頭13通過繞組切換繼電器K切換后，和整流濾波穩壓電路6連接，上半矩形鐵芯l和下半矩形鐵芯2的材質為超微晶合金。在上述技術方案的基礎上，整流濾波穩壓電路6為整流濾波加DC/DC變換穩壓電路。在上述技術方案的基礎上，繞組切換繼電器K和整流濾波加DC/DC變換穩壓電路間并聯有大功率雙向TVS瞬時電壓抑制器件TVS-1、TVS-2。在上述技術方案的基礎上，在整流濾波電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。在上述技術方案的基礎上，在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。在上述技術方案的基礎上，在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件片。在上述技術方案的基礎上，所述紅外通信的無線數據采集器，包括分別和嵌入式微控制器94連接的模擬量輸入電路91、開關量輸入電路92、鋰電池供電路93、紅外發射電路95和紅外接收電路96，紅外發射電路95包括多個串聯的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括3個呈品字形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括4個呈矩形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括5個以上呈扇形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括9個按3X3矩陣分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94中包括至少一個用于連接PC機的RS232串口。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94的型號為C8051F350。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94的型號為C8051F350。本發明中所述的取電電源是一種可拆分矩形微晶鐵芯的高壓母線取電電源，主要用于高壓母線取電，應用在高壓系統回路的監控系統中，如高壓柜的高壓開關溫度監控和母線的電流測量，取代使用電池供電，具體來說涉及母線和高壓電纜穿過微晶鐵芯作為原邊線圈，纏繞在微晶鐵芯的線圈作為二次副邊線圈向整流濾波電路提供交流供電，再通過穩壓電路輸出穩定的直流電壓，為高壓側二次儀表提供電能。如圖1、2所示，本發明所述的可拆分矩形微晶鐵芯的高壓母線取電電源，包括由上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2相對設置構成的可拆分矩形微晶鐵芯，左右兩側的用于連接矩形母線的間隙處填充有粘接膠7，且所述間隙處套裝有連接護套4，矩形母線3設置在上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2之間，下半矩形鐵芯2上設有副邊取電線圈5，副邊取電線圈5的高壓抽頭11、中壓抽頭12和低壓抽頭13通過繞組切換繼電器K切換后，和整流濾波穩壓電路6連接，上半矩形鐵芯1和下半矩形鐵芯2的材質為超微晶合金。上述技術方案中，可拆分矩形微晶鐵芯的矩形外形是為了便于矩形母線穿過鐵芯和便于方便、快捷的安裝施工，鐵芯使用的超微晶合金是一種新型的軟磁材料，超微晶合金軟磁材料具有優越的綜合電磁性能及良好的應用前景，具有體積小、性能高、價格低廉的優點，已開始逐步取代傳統的硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等電磁器件，用于電磁器件領域。在上述技術方案的基礎上，整流濾波穩壓電路6為整流濾波加DC/DC變換穩壓電路。具體地說可分為整流濾波電路、DC/DC變換電路和穩壓電路三大塊，整流濾波穩壓電路6的所有器件可采用SMT表面貼裝工藝，使其體積小，工藝緊湊，可靠性提高。