CN115683366A - 适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、***及测温传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置，包括供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块；供能模块用于为装置提供电能；传感器模块用于感知被检测对象的状态信息并产生温度数据；无线通信模块用于向外部设备进行温度数据的传输；控制模块用于控制装置的开关，控制传感器模块将温度数据传送至无线通信模块；电磁屏蔽模块用于屏蔽强交变电磁场环境下的电磁信号。本申请通过无线传输、无源供电及电磁屏蔽处理避免在强交变电磁场环境下因能量耦合造成的传感器损坏，大幅度减少外界电磁场对传感器电子元件的干扰。

Description

适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、***及测温传 感器

技术领域

本申请涉及电力生产及电力输送领域，具体而言，涉及一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、***及测温传感器。

背景技术

在工业生产场景中，对运行环境、运行设备的温度监测尤为重要。目前对工业环境及工业设备的温度状态监测，主要通过接触式温度测量或者非接触式的红外测温两大技术手段。电力生产及电力输送作为典型的工业生产场景，需要对大量电气设备做实时温度监测，常用的测温装置：基于PT100及有线供能与通信的接触式测温传感器、基于红外测温及有线供能与通信的非接触式测温传感器、基于PT100的CT取电无线通信测温传感器、基于PT100的电池供电无线通信测温传感器等。

但是，电力生产及输送***的工业场景相比于其他工业场景，存在复杂强交变的电磁场环境，目前IPB外壳及导体测温传感器均通过有线供能及通信，在复杂强交变电磁场环境下，传感器的引出线上将耦合大量电磁能，从而造成对传感器或者数据接收端等设备的损坏，并对传感器中的电子元件造成不可恢复的破坏损伤。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请实施例解决了IPB在上述强交变电磁场下的温度传感问题，至少提供了一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、***及测温传感器，以避免在强交变电磁场环境下因能量耦合造成的传感器损坏，避免外界电磁场对传感器电子元件的不可恢复的破坏损伤。具备在IPB，但不限于IPB等更广义的强交变电磁场环境下的温度测量。

第一方面，本发明实施例提供了适用于强交变电磁场的无线无源测温装置，所述装置包括供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块；

所述供能模块用于为所述装置提供电能；

所述传感器模块用于确定被检测对象的温度信息并产生温度数据；

所述无线通信模块用于向外部设备进行温度数据的传输；

所述控制模块用于控制所述装置的开和关，控制所述传感器模块将温度数据传送至所述无线通信模块；

所述电磁屏蔽模块用于屏蔽强交变电磁场环境下的电磁信号。

进一步地，所述供能模块包括电池单元、光取能单元和温差取能单元；

其中，供能方式包括所述电池单元、所述光取能单元和所述温差取能单元共同供能；所述电池单元和所述光取能单元共同供能；所述电池单元暖和所述温差取能单元共同供能。

进一步地，所述无线通信模块采用低功耗无线LoRa的方式实现数据传输。

进一步地，所述传感器模块包括传感器、导热单元和隔热单元；

所述导热单元用于辅助所述传感器模块测量所述待检测对象的所述温度数据；所述隔热单元用于使所述传感器模块的传感器及其导热单元免受传感器其它结构的温度及其散热效应的影响。

进一步地，所述传感器的封装采用具备屏蔽超宽电磁频谱的金属密封外壳。

进一步地，所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置的外壳采用铝合金但不限于具有电磁屏蔽效应的金属材质密封制成。

进一步地，所述外部设备包括服务器和云端数据库，所述服务器和云端数据库用于与所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置进行通信。

第二方面，本发明实施例提供了适用于强交变电磁场的无线无源测温***，所述适用于强交变电磁场的无线无源测温***包括上述第一方面所述的适用于强交变电磁场的无线无源测温装置；以及服务器和云端数据库，所述服务器和云端数据库能够与所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置进行通信。

