專利名稱：一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)發(fā)明屬于電力檢測(cè)領(lǐng)域，用于對(duì)電纜間接頭的溫度進(jìn)行測(cè)量，及對(duì)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(huì)產(chǎn)生接觸電阻，對(duì)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(jì)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(cè)的，而且往往會(huì)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(jì)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(shí)，有著相當(dāng)長的時(shí)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(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，記錄地下電纜接頭的真實(shí)并連續(xù)的溫度值，不僅對(duì)接頭部位的溫度變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，還可以提供歷史數(shù)據(jù)比較，并狀態(tài)評(píng)估分析，在事故發(fā)生前及時(shí)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(shí)光纖的折射率也同時(shí)發(fā)生改變這一物理特性，進(jìn)行電纜溫度的在線檢測(cè)應(yīng)用技術(shù)研究。但在實(shí)際應(yīng)用中，大量的無光纖電纜使用已經(jīng)成為事實(shí)，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(cè)溫的問題；其二，根據(jù)光纖植入電纜的實(shí)際結(jié)構(gòu)和使用情況，使用光纖測(cè)溫，其檢測(cè)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(shí)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(shí)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(cè)溫的技術(shù)應(yīng)用受到很大的限制，無法從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜中間接頭的準(zhǔn)確測(cè)溫的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，該裝置能夠在高溫、高壓的工作環(huán)境下，對(duì)運(yùn)行電纜導(dǎo)芯進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)溫，并通過RFID技術(shù)穿透絕緣層(硅橡膠等)向外界傳遞測(cè)得的溫度信號(hào)，同時(shí)該裝置在測(cè)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)，這是本實(shí)用新型的關(guān)鍵技術(shù)和主要內(nèi)容。本實(shí)用新型裝置包括內(nèi)置測(cè)溫器和外置接收器等部件，其中內(nèi)置測(cè)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(cè)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。[0007]外置接收器包括射頻發(fā)射與接口電路、射頻信號(hào)天線、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路。該射頻信號(hào)天線為一組繞內(nèi)置測(cè)溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個(gè)或多個(gè)磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測(cè)溫器外沿一側(cè)或多側(cè)。外置接收器具有射頻識(shí)別閱讀器的功能，內(nèi)置測(cè)溫器具有應(yīng)答器的功能。內(nèi)置測(cè)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(cè)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(cè)電纜接觸，測(cè)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(cè)溫器之間以絕緣護(hù)套隔離。這樣外置接收器和內(nèi)置測(cè)溫器直接沒有導(dǎo)線直接連接，而不會(huì)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(jì)算機(jī)、手機(jī)或其他終端。根據(jù)本實(shí)用新型的另一發(fā)明目的，提供一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，其特征在于該測(cè)溫裝置包括內(nèi)置測(cè)溫器和外置接收器；其中內(nèi)置測(cè)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(dú)立于接收器，并與內(nèi)置測(cè)溫器天線中心對(duì)應(yīng)安裝，中間間隔絕緣層，兩者之間通過射頻識(shí)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(hào)，給內(nèi)置測(cè)溫器供應(yīng)電能，同時(shí)與內(nèi)置測(cè)溫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，內(nèi)置測(cè)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(hào)，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的發(fā)明目的，其中內(nèi)置測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為MCU可以識(shí)別的模擬或數(shù)字信號(hào)；射頻感應(yīng)線圈用于實(shí)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(shí)現(xiàn)MCU與射頻感應(yīng)線圈間的信號(hào)轉(zhuǎn)接。根據(jù)本實(shí)用新型的發(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(hào)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(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，通過射頻信號(hào)天線發(fā)送到內(nèi)置測(cè)溫器；射頻發(fā)射與接口電路同時(shí)通過射頻信號(hào)天線接收內(nèi)置測(cè)溫器發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)，發(fā)送給MCU控制電路，MCU根據(jù)得到的信號(hào)解碼，讀出溫度值。根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步的發(fā)明目的，其中外置接收器射頻信號(hào)天線為一組繞內(nèi)置測(cè)溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個(gè)或多個(gè)磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測(cè)溫器外沿一側(cè)或多側(cè)。