上述技術方案中，整流濾波穩壓電路6中的直流穩壓電路采用DC/DC變換電路，在整流濾波輸出電壓波動范圍大(4V—40V)的情況下仍然能正常工作，輸出電流大，可達到1A的電流輸出。DC/DC變換電路可采用自激振蕩的MC34063開關電壓芯片，MC34063開關電壓芯片的功能框圖如圖5所示，圖6為一個可用于本發明中的DC/DC變換電路的具體實施例，其外圍電路簡單，實用性強，成本低。圖4所示的整流和過壓保護電路即為一個可用于本發明中的整流濾波電路的具體實施例，輸入的交流電壓通過JPW連接器接到D1，D2，D3,D4，D5,D6組成的整流和過壓保護電路，R1和C1消除高頻信號和浪涌脈沖，D1和D6是雙向TVS浪涌電壓吸收管，C2，C3，C4和C5起到濾波作用，整流管采用SS14肖特機基二極管，降低二極管的壓降。圖7、8為一個可用于本發明中的穩壓電路的具體實施例，圖7為采用NCP699的線性穩壓電路和引腳說明圖，圖8為線性穩壓電路輸出和過壓保護電路圖，根據需要，NCP699可以選擇輸出3.3V和3.0V，其中U2為輸出電壓過壓保護電路，型號為MMBZ5V6ALT1，相當于一個穩壓管的作用，防止輸出電壓過壓。C8、C9、CIO、C11和U3組成線性低壓差穩壓電路。在上述技術方案的基礎上，如圖2所示，繞組切換繼電器K和整流濾波加DC/DC變換穩壓電路間并聯有大功率雙向TVS瞬時電壓抑制器件TVS-l、TVS-2，可防止交流輸入高壓擊穿整流管和濾波電路過壓損壞。在上述技術方案的基礎上，在整流濾波電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件，可防止濾波輸出直流過壓，損壞其后面的DC/DC變換穩壓電路和芯片。大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件的具體設置方式可采用現有技術實現。在上述技術方案的基礎上，在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件，可防止DC/DC變換穩壓電路輸出直流過壓，損壞其后面供電的相應的電路和芯片。大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件的具體設置方式可采用現有技術實現。本發明為了解決在母線電流大范圍波動情況下切換不同的線圈抽頭為后面的整流電路提供比較穩定的電壓，使整流濾波穩壓電路6的輸出電壓穩定，如圖2所示的自動切換取電線圈匝數的控制電路，通過繞組切換繼電器K的常開和常閉觸點在圖3所示的控制電路控制下，自動切換取電線圈的匝數，調節輸出的交流電壓大小，并在TVSl和TVS2的保護下防止浪涌電壓對后面電路的影響。g卩根據母線電流的大小，可自適應地切換副邊繞組的匝數，在母線電流大范圍波動的情況下，穩壓電路仍然得到穩定的直流電壓。圖3所示的自動切換取電線圈匝數的繼電器控制電路中，當VIN比較小時，D8不導通，Ql的基集為低電平，Ql不導通，使匝數較高的抽頭通過繞組切換繼電器K(型號為HRAH-S-5-DC5V)的常閉觸點接到輸入保護和整流濾波電路。反之，當VIN比較高時，D8導通，Ql的基集為高電平，Ql導通，繼電器得電閉合，使匝數較低的抽頭通過繼電器K的常開觸點接到輸入保護和整流濾波電路，自動切換取電線圈的匝數，調節輸出的交流電壓大小，并在TVS-1和TVS-2的保護下防止浪涌電壓對后面電路的影響。取電電源的工作過程如下采用可拆分微晶矩形鐵芯的線圈(類似開口式穿芯電流互感器)從高壓母線或高壓電纜線路中獲取感應交流電源，經過繞組切換繼電器K切換繞組連接到整流濾波電路，再通過DC/DC穩壓開關電源電路穩壓，輸出穩定的直流電壓，向相應的儀器和儀表，或者檢測電路供電，并且在每一級電路中采用雙向或者單向大功率TVS瞬時電壓抑制器件保護其輸出電路。當感應線圈的輸入交流信號電壓過高時，通過滯后回環的比較器電路控制繼電器閉合，切換到匝數較小的繞組，降低輸入的交流電壓，防止損壞后面的整流濾波和DC/DC變換電路。本發明中所述的取電電源具有以下優點和功能(1)根據母線電流大小和負荷情況，自動切換取電線圈的匝數，防止輸入交流電壓過高，損壞后面的穩壓電路。(2)在交流側采用TVS1和TVS2二極管吸收浪涌電壓。