專利名稱：一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測溫技術(shù)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)發(fā)明屬于電力檢測領(lǐng)域，用于對電纜間接頭的溫度進(jìn)行測量，及對電纜事故進(jìn)行預(yù)防。
背景技術(shù)：
目前高壓傳輸線路可分為架空線和地下電纜兩種方式，然而隨著城市化的不斷發(fā)展，于是越來越多的城市嘗試著將供電網(wǎng)絡(luò)從架空線改為地下電纜。由于電纜入地為隱蔽工程，而且承擔(dān)巨大的電能輸送任務(wù)，所以如何確保地下電纜的安全、可靠已經(jīng)引起各城市供電部門的重視。地下電纜在建設(shè)安裝過程中往往需要將兩段電纜連接在一起，由于工藝所限，不可避免地會產(chǎn)生接觸電阻，對承擔(dān)大電流輸送的電纜而言，電阻的存在容易引起接頭發(fā)熱， 加速絕緣層老化，在未到設(shè)計使用壽命前就產(chǎn)生擊穿事故，嚴(yán)重的將引起火災(zāi)，該類型事故是不可預(yù)測的，而且往往會導(dǎo)致大面積停電，嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)，造成重大的經(jīng)濟損失。由于電纜接頭的溫度是連續(xù)且緩慢變化的，所以當(dāng)接頭過熱到事故發(fā)生時，有著相當(dāng)長的時間可以采取措施來避免該事故的發(fā)生，從而確保線路安全。為了達(dá)到這一目的， 必須建立一套實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，記錄地下電纜接頭的真實并連續(xù)的溫度值，不僅對接頭部位的溫度變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，還可以提供歷史數(shù)據(jù)比較，并狀態(tài)評估分析，在事故發(fā)生前及時提供參數(shù)變化情況和預(yù)警信息，提醒相關(guān)部門進(jìn)行線路安全檢查和采取必要措施，防患于未燃，將電纜事故的損失降低到最低限度。目前國內(nèi)嘗試在電纜中植入光纖，利用溫度變化時光纖的折射率也同時發(fā)生改變這一物理特性，進(jìn)行電纜溫度的在線檢測應(yīng)用技術(shù)研究。但在實際應(yīng)用中，大量的無光纖電纜使用已經(jīng)成為事實，采用光纖植入電纜的方法亦無法從根本上解決電纜在線測溫的問題；其二，根據(jù)光纖植入電纜的實際結(jié)構(gòu)和使用情況，使用光纖測溫，其檢測值是光纖植入電纜結(jié)構(gòu)層所在部位的溫度，而非電纜導(dǎo)芯的真實溫度； 再者，光纖植入式電纜在入地敷設(shè)過程中，承受大力牽引和拉伸，同時還有彎曲形變，光纖極其容易斷裂，導(dǎo)致功能全部喪失。所以，通過在電纜中植入光纖進(jìn)行在線測溫的技術(shù)應(yīng)用受到很大的限制，無法從根本上實現(xiàn)對電纜中間接頭的準(zhǔn)確測溫的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種測量電纜中間接頭溫度的方法和裝置，該裝置能夠在高溫、高壓的工作環(huán)境下，對運行電纜導(dǎo)芯進(jìn)行準(zhǔn)確測溫，并通過RFID技術(shù)穿透絕緣層(硅橡膠等) 向外界傳遞測得的溫度信號，同時該裝置在測量溫度和傳輸數(shù)據(jù)過程中不破壞原電纜的絕緣和屏蔽結(jié)構(gòu)，這是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)和主要內(nèi)容。本發(fā)明裝置包括內(nèi)置測溫器和外置接收器等部件，其中內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜接頭的銅接管與絕緣套管之間；外置接收器位于絕緣套管外部。內(nèi)置測溫器包括溫度傳感器、溫度轉(zhuǎn)換電路、射頻感應(yīng)線圈、射頻接口電路和MCU控制電路等部分。溫度傳感器與電纜接頭的銅接管直接接觸。溫度傳感器可以是熱電偶、鉬電阻或半導(dǎo)體器件。
