開關柜聲表面波saw測溫系統的制作方法

開關柜聲表面波saw測溫系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型是開關柜聲表面波SAW測溫系統，其結構包括聲表面波溫度傳感器1、聲表面波收發天線7、饋線9、控制器。優點：1)解決了高壓隔離、傳感器供電和布線隔離等問題；2)小型聲表面波溫度傳感器，直接置于發熱點，在控制器上直接顯示各觸頭的實時溫度，并可以進行多種參數設置及查詢，安全性極高，性能穩定可靠，體積小，直接安裝在開關柜中的梅花觸頭上，實現發熱點溫度的實時監測，且與控制器之間數據無線傳輸，安裝方便靈活不受開關柜結構和空間影響。夾具采用直接緊貼梅花觸頭的觸指，可以工作在高壓、局電流、局磁場、易燃易爆、有腐蝕、粉塵等各種惡劣的運用場合進行溫度測量；3)支持開放的通訊接口，易于實現的系統集成。
【專利說明】開關柜聲表面波SAW測溫系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及的是一種用于開關柜測溫的聲表面波SAW測溫系統，屬于聲表面波監測【技術領域】。

【背景技術】
[0002]電力系統的開關柜在長期運行過程中，斷路器手車的梅花觸頭常出現表面氧化、觸電點老化等問題，造成設備過熱甚至嚴重事故。而開關柜為密閉設備，空間狹小，一般的人工巡查較為麻煩，也做不到實時測溫。觸頭測溫的解決尤其重要。現有的解決方案主要有以下兩種:
[0003]1、無線測溫解決方案
[0004]a)感應取電方式感應取電方式因為其結構的原因，其體積都比較大，無法安裝在觸頭上，甚至在一些類型的開關柜中無法安裝，安裝方式比較繁瑣，開關柜后期的升級改造基本上不太可能實現。感應取電測溫受感應線上電流影響很大，感應取電測溫受其內部電容或者電池使用壽命的影響，在開關柜中的運行也只能有5年左右。
[0005]b)電池供電方式電池一直無法解決體積與容量的關系。由于電池體積偏大的原因，無法安裝在觸頭上。電池在高溫環境下壽命大大縮短，I 一 2年后必須更換電池才可繼續使用。電力維護規程中2年檢修時間不可能僅僅因為電池耗盡而將電力開關柜停用來更換電池。電池取電方式，后期維護成本很高。
[0006]2、光纖測溫解決方案
[0007]光纖“本質安全”解決了光纖在開關柜測溫中的無源難題。但是光纖必須在開關柜中布放大量的光纖，并引出開關柜外部進行測量。開關柜中的粉塵在長期工作中將會吸附在光纖表面，容易產生光纖表面污染，并導致光纖沿表面放電。安全系數大大降低。
[0008]聲表面波SAW測溫技術是溫度、壓力和位移等有效的探測手段。應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原理被自動轉化成了電信號。其探測原理工作原理是將射頻信號發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回電信號而獲取溫度數據。表面波技術的最大好處是利用了傳感器的被動工作原理在非常規的運行環境下(高電壓，高電流)實現無線溫度數據采集。目前市場有無線溫度監測和紅外線溫度監測，它們的缺點是易受電磁干擾，需要供電。如熱電偶帶電和紅外線直接照射等，在開關柜上不能采用。
[0009]業內有用聲表面波技術實現的開關柜測溫的方案，但都是實現開關柜中母排、連接頭的測溫，均沒有實現斷路器手車上梅花觸頭的直接測量，主要原因是溫度傳感器均采用桿狀、彈簧類天線，體積大，無法安裝在梅花觸頭上，則無法實現開關柜中梅花觸頭溫度的直接測量。國內外均沒有專門用于開關柜梅花觸頭測溫的聲表面波溫度傳感器的先例。


【發明內容】

[0010]本實用新型提出的是一種開關柜聲表面波SAW測溫系統，其目的旨在克服現有技術所存在的上述缺陷。解決了測溫系統的無源無線、斷路器手車上梅花觸頭發熱點直接測量和開關柜后期升級改造難度大燈問題，將大大提高本系統在高壓大電流環境中運行的安全性，采用聲表面波和數據傳輸技術，可在高壓、高電流、高磁場、易燃易爆的環境下進行溫度測量，能被應用于電力、化工和隧道等領域。