(3)采用肖特基整流二極管SS14構成整流橋，降低整流橋的電壓降，是的在比較小的母線電流情況下，后面的DC/DC變換電路也能正常工作。(4)在DC/DC變換電路中采用MC34063，它的輸入電壓范圍廣，從4一38V都能正常工作，而且成本低。(5)整個系統采用SMT表貼工藝，體積小，滿足高壓環境的要求。(6)使用電壓等級范圍廣，由于沒有二次側，只要滿足安全絕緣距離，從低壓系統到超高壓供電系統，都可以使用。本發明中，高壓矩形母線從矩形鐵芯的中間通過，整個取電裝置沒有二次接地和絕緣問題，整個電路參考地電位和高壓母線組成等電位體，不存在絕緣和擊穿問題，而只要保證相鄰母線直接在相應電壓等級的安全距離即可。只要母線上有一定的負荷電流，下半矩形鐵芯上的線圈就可以感應一定的電壓，在母線負荷電流小的情況下，通過繼電器K的切換，輸出比較高的電壓。本發明中，通過四個鍺管SS14整流，濾波后得到直流電壓，該直流電壓在母線電流變換時波動很大，只要該電壓在4V—40V之間變換，通過后面的MC34063就可以得到穩定直流電壓，為了與后面的線性低壓差穩壓電路配合輸出3.3V的直流電壓，在圖6中，選取R3=4.7KQ，R4=2KQ，W1=1KQ是為了微調輸出電壓，使輸出電壓在3.8V左右，該電壓輸入到NCP699，在NCP699的輸出3.3V的低紋波噪聲的直流電壓，供給相應的電路。為了保證整流濾波后得到直流電壓不超過38V的上限電壓1、在整流前的交流回路并上D1雙向穩壓管，限制交流電壓不超過25V左右。2、在整流后電路通過R2和雙向大功率穩壓管在整流后的電路通過R2和雙向大功率穩壓管，限制輸出電壓不超過30V，以防過壓損壞MC34063芯片。3、其中R1和C1為瞬時浪涌電壓吸收電路。4、C2、C3、C4、C5為濾波電容。如圖9所示，本發明所述的紅外通信的無線數據采集器是一種微功耗紅外通信的無線數據采集器，包括分別和嵌入式微控制器94連接的模擬量輸入電路91、開關量輸入電路92、鋰電池供電路93、紅外發射電路95和紅外接收電路96,紅外發射電路95包括多個串聯的紅外發射管。每個紅外發射管的指向不同方位，可同時多方位的發送通信，增大了發射方位角，克服因為接收管和發射管因對不準而造成的通信不可靠的問題。上述技術方案中所述的電路均可采用現有技術實現。紅外發射電路95包括至少3個紅外發射管。本發明采用多個紅外線發射管的發射電路/單個紅外接收管FT002的電路的方式，從而解決現有的紅外線接收/發射裝置通信時接收方向角度小技術問題。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括3個呈品字形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括4個呈矩形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括5個以上呈扇形分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，紅外發射電路95包括9個按3X3矩陣分布的紅外發射管。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94中包括至少一個用于連接PC機的RS232串口。在上述技術方案的基礎上，嵌入式微控制器94的型號為C8051F350。圖10為紅外發射電路95的一個具體實例，由型號為74LS02的或非門U4A、U4B、電阻R38、R18、R19、C17和電位器RW1組成38KHz的振蕩電路，輸出38KHz的方波信號到U4C的8腳，與來自嵌入式微控制器4的發送數據信號TXD相或非后，經過電阻R17驅動三極管Q6的基極，驅動940nm的三個紅外發射管LED-1、LED-2和LED-3,R16、C15和C16組成電源退耦電路，防止紅外發射管工作時的干擾紋波的影響。該電路采用三個紅外發射管同時發射工作，使得通信的可靠性得到提高。由TXD來控制信號發送，當TXD信號為高電平時，禁止發送紅外信號；若TXD信號為低電平時，反向后的異步串行數據調制38KHz載波，然后推動達林頓管Q6，使紅外發射管發送信號。