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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410780503.5(22)申请日 2014.12.17G01K 11/22(2006.01)G08C 17/02(2006.01)(71)申请人 中国电力科学研究院地址 100000 北京市海淀区清河小营东路15 号申请人 成都赛康信息技术有限责任公司(72)发明人 曾德华 吴立远 毕建刚(74)专利代理机构 成都顶峰专利事务所 ( 普通合伙 ) 51224代理人 李崧岩(54) 发明名称一种配网设备无源无线温度巡检装置及其实现方法(57) 摘要本发明公开了一种配网设备无源无线温度巡检装置及其实现方法，解决了现有的温度检测技术实。
2、施难度大、维护成本高、存在安全隐患等问题。该配网设备无源无线温度巡检装置包括 ：声表面波温度传感器，直接安装于测温点表面，采用接触式测温方式测量温度并返回携带温度信息的传感信号 ；信号收发器，安装于设备低压侧，用于接收并处理所述声表面波温度传感器返回的传感信号；巡检终端，接收经所述信号收发器处理后的传感信号并完成温度信息的解析和计算。在上述结构的基础上，本发明还公开了该巡检装置的实现方法，本发明成本低廉、实现方便、检测精度高、反馈及时，适合大规模的推广应用。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号 CN。
3、 104483036 A(43)申请公布日 2015.04.01CN 104483036 A1/2 页21. 一种配网设备无源无线温度巡检装置，其特征在于，包括 ：声表面波温度传感器，直接安装于测温点表面，采用接触式测温方式测量温度并返回携带温度信息的传感信号 ；信号收发器，安装于设备低压侧，用于接收并处理所述声表面波温度传感器返回的传感信号 ；巡检终端，接收经所述信号收发器处理后的传感信号并完成温度信息的解析和计算。2.根据权利要求 1 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置，其特征在于，所述声表面波温度传感器包括压电基片（7），设置在所述压电基片（7）上的传感器天线（4）、叉指换能器（5）。
4、和反射栅（6）。3.根据权利要求 2 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置，其特征在于，所述信号收发器包括主控制器（20），接收 / 发射天线（15），与接收 / 发射天线（15）连接的可控单刀双掷开关（14），以及与可控单刀双掷开关（14）连接的接收单元和发射单元，其中 ：所述接收单元包括依次连接并对传感信号进行处理的低噪声放大器（16）、第二混频器（17）、第二带通滤波器（18）和中频放大器（19），所述低噪声放大器（16）连接所述可控单刀双掷开关（14），中频放大器（19）的输出端连接所述主控制器（20），所述主控制器（20）通过射频接口（21）将传感信号的频率信息返回到所述巡检终端 。
5、；所述发射单元包括固定本振信号生成单元和可调本振信号生成单元，用于接收固定本振信号和可调本振信号的第一混频器（10），与第一混频器（10）输出端连接的可控单刀单掷开关（11），与可控单刀单掷开关（1 ）输出端连接的第一带通滤波器（ 2），与第一带通滤波器（12）输出端连接的功率放大器（13），所述功率放大器（13）输出端连接所述可控单刀双掷开关（14）。4.根据权利要求 1 至 3 任一项所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置，其特征在于，所述声表面波温度传感器、信号收发器、巡检终端均通过射频无线通信。5.根据权利要求 1 至 4 任一项所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置的实现方法，其特征。
