基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統的製作方法

2023-11-08 20:35:47

基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，用於監測地下鋪設的輸電導線溫度，包括取能模塊、終端節點、聲表面波溫度晶片、中心節點，終端節點包括電磁波收發模塊、數據處理模塊、ZigBee通信模塊，各終端節點的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡互相通信，中心節點包括ZigBee中心節點模塊和GPRS發射模塊；聲表面波溫度晶片分布固定在電纜外殼上，電磁波收發模塊與聲表面波溫度晶片互相收發電磁波信號，數據處理模塊將來自聲表面波溫度晶片的電磁波頻率偏移的信號轉換成溫度信號，然後經ZigBee通信模塊發送到ZigBee中心節點模塊，再由中心節點的GPRS發射模塊經GPRS網絡發送到數據管理平臺。本實用新型具有運行成本低、易安裝、壽命長、可實現實時在線監測等優點。
【專利說明】基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電纜溫度的監測系統，具體的說是一種基於聲表面波技術和ZigBee技術的用於監測地下鋪設的輸電導線溫度的監測系統。
【背景技術】
[0002]電力電纜中間接頭溫度在線監測，是通過監測系統監測電力電纜接頭處的實時溫度，然後將所得到的實時監測值與歷史溫度值比較，從而判斷導線接頭絕緣老化狀況、局部過熱點等問題，以便及時發現安全隱患。還可以通過實時監測計算得出導體線芯的溫度，在允許範圍內合理利用電力電纜容量調控負荷，進行動態增容，對於保障電力系統可靠性、穩定性、經濟性等均具有重要意義。
[0003]現有的電力電纜溫度的測量方法，按測溫方式及測溫原理可以分為接觸式和非接觸式,其中接觸式又可以分為點式和線式。
[0004]點式測溫一般採用熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、數字溫度傳感器等點式溫度傳感器，測量中間接頭保護殼外表面或者電纜本體外護套表面局部點溫度。點式測溫針對重點區域監測，成本低、安裝簡單、技術成熟，但測溫受環境影響大，在電纜溝中使用時，若傳感器長期浸泡在水中會影響其性能及測溫精度，模擬量信號的傳感器需標定校準，信號採集、傳輸易受電磁幹擾影響大。
[0005]線式測溫一般採用感溫電纜、分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器，將傳感器沿著電纜線路綁紮在電纜外護套表面，也可在電纜生產過程中將光纖溫度傳感器預埋在電纜內部。線式測溫可以測量電纜全線溫度，適用於測量電纜全線的溫度趨勢和熱瓶頸區域，但長距離敷設成本高、安裝工程巨大。
[0006]非接觸式測溫採用紅外熱成像儀，國內電力部門通常採用Fluke公司的熱成像儀，這種方式溫度響應快、不破壞原溫度場，但紅外熱像儀測溫只能測表面溫度，並且測溫時受物體表面發射率和測試環境影響較大，且不易實時監測。
實用新型內容
[0007]本實用新型需要解決的技術問題是提供一種基於聲表面波技術和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，它具有運行成本低、易安裝、壽命長、可實現實時在線監測等優點。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案是:
[0009]基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，包括取能模塊、能夠發送接收並處理電磁波信號的終端節點、聲表面波溫度晶片、與終端節點通過ZigBee網絡連接的中心節點，所述終端節點包括電磁波收發模塊、數據處理模塊、ZigBee通信模塊，各終端節點的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡互相通信，中心節點包括與終端節點的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡連接的ZigBee中心節點模塊和GPRS發射模塊；聲表面波溫度晶片分布固定在電纜外殼上，電磁波收發模塊與聲表面波溫度晶片對應並互相收發電磁波信號，數據處理模塊將電磁波收發模塊收到的來自聲表面波溫度晶片的電磁波頻率偏移的信號轉換成溫度信號，然後經ZigBee通信模塊發送到中心節點的ZigBee中心節點模塊，在由中心節點的GPRS發射模塊經GPRS網絡發送到數據管理平臺。
[0010]本實用新型的進一步改進在於:所述終端節點的數據處理模塊分別和ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊連接，終端節點分布在電纜溝內；中心節點安裝在電纜井內或者電纜出口處；數據處理模塊、ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊、ZigBee中心節點模塊、GPRS發射模塊由取能模塊供電。