紅外發射管采用HG505中功率紅外二級管，峰值發射波長為940nm，輻射功率為50mW左右。圖11為鋰電池供電路93的一個具體實施例，在圖11所示的DC/DC變換供電電源電路中，電池或者外接電源從連接器JBATT引入，經過DC/DC變換集成電路MIC4680和相應的外圍電路后，從連接器J3輸出穩定的3.3V直流電源給嵌入式微控制器94供電，其中RIO、R33和C8組成電源的開關使能電路。Ll、D14、C9、CIO、Rll、R12、D15、D16、R13、C12和C13組成輸出濾波和保護電路，D15起防止電源過壓保護的作用，D16起防止電源接反保護的作用。圖11中連接器J3連接一個大容量的法拉級的雙電解層電容Cll，防止發送紅外信號的沖擊電流對電源的影響。該電源電路具有輸入電壓范圍寬，從4.5V到40V都可以工作，電源紋波低的特點。圖12為嵌入式微控制器的一個具體實施例，其核心是型號為C8051F350的嵌入式微控制器，C8051F350內部帶有24位A-2結構的A/D轉換器，自帶模擬切換電子開關。電阻R32R39和電容C24C31組成輸入一階低通濾波電路，來自連接器JAIN的8路輸入模擬信號經過輸入一階低通濾波電路后，連接到C8051F350的A/D的輸入端IN1IN8進行轉換成數字信號。來自連接器JIO-1和連接器JI0-2的數字開關量信號由微控制器POO和POl口(13、14引腳)讀入，把相應的模擬信號和數字信號進行數組編碼，組成一個需要發送的數據包。R25和C19組成復位電路，晶體振蕩器l、R26、C22和C23組成微控制器C8051的工作時鐘產生電路，R32、R9、C15組成紅外接收器receiver的電源退耦濾波電路。該時鐘頻率在嵌入式微控制器內部根據功耗要求動態地分頻工作，以降低嵌入式微控制器的功耗。PC機本身并不具備紅外通信接口，利用單片機W77E58的串行接口1與紅外發射和接收電路組成一個與紅外數據采集器的通信接口，PC機與單片機W77E58系統的紅外串行通信接口，如圖13所示。圖13是紅外數據接收裝置結構框圖，包括嵌入式微控制器W777E58、紅外收發射電路和RS232串口通信電平轉換電路，負責與上位機通信。利用單片機W77E58的一個串行接口與紅外發射和接收電路組成一個紅外數據采集器的通信接口，利用單片機W77E58的另一個串行接口通過RS232電平轉換電路連接到PC機的RS232通信口，將紅外接收電路采集的數據通過W77E58組成的接收終端發送到PC機，以便以后的數據儲存和分析。W77E58的另一個串行接口還可通過RS232轉USB電纜連接到PC接USB接口，將紅外數據采集器的采集的數據通過W77E58的中繼接收和轉發到PC，以便以后的數據儲存和分析。艮卩紅外接收電路96中微控制器W77E58中包括兩個串口，一個用于紅外數據采集裝置的紅外光通信，另一個用于連接PC機的RS232串口。為滿足本發明需要隨時隨地地可移動采集數據，本發明可以通過RS232串口相連到PC機的串口，或者通過RS232轉USB的轉接電纜連接到PC機的USB接口，數據可以直接存儲到PC，可以實時地分析處理和存儲到硬盤系統。在圖14所示的紅外數據通信的接收電路和PC上位機通信接口電路中，采用專用紅外數據通信接收集成電路FT002T(如圖12中標號為RECEIBER器件)連接到J3的4、5和3腳，它采用3腳單列直插式塑料封裝，內部包括自動偏置控制電路、前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波、積分比較和施密特整形輸出電路等。它具有自動偏壓控制電路(ABLC)，以均衡放大強弱不同的信號，再配合少量外接元件，能完成對紅外信號遙控接收與處理的全部功能。紅外信號經光敏二極管進行光電轉換后，在IC內部經過兩級放大、帶通濾波、峰值檢波和積分整形后，由第3腳輸出串行數據信號RXD。FT002T是塑封一體化紅外線接收器，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，沒有紅外遙控信號時為高電平，收到紅外信號時為低電平，而體積和普通的塑封三極管大小一樣，它適合于各種紅外線遙控和紅外線數據傳輸。