[0011]本實用新型的技術解決方案:開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是包括聲表面波溫度傳感器、聲表面波收發天線、饋線、控制器；其中聲表面波溫度傳感器、與聲表面波收發天線對應設置，控制器中的SAW采集器通過射頻天線連接器、饋線連接聲表面波收發天線，聲表面波溫度傳感器安裝在開關柜中的觸指上，所述觸指與斷路器手車上的動觸頭接觸。
[0012]本實用新型的優點:
[0013]I)解決高壓隔離、傳感器供電和布線隔離等問題，聲表面波本身就是采用無線技術，設計獨有的小型聲表面波溫度傳感器，直接置于發熱點，在控制器上直接顯示各觸頭的實時溫度，并可以進行多種參數設置及查詢，安全性極高，性能穩定可靠。
[0014]2)聲表面波溫度傳感器體積小，直接安裝在開關柜中的梅花觸頭上，實現發熱點溫度的實時監測，且與控制器之間數據無線傳輸，安裝方便靈活不受開關柜結構和空間影響。夾具采用直接緊貼梅花觸頭的觸指，同時不影響梅花片的正常使用，效果幾乎到達與觸點問溫度。
[0015]3)聲表面波溫度傳感器實現無源方式工作，體積小、安裝方便、抗干擾能力強、不使用電池，安全可靠，符合電力系統的絕緣要求；安裝成功后基本無需維護，實現較高的頻率進行溫度信息的采集，數據實時性高。
[0016]4)利用聲表面波的原理進行監測電力開關柜觸點的溫度，它采用了聲表面波技術、和數據傳輸技術，聲表面波溫度傳感器可以工作在高壓、高電流、高磁場、易燃易爆、有腐蝕、粉塵等各種惡劣的運用場合進行溫度測量。
[0017]5)具有監測點溫度異常自動報警功能，并實現聲光報警。
[0018]6)支持開放的通訊接口，易于實現的系統集成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是開關柜聲表面波SAW測溫系統結構安裝示意圖。
[0020]圖2-1是控制器顯示、控制部分的主視結構示意圖。
[0021]圖2-2是圖2-1的后視圖。
[0022]圖2-3是圖2-1的仰視圖。
[0023]圖3-1是控制器采集、電源部分的主視結構示意圖。
[0024]圖3-2是圖3-1的后視圖。
[0025]圖3-3是圖3-1的側視圖。
[0026]圖3-4是圖3-1的俯視圖。
[0027]圖4 -1是聲表面波溫度傳感器的主視結構示意圖。
[0028]圖4-2是圖4-1的側視圖。
[0029]圖4-3是圖4-1的剖視圖。
[0030]圖5是開關柜聲表面波SAW測溫系統的功能不意圖。
[0031]圖6是控制器的功能示意圖。
[0032]圖7是聲表面波溫度傳感器的功能示意圖。
[0033]圖中的I是聲表面波溫度傳感器、2是彈簧、3是觸指、4是靜觸頭、5是動觸頭、6是斷路器手車、7是聲表面波收發天線、8是擋板、9是饋線、10是儀表室門、11是顯示控制部分、12是采集和電源部分、13是開關柜、14是A外殼、15是天線、16是薄膜面板、17是數碼管、18是運行指示燈、19是告警指示燈、20是薄膜按鍵、21是A扁平電纜接口、22是蜂鳴器、23是系統升級接口、24是后蓋、25是B扁平電纜接口、26保險絲、27是交流輸入口、28是電源開關、29是射頻天線連接器、30是B外殼、31是標簽、32是FPC天線、33是上蓋、34是A彈片、35是電路組件、36是支座、37是B彈片、38是卡箍、A是繼電器儀表室、B是斷路器室、C是母線室。

【具體實施方式】
[0034]對照附圖，開關柜聲表面波SAW測溫系統，其結構包括聲表面波溫度傳感器1、聲表面波收發天線7、饋線9、控制器；其中聲表面波溫度傳感器1、與聲表面波收發天線7對應設置，控制器中的SAW采集器通過射頻天線連接器29、饋線9連接聲表面波收發天線7，聲表面波溫度傳感器I安裝在開關柜13中的觸指3上，所述觸指3與斷路器手車6上的動觸頭5接觸，工作時，聲表面波溫度傳感器I把表示開關柜13中觸指3的溫度轉換成無線信號，通過聲表面波收發天線7送至控制器進行采集分析并顯示，其到達整個信號傳輸路徑都實現無線，實現高壓隔離。