[0011]本實用新型的取能模塊的具體結構在於:所述取能模塊為包括套裝在電纜上的取能線圈、前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、電壓監控模塊、充電迴路、鋰離子電池、DC-DC變換模塊；取能線圈的輸出端與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、DC-DC變換模塊依次連接，在整流濾波模塊、DC-DC變換模塊之間還連接有充電迴路及與充電迴路、DC-DC變換模塊連接的鋰離子電池；電壓監控模塊與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊並聯；在每個中心節點和每個終端節點內分別安裝有取能模塊。
[0012]本實用新型的進一步改進在於:所述聲表面波晶片為能夠接收並反射電磁波的無源模塊。
[0013]本實用新型的進一步改進在於:所述電磁波收發模塊發射的電磁波信號的中心頻率在400?500MHz之間。
[0014]由於採用了上述技術方案，本實用新型取得的技術進步是:
[0015]本實用新型基於聲表面波技術和ZigBee技術提出一種電纜溫度監測系統，該系統具有成本低，易安裝，壽命長，可在線監測等優點。
[0016]本實用新型的聲表面波晶片為無源設備，可以接收並反射電磁波，具有體積小重量輕的優點，將其固定在電纜上，不受潮溼水汽的影響，即使浸在水中也能正常工作。
[0017]本實用新型的取能模塊設置前端衝擊保護模塊可以防止外加電流的衝擊，設置鋰離子電池後在停電的時候也可以保證電力供應。
[0018]電磁波收發模塊發射的電磁波信號的中心頻率在450MHz左右，如在400?500MHz之間，可以避免輸電線路中其它電磁波的幹擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型的傳輸結構示意圖；
[0020]圖2是本實用新型的聲表面波溫度晶片和電磁波收發模塊的工作原理示意圖；
[0021]圖3是本實用新型所使用的電纜取能模塊的結構示意圖。
[0022]其中，1、地面，2、電纜井，3、中心節點，4、GPRS網絡，5、數據管理平臺，6、終端節點，7>ZigBee網絡，8、電磁波收發模塊，8_1、返回電磁波波譜，9、聲表面波溫度晶片，9_1、天線，9-2、積分單元，9-3、反射柵，13、電纜，14、取能線圈。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明:
[0024]基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，包括終端節點6、聲表面波溫度晶片9、中心節點3、取能模塊。終端節點6包括電磁波收發模塊、數據處理模塊、ZigBee通信模塊，終端節點6能夠發送、接收並處理電磁波信號，各終端節點6的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡7互相通信。終端節點6的電磁波收發模塊8、數據處理模塊、ZigBee通信模塊依次連接，終端節點分布在電纜溝內，可以設置多個。數據處理模塊、ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊8分別和一取能模塊連接，取能模塊在電纜上取電後為數據處理模塊、ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊8供電。聲表面波溫度晶片9分布固定在電纜外殼上，聲表面波晶片為能夠接收並反射電磁波的無源模塊。電磁波收發模塊8與聲表面波溫度晶片9對應,互相收發電磁波信號,聲表面波溫度晶片9可以根據設置多個,聲表面波溫度晶片9主要由反射柵9-3、積分單元9-2和天線9-1組成，天線用來接收和發射電磁波，反射柵9-3隨著溫度的變化而變化進而影響反射波的中心頻率，積分單元用於匯聚反射波信號，然後通過天線發出，聲表面波溫度晶片9收發電磁波頻率的偏移正比於晶片固定處的溫度變化。電磁波收發模塊8向聲表面波溫度晶片9發送電磁波信號，電磁波信號的中心頻率在450MHz左右，可以在400?500MHz之間。聲表面波溫度晶片9將接收到的信號將反射波回發給電磁波收發模塊8。當聲表面波溫度晶片的溫度發生變化時，返射回來的電磁波的頻率會發生偏移，電磁波收發模塊通過快速傅立葉變換計算獲得收發信號的頻率偏移。數據處理模塊將電磁波收發模塊8收到頻率偏移的信號轉換成溫度信號，再傳輸到ZigBee通信模塊。中心節點安裝在電纜井2內；中心節點3包括ZigBee中心節點模塊和GPRS發射模塊；中心節點安裝在電纜井2內；ZigBee中心節點模塊、GPRS發射模塊由另一取能模塊供電。中心節點3的ZigBee中心節點模塊與終端節點6的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡7連接，終端節點6的ZigBee通信模塊可將溫度信號通過中繼的方式送出電纜溝，發送給中心節點3的ZigBee中心節點模塊，再由GPRS發射模塊通過GPRS網絡4發送到數據管理平臺5。數據管理平臺5對溫度數據進行監測、管理和記錄。
