一种无源无线测温传感器及测温方法技术

本发明专利技术公开了一种无源无线测温传感器及测温方法，测温传感器由电源模块、控制模块、温度测量模块和红外数据收发模块组成，电源模块由半导体温差发电片、均压环及热管等组成，温差发电片热端贴于高压大电流电力导线表面，利用均压环支架将其固定在电力导线上，利用电流通过电力导线发热产生的温差实现发电收集能量；通过能量收集芯片将半导体温差发电片输出的直流进行升压、整流，存储在电容器中给后续电路供电；基于铂电阻实现高精度温度测量,利用红外光编码方式传送温度数据。本发明专利技术可用于监测高压输配电系统设备的温升，无需供电、精度高、稳定性好、抗电磁干扰能力强，便于在高电压、可运动部件上的安装和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压输配电系统电力设备状态监测领域，涉及一种无源无线测温传感器及测温方法。
技术介绍
高压输配电系统中，电力设备是高压输配电系统中的重要组成部分，电力设备的健康状况关系着供电的安全和稳定。长时间过载运行或者载流量过大引起局部温度过高是电力设备故障的主要原因之一。电力设备局部温度过高轻者影响设备的使用寿命，严重时会引发设备故障，引起停电事故，甚至造成电力系统的崩溃和瘫痪，从而造成严重的经济损失。因此，温度监测已成为高压电力设备运行状态监测中必不可少的一项内容。由于电力设备在运行过程中通常承载高压或者通过大电流，不便于直接测量，目前采用的红外测温方式可以实现非接触测温但其精度有限且对操作人员的要求较高。另外，输配电系统非常庞大，电力设备数量非常多，需要借助智能化的温度传感器，在设备运行过程中，将采集到的温度数据实时发送到监测中心，这样可以提高数据的时效性和采集效率。在现有技术中，对于智能化的温度传感器多为电池供电或者需要额外的供电电路。采用电池供电方式的温度传感器受到电池寿命的影响，一旦电池的使用寿命临近，需要更换传感器或者是电池，造成使用上的不方便，而且增加了成本。其他的供电方式，比如感应取电，虽然能够提供实时的温度检测，而且不会受到电池寿命影响，但传感器在高电压应用场合时，传感器的供电电路结构由于绝缘问题而变得复杂，需要电磁屏蔽和保护电路。温差发电是一种新的供能方式，其>体积小、重量轻，无须维护，使用寿命长，更加节能环保。同时现有的技术，多采用带屏蔽的信号电缆传输数据，屏蔽电缆在高电压强磁场环境下抗干扰能力弱，容易受到电磁干扰。采用光纤传输数据虽然不会受到强磁场的干扰，但增加了光路传输部分，结构较为复杂。而采用红外传输数据的方式，不仅结构简单，而且不受电磁环境的影响，可以应用在高电压等场合中，尤其是安装在可运动的高电压部件上具有独特的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术中的不足之处，提出一种测量精度高、抗干扰能力强、温差发电供能的无源无线测温传感器及测温方法。为了达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种无源无线测温传感器，包括电源模块、控制器、温度测量模块以及数据收发模块；电源模块包括包裹在电力导线外侧的若干半导体温差发电片，半导体温差发电片两端设置散热器，半导体温差发电片的两极为输出电源，并与能量收集电路相连；能量收集电路，用于将半导体温差发电片输出的直流电进行逆变、升压、整流和稳压，然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中；数据收发模块，包括红外数据发送模块和红外数据接收模块；控制器，通过A/D数模转换电路采集温度测量模块输出的电压，并将其换为对应的温度数据，由红外数据发送模块向红外数据接收模块发送；温度测量模块，采用铂电阻Rt，并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信号输出至控制器。本专利技术进一步的改进在于：所述半导体温差发电片采用环形布置的结构将电力导线包裹，采用6个同型号串联的半导体温差发电片，半导体温差发电片在空间上组成环状结构。所述散热器包括套设在半导体温差发电片两端的支架环，支架环的外侧设置均压环，且均压环通过带有热管的支架与支架环相连；半导体温差发电片的内外两侧均涂覆有导热硅胶；热管的内部充有工作液体，内部有吸液芯，由毛细多孔材料构成，热管在热源的一端为蒸发端，另一端为冷凝端。所述半导体温差发电片为平板结构，一面为散热面，另一面为吸热面；吸热面贴在承载高压大电流的电力导线表面，散热面与均压环和热管组成的散热器接触；半导体温差发电片与电力导线之间设置有铜质导热层。所述铜质导热层的内表面加工为用于适应不同电力导线形状的圆形或矩形，外表面加工为圆形。所述均压环采用能够增大散热表面积同时改善周围电场分布的圆环形结构。所述能量收集电路包括逆变升压电路、整流稳压电路以及电容器。所述非线性补偿和放大电路包括3个运算放大器以及3个可变电阻；铂电阻Rt的两端分别接在运算放大器A1的输出端和反相输入端上；运算放大器A2的输出端通过可变电阻W3连接到运算放大器A1的反相输入端上；运算放大器A3的反相输入端与运算放大器A1的输出端相连；运算放大器A1、运算放大器A2和运算放大器A3的正向输入端均接地；运算放大器A3的输出端为输出电压VO；可变电阻W3设置在正反馈支路，用于调整使输出线性化；可变电阻W1设置在偏置支路，用于在温度为0℃时，调整可变电阻W1使输出电压VO为零；可变电阻W2在放大支路上，用于在温度为最大量程时，调整可变电阻W2使输出电压VO为满量程。所述控制器采用间歇式工作方式的低功耗单片机。一种采用无源无线测温传感器的测温方法，包括以下步骤：1)当储能电容器上的电压超过其系统工作电压，控制器自动复位开机，对控制器及其外围电路进行初始化设置；2)若控制器是刚开机上电状态，则进入测温模式，然后执行步骤4)；3)若控制器是从休眠状态唤醒，则需要对系统配置重新初始化，进入测温模式；4)设置采样配置参数，对温度测量模块的输出电压进行采样；5)将采样电压数据计算成对应的温度值；6)通过红外数据发送模块发送温度数据；7)设置外部寄存器的值，将时钟切换到外部低功耗时钟，控制器进入低功耗休眠模式，所有程序停止运行；当定时时间到时，控制器被自动唤醒，返回步骤3)。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术无源无线测温传感器，包括电源模块、控制模块、铂电阻测温模块和红外数据收发模块。电源模块由半导体温差发电片、散热器和能量收集电路组成，当温差发电片的热端的温度高于冷端温度时，温差发电片就可以输出电压，其输出的电压的大小与温差直接相关。本专利技术的测温模块采用高精度铂电阻。因为铂电阻与温度是非正比例的关系。本专利技术采用引入正反馈的方法使输出线性化，即输出电压与温度成正比例的关系。本专利技术的红外数据收发模块采用红外发射二极管发射信号。控制器将待发送的二进制数据调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射二极管发射红外信号。在接收端，通过红外接收电路进行解调为温度数据。进一步的，本专利技术半导体温差发电片为平板结构，一面为散热面，另一面为吸热面，在传感器制造时，吸热面贴在承载高压大电流的电力导线(用于电力传输的圆形或矩形截面的大电流母排/导电杆)表面，散热面与均压环和热管组成的散热器接触。进一步的，本专利技术散热面与电力导线表面之间增加铜质导热层，其一方面是利用铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无源无线测温传感器，其特征在于，包括电源模块、控制器、温度测量模块以及数据收发模块；电源模块包括包裹在电力导线(1)外侧的若干半导体温差发电片(3)，半导体温差发电片(3)两端设置散热器，半导体温差发电片(3)的两极为输出电源，并与能量收集电路相连；能量收集电路，用于将半导体温差发电片(3)输出的直流电进行逆变、升压、整流和稳压，然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中；数据收发模块，包括红外数据发送模块和红外数据接收模块；控制器，通过A/D数模转换电路采集温度测量模块输出的电压，并将其换为对应的温度数据，由红外数据发送模块向红外数据接收模块发送；温度测量模块，采用铂电阻Rt，并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信号输出至控制器。

