基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术公开了基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统及监测方法，声表面波传感器、信号处理模块及后端处理系统；声表面波传感器包括声表面波谐振器及温度传感器天线；信号处理模块包括读写器及读写器天线；后端处理系统控制读写器通过读写器天线向声表面波温度传感器发送质询信号，然后后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理即可获得监测点即时的温度信息。本发明专利技术根据声表面波技术应用了晶体材料的物理特性，这种特性的改变通过压电感应原理转化为电信号。这种方法能够不破坏设备绝缘强度和密封性，具有很强的抗电磁干扰能力，并且具有良好的热稳定性。对于GIS内部特殊的环境，声表面波测温方法具有明显的优势和适应性。

GIS contact temperature monitoring system and monitoring method based on SAW Technology

The invention discloses a GIS contact temperature monitoring system and a monitoring method based on SAW technology, including a SAW sensor, a signal processing module and a back-end processing system, a SAW sensor including a SAW resonator and a temperature sensor antenna, a signal processing module including a reader and a reader antenna, and a back-end processing. The system controls the reader to send the inquiry signal to the SAW temperature sensor through the reader antenna, and then the back-end processing system receives the echo signal from the SAW temperature sensor and processes it to obtain the real-time temperature information of the monitoring point. The invention applies the physical characteristics of crystal materials according to the surface acoustic wave technology, and the change of the characteristics is transformed into electrical signals by piezoelectric induction principle. This method can not destroy the insulation strength and sealing of the equipment, has strong anti-electromagnetic interference ability, and has good thermal stability. For the special internal environment of GIS, surface acoustic wave thermometry has obvious advantages and adaptability.

【技术实现步骤摘要】
基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统及监测方法
本专利技术涉及监测
，特别是涉及基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统及监测方法。
技术介绍
GIS是一种封闭组合电器，采用SF6气体起到绝缘和灭弧作用。GIS设备内部包含母线、断路器、隔离开关等电力设备，这种组合电器运行可靠性高。特殊的结构使得它的占地面积小，并且减小了维护的难度。SF6气体作为介质，明显提升了设备中的灭弧能力，这种组合电器在110kV及以上的变电站中使用越来越广泛。GIS长期运行过程中，GIS的触头可能会由于磨损和老化而出现接触不良的情况，导致触头部位的接触电阻值变大并伴有触头过热的现象。触头过热时，轻微影响是由于触头过热导致火花与电弧放电从而降低设备的绝缘强度，更为严重时，当绝缘强度过低时，由于设备击穿甚至会造成爆炸的可怕后果。现有的某供电公司针对GIS故障原因的调查结果显示，GIS触头温度的异常升高导致的故障数占了全部GIS故障的30％，这表明针对GIS设备触头温度的监测是很有必要的。传统的针对GIS触头温度的监测方法主要包括测量回路电阻、局放在线监测方法以及红外热诊断技术，它们都有着各自的局限性。回路电阻测量方法虽然简单易于操作，但无法用于在线监测，而且这种方法主要通过外壳接地开关回路测量，与准确值之间存在误差。局放在线监测的方法难以找到局部放电与触头温度间的定量关系，无法获得触头的准确温度。由于GIS设备结构十分复杂，且热量传递有对流、辐射等多种方式，红外热诊断技术对于设备导热反问题的求解还存在一定困难。GIS触头温度的测量方法分为有源测温方法和无源测温方法，本申请所提到的基于声表面波技术的GIS触头温度监测方法属于无源无线测温方法。有源测温存在着电池使用寿命有限的问题，当电池没电后，更换不方便。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供了基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，本专利技术利用声表面波谐振器芯片和传感器天线来制作的声表面波传感器，具有良好的测量特性。还利用适用于GIS内部特殊环境的高性能读写器天线，有效地提高了监测系统的监测距离。基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，包括：声表面波传感器、信号处理模块及后端处理系统；所述声表面波传感器安装在GIS腔体内，包括声表面波谐振器及温度传感器天线；所述信号处理模块包括读写器及读写器天线；所述读写器通过读写器天线采集的声表面波温度传感器传回的回波信号经过无线发射装置被中心节点中继后，通过ZigBee网络传输到后端处理系统；所述后端处理系统控制读写器通过读写器天线向声表面波温度传感器发送质询信号，然后后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理即可获得监测点即时的温度信息。进一步优选的技术方案，在系统的发送周期，所述后端处理系统控制读写器产生某一频率的间歇正弦信号，经过滤波放大后由读写器天线辐射出；辐射出的信号被声表面波温度传感器接收后，经过逆压电效应转换为同频声表面波；在系统的接收周期，所述后端处理系统控制读写器通过读写器天线接收声表面波温度传感器返回的回波信号，经过滤波放大处理后转换为数字信号，根据信号处理的结果自动跟踪调整，最终达到谐振激励的状态，从而实现GIS触头温度值的准确测量。进一步优选的技术方案，后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理，判断回波信号是否为谐振，若是，则显示温度信息，否则，改变激励信号频率，重新发送激励信号至表面波温度传感器，直至所接收的回波信号为谐振信号。进一步优选的技术方案，所述声表面波谐振器选用ST-石英作为压电材料，通过镀膜和刻蚀在处理过的基片表面上制备叉指换能器和反射栅，最后采用SMD的封装形式对传感器芯片进行封装，获得声表面波谐振器。进一步优选的技术方案，所述声表面波谐振器在镀膜过程中采用厚度为0.2微米的金属铝薄膜作为金属薄膜材料，刻蚀采用利用离子体去除材料的干法刻蚀。进一步优选的技术方案，所述温度传感器天线采用多匝环形天线。进一步优选的技术方案，所述声表面波谐振器和温度传感器天线制作出声表面波传感器电路板，封装时采用环形封装，与所述温度传感器的天线的环形结构相对应，封装后的声表面波传感器内径为GIS导杆外径。进一步优选的技术方案，所述声表面波传感器内侧采用金属铝材料，声表面波传感器外壳采用聚四氟乙烯塑料。进一步优选的技术方案，所述读写器天线安装在GIS腔体内，所述读写器天线采用柱状天线。所述柱状天线通过柱状天线支架固定，柱状天线支架固定在柱状天线支架座上.进一步优选的技术方案，所述柱状天线支架由聚四氟乙烯材料制成，柱状天线支架座即为粘合剂，为环氧树脂材料，环氧树脂材料的介电常数为3.1。进一步优选的技术方案，根据获得监测点即时的温度信息确定设备缺陷的性质，故障类别为危机热缺陷、严重热缺陷及一般热缺陷。本专利技术还公开了基于声表面波技术的GIS触头温度监测方法，包括：在系统的发送周期，后端处理系统控制读写器产生某一频率的间歇正弦信号，经过滤波放大后由读写器天线辐射出；辐射出的信号被声表面波温度传感器接收后，经过逆压电效应转换为同频声表面波；在系统的接收周期，后端处理系统控制读写器通过读写器天线接收声表面波温度传感器返回的回波信号，经过滤波放大处理后转换为数字信号，根据信号处理的结果自动跟踪调整，最终达到谐振激励的状态，从而实现GIS触头温度值的准确测量。进一步优选的技术方案，所述后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理，判断回波信号是否为谐振，若是，则显示温度信息，否则，改变激励信号频率，重新发送激励信号至表面波温度传感器，直至所接收的回波信号为谐振信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术根据声表面波技术应用了晶体材料的物理特性，这种特性的改变通过压电感应原理转化为电信号。这种方法能够不破坏设备绝缘强度和密封性，具有很强的抗电磁干扰能力，并且具有良好的热稳定性。对于GIS内部特殊的环境，声表面波测温方法具有明显的优势和适应性。2、本方法中采用了有声表面波谐振器芯片和传感器天线来制作声表面波传感器，具有良好的测量特性。采用适用于GIS内部特殊环境的高性能读写器天线，有效地提高了监测系统的监测距离。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本申请实施例子中的多匝环形天线结构照片图；图2为本申请实施例子中的质询系统工作流程图；图3为本申请实施例子中的系统框架图；图4为本申请实施例子中的应用示意图；图中，1、声表面波传感器，1-1、声表面波谐振器，1-2、温度传感器天线，2、信号处理模块，2-1、读写器，2-2、读写器天线，3、后端处理系统。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，包括：声表面波传感器、信号处理模块及后端处理系统；所述声表面波传感器安装在GIS腔体内，包括声表面波谐振器及温度传感器天线；所述信号处理模块包括读写器及读写器天线；所述读写器通过读写器天线采集的声表面波温度传感器传回的回波信号经过无线发射装置被中心节点中继后，通过ZigBee网络传输到后端处理系统；所述后端处理系统控制读写器通过读写器天线向声表面波温度传感器发送质询信号，然后后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理即可获得监测点即时的温度信息。