6、在于，包括以下步骤 ：（1）巡检终端向信号收发器发出测温指令，信号收发器接收指令后，发送温度探询信号至声表面波温度传感器的步骤 ；（2）声表面波温度传感器完成温度检测后，返回携带温度信息的传感信号，再由信号收发器接收、处理后转发至巡检终端的步骤 ；（3）巡检终端根据声表面波的温度 - 频率对应关系完成温度信息的解析和计算。6.根据权利要求 5 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体步骤如下 ：（11）巡检终端通过射频接口向信号收发器中的主控制器下达温度检测指令 ；（12）主控制器控制固定本振和可调本振两个信号生成单元分别产生高频信号和低频信号，两个信。
7、号经第一混频器进入可控单刀单掷开关产生正弦信号 ；（13）第一带通滤波器滤除正弦信号中多余频率成分后，经功率放大器产生激励信号 ；（14）激励信号进入第二单刀双掷开关通过接收 / 发射天线辐射。7.根据权利要求 6 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置的实现方法，其特征在于，所述激励信号的频率为 2.4GHz，其被传感器天线接收后，被转化为 433MHz 的信号 ；声表权 利 要 求 书CN 104483036 A2/2 页3面波温度传感器测量温度后，将含有温度信息的 433MHz 信号转化为 2.4GHz 信号回传至信号收发器。8.根据权利要求 6 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置的。
8、实现方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体步骤如下 ：（21）声表面波温度传感器测量温度后，把含有温度信息的传感信号回传给传感器天线，并由传感器天线将携带温度信息的传感信号回传给信号收发器 ；（22）信号收发器通过接收 / 发射天线接收传感信号，经过信号收发器的接收单元处理后进入主控制器 ；（23）主控制器将传感信号的频率信息通过射频接口返回到巡检终端。9.根据权利要求 8 所述的一种配网设备无源无线温度巡检装置的实现方法，其特征在于，所述步骤（22）的具体步骤如下 ：（221）接收 / 发射天线接收的传感信号经低噪声放大器放大 ；（222）放大后的传感信号经第二混频器混频 ；（223）混频后。
9、的传感信号经第二带通滤波变频 ；（224）变频后的传感信号经中频放大器放大，然后进入主控制器。权 利 要 求 书CN 104483036 A1/5 页4一种配网设备无源无线温度巡检装置及其实现方法技术领域0001 本发明涉及一种电力设备温度检测装置，具体地讲，是涉及一种配网设备无源无线温度巡检装置及其实现方法。背景技术0002 电力系统中，各类设备的开断接触点，由于制造、环境污染因、触点氧化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大，在运行时往往不断发热，温度不断上升，给设备安全运行埋下隐患，如果不及时发现，容易导致设备损坏甚至是燃烧爆炸，造成大量财产损失，因此，电力设备的温度检测越来越得到大家的认可和。
10、重视。0003 现有的温度检测技术中，主要包括有 ：光纤测温、红外测温和无线测温三者测温方式。其中，光纤测温布线难度大且光纤易折，易断、不耐高温 ；红外测温要求被测量点在可视范围内且表面清洁 ；无线测温采用电池供能，在高温环境下存在一定的安全隐患，更换电池也带来较高的维护成本。另一方面，开关柜、电缆等配网设备数量庞大、分布广且分散，采用实时在线监测的方式实现温度监测成本高、工程量大。发明内容0004 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种安全、可靠、稳定、实用的基于声表面波技术的配网设备无源无线温度巡检装置。0005 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下 ：一种配网设备无源无线温度巡检装。
11、置，包括 ：声表面波温度传感器，直接安装于测温点表面，采用接触式测温方式测量温度并返回携带温度信息的传感信号 ；信号收发器，安装于设备低压侧，用于接收并处理所述声表面波温度传感器返回的传感信号 ；巡检终端，接收经所述信号收发器处理后的传感信号并完成温度信息的解析和计算。0006 具体的说，所述声表面波温度传感器包括压电基片，设置在所述压电基片上的传感器天线、叉指换能器和反射栅。0007 具体的说，所述巡检终端包括 CPU、电源模块、存储模块、人机接口、GPRS 模块、USB接口和与信号收发器匹配的巡检射频接口。0008 具体的说，所述信号收发器包括主控制器，接收 / 发射天线，与接收 / 发射。
