CN108562369A - 智能分布式测温装置及其测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能分布式测温装置及测温方法，测温装置包括智能控制器和柔性分布式测温带；智能控制器包括MCU，以及均与该MCU连接的工业总线接口、无线收发模块和多个传感器接口，工业总线接口与上位机连接，智能控制器通过多个传感器接口与多根柔性分布式测温带连接；柔性分布式测温带包括导电柔性带以及均匀布设在该导电柔性带上的数字测温传感器；柔性分布式测温带的底部为硅胶带，且该硅胶带上设有嵌入槽，导电柔性带置于该嵌入槽内；该柔性分布式测温带还包括隔温带，铺设在所述导电柔性带上方，将相邻数字测温传感器隔开。本发明借助柔性电路印制技术并结合智能控制终端设计的分布式测温方法，成本较低，测量精度高且可扩展。

Description

智能分布式测温装置及其测温方法

技术领域

本发明涉及温度测量领域，尤其涉及一种用于电缆接头或者终端头的智能分布式测温装置及其测温方法。

背景技术

电缆中间接头和终端头的温度分布在电力电缆在运行维护中具有重要作用。电缆中间接头、终端头常常因为制作安装过程中的缺陷，导致电缆或接头发热，如果得不到及时处理常常会引起电缆故障导致***或火灾等恶性事故，严重影响安全生产。同时，电缆中间接头或终端头的温度与载流量成一定的关系，通过对接头温度与载流量综合判断可以更佳了解电缆的运行健康状态，保证电缆安全可靠。电缆在运行过程中接头连接处的温度往往是最高的，所以电缆接头处温度反映了整条电缆线的最高温度，通过对电缆接头处温度的监测，根据温度与载流量的关系，可以在最大限度安全的提高电缆的载流量，保证电缆的利用效率和运行安全。

现有技术对被测物体表面的测温技术主要有三种方式：点状接触式测温，光纤分布式测温，红外非接触式测温。由于电缆接头的实际运行环境复杂多样，单纯的靠传统的单点接触时温度传感器可能无法准确判断出整个电缆接头的实际温度分布。光纤分布式测温时不能过度弯折，使用环境要求较高，数据采集部分较为复杂，部署成本较高；光纤测温的适用范围是0°～80℃，而电缆中间接头的通常温度可达70℃以上，短时故障温度可达130℃，光纤分布式测温虽然能对光纤所接触的电缆线进行全线测温，并做到实时记录，但是不太适合对电缆中间接头或终端头的测量；红外非接触式测温受周围环境干扰大，不适合用于电缆接头温度测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法有效测量电缆中间接头或者终端头温度的缺陷，提供一种测量精度高且可以扩展的智能分布式测温装置及其测温方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种智能分布式测温装置，包括智能控制器和柔性分布式测温带；

所述智能控制器包括MCU，以及均与该MCU连接的工业总线接口、无线收发模块和多个传感器接口，所述工业总线接口与上位机连接，智能控制器通过多个传感器接口与多根柔性分布式测温带连接；

所述柔性分布式测温带包括导电柔性带以及均匀布设在该导电柔性带上的数字测温传感器；所述柔性分布式测温带的底部为硅胶带，且该硅胶带上设有嵌入槽，所述导电柔性带置于该嵌入槽内；该柔性分布式测温带还包括隔温带，铺设在所述导电柔性带上方，将相邻数字测温传感器隔开。

接上述技术方案，所述隔温带上均匀设置隔温条，两个隔温条之间镂空，所述隔温带的边缘均嵌入在所述硅胶带上，镂空部分填充导热硅胶。

接上述技术方案，工业总线接口包括工业以太网、RS485、CAN。

接上述技术方案，该智能控制器还包括电源和电源管理模块，电源采用电池或者外接电源。

接上述技术方案，所述柔性分布式测温带的一端为连接传感器接口的防水接头，另一端为测温带扩展接口；每个导电柔性带上标注有每个数字测温传感器的唯一ID号。

接上述技术方案，所述数字测温传感器的接口类型为三线制或者四线制，其中两条线为电源线和地线，其他的为数据线。

接上述技术方案，所述数字测温传感器为基于单线传输协议的温度传感器或者基于SMBus、I2C协议的温度传感器。

本发明还提供了一种智能分布式测温方法，包括以下步骤：

将柔性分布式测温带铺设在待测电缆接头或者电缆终端头上；

配置柔性分布式测温带的数据信息，包括标识符、数据长度和数据内容，数据内容的格式与标识符一一对应，其中数据内容包括传感器接口类型、数字测温传感器个数以及各个数字测温传感器的唯一ID号；若通过扩展接口对柔性分布式测温带进行扩展，则重新配置；