[0025]取能模塊為包括套裝在電纜上的取能線圈、前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、電壓監控模塊、充電迴路、鋰離子電池、DC-DC變換模塊。取能線圈套接在電纜上，用於將電纜中的電流形成的磁場轉化為電壓。取能模塊利用電纜中通過的電流生成一個3V的驅動電壓。取能線圈的輸出端與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、DC-DC變換模塊依次連接，在整流濾波模塊、DC-DC變換模塊之間還連接有充電迴路及與充電迴路、DC-DC變換模塊連接的鋰離子電池；電壓監控模塊與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊並聯；在每個中心節點和每個終端節點內分別安裝有取能模塊。前端衝擊保護模塊用於防止電纜故障短路或電力系統操作時形成的過電壓對取能模塊及本實用新型的監測系統造成衝擊。整流濾波模塊將交流電壓轉換為直流電壓，同時對該電壓進行濾波，減少電壓的諧波；電壓監控模塊用於對取能線圈形成電壓進行監控，當電壓過低時模塊開啟充電迴路對鋰離子電池充電。DC-DC變換用於降低整流濾波模塊輸出的電壓到3V。
[0026]本實用新型中的數據可以基於ZigBee的傳輸，終端節點具有通過ZigBee無線發射模塊自動組網功能，將相鄰範圍內的終端節點組成ZigBee網絡，每個終端節點兼具終端和中繼的功能。中心節點安裝在電纜井或者電纜出口處，滿足GPRS信號發射和接收要求，中心節點採用輪詢的方式讀取其負責範圍內的終端節點溫度數據，GPRS發射模塊利用GPRS網絡將數據上傳給數據管理平臺的數據採集終端。
【權利要求】
1.基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統,其特徵在於:包括取能模塊、能夠發送接收並處理電磁波信號的終端節點(6)、聲表面波溫度晶片(9)、與終端節點通過ZigBee網絡連接的中心節點(3)，所述終端節點(6)包括電磁波收發模塊、數據處理模塊、ZigBee通信模塊，各終端節點(6)的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡(7)互相通信，中心節點(3)包括與終端節點(6)的ZigBee通信模塊通過ZigBee網絡(7)連接的ZigBee中心節點模塊和GPRS發射模塊；聲表面波溫度晶片(9)分布固定在電纜外殼上，電磁波收發模塊(8)與聲表面波溫度晶片(9)對應並互相收發電磁波信號,數據處理模塊將電磁波收發模塊(8)收到的來自聲表面波溫度晶片的電磁波頻率偏移的信號轉換成溫度信號，然後經ZigBee通信模塊發送到中心節點(3)的ZigBee中心節點模塊，在由中心節點(3)的GPRS發射模塊經GPRS網絡(4)發送到數據管理平臺(5)。
2.根據權利要求1所述的基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，其特徵在於所述終端節點(6)的數據處理模塊分別和ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊(8)連接，終端節點分布在電纜溝內；中心節點安裝在電纜井(2)內或者電纜出口處；數據處理模塊、ZigBee通信模塊、電磁波收發模塊(8)、ZigBee中心節點模塊、GPRS發射模塊由取能模塊供電。
3.根據權利要求1或者2任一項所述的基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，其特徵在於所述取能模塊為包括套裝在電纜上的取能線圈、前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、電壓監控模塊、充電迴路、鋰離子電池、DC-DC變換模塊；取能線圈的輸出端與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊、DC-DC變換模塊依次連接，在整流濾波模塊、DC-DC變換模塊之間還連接有充電迴路及與充電迴路、DC-DC變換模塊連接的鋰離子電池；電壓監控模塊與前端衝擊保護模塊、整流濾波模塊並聯；在每個中心節點和每個終端節點內分別安裝有取能模塊。
4.根據權利要求1所述的基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，其特徵在於所述聲表面波晶片為能夠接收並反射電磁波的無源模塊。
5.根據權利要求1或4任一項所述的基於聲表面波和ZigBee技術的電纜溫度監測系統，其特徵在於所述電磁波收發模塊發射的電磁波信號的中心頻率在400?500MHz之間。
【文檔編號】G08C17/02GK203688099SQ201320732265
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2013年11月19日
【發明者】劉哲, 王煒 申請人:河北省電力勘測設計研究院