圖14是圖13的具體實現的電路圖，由W77E58組成接收終端接收紅外數據采集器的采集的數據。紅外接收解調器通過連接插件C0N5連接通過W77E58的串口1，或非門U5A，U5B和U5C的作用如同圖10—致，產生38KHz的紅外調制信號，Q2的作用如同圖10中的Q6，控制紅外發送，在C0N5的2腳連接紅外發送管，C0N5的5腳、4腳和3腳連接紅外接收解調器件，在3腳解調出數據信號送到W77E58的TXD腳。W77E58的另一個串口引腳P13和P12通JP2連接到RS232電平變換芯片MAX3232芯片，將接收到紅外數據采集器的數據中繼轉發到PC，以便以后的數據儲存和分析，該串口輸出的RS232電平連接到PC串行接口。在該電路中，由變壓器Tl和整流橋DR1、穩壓電路U8LM7805組成電源供電電路，非門U4B和U4C組成通信的接收和發送指示電路，在幾ED連接發光二極管，指示發送和接收工作狀態。本發明利用940nm近紅外波段的紅外線為傳遞信息的載體，采用低功耗的嵌入式微控制器和紅外通信技術，替代普通電磁無線通信，完成數據采集通信功能，整個采集器采用表面貼裝技術，使得采集器體積小、功耗低、便攜和成本低廉特點，根據需要隨時隨地地可移動釆集數據，經過與PC機相連的接收器，通過RS232串口相連到PC機的串口，或者通過RS232轉USB的轉接電纜連接到PC機的USB接口，存儲到PC，可以實時地分析處理和存儲到硬盤系統。綜上所述，所述的紅外通信的無線數據采集器的優點是1、由于采用了紅外數據通信技術，相比與無線電磁波數據傳輸，沒有電磁干擾，特別適用于電力高壓系統、醫院和攜帶心臟起搏器人員的特殊環境人員使用。本發明采用多個紅外線發射/單個接收裝置，包括多個紅外線發射管、紅外線接收管、紅外數據發射調制電路和數據采集控制的微控制器C8051F350,從而解決現有的紅外線接收/發射裝置不能同時探測多個方向數據通訊的技術問題。2、由于采用紅外線傳輸數據，形成了數據通信設備非接觸的方式，徹底隔離了雷電、沖擊電壓、線路短路或感應電流等的影響，真正起到了全面保護串行通信的作用，同時還能解決因環境因素或受工作制約無法采用有線通信的設備，具有一定的實用性。3、采用紅外光線進行信號傳送，它具有隔離徹底、結構簡單、抗干擾能力強、工作可靠等特點。4、紅外溫度采集器與測溫點處于同一等電位體，減少電場的影響。5、為消除隨機干擾，利用觸頭溫度變化相對緩慢的特點，對檢測點信號反復接收，多次采集，排除異常數據以保證數據可靠，整機有了較好的抗干擾能力，測量數據穩定可靠。6、開關柜工作電流變化很大，一般可達十幾倍，為保證感應線圈能提供較為穩定的電源，利用微晶鐵芯磁飽和原理，適當選擇鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩壓裝置，向檢測器提供穩定可靠的電源。7、測溫探頭與溫度采集器之間用導線聯接，檢測器可遠離高溫區，安裝在導電回路溫度較低處(一般可在8(TC以下)，從而降低了檢測器耐高溫的要求，使系統達到較高的熱穩定性。紅外通信的無線數據采集器應用實例在高壓回路中，經常要監控各種電力參數，如溫度、電壓、電流、振動和絕緣狀況等，高壓側本身無法供電，也不能采取電阻和電容接地分壓來供電，這樣會影響系統的絕緣性能，可以采用本紅外數據采集器，利用高能鋰電池供電，相應的成本低，系統簡單，可靠性高。由于沒有與低壓側有任何電氣連接，與母線采用等電位方式，不存在絕緣擊穿或影響原供電系統的絕緣性能。紅外傳數據采集器制作簡單，使用方便。如上所述，本發明公開的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，該裝置的電路部分主要包括一種采用微晶鐵芯的高壓母線感應取電電源和低功耗的紅外通信的無線溫度采集器。其中，高壓母線感應取電電源其特征在于由微晶矩形鐵芯、多抽頭線圈、整流濾波和穩壓電路組成，鐵芯為對稱可拆分矩形微晶材料，矩形外形是為了便于矩形母線穿過鐵芯和安裝施工。