配置智能控制器的时间，实现对时；

根据传感器接口类型所对应的串行通信协议采集各个数字测温传感器的测量数据；

对每次采集的测量数据进行处理，并计算数字测温传感器测量值的最大值、最小值、均值以及方差；

将标识符、数据包长度、计算结果、各个数字测温传感器的测量值和本次数据采集时间组成完整的数据包，并发送给上位机。

本发明产生的有益效果是：本发明借助柔性电路印制技术结合一个智能控制终端设计了一种可扩展的低成本分布式测温装置及方法，可根据实际需求增加测温带的长度增加测温点，从而可实现被测物体整体温度分布式测量。用于电缆接头温度的在线测量可实现整个电缆接头最高温度、最低温度差，及平均温度的监测，同时测量精度高，实际部署方便成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例智能分布式测温装置的结构示意图；

图2是本发明实施例智能控制器的结构示意图；

图3是本发明实施例柔性分布式测温带的结构示意图；

图4是本发明实施例导电柔性带置于硅胶带嵌入槽内的结构示意图；

图5是本发明实施例隔温带的结构示意图；

图6是本发明实施例带隔温带的柔性分布式测温带的结构示意图；

图7是本发明实施例配置软件界面的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例智能分布式测温装置包括智能控制器和柔性分布式测温带。

智能控制器包括MCU，以及均与该MCU连接的工业总线接口、无线收发模块和多个传感器接口，所述工业总线接口与上位机连接，智能控制器通过多个传感器接口与多根柔性分布式测温带连接。

柔性分布式测温带包括导电柔性带以及均匀布设在该导电柔性带上的数字测温传感器。

如图2所示，本发明一个实施例中，智能控制器由电源、电源管理模块、MCU、工业总线接口、无线收发模块、传感器接口A、传感器接口B、传感器接口C组成。传感器接口A、传感器接口B、传感器接口C用于外接柔性分布式测温带；工业总线接口、无限收发模块用于数据的对外传输。工业总线一般用于有线的组网方式，工业总线包括工业以太网、RS485、CAN等。无线收发模块可用于基于无线方式向数据中心或者数据采集器上报温度数据，无线方式包括WiFi、3G/4G/LTE等。MCU用于各个接口的控制以及温度数据采集与智能分析。电源管理模块用于智能控制器的电源管理，电源可以采用电池供电或者外接电源。

如图3所示，本发明实施例的柔性分布式测温带由分布在导电柔性带(即柔性印制电路板)上的多个数字温度传感器组成，并且采用防水技术处理，导电柔性带一端带有和智能控制器的传感器接口连接的防水接头，另一端带有测温带扩展接头。导电柔性带上标注有每个传感器的唯一ID号。导电柔性带上的数字温度传感器离智能传感器由近及远编号为1，2，3…N。

根据所选的传感器接口类型进行数据采集，比如基于单线或者双线传输协议的温度传感器，如基于SMBus、I2C协议的温度传感器。传感器接口类型包括三线制、四线制，其中两条线为电源线和地线，其他的为数据线。

每根导电柔性带都带有级联接口(即扩展接头)，可以通过插拔的方式进行级联，以扩展测温点，增大测温的空间范围。测温带上带有地址编号，级联时编号大的级联在编号小的后面。测温带上标注每个传感器的唯一ID，便于级联后向智能终端写入传感器的唯一ID。

如图4、5所示，本发明实施例的柔性分布式测温带的底部为硅胶带11，且该硅胶带上设有嵌入槽，所述导电柔性带12置于该嵌入槽内；该柔性分布式测温带还包括隔温带(如图5所示)，铺设在所述导电柔性带上方，将相邻数字测温传感器13隔开。

如图5所示，所述隔温带上均匀设置隔温条14，两个隔温条之间镂空，如图6所示，所述隔温带的边缘均嵌入在所述硅胶带上，镂空部分填充导热硅胶。即在测温带制作时，采用柔性印制电路板，同时可选用隔热橡胶隔断各个传感器，每个传感器用导热硅胶密封，并和被测物体接触，这样可以有效地测量被监测点的温度，也不会引起临近传感器的温度串扰。

基于上述实施例的智能分布式测温装置，将其应用于电缆中间接头或者端头的测温，具体包括以下步骤：

S1、配置柔性分布式测温带的数据信息，包括标识符、数据长度和数据内容，数据内容的格式与标识符一一对应，其中数据内容包括传感器接口类型、数字测温传感器个数以及各个数字测温传感器的唯一ID号；若通过扩展接口对柔性分布式测温带进行扩展，则重新配置；通过对智能控制器配置柔性测温带上传感器的唯一ID，可以实现测温带的破损更换，按需扩展等，降低维护成本；

