本發(fā)明涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在各種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，如蓄電池電源系統(tǒng)、光伏電源系統(tǒng)、交流電源系統(tǒng)以及各類設(shè)備與裝置的導(dǎo)電線路中，因材料接觸阻抗變化或某處材料特性阻抗變化，導(dǎo)致局部溫度異常升高，進(jìn)而加速材料老化及降低設(shè)備與裝置的性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹱匀患氨ㄊ鹿拾l(fā)生，存在一定的安全隱患。

如何有效解決蓄電池電源系統(tǒng)中電池充放電及運(yùn)行中局部溫度異常的檢測問題，如何有效解決光伏電源系統(tǒng)中電池運(yùn)行中局部高溫?zé)岚攥F(xiàn)象的檢測問題，如何解決各類配電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線及導(dǎo)線連接部位的溫度檢測與保護(hù)，以及如何有效解決各類設(shè)備與裝置運(yùn)行中異常溫升的檢測問題等，事關(guān)提高社會經(jīng)濟(jì)效益與安全保障。

相關(guān)技術(shù)中，主要采用接觸式溫度檢測的方式或者非接觸式紅外溫度檢測的方式來實(shí)現(xiàn)溫度的檢測。但是這兩種方式具有很大的局限性和缺陷，例如，接觸式溫度檢測需要在溫度檢測點(diǎn)處安裝溫度傳感器，很難覆蓋全部空間的溫度檢測，而且溫度檢測范圍限制較大；非接觸式紅外溫度檢測雖然無需在溫度檢測點(diǎn)處安裝溫度傳感器，但是會受物體遮蔽限制及環(huán)境溫度輻射的影響。

另外，在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，各類連接器與開關(guān)、插頭插座的連接點(diǎn)及觸頭表面的材料老化是不可避免的，所以當(dāng)連接器與開關(guān)、插頭插座不能有效斷開或閉合時(shí)，如果空氣中斷開或閉合電壓超過10v、電流超過0.5a(直流電源起弧電流更小)，則在觸頭間隙(也稱弧隙)中會產(chǎn)生一團(tuán)溫度極高、亮度極強(qiáng)并能導(dǎo)電的等離子氣體，稱為電弧。電弧高溫會燒損觸頭及絕緣層，嚴(yán)重時(shí)會引起電源短路、電器爆炸，甚至引起火災(zāi)，危及人員及設(shè)備的安全。尤其是當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)為直流電源系統(tǒng)時(shí)，由于直流電源的電壓與電流沒有周期性的換向變化，也沒有周期性的過零點(diǎn)，所以直流電源系統(tǒng)比交流電源系統(tǒng)更加容易產(chǎn)生電弧，其危害性比交流電源系統(tǒng)更加嚴(yán)重。

而電源系統(tǒng)早已遍及每個(gè)家庭乃至全球各個(gè)角落，并且隨著節(jié)能環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，新能源與電力儲能得到快速發(fā)展，尤其是基于直流電源的光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車已經(jīng)開始普及，嚴(yán)重的電弧危害也伴隨而來，而如何實(shí)現(xiàn)對電弧的有效檢測，以在電弧產(chǎn)生時(shí)及時(shí)采取有效措施，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

相關(guān)技術(shù)中，基于電流傳感器(或電壓傳感器)檢測負(fù)載電源基波波形，通過分析正常波形與疊加電弧后的畸變波形的差異來判斷電弧信號。但是，由于分析電源負(fù)載基波的波形頻譜范圍有限(通常低于200khz)，被很多電源的負(fù)載基波所疊加，波形分析準(zhǔn)確性很難提高。而電源系統(tǒng)頻率與波形各異的負(fù)載基波，導(dǎo)致電弧檢測技術(shù)難以通用，只能針對特定的電源負(fù)載進(jìn)行基波檢測分析。

