CN102914384B - 一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法 - Google Patents

一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电力无源无线测温领域，提供了一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法。本发明的实施例中，在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，经过滤波放大后检测反馈信号与发射信号之间的相位差，找出相位差突变量
Figure 2012103977156100004DEST_PATH_IMAGE002
最大时所对应的发射频率，根据该频率
Figure 470867DEST_PATH_IMAGE004
计算温度。同时检测出反馈信号的功率，根据反馈信号的功率分析传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中发射的射频信号的功率，使传感器工作在最佳状态，具有较强的环境自适应能力。

Description

一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法
技术领域
本发明涉及电力无源无线测温领域，特别涉及一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法。 
背景技术
电力***高压设备中的高压开关柜触头、高压母排接头、断路器接头、地埋电缆等电力设备，在长期运行过程中会出现老化或接触电阻过大而发热，而发热又加速报设备的老化或接触电阻进一步加大，导致发热加剧，因此进入一个恶性循环，最后容易导致设备的损坏。随着城市的发展和智能电网的建设，对高压电压设备的温度监测也越来越重要。 
目前，已有的测温技术大概可概括为：热电偶、红外测温、光纤光栅、有源无线、无源无线方式。 
热电偶方式因为其需要金属导线传输信号，绝缘困难。 
光纤光栅测温因光纤易折、易断的特点，导致工程安装便得困难，而且积累灰尘后容易导致绝缘性能下降。 
红外测温时聚焦存在困难，测量角度和空气中的灰尘都对测量的准确度造成了影响，而且红外测温也无法实现在线监测，同时红外测温价格昂贵。 
有源无线测温因需要在传感器上安装电池，安全方面存在隐患，而且电池是有使用寿命的，用完后需要更换电池，这对工程维护带来了很大的困扰。 
无源无线测温目前大部分采用的是无源无线声表面波温度传感器，它采用无线通信方式，绝缘性好，而且因为传感器是无缘的，不存在有源无线方式的安全隐患及更换电池的问题，无需后期工程维护。同时无源无线声表面波温度传感器的谐振频率随温度漂移的线性度比较好，比较方便进行温度检测，因此无源无线测温十分适合高压电力设备的温度在线监测。目前，已有技术中大多采用对传感器的工作频率范围进行扫频，找出传感器反馈信号功率最大值所对应的发射频率为谐振频率并再计算温度的方法，但是该方法过度依赖于传感器反馈信号功率的大小，当传感器反馈回的信号微弱时，在检测过程中非常容易受到外部空间或是传感器之间的相互干扰，导致温度出现异常。 
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种新的基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法，解决检测过程中过度依赖传感器反馈信号强度、抗干扰能力弱、环境自适应能力差的问题，提升无线测温距离，提高温度检测的可靠性及环境自适应能力。 
为实现以上目的，本发明提供了一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 
步骤A)、在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，经过滤波放大后检测反馈信号与发射信号之间的相位差 
Figure 623993DEST_PATH_IMAGE001
和反馈信号的功率
Figure 581585DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤B)、找出相位差突变量
Figure 787438DEST_PATH_IMAGE003
最大时所对应的发射频率
Figure 779665DEST_PATH_IMAGE004
，记录为谐振频率
Figure 616034DEST_PATH_IMAGE004
，并根据计算公式
Figure 326501DEST_PATH_IMAGE005
计算温度值，所述
Figure 834580DEST_PATH_IMAGE006
为定标校准时的实际温度值，
Figure 415734DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 485322DEST_PATH_IMAGE006
时所测得的实际谐振频率，为传感器频率随温度的漂移率；
步骤C)、根据谐振频率
Figure 230741DEST_PATH_IMAGE004
所对应的反馈信号功率
Figure 197560DEST_PATH_IMAGE002
以及谐振频率前一次、后一次检测频率点所对应的反馈信号功率
Figure 906890DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 93414DEST_PATH_IMAGE010
，分析出传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中射频发射电路发射信号的功率，使传感器适度饱和，工作在最优情况，具有较强的环境自适应能力。
进一步的，所述步骤A中，设所述无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围为L-H，检测装置以
Figure 179182DEST_PATH_IMAGE011
为步进依次发送频率为L、L+S、L+2S……L+(m-1)S、H的射频信号并检测传感器反馈的射频信号，所述m为大于1的自然数；每次发射持续的时间为预设的固定时间
Figure 507DEST_PATH_IMAGE012
，完成发射后检测装置立即切换到接收状态接收传感器反馈的射频信号，间隔预设的固定时间后检测信号与发射频率之间的相位差和信号的功率大小；每次发射射频信号之前延迟一定的延迟时间
Figure 53094DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 208132DEST_PATH_IMAGE014
满足：
Figure 2012103977156100002DEST_PATH_IMAGE015
，所述
Figure 585761DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 168052DEST_PATH_IMAGE017
为预设的固定时间，k为小于j的随机整数，所述j为预设的正整数。 
进一步的，所述步骤C还包括：计算
Figure 562124DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 989695DEST_PATH_IMAGE019
，若且
Figure 538805DEST_PATH_IMAGE021
时，则下一次检测过程中发射信号功率降低
Figure 154594DEST_PATH_IMAGE022
dBm，若或
Figure 537744DEST_PATH_IMAGE024
时，则下一次检测过程中发射信号功率增加
Figure 461838DEST_PATH_IMAGE022
dBm，所述
Figure 830502DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 865454DEST_PATH_IMAGE025
、为预设的常数，且
Figure 199801DEST_PATH_IMAGE027
对比现有技术，本发明存在以下技术效果：
1、  解决了以传感器反馈信号强度来判断谐振频率方法中存在的过度依赖传感器反馈信号强度大小的问题，提高抗干扰能力。
2、  具有发射功率自动调节功能，可自动适应各种复杂环境，保证传感器的最优工作状态，提升温度检测的可靠性。 
附图说明
    图1为本发明实施例中的温度检测流程； 
    图2为本发明实施例中提供的步骤A的实施流程；
    图3为本发明实施例检测方法的传感器反馈信号相位与频率的对应图；