[0035]所述聲表面波溫度傳感器I的數量為1-6個，具體使用數量按需要安裝，聲表面波收發天線7安裝在斷路器室B中的擋板8上。
[0036]所述控制器分為顯示控制11、采集和電源12 二部分，其中顯示控制部分11中的微處理器第一信號輸出/輸入端通過復位管理模塊、扁平電纜與采集和電源部分12中的SAW米集器的第一信號輸入/輸出端對應相接，微處理器的第二信號輸出/輸入端通過扁平電纜與采集和電源部分12中的SAW采集器的第二信號輸入/輸出端對應相接。
[0037]微處理器的第一信號輸出/輸入端通過復位管理模塊、扁平電纜與采集和電源部分12中的SAW米集器的第一信號輸入/輸出端對應相接。
[0038]采集和電源部分12與顯示控制部分11是分別安裝在繼電器儀表室A的儀表室門10的內外兩側。
[0039]對照圖2-1、2-2、2_3，圖6，顯示控制部分11，其結構包括A外殼14、天線15、薄膜面板16、數碼管17、運行指示燈18、告警指示燈19、薄膜按鍵20、A扁平電纜接口 21、蜂鳴器22、系統升級接口 23 ;其中天線15安裝在A外殼14的頂部，在該A外殼14的前表面上覆蓋有薄膜面板16，在A外殼14內裝有6組數碼管17，該數碼管17用于顯示溫度值等參數，在薄膜面板16上設有5個薄膜按鍵20，該薄膜按鍵20用于查詢設置參數，在薄膜按鍵20旁設運行指示燈18和告警指示燈19，在A外殼14的后表面上設A扁平電纜接口 21，該A扁平電纜接口 21用于與控制器采集和電源部分12中的B扁平電纜接口 25連接，在A外殼14的底部設有蜂鳴器22和系統升級接口 23 ;顯示控制部分11還包括一個微處理器，該微處理器的一個信號輸出端與Zigbee無線模塊的信號輸入端相接，Zigbee無線模塊的信號輸出端連接2.4GHz天線。
[0040]工作時，A扁平電纜接口 21接收控制器采集和電源部分12傳來的各聲表面波溫度傳感器的溫度信息，經過微處理器分析轉換，在數碼管17上進行顯示；可通過薄膜進行參數設置查詢，當溫度超過設定的閾值，告警指示燈19將會閃爍，蜂鳴器22鳴叫提示用戶。
[0041]對照圖3-1、3-2、3-3、3-4，圖6，采集和電源部分12，其結構包括后蓋24、B扁平電纜接口 25、保險絲26、交流電輸入口 27、電源開關28、射頻天線接口 29、B外殼30 ;其中在B外殼30的后部裝有后蓋24，在該后蓋24上設B扁平電纜接口 25，在B外殼30的一側面上設有保險絲26、交流電輸入口 27、電源開關28和射頻天線接口 29 ;B扁平電纜接口 25用于與控制器顯示和控制部分11的A扁平電纜接口 21連接，射頻天線接口 29用于與饋線9連接。采集和電源部分12還包括一個SAW采集器，SAW采集器連接聲表面波收發天線7。
[0042]工作時，通過交流電輸入口 27提供本設備的工作電源，并通過B扁平電纜接口 25為控制器顯示和控制部分11提供工作電源，射頻天線接口 29通過饋線9與天線15相連，實現與聲表面波溫度傳感器I的無線連接。將采集到的溫度信息通過扁平電纜接口送至顯示控制部分11。
[0043]對照圖4-1-4-3、圖7，聲表面波溫度傳感器1，其結構包括標簽31、FPC天線32、上蓋33、電路組件35、支座36、A彈片34、B彈片37、卡箍38 ;其中卡箍38與支座36相接，該支座36上內裝有電路組件35，電路組件35上裝有A彈片34和B彈片37，該A彈片34與FPC天線32相接，上蓋33蓋在支座36上，在上蓋33的上表面上設有標簽31 ;聲表面波溫度傳感器I中的聲表面波溫度轉換芯片通過匹配網絡連接FPC天線32。
[0044]表面波溫度傳感器的長為20mm、寬為18mm、高為25臟，小型的聲表面波溫度傳感器直接安裝在觸指上，本聲表面波溫度傳感器與觸指的接觸面積的尺寸是長為13.2_、寬為6_，通過導熱性優良的鍍金彈片與觸指接觸。實現了觸指實時溫度的監測。同時不影響梅花觸頭的動作。
[0045]本聲表面波溫度傳感器中的采用了內置的FPC天線技術，體積小，可靠穩定。
[0046]本聲表面波溫度傳感器的外殼材料選用聚酰亞胺材料，具備優異的耐熱性，滿足電力開關柜的工作環境要求。