另外，相關(guān)技術(shù)中還提出了故障電弧檢測技術(shù)，但是這些檢測技術(shù)均存在一定的缺陷，如：1)基于負(fù)載電流疊加電弧的波形畸變分析技術(shù)，由于故障電弧的噪聲頻譜范圍被很多電源負(fù)載裝置的噪聲所覆蓋，電弧噪聲與電源噪聲的幅值波形具有很大的隨機(jī)性及不確定性，因而難以區(qū)別故障電弧噪聲與電源負(fù)載裝置噪聲，導(dǎo)致故障電弧檢測誤判嚴(yán)重；2)建立在一定電源電流基礎(chǔ)上的波形特征識別的故障電弧檢測技術(shù)，當(dāng)電源電流小于檢測需求電流且大于起弧電流時(shí)，是故障電弧檢測的檢測盲區(qū)；3)基于故障電弧信號波形特征分析的檢測技術(shù)，需要高性能的數(shù)字信號處理電路，成本高昂，難以推廣；4)交流故障電弧檢測技術(shù)與直流故障電弧檢測技術(shù)差異性大，不能通用。

因此，如何避開電弧噪聲信號與電源負(fù)載噪聲信號的頻譜相互重疊，如何避免電弧檢測需求電流大于電源起弧電流，如何降低故障電弧檢測識別的成本，關(guān)系到故障電弧檢測保護(hù)裝置能否推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，通過基于導(dǎo)體內(nèi)部自由電子熱運(yùn)動(dòng)的頻譜特征來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度以及電弧檢測，不僅可以有效避免噪聲疊加干擾等問題，而且檢測精度高，檢測成本低，通用性強(qiáng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出了一種基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，包括：選頻放大單元，所述選頻放大單元的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相連，所述選頻放大單元用于對所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取以獲得選頻信號，并對所述選頻信號進(jìn)行放大處理；檢波單元，所述檢波單元的輸入端與所述選頻放大單元的輸出端相連，所述檢波單元用于對放大后的選頻信號進(jìn)行檢波處理，并輸出與所述選頻信號相對應(yīng)的溫度值；以及控制單元，所述控制單元的輸入端與所述檢波單元的輸出端相連，所述控制單元用于對所述溫度值進(jìn)行識別以獲得所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，通過選頻放大單元對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取以獲得選頻信號，并對選頻信號進(jìn)行放大處理。然后，通過檢波單元對放大后的選頻信號進(jìn)行檢波處理，并輸出與選頻信號相對應(yīng)的溫度值。最后通過控制單元對溫度值進(jìn)行識別以獲得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)。該系統(tǒng)通過基于導(dǎo)體內(nèi)部自由電子熱運(yùn)動(dòng)的頻譜特征來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度和電弧檢測，不僅可以有效避免噪聲疊加干擾等問題，而且檢測精度高，檢測成本低，通用性強(qiáng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：執(zhí)行單元，所述執(zhí)行單元與所述控制單元相連，所述控制單元還通過所述執(zhí)行單元對所述溫度值和所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)進(jìn)行顯示。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)包括溫度正常狀態(tài)、溫度異常狀態(tài)和電弧發(fā)生狀態(tài)，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)為所述溫度異常狀態(tài)或者所述電弧發(fā)生狀態(tài)時(shí)，所述控制單元還輸出控制信號至所述執(zhí)行單元，以通過所述執(zhí)行單元控制所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，并通過所述執(zhí)行單元發(fā)出報(bào)警提示。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述選頻放大單元的輸入端與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用并聯(lián)連接的方式、串聯(lián)連接的方式、單點(diǎn)連接的方式或者信號耦合的方式進(jìn)行連接。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述選頻放大單元的輸入端與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用并聯(lián)連接的方式進(jìn)行連接時(shí)，所述選頻放大單元的第一輸入端和第二輸入端之間還并聯(lián)有限壓器件，和/或，所述選頻放大單元的第一輸入端與第二輸入端中的一個(gè)輸入端上串聯(lián)有限流器件。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：第一濾波單元，所述第一濾波單元設(shè)置在所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，所述第一濾波單元用于對所述熱信號在所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的傳導(dǎo)進(jìn)行隔離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述檢波單元通過信號幅值比較的方式、頻率計(jì)數(shù)的方式、濾波處理的方式或者單向?qū)щ姷姆绞綄Ψ糯蠛蟮倪x頻信號進(jìn)行檢波處理。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：隔離單元，所述隔離單元設(shè)置在所述選頻放大單元的輸入端與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間，所述隔離單元用于對所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與所述選頻放大單元進(jìn)行電隔離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：第二濾波單元，所述第二濾波單元與所述隔離單元串聯(lián)，所述第二濾波單元用于對所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行濾波處理。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：電壓檢測單元，所述電壓檢測單元分別與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和所述控制單元相連，所述電壓檢測單元用于檢測所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電壓信號，所述控制單元還用于根據(jù)所述電壓信號判斷所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生偏壓時(shí)，輸出偏壓保護(hù)信號至所述執(zhí)行單元，以通過所述執(zhí)行單元控制所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：電流檢測單元，所述電流檢測單元分別與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和所述控制單元相連，所述電流檢測單元用于檢測所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電流信號，所述控制單元還用于根據(jù)所述電流信號判斷所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過流時(shí)，輸出過流保護(hù)信號至所述執(zhí)行單元，以通過所述執(zhí)行單元控制所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：漏電流檢測單元，所述漏電流檢測單元分別與所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和所述控制單元相連，所述漏電流檢測單元用于檢測所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的漏電流信號，所述控制單元還用于根據(jù)所述漏電流信號判斷所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生漏電時(shí)，輸出漏電保護(hù)信號至所述執(zhí)行單元，以通過所述執(zhí)行單元控制所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，還包括：通信單元，所述通信單元與所述控制單元相連，所述通信單元用于建立所述控制單元與外部設(shè)備之間的通信連接，其中，所述控制單元還通過所述通信單元接收用戶的控制指令，并通過所述通信單元將所述導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)傳輸至所述外部設(shè)備。