第三方面，本发明实施例提供了一种测温传感器，所述传感器包括外壳、光能板、电磁屏蔽主板、测温传感器探头电池及电池底座；

所述外壳设有测温探头的通道，光能板设在所述外壳的上盖上，所述电池、所述电池底座及所述电磁屏蔽主板设置于所述外壳的内部。

进一步地，所述测温传感器探头上设有隔热端环和导热金属片。

本发明实施例提供了一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、***及测温传感器，装置包括供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块；供能模块用于为装置提供电能；传感器模块用于感知被检测对象的状态信息并产生温度数据；无线通信模块用于向外部设备进行温度数据的传输；控制模块用于控制装置的开关，控制传感器模块将温度数据传送至无线通信模块；电磁屏蔽模块用于在电路板和元部件工作环境进一步屏蔽强交变电磁场环境下的电磁干扰，本发明通过无线传输，无源电源供电以及电磁屏蔽，避免在强交变电磁场环境下因能量耦合造成的传感器损坏，避免外界电磁场对传感器电子元件的不可恢复的破坏损伤。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的另一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种适用于强交变电磁场的无线无源测温***示意图；

图4本发明实施例一提供的一种测温传感器示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

因此，虽然示例实施例能够为各种修改和可替换的形式，但是，这些实施例在附图中以示例的方式示出并在这里被详细地描述。但是，应该理解，不应当将示例实施例限制为所披露的特定形式。相反，示例实施例覆盖落入在本公开的范围内的所有的修改、等同物和可替换物。在对附图的整个描述中，相同的标号表示相同的元件。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本发明中使用的术语仅仅出于描述特定实施例的目的，并且不应当是限制性的。如本发明中使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”应当也包括复数形式，除非上下文中明确地另有说明。将会进一步理解，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“具有”在本发明中使用时指定所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其集合的存在或添加。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

在工业生产场景中，对运行环境、运行设备的温度监测尤为重要。目前对工业环境及工业设备的温度状态监测，主要通过接触式温度测量或者非接触式的红外测温两大技术手段。在工业场景生产现场，测温传感器的温度数据可通过有线(RS485、RJ45等)、或无线(RF433、LoRa)的数据传输。

电力生产及电力输送作为典型的工业生产场景，需要对大量电气设备做实时温度监测，常用的测温装置：基于PT100及有线供能与通信的接触式测温传感器、基于红外测温及有线供能与通信的非接触式测温传感器、基于PT100的CT取电无线通信测温传感器、基于PT100的电池供电无线通信测温传感器等。电力生产及输送***的工业场景相比于其他工业场景，存在复杂强交变的电磁场环境，对测温传感器的电磁干扰强烈，严重情况可损坏测温传感器。实际工业场景中通过有线供能及通信的测温传感器在复杂强交变磁场环境下对IPB(离相封闭母线)的外壳及导体进行温度监测的示意图。IPB外壳测温传感器采用PT100作为测温元件，通过有线通信连接实现温度数据的上传，IPB导体测温传感器采用单点红外作为测温元件，也通过有线供能及通信的方式，实现温度监测数据的采集与上传。

主变压器由热备用转运行或线路跳闸后的重合闸时，将在高、低压绕组间产生电磁振荡，在电磁振荡产生的强交变电磁场作用下，封闭母线外壳表面瞬间产生较多感应电荷，并产生较大的对地电流，该大电流通过短路板接地形成压降，会在安装测温元件处形成过电压，此过电压将对主变压器低压侧封闭母线外壳的测温元件放电，电荷经过测温元件外壳、芯线及屏蔽层到达温度控制器，造成装置板件损坏。

IPB外壳测温传感器、IPB导体红外测温传感器在运行过程中，将受复杂强交变磁场环境干扰。红外测温元件及PT100测温元件引出线敷设路径沿封闭母线外壳、主变压器器身表面到达温控装置，由于引出线较长，在强电磁场区域内，传感器引出线及屏蔽层因电磁感应产生感应电压。一方面，当测温装置接地不可靠时，电缆屏蔽层仅在传感器端直接接地，虽可消除屏蔽层循环电流，减少干扰，但在合闸冲击时，金属屏蔽接地不良端可能会出现很高的冲击过电压，造成温度控制器测温异常甚至板件损坏。另一方面，测温装置端接地良好，因测温元件直接安装在封闭母线外壳上，此时引出线屏蔽层两端可靠接地，屏蔽层受电磁场干扰的影响使屏蔽层形成接地环流，此环流可能起到对电流信号削弱或者增强的效果，造成设备损坏。