外置接收器包括射頻發(fā)射與接口電路、射頻信號天線、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路。該射頻信號天線為一組繞內(nèi)置測溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個或多個磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測溫器外沿一側(cè)或多側(cè)。外置接收器具有射頻識別閱讀器的功能，內(nèi)置測溫器具有應(yīng)答器的功能。內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜的接頭部分，放置于連接內(nèi)部銅芯線的銅接管與絕緣套管之間。內(nèi)置測溫器無外接電源，內(nèi)部所有電路由外置接收器通過電磁感應(yīng)方式向其供電。溫度傳感器直接與被測電纜接觸，測得的溫度值通過射頻方式傳輸給外置接收器，外置接收器提供有線或無線遠(yuǎn)距離通信接口。外置接收器和內(nèi)置測溫器之間以絕緣護(hù)套隔離。這樣外置接收器和內(nèi)置測溫器直接沒有導(dǎo)線直接連接，而不會破壞原有絕緣結(jié)構(gòu)。外置接收器具有遠(yuǎn)程通信接口電路，該接口可以是RS485、RS232、CAN、光纖、GPRS、 GSM等遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接口。通過該接口，溫度數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的計算機、手機或其他終端。根據(jù)本發(fā)明的其中一個發(fā)明目的，提供一種電力電纜接頭測溫方法，其中具備一測溫裝置，其中測溫裝置包括內(nèi)置測溫器和外置接收器；其中
內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜接頭處的銅接管與絕緣套管之間；外置接收器位于絕緣套管以外的其他部位；兩者之間通過射頻識別技術(shù)進(jìn)行信息交換和能量傳輸；外置接收器具有進(jìn)行射頻發(fā)射的射頻天線、用于接收所發(fā)射的溫度數(shù)據(jù)并將其傳送到二級發(fā)射器的識別閱讀器，內(nèi)置測溫器包括一射頻識別應(yīng)答器以進(jìn)行射頻識別應(yīng)答，該射頻識別應(yīng)答器還包括射頻天線與外置接收器進(jìn)行通信；內(nèi)置測溫器無外接電源，內(nèi)置測溫器內(nèi)部所有電路由外置接收器通過電磁感應(yīng)方式向其供電；
外置接收器與射頻天線可以分離，射頻天線根據(jù)內(nèi)置測溫器的對應(yīng)位置安裝，外置接收器可以根據(jù)接頭的結(jié)構(gòu)調(diào)整其安裝位置，外置接收器與射頻天線以導(dǎo)線連接；
溫度傳感器直接與被測電纜導(dǎo)芯或銅接管接觸，所測得的溫度值通過射頻天線以射頻方式傳輸給外置接收器，外置接收器提供有線或無線遠(yuǎn)距離通信接口 ； 其特征在于該方法包括下述步驟 由內(nèi)置測溫器采集電纜間接頭內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)； 將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后以射頻方式進(jìn)行信號發(fā)射； 所發(fā)射的信號經(jīng)外置接收器以相應(yīng)的接收方式接收后，輸入傳送到識別閱讀器。根據(jù)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，提供一種用于電力電纜接頭的測溫裝置，其特征在于該測溫裝置包括內(nèi)置測溫器和外置接收器；其中
內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜接頭的銅接管與絕緣套管之間；外置接收器位于絕緣套管以外的其他部位，外置接收器天線獨立于接收器，并與內(nèi)置測溫器天線中心對應(yīng)安裝，中間間隔絕緣層，兩者之間通過射頻識別技術(shù)進(jìn)行信息交換和能量傳輸；
外置接收器通過射頻天線發(fā)出射頻信號，給內(nèi)置測溫器供應(yīng)電能，同時與內(nèi)置測溫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，內(nèi)置測溫器無外接電源，通過射頻感應(yīng)線圈接收外置接收器發(fā)射的射頻信號，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的發(fā)明目的，其中內(nèi)置測溫器包括溫度傳感器、溫度轉(zhuǎn)換電路、射頻感應(yīng)線圈、射頻接口電路和MCU控制電路等部分；溫度傳感器與電纜接頭的銅接管或?qū)局苯咏佑|；溫度傳感器可以是熱電偶、鉬電阻或半導(dǎo)體器件；溫度轉(zhuǎn)換電路用于將溫度傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為MCU可以識別的模擬或數(shù)字信號；射頻感應(yīng)線圈用于實現(xiàn)與外置接收器的能量接收與數(shù)據(jù)交換；射頻接口電路用于實現(xiàn)MCU與射頻感應(yīng)線圈間的信號轉(zhuǎn)接。