12、天线连接的可控单刀双掷开关，以及与可控单刀双掷开关连接的接收单元和发射单元，其中 ：所述接收单元包括依次连接并对传感信号进行处理的低噪声放大器、第二混频器、第二带通滤波器和中频放大器，所述低噪声放大器连接所述可控单刀双掷开关，中频放大器的输出端连接所述主控制器，所述主控制器通过射频接口将传感信号的频率信息返回到所述巡检终端 ；所述发射单元包括固定本振信号生成单元和可调本振信号生成单元，用于接收固定本说 明 书CN 104483036 A2/5 页5振信号和可调本振信号的第一混频器，与第一混频器输出端连接的可控单刀单掷开关，与可控单刀单掷开关输出端连接的第一带通滤波器，与第一带通滤波器输出端连接。
13、的功率放大器，所述功率放大器输出端连接所述可控单刀双掷开关。0009 进一步的，所述声表面波温度传感器、信号收发器、巡检终端均通过射频无线通信。0010 一种配网设备无源无线温度巡检装置的实现方法，包括以下步骤 ：（1）巡检终端向信号收发器发出测温指令，信号收发器接收指令后，发送温度探询信号至声表面波温度传感器的步骤 ；（2）声表面波温度传感器完成温度检测后，返回携带温度信息的传感信号，再由信号收发器接收、处理后转发至巡检终端的步骤 ；（3）巡检终端根据声表面波的温度 - 频率对应关系完成温度信息的解析和计算。0011 所述步骤（1）的具体步骤如下 ：（11）巡检终端通过射频接口向信号收发器中。
14、的主控制器下达温度检测指令 ；（12）主控制器控制固定本振和可调本振两个信号生成单元分别产生的高频信号和低频信号，两个信号经第一混频器进入可控单刀单掷开关产生正弦信号 ；（13）第一带通滤波器滤除正弦信号中多余频率成分后，经功率放大器产生激励信号 ；（14）激励信号进入第二单刀双掷开关通过接收 / 发射天线辐射。0012 所述激励信号的频率为 2.4GHz，其被传感器天线接收后，被转化为 433MHz 的信号 ；声表面波温度传感器测量温度后，将含有温度信息的433MHz信号转化为2.4GHz信号回传至信号收发器。0013 所述步骤（2）的具体步骤如下 ：（21）声表面波温度传感器测量温度后，把。
15、含有温度信息的传感信号回传给传感器天线，并由传感器天线将携带温度信息的传感信号回传给信号收发器 ；（22）信号收发器通过接收 / 发射天线接收传感信号，经过信号收发器的接收单元处理后进入主控制器 ；（23）主控制器将传感信号的频率信息通过射频接口返回到巡检终端。0014 所述步骤（22）的具体步骤如下 ：（221）接收 / 发射天线接收的传感信号经低噪声放大器放大 ；（222）放大后的传感信号经第二混频器混频 ；（223）混频后的传感信号经第二带通滤波变频 ；（224）变频后的传感信号经中频放大器放大，然后进入主控制器。0015 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果 ：（1）本发明采用声表面。
16、波温度传感器，温度传感器与无线收发器采用无线通信方式，高低压侧完全隔离，具有极高的安全性 ；此外，传感器体积小，安装方便灵活，不受设备结构和空间影响 ；无线通信方式可广泛用于测量可视范围内及存在障碍物的各种物体温度 ；无需使用电池及取电装置，安装成功后基本无需维护 ；另一方面，避免了在线监测方式存在的成本高、工程量大的问题。0016 （2）本发明中传感器天线采用双频耦合技术，传感器与信号收发器之间采用2.4GHz 无线射频信号，该频率信号具有绕射能力强、抗干扰性能好、相同发射功率条件下传说 明 书CN 104483036 A3/5 页6输距离较远的特点，从而在有限的传感信号功率条件下有效的提高。
17、了测量距离，非常适用于电力设备内部复杂的结构和电磁环境 ；传感器内部采用 433MHz 无线射频信号，该频段信号有利于实现传感器体积小型化，且传感器 IDT 的生产难度较低，成品率高。0017 （3）本发明中巡检终端体积小，易携带，便于巡检作业。同时自带嵌入式操作系统，可开发巡检流程管理、温度数据管理等基本功能以及设备过热故障诊断、温度趋势预测、综合查询统计等高级应用功能，既提高了巡检工作效率，又提高了电力设备管理的自动化处理水平。附图说明0018 图 1 为本发明的原理示意图。0019 图 2 为本发明中声表面波温度传感器的结构示意图。0020 图 3 为本发明中信号收发器的系统框图。002。