附圖說明

圖1a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖1b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖1c是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)連接的拓?fù)鋱D；

圖2a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖2b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖2c是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)連接的拓?fù)鋱D；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一濾波單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與單相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第二濾波單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖7b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖7c是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)連接的拓?fù)鋱D；

圖8a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；

圖8b是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接的拓?fù)鋱D；以及

圖8c是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的有第一濾波單元時(shí)選頻放大單元與三相導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)單點(diǎn)連接的拓?fù)鋱D。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)。

結(jié)合圖1-圖8所示，在本發(fā)明的實(shí)施例中，基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)包括選頻放大單元11、檢波單元12和控制單元13。

其中，選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相連，選頻放大單元11用于對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取以獲得選頻信號，并對選頻信號進(jìn)行放大處理。檢波單元12的輸入端與選頻放大單元11的輸出端相連，檢波單元12用于對放大后的選頻信號進(jìn)行檢波處理，并輸出與選頻信號相對應(yīng)的溫度值?？刂茊卧?3的輸入端與檢波單元12的輸出端相連，控制單元13用于對溫度值進(jìn)行識別以獲得導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)。

進(jìn)一步地，如圖1-圖8所示，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：執(zhí)行單元14，執(zhí)行單元14與控制單元13相連，控制單元13還通過執(zhí)行單元14對溫度值和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)進(jìn)行顯示。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)可包括溫度正常狀態(tài)、溫度異常狀態(tài)和電弧發(fā)生狀態(tài)，其中，當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)為溫度異常狀態(tài)或者電弧發(fā)生狀態(tài)時(shí)，控制單元13還輸出控制信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，并通過執(zhí)行單元14發(fā)出報(bào)警提示。

具體而言，由于導(dǎo)體內(nèi)部自由電子存在震動(dòng)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，且震動(dòng)頻率及幅值與自由電子的能量狀態(tài)和所處能量場狀態(tài)相關(guān)(震動(dòng)頻率ωp＝e/h，震動(dòng)波長λ＝h/(m*v)，震動(dòng)幅值其中，e為能量、h為普朗克常量、m為自由電子質(zhì)量、v為自由電子速度、k為玻爾茲曼常量、t為絕對溫度、r為阻值、b為帶寬)，并且自由電子震動(dòng)運(yùn)動(dòng)信號(也稱熱信號)沿著導(dǎo)體傳導(dǎo)(行波與駐波并存)，并向空間輻射震動(dòng)運(yùn)動(dòng)信號。所以，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過利用自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震蕩頻譜特性、導(dǎo)電線路上的信號傳導(dǎo)特性以及空間輻射特性來實(shí)現(xiàn)溫度和電弧(電弧也是一種自由電子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象)的在線檢測。