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的發(fā)明目的，其中外置接收器包括射頻發(fā)射與接口電路、射頻信號天線、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路；射頻發(fā)射與接口電路用于接收MCU控制電路發(fā)出的控制信號和數(shù)據(jù)信號，通過射頻信號天線發(fā)送到內(nèi)置測溫器；射頻發(fā)射與接口電路同時通過射頻信號天線接收內(nèi)置測溫器發(fā)出的應(yīng)答信號，發(fā)送給MCU控制電路，MCU根據(jù)得到的信號解碼，讀出溫度值。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的發(fā)明目的，其中外置接收器射頻信號天線為一組繞內(nèi)置測溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個或多個磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測溫器外沿一側(cè)或多測。


圖1是用于本發(fā)明溫度測量的電纜間接頭示意圖2是用于本發(fā)明溫度測量的電纜間接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3是用于本發(fā)明溫度測量的內(nèi)置測溫器的測溫原理圖； 圖4是用于本發(fā)明溫度測量的內(nèi)置測溫器與外界通訊的原理圖； 圖5是用于本發(fā)明溫度測量的內(nèi)置測溫器的一個實現(xiàn)框圖； 圖6是用于本發(fā)明溫度測量的外置接收器的一個實現(xiàn)框圖； 圖7是用于本發(fā)明溫度測量的內(nèi)置測溫器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標(biāo)號指代名稱如下
1.銅芯線；2.銅接管；3.內(nèi)置測溫器；4.外置接收器；5.射頻天線；6.絕緣套管； 7.銅屏蔽層；8.電纜內(nèi)絕緣層；9.電纜鎧裝層；10.電纜外絕緣層；11.導(dǎo)線；12.溫度探頭；13.射頻感應(yīng)線圈；14.內(nèi)置測溫器電路模塊；15.側(cè)位天線孔。
具體實施例方式電纜中間接頭基本結(jié)構(gòu)見解剖圖，說明電纜接頭的制作完畢后，導(dǎo)芯經(jīng)銅接管相聯(lián)，其外包覆絕緣套管，再以不同材料以繞包方式逐層恢復(fù)多層保護(hù)。如圖2所示，本發(fā)明的測溫裝置包括內(nèi)置測溫器3和外置接收器4等部件，按照一定的工藝和連接方法安裝在電纜中間接頭各部位，通過相互的功能配合和通訊，整體實現(xiàn)對電纜中間接頭準(zhǔn)確測溫并向外傳輸溫度及相關(guān)參數(shù)信號的目的；同時還解決信號穿透絕緣層的技術(shù)問題。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示(其中黑色部分為本裝置除連接導(dǎo)線外其他的部件)。其中內(nèi)置測溫器3位于電纜接頭的銅芯線1或銅接管2與絕緣套管6之間，采用直接接觸測量方式檢測電纜間接頭的銅芯線1或銅接管2的溫度，并將所述溫度數(shù)據(jù)經(jīng)處理后以射頻信號方式發(fā)送出去；外置接收器的射頻天線5位于絕緣套管和屏蔽層之間，外置接收器4部分可以根據(jù)電纜接頭的不同結(jié)構(gòu)位于絕緣套管6之外的其他位置，接收器和天線之間采用導(dǎo)線連接；外置接收器 4用于接收內(nèi)置測溫器3發(fā)射的溫度數(shù)據(jù)并通過遠(yuǎn)程通信接口電路以無線或有線方式發(fā)送至遠(yuǎn)端服務(wù)器、手機或其他終端。測溫裝置分兩部分內(nèi)置測溫器3和外置接收器4。內(nèi)置測溫器3位于圖2所示連接兩段電纜接頭的銅接管2與絕緣套管6之間；外置接收器4位于絕緣套管6外部。