    图4为本发明实施例检测方法的传感器反馈信号功率与频率的对应图；
    图5为本发明实施例反馈信号的相位突变量与频率的对应图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步地详细描述。应当理解，此处所描述的实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。 
本发明的总体思路为：在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，经过滤波放大后检测反馈信号与发射信号之间的相位差和反馈信号的功率，找出相位差突变量最大时所对应的发射频率，记录为谐振频率，并根据计算公式
Figure 127360DEST_PATH_IMAGE028
计算温度值，所述
Figure 486797DEST_PATH_IMAGE006
为定标校准时的实际温度值，
Figure 752694DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 830371DEST_PATH_IMAGE006
时所测得的实际谐振频率，为传感器频率随温度的漂移率，同时根据谐振频率
Figure 686649DEST_PATH_IMAGE004
所对应的反馈信号功率
Figure 359332DEST_PATH_IMAGE002
以及谐振频率前一次、后一次检测频率点所对应的反馈信号功率
Figure 924305DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 104751DEST_PATH_IMAGE010
，分析出传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中射频发射电路发射信号的功率，使传感器适度饱和，工作在最优情况，具有较强的环境自适应能力。 
图1示出了本发明实施例提供的基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法的流程，详述如下： 
在步骤S100中，在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，经过滤波放大后检测反馈信号与发射信号之间的相位差
Figure 704359DEST_PATH_IMAGE001
和反馈信号的功率
Figure 312058DEST_PATH_IMAGE002
。
在步骤S101中，找出相位差突变量
Figure 833170DEST_PATH_IMAGE029
最大时所对应的发射频率
Figure 817306DEST_PATH_IMAGE004
，记录为谐振频率，并根据计算公式
Figure 271421DEST_PATH_IMAGE028
计算温度值，所述
Figure 548556DEST_PATH_IMAGE006
为定标校准时的实际温度值，
Figure 556964DEST_PATH_IMAGE007
为时所测得的实际谐振频率，
Figure 122254DEST_PATH_IMAGE008
为传感器频率随温度的漂移率。 
选定了无源无线声表面波温度传感器的型号后，就可以知道
Figure 71756DEST_PATH_IMAGE008
的值。
Figure 98618DEST_PATH_IMAGE006
可以在定标校准时使用其他标准温度计测量实际温度。这样，在实际实施过程中只要测量出
Figure 158978DEST_PATH_IMAGE006
时的谐振频率
Figure 811852DEST_PATH_IMAGE004
就可以得到
Figure 932254DEST_PATH_IMAGE007
。完成定标校准后，就可以将每次检测得到的谐振频率
Figure 180833DEST_PATH_IMAGE004
代入公式
Figure 44884DEST_PATH_IMAGE005
计算温度值。因此只要能够正确地测出无源无线温度传感器的谐振频率
Figure 328098DEST_PATH_IMAGE004
就可以了。 
在步骤S102中，根据谐振频率所对应的反馈信号功率
Figure 89697DEST_PATH_IMAGE002
以及谐振频率前一次、后一次检测频率点所对应的反馈信号功率
Figure 255974DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 128115DEST_PATH_IMAGE010
，分析出传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中射频发射电路发射信号的功率，使传感器适度饱和，工作在最优情况。 
图2示出了步骤S100的实施流程，详述如下： 
在步骤S1001中，控制检测电路以相同的功率、以
Figure 590321DEST_PATH_IMAGE030
为步进依次发送频率为L、L+S、L+2S……L+（n-1）S、H的射频信号给传感器，每次发射前延迟一定的延迟时间
Figure 547912DEST_PATH_IMAGE014
，且每次发射持续的时间为预设的时间
Figure 753766DEST_PATH_IMAGE012
。所述延迟时间
Figure 480413DEST_PATH_IMAGE014
满足
Figure 349406DEST_PATH_IMAGE031
，所述
Figure 59873DEST_PATH_IMAGE016
、为预设的固定时间，k为小于j的随机整数，所述j为预设的正整数。
在步骤S1002中，每完成发射后立即切换到接收状态接收传感反馈的射频信号，间隔时间
Figure 384992DEST_PATH_IMAGE013
后检测反馈信号与发射信号的相位差以及反馈信号的功率。 
为了更清楚地说明本发明，下面以一个实际的无源无线温度传感器为例进行说明。
传感器的工作频率范围为429070000Hz-430370000Hz，该传感器的频率随温度的漂移率
Figure 189000DEST_PATH_IMAGE008
为7600Hz/℃，取m=130，以10KHz为步进对传感器进行扫频。 
在***刚开通的时候，需要先进行定标校准。先用标准温度计测量被测点的实际温度，记为
Figure 354140DEST_PATH_IMAGE006
。控制检测装置发射功率为8dBm、频率为429070000Hz的射频信号给传感器，但在发射前先延迟
Figure 167375DEST_PATH_IMAGE014
，随后发射射频信号，发射时间持续
Figure 603035DEST_PATH_IMAGE012
。完成发射后立即切换到接收状态接收传感器反馈的射频信号，间隔时间
Figure 577945DEST_PATH_IMAGE013
后分别检测相位差和信号功率值，记录下来。接着如同样方式检测429080000Hz、429090000Hz……430370000Hz的相位差和信号功率值。图3示出了完成扫频后的各频率点的相位与频率的对应关系，图4示出了扫频后的各频率点的信号功率与频率的对应关系，图5示出了相位突变量
Figure 731845DEST_PATH_IMAGE032
与频率的对应关系，从中找出相位差突变量
Figure 817613DEST_PATH_IMAGE029
最大时所对应的发射频率
Figure 874824DEST_PATH_IMAGE004
，记为
Figure 286214DEST_PATH_IMAGE007
。这样就完成了***的定标校准操作。之后只需要按上面的方式检测传感器的谐振频率并代入公式
Figure 816869DEST_PATH_IMAGE028
即可算出当前测量的温度。同时根据
Figure 227122DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 543834DEST_PATH_IMAGE019
的值来分析本次检测过程中传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中发射电路发射信号的功率。比如
Figure 436441DEST_PATH_IMAGE020
且
Figure 864012DEST_PATH_IMAGE021
时，则下一次检测过程中，检测装置发射功率为
Figure 394350DEST_PATH_IMAGE033
。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。 