具體地，當(dāng)需要對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫度和電弧檢測時(shí)，將選頻放大單元11的輸入端連接在待測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，通過選頻放大單元11對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取，以獲得選頻信號，該選頻信號可以是某一段頻率信號。然后對該選頻信號進(jìn)行放大處理，并傳輸至檢波單元12，由檢波單元12對該選頻信號進(jìn)行檢波處理以獲得所需頻率信號，并將該頻率信號轉(zhuǎn)換為溫度值(可以是數(shù)值也可以是電平值)傳輸至控制單元13。控制單元13通過對該溫度值進(jìn)行識別，以獲得當(dāng)前導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前溫度狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前溫度狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)指令至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14進(jìn)行顯示、報(bào)警和對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)控制等。

例如，當(dāng)控制單元13判斷連續(xù)預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收到的溫度值均大于等于第一溫度閾值且小于第二溫度閾值時(shí)，表示當(dāng)前導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度過高，此時(shí)控制單元13發(fā)出斷電信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，同時(shí)控制執(zhí)行單元14對溫度值進(jìn)行顯示，并發(fā)出聲或光的報(bào)警信息；當(dāng)控制單元13判斷連續(xù)預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)接收到的溫度值大于等于第二溫度閾值，表示當(dāng)前導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度極高，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)電弧，此時(shí)控制單元13發(fā)出斷電信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，同時(shí)控制執(zhí)行單元14對溫度值進(jìn)行顯示，并發(fā)出聲或光的報(bào)警信息；當(dāng)控制單元13判斷溫度值小于第一溫度閾值時(shí)，直接通過執(zhí)行單元14對溫度值進(jìn)行顯示。其中，第一溫度閾值、第二溫度閾值和預(yù)設(shè)時(shí)間可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定。

在該示例中，由于控制單元13采用時(shí)長判斷規(guī)則來對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度狀態(tài)進(jìn)行識別，因而能夠有效避免導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開或閉合、負(fù)載設(shè)備正常工作時(shí)出現(xiàn)的瞬間電弧干擾，從而避免對異常溫升或故障電弧的誤判。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，選頻放大單元11可由選頻電路和放大電路組合而成，也可由放大電路和濾波電路組合而成，放大電路一般通過多級放大器來實(shí)現(xiàn)增益放大，選頻電路或?yàn)V波電路可通過多級組合構(gòu)成。例如，選頻放大單元11可由兩級放大器和一個(gè)帶通濾波器組成，其中，第一級放大器的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相連，第一級放大器的輸出端與帶通濾波器的輸入端相連，帶通濾波器的輸出端與第二級放大器的輸入端相連，第二級放大器的輸出端與檢波單元12的輸入端相連，具體可采用現(xiàn)有技術(shù)中的電路結(jié)構(gòu)，這里不做限制。檢波單元12可包括比較電路、濾波電路等?？刂茊卧?3可包括mcu(microcontrollerunit，微控制單元)。執(zhí)行單元14可包括驅(qū)動(dòng)電路、可控開關(guān)、顯示屏和聲光報(bào)警器中的一種或多種，其中，可控開關(guān)串聯(lián)在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)或斷開。

由于該系統(tǒng)是直接選頻放大自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震蕩頻率信號，通過該震蕩頻率信號的特征變化得到需要的溫度信號及電弧信號，以實(shí)現(xiàn)溫度和電弧的檢測，因此該系統(tǒng)不依賴于任何溫度傳感器，且不使用電流傳感器和電壓傳感器，無需分析系統(tǒng)的電流電壓的基波與諧波，并能避開電源及負(fù)載設(shè)備噪聲信號疊加干擾等，可應(yīng)用于各類裝置及各種應(yīng)用系統(tǒng)的不可測區(qū)位的異常溫升檢測和電弧檢測，并且系統(tǒng)成本低、檢測精度高、通用性強(qiáng)，可用于各類交流電源系統(tǒng)和各類直流電源系統(tǒng)的熱故障及故障電弧的檢測與保護(hù)。

需要說明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間可以采用并聯(lián)連接的方式、串聯(lián)連接的方式、單點(diǎn)連接的方式或者信號耦合的方式進(jìn)行連接。