鐵芯使用的超微晶合金是一種新型的軟磁材料，超微晶合金軟磁材料具有優越的綜合電磁性能及良好的應用前景，具有體積小、性能高、價格低廉的優點，已開始逐步取代傳統的硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等電磁器件，用于電磁器件領域。多抽頭副邊線圈解決在母線電流大范圍波動情況下切換不同的線圈抽頭為后面的整流電路提供比較穩定的電壓，使穩壓電路的輸出電壓穩定。而紅外溫度數據通信的無線數溫度據采集器，其特征在于高壓母線感應取電電源供電下，由半導體溫度傳感器LM35和帶有模擬/數字轉換A/D低功耗的微處理器C8051F350和紅外數字通信溫度數據收發電路組成，整個溫度采集器采用表面貼裝技術，使得采集器體積小、功耗低、便攜和成本低廉特點。溫度采集器與溫度顯示終端通過紅外溫度數據通信，在LCD屏上顯示相應相的母線和電纜的接頭和觸頭的溫度，通過RS485或者RS232相連到PC機的串口，或者通過RS232/RS485轉USB的轉接電纜連接到PC機的USB接口，存儲溫度溫度數據到PC，可以實時地分析處理和存儲到硬盤系統。由于采用了紅外溫度數據通信技術，相比與無線電磁波溫度數據傳輸，沒有電磁干擾，特別適用于電力高壓系統。本發明采用多個紅外線發射/單個接收裝置的溫度顯示終端，包括多個串連紅外線發射管、紅外線接收管、紅外溫度數據發射調制電路和溫度數據采集控制的微控制器C8051F350，從而解決現有的紅外線接收/發射裝置不能同時探測多個方向溫度數據通訊的技術問題。本發明具有自供電功能，采用數字測溫，解決了高壓隔離難題，可靠的檢測高壓開關三相觸頭的實時溫度，及時、準確發出報警信號，保證電網供電安全。本發明采用半導體溫度傳感器元件對高壓、超高壓或者高壓母線以及高壓電纜的接頭和高壓開關的觸頭等進行在線的溫度監測系統，采用了新型的微晶鐵芯母線感應電源和紅外溫度數據通信的溫度數據采集器，利用950nm近紅外波段的紅外線為傳遞信息的載體，采用低功耗的嵌入式微控制器和紅外通信技術，替代普通電磁無線通信，完成溫度數據采集通信功能，整個采集器采用表面貼裝技術，使得采集器體積小、功耗低、便攜和成本低廉特點，根據需要隨時隨地可移動采集溫度數據，經過與PC機相連的接收器，通過RS232串口相連到PC機的串口，或者通過RS232轉USB的轉接電纜連接到PC機的USB接口，存儲到PC，可以實時地分析處理和存儲到硬盤系統。首先介紹微晶鐵芯的高壓母線感應取電電源的設計是針對目前高壓側監控供電需要解決的問題，研制出一種微晶鐵芯高壓母線或電纜感應取能供電的的供電電源，可以實現連續在線輸出直流電源。本發明目的是這樣實現的可拆分矩形微晶矩形鐵芯的多抽頭高壓母線感應取電線圈，它由可拆分矩形微晶鐵芯、多抽頭線圈、整流濾波電路和直流穩壓輸出組成，繞在固定鋁盒的微晶鐵芯上的多抽頭線圈先經過控制切換的繼電器1常閉觸頭相連到整流濾波電路連接，整流濾波輸出的直流電壓由穩壓電路輸出穩定的直流電壓，該直流電壓與電壓比較電路比較，如果高于設定的電壓值，繼電器1得電閉合，切換到副邊匝數小的繞組，降低副邊輸入的交流電壓，這樣不管原邊高壓母線側的負荷電流比較大，還是可以輸出比較穩定的直流電壓，輸出功率根據直流電壓的負載，相應設計微晶鐵芯的截面積來確定，其特征為可拆分矩形微晶鐵芯，線圈采用多抽頭出線方式。具有以下優點，1、鐵芯采用微晶鐵芯，磁導率高，磁強強度高，渦流損耗小。2、采用多抽頭的副邊線圈。3、自適應地切換多抽頭副邊線圈的繞組，適用母線和電纜負荷電流范圍大。4、后端的直流穩壓電路采用DC/DC變換電路，在整流濾波輸出電壓波動范圍大(4V—40V)的情況下仍然能正常工作，輸出電流大，可達到1A的電流輸出。5、后端的直流穩壓電路采用DC/DC直流變換電路采用自激振蕩的MC34063開關電壓芯片，外圍電路簡單。6、在其副邊線圈的交流輸出采用大功率雙向TVS瞬時電壓抑制器件，防止交流輸入高壓擊穿整流管和濾波電路過壓損壞。7、在其整流管和濾波電路輸出電路采用大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件，防止濾波輸出直流過壓，損壞其后面的DC/DC直流變換電路和芯片。