本发明专利技术提供的基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法，包括：阅读器通过宽带天线发射查询信号至声表面波传感器；声表面波传感器通过单叉指换能器根据查询信号的触发接收OFC信号并转化为声表面波信号；令声表面波信号经过频率正交反射栅码片组反射并经过单向叉指换能器形成回波信号；阅读器通过宽带天线接收回波信号；阅读器对回波信号进行下线性调频；阅读器根据经下线性调频后的回波信号进行温度监测。本发明专利技术基于正交频率和码分复用编码相结合的远距离、多点连接和抗干扰的声表面波无线传感器方法，解决了码分复用编码的无源传感器系统的“远近效应”，能够满足智能电网对电力设备温度无线监测的要求。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法，包括：阅读器通过宽带天线发射查询信号至声表面波传感器；声表面波传感器通过单叉指换能器根据查询信号的触发接收OFC信号并转化为声表面波信号；令声表面波信号经过频率正交反射栅码片组反射并经过单向叉指换能器形成回波信号；阅读器通过宽带天线接收回波信号；阅读器对回波信号进行下线性调频；阅读器根据经下线性调频后的回波信号进行温度监测。本专利技术基于正交频率和码分复用编码相结合的远距离、多点连接和抗干扰的声表面波无线传感器方法，解决了码分复用编码的无源传感器系统的“远近效应”，能够满足智能电网对电力设备温度无线监测的要求。【专利说明】基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法
本专利技术涉及电力设备的温度监测领域，具体地，涉及基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法。
技术介绍
在电力设备状态监测众多监测量中，温度是最为关键的检测量之一。通过温度监测，可及时准确地了解电力设备的运行状态与故障信息。监测电力设备的运行温度，如变压器的油温，输电线路(架空线及电力电缆)的导体温度可推算其负载极限容量和设备老化程度，从而为电力设备动态增容或维修更新提供依据。监测发电机的定转子、高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关、断路器触头、电容器、电抗器、高压电缆、变压器等处的温度，能及时发现在其出现异常情况或者故障时所伴随的局部或整体的过热或温度分布相对异常，也可为故障分析提供历史资料。现有针对电力设备温度监测主要有红外测温、有源无线测温以及分布式光纤测温等技术方案。红外测温受环境条件因素影响较大，方案造价也高；有源无线测温方案，现在一般采取电池或是电流互感器(CT)取电后为测温芯片供电，传感距离非常远。但在高温、超低温、强电磁场等恶劣环境下，电池和电子元件的寿命都存在问题。采取CT取电方式的有源传感器，因CT取电的线圈有安装位置要求，在线路故障状态下也无法供电，其应用同样具有很大的局限性。光纤测温属于有线测温方式，测量高电压一次侧的光纤或其护套存在对地绝缘性问题。同时光纤具有易折，易断的特性。另外光纤传感器设备造价较高。基于声表面波(surface acoustic wave,简写为SAW)技术的无线温度传感器利用的是压电材料，具有纯无源、无线特性，无须考虑传感器供电、高电压绝缘、设备旋转等问题；可耐受高温和低温(?-200?IOO(TC);其不牵涉半导体材料中电子的迁移过程，寿命长、抗放电冲击和抗电场、磁场等干扰能力强；传感器尺寸小(厘米级)，重量轻，易于结构设计与安装。由此可见，SAW无线传感技术为电力设备的温度监测提供了一个具有广阔应用前景的理想技术平台。但目前研制的SAW无线传感阵列还不能完全满足智能电网和特高压应用中对温度监测的需求，表现出的问题主要包括:问题1:作用距离不够。以架空线路动态增容的温度监测为例，若以安装的SAW阅读器为球心来考虑，作用半径至少在30米左右。美国Sengenuity公司研制的用于开关柜温度监测的SAW无线传感器测温作用距离只在2米之内。德国Brunsbiittel, PreussenElektra公司和Darmstadt工业大学在上世纪90年代末研制的用于电力传输线、半导体氧化物避雷器以及隔离开关合闸是否到位等应用的SAW无线温度测量系统作用距离可达10米，但要在电力设备监测中推广应用，其作用距离仍需进一步提高。问题2:同时检测的温度点数量不够。在输电线路监测中，考虑同一杆塔上一回交流高压输电线路的三相，如果在塔两侧所接输电线上安装，考虑多回线路同杆情形及导线温度模型推算需要所进行的环境温度监测等情况，传感器的数量则至少在7个以上。变压器油温、开关柜温度及其他电力设备的温度监测要求对传感器数量要求相似。