外置接收器4發(fā)出射頻信號，給內(nèi)置測溫器3供應(yīng)電能，同時與內(nèi)置測溫器3實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 內(nèi)置測溫器3無外接電源，通過射頻感應(yīng)線圈13 (見圖7)接收外置接收器4發(fā)射的射頻信號，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。內(nèi)置測溫器包括溫度傳感器、溫度轉(zhuǎn)換電路、射頻感應(yīng)線圈、射頻接口電路和MCU 控制電路部分(圖3)。溫度傳感器與電纜接頭的銅接管2或?qū)局苯咏佑|。溫度傳感器可以是熱電偶、鉬電阻或半導(dǎo)體器件。溫度轉(zhuǎn)換電路需要與溫度傳感器相匹配，溫度傳感器采用K型熱電偶時，溫度轉(zhuǎn)換電路可采用MAX6675，直接與MCU通過數(shù)字接口相連接。也可采用低功耗運放，對溫度信號進(jìn)行放大后送到MCU做AD采樣。射頻感應(yīng)線圈可以采用有磁芯的電感線圈或環(huán)形空心線圈，呈圈型或矩形分布在內(nèi)置測溫器外部，通過側(cè)位天線孔連接內(nèi)置線路。射頻接口電路可以采用TI公司的射頻接口芯片TMS37157。MCU可采用TI公司的TMS430F2274或ATMEL公司的ATTINYM等。圖5為內(nèi)置測溫器的一個實現(xiàn)框圖。圖7 為內(nèi)置測溫器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。外置接收器包括射頻發(fā)射與接口電路、射頻信號天線5、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路(如圖4)。射頻發(fā)射與接口電路接收MCU控制電路發(fā)出的控制信號和數(shù)據(jù)信號， 通過射頻信號天線5發(fā)送到內(nèi)置測溫器3 ；射頻發(fā)射與接口電路同時通過射頻信號天線接收內(nèi)置測溫器發(fā)出的應(yīng)答信號，發(fā)送給MCU控制電路，MCU根據(jù)得到的信號解碼，讀出溫度值。射頻信號天線可采用環(huán)形空心線圈，與內(nèi)置測溫器中心對應(yīng)在絕緣套管外放置，射頻發(fā)射與接口電路可采用TI公司的TMS3705，M⑶控制電路可采用ATMEL的AVR系列、ST的 STM32系列、TI的TMS430系列MCU，外加電源、晶振等外圍電路。遠(yuǎn)程通信接口電路可以采用RS485、CAN、RS232等接口芯片，如MAX3082、MAX485、82C251等。也可以采用光纖收發(fā)模塊或GPRS、GSM模塊。圖6為外置接收器的一個實現(xiàn)框圖。本發(fā)明并非僅限于在此明確描述的實施例。雖然先前的描述和附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是可以理解在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，在此可以產(chǎn)生各種附加、 修改和替換。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很清楚在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特性的情況下，可以以其他特殊形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例、以及利用其他元件、材料和部件來實現(xiàn)本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到本發(fā)明可以使用發(fā)明實際中使用的結(jié)構(gòu)、布置、比例、材料以及部件和其他的許多修改，這些修改在不脫離本發(fā)明的原理的情況下而特別適應(yīng)于特殊環(huán)境和操作需求。因此，當(dāng)前公開的實施例在所有方面應(yīng)被理解為說明性的而非對其請求保護(hù)的范圍的限制。
權(quán)利要求