18、1 图 4 为本发明中巡检终端的硬件结构示意图。0022 上述附图中，附图标记对应的部件名称如下 ：1- 信号收发器，2- 声表面波温度传感器，3- 巡检终端，4- 传感器天线，5- 叉指换能器，6- 反射栅，7- 压电基片，8- 可调本振信号生成单元，9- 固定本振信号生成单元，10- 第一混频器，11- 可控单刀单掷开关，12- 第一带通滤波器，13- 功率放大器，14- 可控单刀双掷开关，15-接收/发射天线，16-低噪声放大器，17-第二混频器，18-第二带通滤波器，19-中频放大器，20- 主控制器，21- 射频接口，22-CPU，23- 电源模块，24- 存储模块，25- 人机接口。
19、，26-GPRS 模块，27-USB 接口，28- 巡检射频接口。具体实施方式0023 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例0024 如图 1 所示，本实施例提供了一种配网设备无源无线温度巡检装置，该巡检装置包括温度传感器、信号收发器和巡检终端，一个巡检终端可配合多个温度传感器和信号收发器，声表面波温度传感器、信号收发器、巡检终端均通过射频无线通信。0025 温度传感器采用声表面波温度传感器，其直接安装于测温点表面，如开关柜隔离刀闸触头、电缆接头等，采用接触式测温方式测量各触点温度，并返回携带温度信息的传感信号。通过上述设置，温度传感器与无线。
20、收发器采用无线通信方式，高低压侧完全隔离，具有极高的安全性 ；此外，传感器体积小，安装方便灵活，不受设备结构和空间影响。0026 如图 2 所示，本实施例中声表面波温度传感器包括压电基片 7，设置在压电基片 7上的传感器天线 4、叉指换能器 5 和反射栅 6，反射栅以传感器天线为对称轴对称设置在压电基片的两侧，这种单端口谐振器结构通过把叉指换能器激励产生的表面声波封闭在两反射器之间，获得较高 Q 值，同时具有较低的互扰和插入损耗。传感器天线接收信号后将其转化为 433MHz 的信号，通过叉指换能器的逆压电效应在压电基片表面激活一个声表面波，声表面波沿压电基片传播，被左右两个周期性反射栅反射形成。
21、谐振，该谐振频率与压电基片说 明 书CN 104483036 A4/5 页7的温度相关。叉指换能器通过压电效应将声表面波转变成应答的无线射频信号输出 ；返回的无线射频信号由传感器天线转化为 2.4GHz 的无线信号发送出去。0027 本实施例中声表面波温度传感器中传感器天线采用双频耦合技术，接收信号收发器发射的2.4GHz频率信号，转化为433MHz频率信号，在表面波温度传感器内部采用433MHz无线射频信号，该频段信号有利于实现传感器体积小型化，且传感器 IDT 的生产难度较低，成品率高 ；声表面波温度传感器测量温度后，将含有温度信息的 433MHz 信号转化为 2.4GHz信号回传至信号收。
22、发器，传感器与信号收发器之间采用 2.4GHz 无线射频信号，该频率信号具有绕射能力强、抗干扰性能好、相同发射功率条件下传输距离较远的特点，从而在有限的传感信号功率条件下有效的提高了测量距离，非常适用于电力设备内部复杂的结构和电磁环境。0028 信号收发器，如图 3 所示，本实施例中信号收发器安装于设备低压侧适当位置，其用于接收并处理声表面波温度传感器返回的传感信号，信号收发器的安装位置与与高压侧的温度传感器完全隔离 ；具体的说，信号收发器包括主控制器 20，接收 / 发射天线 15，与接收 / 发射天线 15 连接的可控单刀双掷开关 14，以及与可控单刀双掷开关 14 连接的接收单元和发射单。
23、元，其中 ：接收单元包括依次连接并对传感信号进行处理的低噪声放大器 16、第二混频器 17、第二带通滤波器 18 和中频放大器 19，低噪声放大器 16 连接可控单刀双掷开关 14，中频放大器 19 的输出端连接主控制器 20，主控制器 20 通过射频接口 21 将传感信号的频率信息返回到巡检终端 ；发射单元包括用于接收固定本振信号和可调本振信号的第一混频器10，与第一混频器10输出端连接的可控单刀单掷开关11，与可控单刀单掷开关11输出端连接的第一带通滤波器12，与第一带通滤波器12输出端连接的功率放大器13，功率放大器 13 输出端连接可控单刀双掷开关 14。0029 接收 / 发射天线安。