圖1是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的電纜間接頭示意圖；圖2是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的電纜間接頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖；圖3是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的內(nèi)置測(cè)溫器的測(cè)溫原理圖；[0020]圖4是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的內(nèi)置測(cè)溫器與外界通訊的原理圖；圖5是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的內(nèi)置測(cè)溫器的一個(gè)實(shí)現(xiàn)框圖；圖6是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的外置接收器的一個(gè)實(shí)現(xiàn)框圖；圖7是用于本實(shí)用新型的溫度測(cè)量的內(nèi)置測(cè)溫器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中各標(biāo)號(hào)指代名稱如下1.銅芯線；2.銅接管；3.內(nèi)置測(cè)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(cè)溫器電路模塊；15.側(cè)位天線孔。
具體實(shí)施方式
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，本實(shí)用新型的測(cè)溫裝置包括內(nèi)置測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)電纜中間接頭準(zhǔn)確測(cè)溫并向外傳輸溫度及相關(guān)參數(shù)信號(hào)的目的；同時(shí)還解決信號(hào)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(cè)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(cè)量方式檢測(cè)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(hào)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(cè)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(jī)或其他終端。測(cè)溫裝置分兩部分內(nèi)置測(cè)溫器3和外置接收器4。內(nèi)置測(cè)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(hào)，給內(nèi)置測(cè)溫器3供應(yīng)電能，同時(shí)與內(nèi)置測(cè)溫器3實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 內(nèi)置測(cè)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(hào)，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。內(nèi)置測(cè)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(shí)，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(yùn)放，對(duì)溫度信號(hào)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(cè)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。M⑶可采用TI公司的TMS430F2274或ATMEL公司的ATTINYM等。圖5為內(nèi)置測(cè)溫器的一個(gè)實(shí)現(xiàn)框圖。圖7 為內(nèi)置測(cè)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(hào)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(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)， 通過射頻信號(hào)天線5發(fā)送到內(nèi)置測(cè)溫器3 ；射頻發(fā)射與接口電路同時(shí)通過射頻信號(hào)天線接收內(nèi)置測(cè)溫器發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)，發(fā)送給MCU控制電路，MCU根據(jù)得到的信號(hào)解碼，讀出溫度值。射頻信號(hào)天線可采用環(huán)形空心線圈，與內(nèi)置測(cè)溫器中心對(duì)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(gè)實(shí)現(xiàn)框圖。 本實(shí)用新型并非僅限于在此明確描述的實(shí)施例。雖然先前的描述和附圖描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以理解在不脫離本實(shí)用新型的精神的情況下，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實(shí)用新型的精神或本質(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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到本實(shí)用新型可以使用發(fā)明實(shí)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實(shí)用新型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(shí)施例在所有方面應(yīng)被理解為說明性的而非對(duì)其請(qǐng)求保護(hù)的范圍的限制。
權(quán)利要求1.一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，其特征在于該測(cè)溫裝置包括內(nèi)置測(cè)溫器和外置接收器；其中內(nèi)置測(cè)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(dú)立于接收器，并與內(nèi)置測(cè)溫器天線中心對(duì)應(yīng)安裝，中間間隔絕緣層，兩者之間通過射頻識(shí)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(hào)，給內(nèi)置測(cè)溫器供應(yīng)電能，同時(shí)與內(nèi)置測(cè)溫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，內(nèi)置測(cè)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(hào)，經(jīng)電源變換電路后為其內(nèi)部電路供電。
2.如權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，其特征是內(nèi)置測(cè)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|；溫度傳感器是熱電偶、鉬電阻或半導(dǎo)體器件。
3.如權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)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(hào)天線、MCU控制電路和遠(yuǎn)程通信接口電路。
4.如權(quán)利要求1所述的基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，其特征是外置接收器射頻信號(hào)天線為一組繞內(nèi)置測(cè)溫器外沿呈圈形分布的接收線圈組成，采用單個(gè)或多個(gè)磁芯線圈串聯(lián)作為接收線圈安裝在內(nèi)置測(cè)溫器外沿一側(cè)或多側(cè)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種基于射頻技術(shù)的電纜接頭精確測(cè)溫裝置，包括內(nèi)置測(cè)溫器和外置接收器兩部分。內(nèi)置測(cè)溫器通過直接接觸式測(cè)量方法測(cè)量電纜接頭或芯線表面的溫度，通過射頻識(shí)別技術(shù)將數(shù)據(jù)穿透絕緣層傳輸?shù)酵庵媒邮掌?。同時(shí)外置接收器通過射頻信號(hào)向內(nèi)置測(cè)溫器提供電能，解決了內(nèi)置測(cè)溫器的供電問題。本實(shí)用新型的裝置具有溫度測(cè)量準(zhǔn)確、體積小、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202024833SQ20112006012
公開日2011年11月2日 申請(qǐng)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(qiáng) 申請(qǐng)人:浙江圖維電力科技有限公司