8、在其DC/DC直流變換輸出電路采用大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件，防止DC/DC直流變換輸出直流過壓，損壞其后面供電的相應的電路和芯片。9、所有器件采用SMT表面貼裝工藝，使其體積小，工藝緊湊，可靠性提高。本發明裝置采用可拆分微晶矩形鐵芯的線圈(類似開口式穿芯電流互感器)從高壓母線或高壓電纜線路中獲取感應交流電源，經過繼電器切換繞組連接到整流濾波電路，再通過DC/DC穩壓開關電源電路穩壓，輸出穩定的直流電壓，向相應的儀器和儀表，或者檢測電路供電，并且在每一級電路中采用雙向或者單向大功率TVS瞬時電壓抑制器件保護其輸出電路。當感應線圈的輸入交流信號電壓過高時，通過滯后回環的比較器電路控制繼電器閉合，切換到匝數較小的繞組，降低輸入的交流電壓，防止損壞后面的整流濾波和DC/DC變換電路。其次介紹紅外數據通信的溫度數據采集器的設計本發明的紅外通信是利用940nm近紅外波段的紅外線為傳遞信息的載體，采用多個發射管串連同時多方位的發送通信，使得通信的指向性的方位角大，通信距離遠，可以達到在0到8米之間，采用改變工作頻率的方式，使得微控制器的功耗低，供電電壓在3.6V時，在不通信時3—5mA，通信時瞬時電流在15mA。本發明采用多個紅外線發射/單個接收裝置，包括多個串連紅外線發射管、紅外線接收管、紅外數據發射調制電路和數據采集控制的微控制器C8051F350，從而解決現有的紅外線接收/發射裝置不能同時探測多個方向數據通訊的技術問題。本裝置的微控制器為C8051F350，內部帶有24位A-S結構的A/D轉換器，自帶模擬切換電子開關，來自連接器JAIN的1到8個溫度傳感器LM35輸入的8路模擬信號經過R32和C24等組成輸入一階低通濾波電路，連接到C8051F350的A/D的輸入端進行轉換成數字信號，如圖9所示。來自JI0-1和JI0-1的數字開關量信號由微控制器P0和P1口讀入，把相應的模擬信號和數字信號進行數組編碼，組成一個需要發送的數據包，其包結構如下-發送數據包的結構<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>本發明實施由兩個半矩形微晶鐵芯、多抽頭取電線圈、副邊線圈匝數自動控制電路和繼電器切換電路、整流濾波電路、DC/DC變換電路MC34063和線性低壓差穩壓電路NCP699組成，根據需要，NCP699可以選擇輸出3.3V和3.0V，其中高壓矩形母線從矩形鐵芯的中間通過，整個取電裝置沒有二次接地和絕緣問題，整個電路參考地電位和高壓母線組成等電位體，不存在絕緣和擊穿問題，而只要保證相鄰母線直接在相應電壓等級的安全距離即可。只要母線上有一定的負荷電流，下半矩形鐵芯上的多抽頭線圈就可以感應一定的電壓，在母線負荷電流小的情況下，通過繼電器K的切換，輸出比較高的電壓，通過四個鍺管SS14整流，濾波后得到直流電壓，該直流電壓在母線電流變換時波動很大，只要該電壓在4V一40V之間變換，通過后面的MC34063就可以得到穩定直流電壓，為了與后面的線性低壓差穩壓電路配合輸出3.3V的直流電壓，在圖5中，選取R3二4.7KQ，R4=2KQ，W1=1KQ是為了微調輸出電壓，使輸出電壓在3.8V左右，該電壓輸入到NCP699,在NCP699的輸出3.3V的低紋波噪聲的直流電壓，供給相應的電路。為了便于安裝和調試，鐵芯采取兩個半矩形微晶鐵芯，相當于開口式電流互感器結構，為了保證在瞬時大母線負荷電流通過時，取電線圈不產生高壓輸出，設計時使鐵芯磁通飽和。權利要求1.一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，包括取電電源和紅外通信的無線數據采集器，其特征在于所述取電電源包括上半矩形鐵芯(1)和下半矩形鐵芯(2)相對設置構成可拆分矩形微晶鐵芯，左右兩側的用于連接矩形母線的間隙處填充有粘接膠(7)，且所述間隙處套裝有連接護套(4)，矩形母線(3)設置在上半矩形鐵芯(1)和下半矩形鐵芯(2)之間，下半矩形鐵芯(2)上設有副邊取電線圈(5)，副邊取電線圈(5)的高壓抽頭(11)、中壓抽頭(12)和低壓抽頭(13)通過繞組切換繼電器K切換后，和整流濾波穩壓電路(6)連接，上半矩形鐵芯(1)和下半矩形鐵芯(2)的材質為超微晶合金。