【技术特征摘要】
1.一种无源无线测温传感器，其特征在于，包括电源模块、控制器、温度测
量模块以及数据收发模块；电源模块包括包裹在电力导线(1)外侧的若干半导
体温差发电片(3)，半导体温差发电片(3)两端设置散热器，半导体温差发电
片(3)的两极为输出电源，并与能量收集电路相连；
能量收集电路，用于将半导体温差发电片(3)输出的直流电进行逆变、升
压、整流和稳压，然后给后续电路供电并将电能存储在电容器中；
数据收发模块，包括红外数据发送模块和红外数据接收模块；
控制器，通过A/D数模转换电路采集温度测量模块输出的电压，并将其换为
对应的温度数据，由红外数据发送模块向红外数据接收模块发送；
温度测量模块，采用铂电阻Rt，并通过非线性补偿和放大电路将采集到的信
号输出至控制器。
2.根据权利要求1所述的无源无线测温传感器，其特征在于，所述半导体温
差发电片(3)采用环形布置的结构将电力导线(1)包裹，采用6个同型号串联
的半导体温差发电片，半导体温差发电片在空间上组成环状结构。
3.根据权利要求1或2所述的无源无线测温传感器，其特征在于，所述散热
器包括套设在半导体温差发电片(3)两端的支架环(5)，支架环(5)的外侧设
置均压环(7)，且均压环(7)通过带有热管(6)的支架与支架环(5)相连；
半导体温差发电片(3)的内外两侧均涂覆有导热硅胶(4)；热管(6)的内部充
有工作液体，内部有吸液芯，由毛细多孔材料构成，热管(6)在热源的一端为
蒸发端，另一端为冷凝端。
4.根据权利要求3所述的无源无线测温传感器，其特征在于，所述半导体温
差发电片(3)为平板结构，一面为散热面，另一面为吸热面；吸热面贴在承载

\t高压大电流的电力导线表面，散热面与均压环和热管组成的散热器接触；半导体
温差发电片(3)与电力导线(1)之间设置有铜质导热层(2)。
5.根据权利要求4所述的无源无线测温传感器，其特征在于，所述铜质导热
层(2)的内表面加工为用于适应不同电力导线形状的圆形或矩形，外表面加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国钢，陈前，刘竞存，耿英三，王建华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61