具體地，如圖1a所示，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用并聯(lián)連接方式時(shí)，選頻放大單元11的輸入端與電源41和負(fù)載42并聯(lián)；如圖1b所示，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用串聯(lián)連接方式時(shí)，選頻放大單元11的輸入端串聯(lián)在電源41與負(fù)載42之間的回路中；如圖1c所示，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用單點(diǎn)連接方式時(shí)，選頻放大單元11的輸入端單點(diǎn)連接在電源41與負(fù)載42之間的回路中；當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用信號耦合方式時(shí)，可通過信號耦合器件與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成熱信號耦合，其中，信號耦合器件可以是電容、變壓器、耦合電感和耦合天線等。

進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖2a-圖2c所示，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：第一濾波單元15，第一濾波單元15設(shè)置在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，第一濾波單元15用于對熱信號在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的傳導(dǎo)進(jìn)行隔離。

具體而言，由于自由電子的熱信號會沿著導(dǎo)體傳導(dǎo)，所以可以根據(jù)實(shí)際需要在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置第一濾波單元15，以通過第一濾波單元15隔離熱信號的傳導(dǎo)，避免熱信號源干擾導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中其它支路中的熱信號檢測。例如，圖2a-圖2c所示，第一濾波單元15的輸入端與電源41相連，第一濾波單元15的輸出端與負(fù)載42相連，即電源41通過第一濾波單元15與負(fù)載42相連，以對熱信號的傳導(dǎo)進(jìn)行隔離。其中，第一濾波單元15可以是共模濾波器、差模濾波器或者lc濾波器等，優(yōu)選地，第一濾波單元15為共模濾波器，當(dāng)?shù)谝粸V波單元15為共模濾波器時(shí)，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

進(jìn)一步地，當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有第一濾波單元15時(shí)，選頻放大單元11的輸入端可以連接在第一濾波單元15與電源41之間，也可以連接在第一濾波單元15與負(fù)載42之間。具體地，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用并聯(lián)連接方式時(shí)，如圖2a所示，選頻放大單元11的輸入端與第一濾波單元15的輸出端并聯(lián)，或者選頻放大單元11的輸入端與第一濾波單元15的輸入端并聯(lián)(圖中未示出)；當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用串聯(lián)連接方式時(shí)，如圖2b所示，選頻放大單元11的輸入端串聯(lián)在第一濾波單元15的輸出端與負(fù)載42之間的回路中，或者選頻放大單元11的輸入端串聯(lián)在第一濾波單元15的輸入端與電源41之間的回路中(圖中未示出)；當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用單點(diǎn)連接方式時(shí)，如圖2c所示，選頻放大單元11的輸入端單點(diǎn)連接在第一濾波單元15的輸出端與負(fù)載42之間的回路中，或者選頻放大單元11的輸入端單點(diǎn)連接在第一濾波單元15的輸入端與電源41之間的回路中；當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用信號耦合方式時(shí)，可通過信號耦合器件與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成熱信號耦合，其中，信號耦合器件可以是電容、變壓器、耦合電感和耦合天線等。

需要說明的是，如果導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中相鄰的熱信號檢測距離比較遠(yuǎn)，或者只有單個(gè)或少量的熱信號檢測，則可以省略第一濾波單元15。

另外，需要說明的是，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間采用并聯(lián)連接的方式進(jìn)行連接時(shí)，如圖4所示，選頻放大單元11的第一輸入端和第二輸入端之間還可以并聯(lián)有限壓器件16，和/或，選頻放大單元11的第一輸入端與第二輸入端中的一個(gè)輸入端上串聯(lián)有限流器件17。

具體而言，當(dāng)選頻放大單元11的輸入端之間的電壓較高時(shí)，可以在選頻放大單元11的輸入端之間增加限壓器件16，以防止電壓過高損壞選頻放大單元11；當(dāng)流入選頻放大單元11的電流過大時(shí)，可在選頻放大單元11的任意一輸入端上串聯(lián)限流器件17?？紤]到，當(dāng)電壓較高時(shí)，電流一般也會較高，所以一般限流器件17和限壓器件16會同時(shí)使用，以對選頻放大單元11進(jìn)行限壓限流保護(hù)。其中，限壓器件16可以使用兩個(gè)二極管反向并聯(lián)構(gòu)成，或者直接采用雙向tvs(transientvoltagesuppressor，瞬態(tài)二極管)器件；限流器件17可以采用電容器。