2.如權利要求1所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于整流濾波穩壓電路(6)為整流濾波加DC/DC變換穩壓電路。3.如權利要求2所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于繞組切換繼電器K和整流濾波加DC/DC變換穩壓電路間并聯有大功率雙向TVS瞬時電壓抑制器件TVS-1、TVS-2。4.如權利要求2或3所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于在整流濾波電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。5.如權利要求2或3所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件。6.如權利要求4所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于在DC/DC變換電路的輸出端設有大功率單向TVS瞬時電壓抑制器件片。7.如權利要求1所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于所述紅外通信的無線數據采集器，包括分別和嵌入式微控制器(94)連接的模擬量輸入電路(91)、開關量輸入電路(92)、鋰電池供電路(93)、紅外發射電路(95)和紅外接收電路(96),紅外發射電路(95)包括多個串聯的紅外發射管。8.如權利要求7所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于紅外發射電路(95)包括3個呈品字形分布的紅外發射管。9.如權利要求7所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于紅外發射電路(95)包括4個呈矩形分布的紅外發射管。10.如權利要求7所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于紅外發射電路(95)包括5個以上呈扇形分布的紅外發射管。11.如權利要求7所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于紅外發射電路(95)包括9個按3X3矩陣分布的紅外發射管。12.如權利要求7或8或9或10或11所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于嵌入式微控制器(94)中包括至少一個用于連接PC機的RS232串口。13.如權利要求7或8或9或10或11所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于嵌入式微控制器(94)的型號為C8051F350。14.如權利要求12所述的高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，其特征在于嵌入式微控制器(94)的型號為C8051F350。全文摘要一種高壓柜母線和電纜接頭和觸頭的溫度在線監測裝置，包括取電電源，所述取電電源包括上半矩形鐵芯和下半矩形鐵芯相對設置構成可拆分矩形微晶鐵芯，左右兩側的用于連接矩形母線的間隙處填充有粘接膠，且所述間隙處套裝有連接護套，矩形母線設置在上半矩形鐵芯和下半矩形鐵芯之間，下半矩形鐵芯上設有副邊取電線圈，副邊取電線圈的高壓抽頭、中壓抽頭和低壓抽頭通過繞組切換繼電器K切換后，和整流濾波穩壓電路連接。本發明所述的溫度在線監測裝置采取從高壓母線或電纜感應取電，體積小，供電的母線或電纜的電流范圍大，由于沒有與低壓側有任何電氣連接，與母線采用等電位方式，不存在絕緣擊穿或影響原供電系統的絕緣性能，可實現連續輸出穩定直流電源。文檔編號G01K7/00GK101666686SQ20091017756公開日2010年3月10日申請日期2009年9月16日優先權日2009年9月16日發明者濤彭,李享元,黃尚平申請人:武漢本杰明自動化設備工程有限公司