Claims (3)

1.一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A)、在无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围内，检测装置以扫频的形式依次发射多个功率相同、频率不同的射频信号给无源无线声表面波温度传感器并接收传感器反馈的射频信号，经过滤波放大后检测反馈信号与发射信号之间的相位差
Figure FDA0000464087030000011
和反馈信号的功率Pn；
步骤B)、找出相位差突变量
Figure FDA0000464087030000012
最大时所对应的发射频率fn，记录为谐振频率fn，并根据计算公式
Figure FDA0000464087030000013
计算温度值，所述T0为定标校准时的实际温度值，f0为T0时所测得的实际谐振频率，s0为传感器频率随温度的漂移率；
步骤C)、根据谐振频率fn所对应的反馈信号功率Pn以及谐振频率前一次、后一次检测频率点所对应的反馈信号功率Pn-1和Pn+2，分析出传感器的饱和程度，并自动调节下一次检测过程中射频发射电路发射信号的功率。
2.根据权利要求1所述的基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法，其特征在于，所述步骤A中，设所述无源无线声表面波温度传感器的工作频率范围为L-H，检测装置以
Figure FDA0000464087030000014
为步进依次发送频率为L、L+S、L+2S……L+(m-1)S、H的射频信号并检测传感器反馈的射频信号，所述m为大于1的自然数；每次发射持续的时间为预设的固定时间t1，完成发射后检测装置立即切换到接收状态接收传感器反馈的射频信号，间隔预设的固定时间t2后检测信号与发射频率之间的相位差和信号的功率大小；每次发射射频信号之前延迟一定的延迟时间tdelay，tdelay满足：tdelay=t3+k×t4，所述t3、t4为预设的固定时间，k为小于j的随机整数，所述j为预设的正整数。
3.根据权利要求1所述的基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法，其特征在于，所述步骤C还包括：计算|Pn-Pn-1|和|Pn-Pn+1|，若|Pn-Pn-1|＜c1且|Pn-Pn+1|＜c1时，则下一次检测过程中发射信号功率降低c0dBm，若|Pn-Pn-1|＞c2或|Pn-Pn+1|＞c2时，则下一次检测过程中发射信号功率增加c0dBm，所述c0、c1、c2为预设的常数，且c2＞c1。
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