S2、配置智能控制器的时间，实现对时；

S3、根据传感器接口类型所对应的串行通信协议采集各个数字测温传感器的测量数据；

S4、对每次采集的测量数据进行处理，并计算数字测温传感器测量值的最大值、最小值、均值以及方差；

S5、将标识符、数据包长度、计算结果、各个数字测温传感器的测量值和本次数据采集时间组成完整的数据包，并发送给上位机。

为了能够知道每个温度传感器在导电柔性带上的位置，可对温度传感器进行配置，基本约定如下，当导电柔性带接到智能控制器上后，离智能传感器由近及远编号为1，2，3…N。

本发明的一个实施例中，可通过配置软件配置柔性分布式测温带的位置信息和采集时间信息。

智能控制器上连接三条测温带，包括柔性分布式测温带A、柔性分布式测温带B和柔性分布式测温带C。配置软件界面如图7所示。

可采用TLV的命令协议，其中T为配置命令，L为整条命令具体内容的长度，配置的命令格式如下表1所示。

表1智能控制器的柔性测温带传感器唯一ID配置命令格式表

命令举例：0xCA:配置传感器接口A的柔性分布式测温带；0xCB:配置传感器接口B的柔性分布式测温带；0xCC:配置传感器接口C的柔性分布式测温带；

接口类型约定距离：0x51：单总线传感器；0x52:I2C总线；0x53：SMBus总线，协议可以扩展。

智能终端根据配置信息读取各条测温带上的各个点的温度，根据TLV的格式组成标准数据，便于数据解析。

采用TLV的命令协议，其中T为配置命令，L为整条命令具体内容的长度，配置的具体值如下表2所示。

表2智能控制器上报温度测量值得数据包格式表

命令举例：0xBA:配置传感器接口A的柔性分布式测温带的温度数据；0xBB:配置传感器接口B的柔性分布式测温带的温度数据；0xBC:配置传感器接口C的柔性分布式测温带的温度数据。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能分布式测温装置，其特征在于，包括智能控制器和柔性分布式测温带；

所述智能控制器包括MCU，以及均与该MCU连接的工业总线接口、无线收发模块和多个传感器接口，所述工业总线接口与上位机连接，智能控制器通过多个传感器接口与多根柔性分布式测温带连接；

所述柔性分布式测温带包括导电柔性带以及均匀布设在该导电柔性带上的数字测温传感器；所述柔性分布式测温带的底部为硅胶带，且该硅胶带上设有嵌入槽，所述导电柔性带置于该嵌入槽内；该柔性分布式测温带还包括隔温带，铺设在所述导电柔性带上方，将相邻数字测温传感器隔开。

2.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，所述隔温带上均匀设置隔温条，两个隔温条之间镂空，所述隔温带的边缘均嵌入在所述硅胶带上，镂空部分填充导热硅胶。

3.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，工业总线接口包括工业以太网、RS485、CAN。

4.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，该智能控制器还包括电源和电源管理模块，电源采用电池或者外接电源。

5.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，所述柔性分布式测温带的一端为连接传感器接口的防水接头，另一端为测温带扩展接口；每个导电柔性带上标注有每个数字测温传感器的唯一ID号。

6.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，所述数字测温传感器的接口类型为三线制或者四线制，其中两条线为电源线和地线，其他的为数据线。

7.根据权利要求1所述的智能分布式测温装置，其特征在于，所述数字测温传感器为基于单线传输协议的温度传感器或者基于SMBus、I2C协议的温度传感器。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的智能分布式测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

将柔性分布式测温带铺设在待测电缆接头或者电缆端头上；

配置柔性分布式测温带的数据信息，包括标识符、数据长度和数据内容，数据内容的格式与标识符一一对应，其中数据内容包括传感器接口类型、数字测温传感器个数以及各个数字测温传感器的唯一ID号；若通过扩展接口对柔性分布式测温带进行扩展，则重新配置；

配置智能控制器的时间，实现对时；

根据传感器接口类型所对应的串行通信协议采集各个数字测温传感器的测量数据；

对每次采集的测量数据进行处理，并计算数字测温传感器测量值的最大值、最小值、均值以及方差；

将标识符、数据包长度、计算结果、各个数字测温传感器的测量值和本次数据采集时间组成完整的数据包，并发送给上位机。