1.一種電力電纜接頭測溫方法，其中具備一測溫裝置，其中測溫裝置包括內(nèi)置測溫器和外置接收器；其中內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜接頭處的銅接管與絕緣套管之間；外置接收器位于絕緣套管以外的其他部位；兩者之間通過射頻識別技術(shù)進(jìn)行信息交換和能量傳輸；外置接收器具有進(jìn)行射頻發(fā)射的射頻天線、用于接收所發(fā)射的溫度數(shù)據(jù)并將其傳送到識別閱讀器，內(nèi)置測溫器包括一射頻識別應(yīng)答器以進(jìn)行射頻識別應(yīng)答，該射頻識別應(yīng)答器還包括射頻天線與外置接收器進(jìn)行通信；內(nèi)置測溫器無外接電源，內(nèi)置測溫器內(nèi)部所有電路由外置接收器通過電磁感應(yīng)方式向其供電；外置接收器與射頻天線可以分離，射頻天線根據(jù)內(nèi)置測溫器的對應(yīng)位置安裝，外置接收器可以根據(jù)接頭的結(jié)構(gòu)調(diào)整其安裝位置，外置接收器與射頻天線以導(dǎo)線連接；溫度傳感器直接與被測電纜導(dǎo)芯或銅接管接觸，所測得的溫度值通過射頻天線以射頻方式傳輸給外置接收器，外置接收器提供有線或無線遠(yuǎn)距離通信接口 ； 其特征在于該方法包括下述步驟 由內(nèi)置測溫器采集電纜間接頭內(nèi)部的溫度數(shù)據(jù)； 將采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后以射頻方式進(jìn)行信號發(fā)射； 所發(fā)射的信號經(jīng)外置接收器以相應(yīng)的接收方式接收后，輸入傳送到識別閱讀器。
2.一種用于電力電纜接頭的測溫裝置，其特征在于該測溫裝置包括內(nèi)置測溫器和外置接收器；其中內(nèi)置測溫器位于連接兩段電纜接頭的銅接管與絕緣套管之間；外置接收器位于絕緣套管以外的其他部位，外置接收器天線獨立于接收器，并與內(nèi)置測溫器天線中心對應(yīng)安裝，中間間隔絕緣層，兩者之間通過射頻識別技術(shù)進(jìn)行信息交換和能量傳輸；外置接收器通過射頻天線發(fā)出射頻信號，給內(nèi)置測溫器供應(yīng)電能，同時與內(nèi)置測溫器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，內(nèi)置測溫器無外接電源，通過射頻感應(yīng)線圈接收外置接收器發(fā)射的射頻信號，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。
3.如權(quán)利要求1所述的測溫裝置，其特征是內(nèi)置測溫器包括溫度傳感器、溫度轉(zhuǎn)換電路、射頻感應(yīng)線圈、射頻接口電路和MCU控制電路等部分；溫度傳感器與電纜接頭的銅接管或?qū)局苯咏佑|；溫度傳感器可以是熱電偶、鉬電阻或半導(dǎo)體器件；溫度轉(zhuǎn)換電路用于將溫度傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換為MCU可以識別的模擬或數(shù)字信號；射頻感應(yīng)線圈用于實現(xiàn)與外置接收器的能量接收與數(shù)據(jù)交換；射頻接口電路用于實現(xiàn)MCU與射頻感應(yīng)線圈間的信號轉(zhuǎn)接。
4.如權(quán)利要求1所述的測溫裝置，其特征是外置接收器包括射頻發(fā)射與接口電路、射頻信號天線、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路；射頻發(fā)射與接口電路用于接收MCU控制電路發(fā)出的控制信號和數(shù)據(jù)信號，通過射頻信號天線發(fā)送到內(nèi)置測溫器；射頻發(fā)射與接口電路同時通過射頻信號天線接收內(nèi)置測溫器發(fā)出的應(yīng)答信號，發(fā)送給MCU控制電路，MCU根據(jù)得到的信號解碼，讀出溫度值。
5.如權(quán)利要求1所述的測溫裝置，其特征是外置接收器射頻信號天線為一組繞內(nèi)置測溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個或多個磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測溫器外沿一側(cè)或多側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于射頻技術(shù)的在線檢測電纜接頭內(nèi)部溫度的方法和裝置，包括內(nèi)置測溫器和外置接收器兩部分。內(nèi)置測溫器通過直接接觸式測量方法測量電纜接頭或芯線表面的溫度，通過射頻識別技術(shù)將數(shù)據(jù)穿透絕緣層傳輸?shù)酵庵媒邮掌?。同時外置接收器通過射頻信號向內(nèi)置測溫器提供電能，解決了內(nèi)置測溫器的供電問題。本發(fā)明的裝置具有溫度測量準(zhǔn)確、體積小、適用性強等優(yōu)點。
文檔編號G08C17/02GK102175341SQ20111005625
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者吳成才, 黃強 申請人:浙江圖維電力科技有限公司