進(jìn)一步地，在對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取以獲得選頻信號，并對選頻信號進(jìn)行放大處理后，可通過多種方式來獲得與所需熱信號相對應(yīng)的頻率信號。

具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，檢波單元12可通過信號幅值比較的方式、頻率計(jì)數(shù)的方式、濾波處理的方式或者單向?qū)щ姷姆绞綄Ψ糯蠛蟮倪x頻信號進(jìn)行檢波處理。

具體而言，根據(jù)自由電子熱運(yùn)動(dòng)的震蕩頻譜特性可知，當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度異常升高和產(chǎn)生電弧時(shí)，自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的頻率信號在頻率和幅值上都會有很大變化，所以可以通過對頻率和幅值的判斷來獲得所需的頻率信號。例如，可以通過對選頻信號的幅值與基準(zhǔn)幅值進(jìn)行比較以獲得所需頻率信號；或者通過對選頻信號的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，并與基準(zhǔn)頻率對應(yīng)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較以獲得所需頻率信號；或者直接通過濾波電路獲得所需頻率信號；或者利用單向?qū)щ娖骷慝@得所需頻率信號。

檢波單元12不僅可以采用硬件方式實(shí)現(xiàn)選頻信號的檢波處理，也可以采用軟件方式來實(shí)現(xiàn)，而當(dāng)采用軟件方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，檢波處理的功能可集成在控制單元13中，以通過軟件數(shù)字信號檢波和濾波來替代硬件檢波單元12。由于軟件方式存在一定的延時(shí)，所以優(yōu)選采用硬件方式實(shí)現(xiàn)。具體電路結(jié)構(gòu)或者軟件算法可采用現(xiàn)有技術(shù)，這里不做限制。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖4所示，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：隔離單元18，隔離單元18設(shè)置在選頻放大單元11的輸入端與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間，隔離單元18用于對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與選頻放大單元11進(jìn)行電隔離，即實(shí)現(xiàn)低壓信號電路與高壓電源之間的隔離。

進(jìn)一步地，如圖4所示，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：第二濾波單元19，第二濾波單元19與隔離單元18串聯(lián)，第二濾波單元19用于對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行濾波處理。其中，第二濾波單元19可以設(shè)置在隔離單元18與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間，也可以設(shè)置在隔離單元18與選頻放大單元11之間。隔離單元18也可以直接由第二濾波單元19代替。其中，隔離單元18可以為變壓器，第二濾波單元19可以采用共模電感，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

需要說明的是，當(dāng)系統(tǒng)中同時(shí)設(shè)置有隔離單元18、第二濾波單元19和限壓器件16時(shí)，三者之間的前后順序是可以互換的。

進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：電壓檢測單元(圖中未具體示出)，電壓檢測單元分別與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和控制單元13相連，電壓檢測單元用于檢測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電壓信號，控制單元13還用于根據(jù)電壓信號判斷導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生偏壓時(shí)，輸出偏壓保護(hù)信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

進(jìn)一步地，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：電流檢測單元(圖中未具體示出)，電流檢測單元分別與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和控制單元13相連，電流檢測單元用于檢測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電流信號，控制單元13還用于根據(jù)電流信號判斷導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過流時(shí)，輸出過流保護(hù)信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

另外，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：漏電流檢測單元(圖中未具體示出)，漏電流檢測單元分別與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和控制單元13相連，漏電流檢測單元用于檢測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的漏電流信號，控制單元13還用于根據(jù)漏電流信號判斷導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生漏電時(shí)，輸出漏電保護(hù)信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。

具體地，當(dāng)?shù)谝粸V波單元15采用共模濾波器時(shí)，可在共模濾波器的電感上增設(shè)輔助繞組，以檢測導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的漏電流信號，并將漏電流信號傳輸至控制單元13，當(dāng)控制單元13判斷漏電流高于預(yù)設(shè)電流值時(shí)，輸出漏電流保護(hù)信號至執(zhí)行單元14，以通過執(zhí)行單元14控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，實(shí)現(xiàn)漏電流保護(hù)。