图1为本发明实施例提供的适用于强交变电磁场的无线无源测温装置示意图。

参见图1，该装置100包括：供能模块101、传感器模块102、无线通信模块103、控制模块104以及电磁屏蔽模块105；

供能模块101用于为装置提供电能；

传感器模块102用于感知被检测对象的状态信息并产生温度数据；

无线通信模块103用于向外部设备进行温度数据的传输；

控制模块104用于控制装置的开和关，控制传感器模块102将温度数据传送至无线通信模块103；

电磁屏蔽模块105用于屏蔽强交变电磁场环境下的电磁信号。

其中，供能模块101为整个适用于强交变电磁场的无线无源测温装置提供工作所需的电能，本发明中的电源采用无电源线缆的方式实现供电，在整个测温装置中不设置电源回路，在一定程度上避免了在强交变电磁场环境下所产生的大量耦合电磁能从而干扰整个回路。

具体的，参见图2，供能模块101包括电池单元201，光取能单元202和温差取能单元203，采用多个供能模块中的供能单元配合的方式为整个强交变电磁场的无线无源测温装置提供电能，多元化电源组合的形式实现传感器的电能供应可以适用于更多的工业场景需求，其中，电池单元201，光取能单元202和温差取能203可以单独工作，为装置供电，也可以配合在一起进行供电，电池单元201的电能来源为工业电池，光取能单元202的电能来源为光取能板，在光照充足的情况下将光能转化为电能，温差取能单元203是利用外界环境温差较大的情况进行供能。对于工业现场运行设备与环境温差较大但光照不足的场景，可配置“工业电池+温差取能”实现传感器的供能；对于工业场景中运行设备与运行环境温差较小，但光照充足的场景，可配置“工业电池+光取能”实现传感器的供能。多元化组合的无源供能模块使传感器能适应更多的工业应用场景。

可选的，本发明实施例中的无线通信模块采用低功耗无线LoRa的方式实现数据传输，LoRa(Long Range Radio)是一种远距离无线电传输方式，最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，解决了在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远的技术问题，实现了低功耗和远距离的统一。本发明的无线无源测温传感器采用自定义的低功耗无线LoRa实现无线数据传输。由于本发明的无线无源测温传感器采用无源供能的方式，为保证传感器可以实现长期稳定运行，需要采用低功耗的无线数据传输，通过自定义的LoRa协议以降低数据无线传输的功耗。

本发明实施例中的传感器模块，用于确定被检测对象的温度信息并产生温度数据，传感器模块中包含有测温传感器，测温传感器可以是基于PT100的IPB温度测量传感器，也可以是基于单点红外的IPB温度测量传感器，通过与被检测对象进行接触，获得被检测对象的温度信息并生成温度数据，然后将温度数据传送给无线通讯模块。无线通讯模块通过无线传输的方式将温度数据传输给外部设备，其中外部设备包括服务器和云端数据库，用于温度数据的储存和分析等。

本发明实施例中适用于强交变电磁场的无线无源测温装置的外壳和温度传感器的外壳均使用铝金属的材质制作，铝外壳化学性能稳定，无磁性，且导热性能强，便于与待检测对象接触并获取温度信息。适合在复杂强交变电磁场的环境中使用。

本发明实施例中提供的控制模块，用于控制适用于强交变电磁场的无线无源测温装置的开关，因测温只需要在一个很短的时间内进行并完成，因此控制开关的设置就是为了让装置在合适的时间进行工作，在不需要测温的时间进行关闭，另外，控制模块还控制传感器模块将接收到的被检测对象的温度信息。

本发明实施例中的传感器模块，包括传感器单元，导热单元和隔热单元，其中传感器单元通过与被检测对象进行接触，测量被检测对象的温度信息，导热单元帮助传感器单元进行热量传递，将被检测对象的温度更精确的传递给传感器单元，同时又防止被检测对象温度过高会损坏传感器单元，隔热单元用于在不影响传感器单元进行温度测量的情况下，防止传感器单元因温度过高而被损坏。

本发明实施例中的电磁屏蔽模块，处于适用于强交变电磁场的无线无源测温装置中，电磁屏蔽模块是在不影响整个装置的运行下，通过对装置中的电路主板进行了防电磁处理，经过防磁处理后的电路主板，可以防止无线无源装置在强交变电磁场工作时受到干扰。