24、装于温度传感器测温距离范围内适当位置。信号收发器一方面通过接收 / 发射天线近距离的接收温度传感器相对微弱的传感信号 ；另一方面将传感信号放大处理后以较大的发射功率通过射频接口转发至距离较远的巡检终端。0030 如图 4 所示，本实施例中巡检终端为手持式设备，是巡检流程管理、温度传感信号解析计算、温度数据分析的核心设备，其主要用于接收经信号收发器处理后的传感信号并完成温度信息的解析和计算。具体的说，巡检终端包括 CPU 22，电源模块 23，存储模块 24，人机接口 25，GPRS 模块 26，USB 接口 27，巡检射频接口 28。其中 ：CPU 是处理各类指令和数据的核心部件 ；电源模块采。
25、用聚合物电池，容量大，可充电，便于长时间户外作业 ；人机接口包括触摸屏及按键，巡检人员可以便捷的进行各类巡检操作 ；巡检射频接口提供巡检终端与信号收发器之间的无线通信信道，完成各类数据交互 ；存储模块提供巡检终端设备参数以及温度巡检数据的存储 ；巡检终端与后台管理系统的巡检任务下载和巡检数据回传既可以通过 GPRS 模块实时完成，也可以通过 USB 接口离线完成。在上述硬件平台基础之上，巡检终端自带嵌入式操作系统，可开发丰富的应用功能，包括巡检流程管理、温度数据管理、设备过热故障诊断、温度趋势预测、综合查询统计等。0031 基于上述，一个典型巡检流程包括 ：巡检人员通过数据接口将配网设备温度巡。
26、检任务及相关设备档案及状态信息从后台系统下载到巡检终端 ；到达现场后，巡检人员使用说 明 书CN 104483036 A5/5 页8巡检终端根据巡检任务进行温度数据自动采集，温度信息自动保存在巡检终端中。巡检人员既可实时的通过无线公网将数据传回后台主站，也可在完成巡检计划中各项任务后，通过 USB 数据接口将温度信息统一上传到后台管理系统。0032 本发明的具体实现步骤如下 ：（1）巡检终端向信号收发器发出测温指令，信号收发器发送温度探询信号至声表面波温度传感器的步骤 ；（2）声表面波温度传感器完成温度检测后，返回携带温度信息的传感信号，再由信号收发器接收、处理后转发至巡检终端的步骤 ；（3）。
27、巡检终端根据声表面波的温度 - 频率对应关系完成温度信息的解析和计算。0033 其中，巡检终端通过射频接口向信号收发器中的主控制器下达温度检测指令 ；信号收发器接收到该指令后完成信号处理和发射动作，具体如下 ：首先，主控制器控制固定本振和可调本振两个信号生成单元分别产生高频信号和低频信号，两个信号经第一混频器进入可控单刀单掷开关产生正弦信号 ；其次，第一带通滤波器滤除正弦信号中多余频率成分后，经功率放大器产生激励信号 ；最后，激励信号进入第二单刀双掷开关通过接收 / 发射天线辐射。0034 声表面波温度传感器测量温度后将带有温度信息的传感信号反馈至巡检终端的具体方式如下 ：首先，声表面波温度传。
28、感器测量温度后，把含有温度信息的传感信号回传给传器天线，并由传感器天线将携带温度信息的传感信号回传给信号收发器 ；其次，信号收发器通过接收 / 发射天线接收传感信号，经过信号收发器的接收单元处理后进入主控制器 ；最后，主控制器将传感信号的频率信息通过射频接口返回到巡检终端。0035 信号收发器对接收的携带温度信息的传感信号的处理步骤如下 ：接收 / 发射天线接收的传感信号经低噪声放大器放大 ；放大后的传感信号经第二混频器混频 ；混频后的传感信号经第二带通滤波变频 ；变频后的传感信号经中频放大器放大，然后进入主控制器。0036 主控制器将传感信号的频率信息通过射频接口返回到巡检终端，巡检终端根据声表面波的温度 - 频率对应关系完成温度信息的解析和计算，从而完成一个工作过程。0037 按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。说 明 书CN 104483036 A1/2 页9图1图2说 明 书 附 图CN 104483036 A2/2 页10图3图4说 明 书 附 图CN 104483036 A。