為了提高系統(tǒng)的交互性，上述的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)還可包括：通信單元20，通信單元20與控制單元13相連，通信單元20用于建立控制單元13與外部設(shè)備之間的通信連接，其中，控制單元13還通過通信單元20接收用戶的控制指令，并通過通信單元20將導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)傳輸至外部設(shè)備。

具體地，外部設(shè)備可以是計(jì)算機(jī)、觸摸顯示屏及其它控制設(shè)備等，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行參數(shù)可包括導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電流信號、電壓信號、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度值等。當(dāng)通信單元20配合電壓檢測單元、電流檢測單元等使用時(shí)，在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生過流或短路、過壓或欠壓、溫度異常以及產(chǎn)生電弧時(shí)，可通過執(zhí)行單元14進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)，也可以通過對操作人員進(jìn)行提醒，由操作人員進(jìn)行人工干預(yù)處理。

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠清楚的了解本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)具體示例來進(jìn)行說明。

如圖6所示，由共模濾波器構(gòu)成的第一濾波單元15的輸入端與電源41相連，輸出端與負(fù)載42相連。由變壓器構(gòu)成的隔離單元18的第一輸入端和第二輸入端并聯(lián)在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，并且隔離單元18的第一輸入端與第二輸入端之間并聯(lián)有由兩個(gè)反并聯(lián)二極管構(gòu)成的限壓器件16，以及隔離單元18的第一輸入端上串聯(lián)有由電容構(gòu)成的限流器件17。由共模電感構(gòu)成的第二濾波單元19的輸入端與隔離單元18相連。由兩級放大器和帶通濾波器構(gòu)成的選頻放大單元11的輸入端與第二濾波單元19的輸出端相連，選頻放大單元11的輸出端與由比較器構(gòu)成的檢波單元12的第一輸入端相連，檢波單元12的第二輸入端與基準(zhǔn)幅值給定端ref相連，檢波單元12的輸出端與由mcu構(gòu)成的控制單元13的輸入端相連，控制單元13的輸出端分別與執(zhí)行單元14和通信單元20相連，執(zhí)行單元14可包括可控開關(guān)，且可控開關(guān)串聯(lián)在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，通信單元20與外部設(shè)備相連。

需要說明的是，當(dāng)系統(tǒng)中的各個(gè)單元由導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的電源41提供電能時(shí)，一般會選擇在系統(tǒng)與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置噪聲濾波器，以防止對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。并且整個(gè)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)制作成專用集成電路，從而簡化電路和降低成本，或者使用通用器件制作成專用的故障電弧檢測保護(hù)裝置以及在線溫度監(jiān)測裝置，或者將該系統(tǒng)的全部或部分單元嵌入到其它裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)故障電弧及觸點(diǎn)異常溫升的檢測及保護(hù)。

另外，可以理解的是，本發(fā)明實(shí)施例的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于單相交流電源系統(tǒng)和單相直流電源系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用于三相交流電源系統(tǒng)中，如圖7a-圖7c、圖8a-圖8c所示，具體連接方式等均與單相電源系統(tǒng)的相同，這里不再贅述。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于自由電子熱運(yùn)動(dòng)的熱信號檢測系統(tǒng)，通過選頻放大單元對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱信號頻譜進(jìn)行頻率選取以獲得選頻信號，并對選頻信號進(jìn)行放大處理。然后，通過檢波單元對放大后的選頻信號進(jìn)行檢波處理，并輸出與選頻信號相對應(yīng)的溫度值。最后通過控制單元判斷該溫度值是否大于等于溫度閾值，并在該溫度值大于等于溫度閾值時(shí)輸出保護(hù)信號至執(zhí)行單元，以通過執(zhí)行單元控制導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開。該系統(tǒng)通過基于導(dǎo)體內(nèi)部自由電子熱運(yùn)動(dòng)的頻譜特征來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的溫度和電弧檢測，不僅可以有效避免噪聲疊加干擾等問題，而且檢測精度高，檢測成本低，通用性強(qiáng)。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。