本申请提供了一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置，包括供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块；供能模块用于为装置提供电能；传感器模块用于感知被检测对象的状态信息并产生温度数据；无线通信模块用于向外部设备进行温度数据的传输；控制模块用于控制装置的开关，控制传感器模块将温度数据传送至无线通信模块；电磁屏蔽模块用于屏蔽强交变电磁场环境下的电磁信号。本申请通过无线传输、无源供电及电磁屏蔽处理避免在强交变电磁场环境下因能量耦合造成的传感器损坏，大幅度减少外界电磁场对传感器电子元件的干扰。

参见图2，本申请实施例还提供一种适用于强交变电磁场的无线无源测温***，该***包括上述的适用于强交变电磁场的无线无源测温装置，还包括服务器和云端数据库，服务器和云端数据库用于与适用于强交变电磁场的无线无源测温装置进行通信。具体的，服务器用于接收适用于强交变电磁场的无线无源测温装置中的无线通讯模块上传的待检测对象的温度数据，并将该温度数据上传至云端数据库，云端数据库将温度数据进行保存，方面对收集到的温度数据进行整理和分析。

参见图3，为本申请提供的一种适用于强交变电磁场的无线无源测温***，包括适用于强交变电磁场的无线无源测温装置中的供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块，还包括服务器和云端数据库。通过无线传输、无源供电及电磁屏蔽处理避免在强交变电磁场环境下因能量耦合造成的传感器损坏，大幅度减少外界电磁场对传感器电子元件的干扰。

参见图4，本申请实施例还提供一种测温传感器，传感器包括外壳401、光能板402、电磁屏蔽主板403、测温传感器404、电池405及电池底座406；外壳401设有测温探头的通道，该通道用于露出测温探头，便于与被检测对象进行接触，光能板402设在外壳的上盖上，便于当外界光照充足的条件下，吸收光源，将吸收的光能转化为电能，电池405置于电池底座406上，电磁屏蔽主板403设置于外壳内部。测温传感器404探头上设有隔热端环407和导热金属片408。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适用于强交变电磁场的无线无源测温装置，其特征在于，所述装置包括供能模块、传感器模块、无线通信模块、控制模块以及电磁屏蔽模块；

所述供能模块用于为所述装置提供电能；

所述传感器模块用于确定被检测对象的温度信息并产生温度数据；

所述无线通信模块用于向外部设备进行温度数据的传输；

所述控制模块用于控制所述装置的开和关，控制所述传感器模块将温度数据传送至所述无线通信模块；

所述电磁屏蔽模块用于屏蔽强交变电磁场环境下的电磁信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供能模块包括电池单元、光取能单元和温差取能单元；

其中，供能方式包括所述电池单元、所述光取能单元和所述温差取能单元共同供能；所述电池单元和所述光取能单元共同供能；所述电池单元暖和所述温差取能单元共同供能。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块采用低功耗无线LoRa的方式实现数据传输。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器模块包括传感器、导热单元和隔热单元；

所述导热单元用于辅助所述传感器模块测量所述被检测对象的所述温度数据；所述隔热单元用于使所述传感器模块的所述传感器及其导热单元免受所述传感器的其它结构的温度及其散热效应的影响。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感器的封装采用具备屏蔽超宽电磁频谱的金属密封外壳。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置的外壳采用铝合金，但不限于铝合金的金属制成。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部设备包括服务器和云端数据库，所述服务器和云端数据库用于与所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置进行通信。

8.一种适用于强交变电磁场的无线无源测温***，其特征在于，所述适用于强交变电磁场的无线无源测温***包括：如权利要求1-7中任一所述的适用于强交变电磁场的无线无源测温装置、服务器和云端数据库，所述服务器和云端数据库能够与所述适用于强交变电磁场的无线无源测温装置进行通信。

9.一种测温传感器，其特征在于，所述传感器包括外壳、光能板、电磁屏蔽主板、测温传感器、电池及电池底座；

所述外壳设有测温探头的通道，光能板设在所述外壳的上盖上，所述电池、所述电池底座及所述电磁屏蔽主板设置于所述外壳的内部。

10.根据权利要求9所述的测温传感器，其特征在于，所述测温传感器探头上设有隔热端环和导热金属片。

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