[0047]工作時，電路組件35通過B彈片37實時測量斷路器手車6中觸指3的溫度，并通過與A彈片34相連的FPC天線32將溫度信息傳輸到天線15。
【權利要求】
1.開關柜聲表面波SAW測溫系統,其特征是包括聲表面波溫度傳感器、聲表面波收發天線、饋線、控制器；其中聲表面波溫度傳感器、與聲表面波收發天線對應設置，控制器中的SAff采集器通過射頻天線連接器、饋線連接聲表面波收發天線，聲表面波溫度傳感器安裝在開關柜中的觸指上，所述觸指與斷路器手車上的動觸頭接觸。
2.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述聲表面波溫度傳感器的數量為1-6個。
3.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述控制器分為顯示控制、采集和電源二部分，其中顯示控制部分中的微處理器的第一信號輸出/輸入端通過復位管理模塊、扁平電纜與米集和電源部分中的SAW米集器的第一信號輸入/輸出端對應相接，微處理器的第二信號輸出/輸入端通過扁平電纜與采集和電源部分中的SAW采集器的第二信號輸入/輸出端對應相接。
4.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述采集和電源部分與顯示控制部分是分別安裝在繼電器儀表室的儀表室門的內外兩側。
5.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述顯示控制部分，其結構包括A外殼、天線、薄膜面板、數碼管、運行指示燈、告警指示燈、薄膜按鍵、A扁平電纜接口、蜂鳴器、系統升級接口 ；其中天線安裝在A外殼的頂部，A外殼的前表面上覆蓋有薄膜面板，A外殼內裝有6組數碼管，薄膜面板上設有5個薄膜按鍵，A外殼的后表面上設A扁平電纜接口，該A扁平電纜接口與采集和電源部分中的B扁平電纜接口連接，A外殼的底部設有蜂鳴器和系統升級接口 ；顯示控制部分還包括一個微處理器，該微處理器的一個信號輸出端與Zigbee無線模塊的信號輸入端相接，Zigbee無線模塊的信號輸出端連接2.4GHz天線。
6.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述采集和電源部分，其結構包括后蓋、B扁平電纜接口、保險絲、交流電輸入口、電源開關、射頻天線接口、B外殼；其中B外殼的后部裝有后蓋，該后蓋上設B扁平電纜接口，B外殼的一側面上設有保險絲、交流電輸入口、電源開關和射頻天線接口；B扁平電纜接口與控制器顯示控制部分中的A扁平電纜接口連接，射頻天線接口與饋線連接，采集和電源部分還包括一個SAW采集器，SAW采集器連接聲表面波收發天線。
7.根據權利要求1所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述聲表面波溫度傳感器，其結構包括標簽、FPC天線、上蓋、電路組件、支座、A彈片、B彈片、卡箍；其中卡箍與支座相接，該支座上內裝有電路組件，電路組件上裝有A彈片和B彈片，該A彈片與FPC天線相接，上蓋蓋在支座上，在上蓋的上表面上設有標簽；聲表面波溫度傳感器中的聲表面波溫度轉換芯片通過匹配網絡連接FPC天線。
8.根據權利要求7所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述聲表面波溫度傳感器的長為20mm、寬為18mm、高為25mm，直接安裝在觸指上，聲表面波溫度傳感器與觸指的接觸面積為長13.2mm、寬6mm。
9.根據權利要求8所述的開關柜聲表面波SAW測溫系統，其特征是所述聲表面波溫度傳感器內置FPC天線。
【文檔編號】G01K11/22GK204027723SQ201420414233
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】李想, 張磊, 朱小鋒, 顧慧, 曹旭榮, 胡定寧, 耿巍 申請人:南京普天通信股份有限公司