美国Sengenuity公司研制的用于开关柜温度监测的SAW无线传感阵列中传感器数量可达6个(采用3个天线，实施空分复用后可达18个)，但占据20MHz带宽，远远超过433MHz频段允许的1.87MHz带宽要求。国内华中科技大学、上海交通大学、重庆大学以及中科院声学所等单位研制的电力测温的SAW无线传感器也属于该工作方式。问题3:传感器抗干扰性能有待提高。随着“智能电网”中无线传感器的广泛应用，传感阵列受突发性、带内同频干扰影响的可能性大大增加；在“智能电网”的各种应用场合下，不同场景的频率选择性衰落、多径效应、气候环境等影响也各不相同，可能造成无源传感器无线链路中断，回波数据丢失或者由于信噪比很差造成测量野值。这些因素都严重地影响到传感阵列的可靠性，可能造成误报警甚至继电保护误动作。近年，有学者提出采用正交频率编码(OFC)的SAW射频标签传感技术方案。该方案借鉴了无线通讯中正交频分复用(OFDM)的思想，能有效地克服信道的频率选择性衰落，有利于提高SAW传感器的可靠性。同时，OFC的SAW无线传感器每条反射栅都是窄带的，基本不反射其他正交频率。相对于反射延迟线型SAW传感器，每条反射栅的反射率不再仅为10%左右(否则后续反射栅将接收不到查询脉冲能量)，而是可以达到40?50%。仅反射栅反射损耗一项，采用OFC的SAW传感器就可降低插损12-13dB。正交频分编码是一种扩频编码，类似于脉内信息调制雷达，传感器在解调时，可以根据每位中包含的码片数量N，增加201og10N的信噪比，有利于作用距离的提高。据文献报道，OFC编码的SAW射频标签(RFID)阅读距离可达60米。但该编码方式用于温度传感器时还存在若干困难需要克服:困难1:因为要对温度敏感，故不能像OFC-RFID那样选取低温度系数的压电材料作为基片材料。但由于温度变化，类似于通讯系统中OFDM产生多普勒频移，原本相互正交频率的条件被破坏。阅读器解调传感器信息时，相关峰性能随温度变化范围增大而急剧下降。文献报道的测温范围只有55度。困难2:0FC本身不具有多址能力。SAW器件又是纯无源的，只能被动地反射查询信号，而不能主动地控制何时发送或停止发送信息。阅读器若要同时查询和读取多个OFC-SAW传感器时，现有的方案是采用时分复用与OFC编码相结合。但由于受限于可应用的无线带宽和SAW基片材料长度，在10毫米长的压电基片上(已是极限，再长SAW传播损耗和衍射损耗将大得无法接受)很难实现8种以上的传感器类型。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法。根据本专利技术提供的基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法，包括如下步骤:步骤1:阅读器通过宽带天线发射查询信号至声表面波传感器；其中，所述声表面波传感器，包括:单向叉指换能器、频率正交反射栅码片组；步骤2:声表面波传感器通过单叉指换能器根据查询信号的触发接收正交频率编码信号并转化为声表面波信号；步骤3:令声表面波信号经过频率正交反射栅码片组反射并经过单向叉指换能器形成回波信号；步骤4:阅读器通过宽带天线接收回波信号；步骤5:阅读器对回波信号进行下线性调频；步骤6:阅读器根据经下线性调频后的回波信号进行温度监测。优选地，所述步骤6包括如下任一个或任多个步骤:步骤6A:依照传感器编码的第一编码信号识别出发送回波信号的声表面波传感器，其中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于码分多址与OFC编码相结合的SAW传感方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：阅读器通过宽带天线发射查询信号至声表面波传感器；其中，所述声表面波传感器，包括：单向叉指换能器、频率正交反射栅码片组；步骤2：声表面波传感器通过单叉指换能器根据查询信号的触发接收正交频率编码信号并转化为声表面波信号；步骤3：令声表面波信号经过频率正交反射栅码片组反射并经过单向叉指换能器形成回波信号；步骤4：阅读器通过宽带天线接收回波信号；步骤5：阅读器对回波信号进行下线性调频；步骤6：阅读器根据经下线性调频后的回波信号进行温度监测；相应地，在步骤1中，所述查询信号为上线性调频查询信号。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡岳，韩韬，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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