【技术特征摘要】
1.基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，包括：声表面波传感器、信号处理模块及后端处理系统；所述声表面波传感器安装在GIS腔体内，包括声表面波谐振器及温度传感器天线；所述信号处理模块包括读写器及读写器天线；所述读写器通过读写器天线采集的声表面波温度传感器传回的回波信号经过无线发射装置被中心节点中继后，通过ZigBee网络传输到后端处理系统；所述后端处理系统控制读写器通过读写器天线向声表面波温度传感器发送质询信号，然后后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理即可获得监测点即时的温度信息。2.如权利要求1所述的基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，在系统的发送周期，所述后端处理系统控制读写器产生某一频率的间歇正弦信号，经过滤波放大后由读写器天线辐射出；辐射出的信号被声表面波温度传感器接收后，经过逆压电效应转换为同频声表面波；在系统的接收周期，所述后端处理系统控制读写器通过读写器天线接收声表面波温度传感器返回的回波信号，经过滤波放大处理后转换为数字信号，根据信号处理的结果自动跟踪调整，最终达到谐振激励的状态，从而实现GIS触头温度值的准确测量。3.如权利要求1所述的基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，后端处理系统接收声表面波温度传感器传回的回波信号并进行处理，判断回波信号是否为谐振，若是，则显示温度信息，否则，改变激励信号频率，重新发送激励信号至表面波温度传感器，直至所接收的回波信号为谐振信号。4.如权利要求1所述的基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，所述声表面波谐振器选用ST-石英作为压电材料，通过镀膜和刻蚀在处理过的基片表面上制备叉指换能器和反射栅，最后采用SMD的封装形式对传感器芯片进行封装，获得声表面波谐振器。5.如权利要求4所述的基于声表面波技术的GIS触头温度监测系统，其特征是，所述声表面波谐振器在镀膜过程中采用厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应纪，张聪聪，刘琪，殷伟，陈晨，张磊，沈亚瑞，王刚，王立强，单涛，宫丽娜，孙志远，袁爱玲，任海燕，于珂，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司东营供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37