CN203881450U - 红外在线测温传感器和红外在线测温*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及红外在线测温传感器和红外在线测温***。红外在线测温传感器，用于电力***的温度检测，其包括：阵列红外探测器，用于接收电力***的红外辐射能量，并将红外辐射能量转换为电信号并输出；驱动和信号调理电路，其连接到阵列红外探测器并驱动阵列红外探测器，并且驱动和信号调理电路接收电信号，进行调理并输出经调理的电信号；通信电路，用于接收外部信号并且向外部发送信号；控制电路，连接到驱动和信号调理电路和通信电路，用于对驱动和信号调理电路以及通信电路进行控制，并且还接收经调理的电信号，并在对经调理的电信号进行处理后输出到通信电路；以及电源，用于向驱动和信号调理电路、通信电路、和控制电路供电。
Description
技术领域
本实用新型涉及测温传感器和测温***，特别涉及红外在线测温传感器和红外在线测温***。
背景技术
电力***正向着大电网高可靠性、智能化水平的方向迅猛发展。
随着社会用电量的日益增加，承载着大电量输送任务的高压电气设备如变压器、互感器、高压开关柜、刀闸等的电力负载也在迅速增加。电网中众多高压电气设备本身和设备之间的连接点是电力输送最薄弱环节，这个薄弱环节的实质问题就是联接点发热。随着负荷的增大，导致连接点发热并形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化，电阻增大、再度升温直至酿成事故。因此，电力***不惜人力、财力，采取多种措施监测高压连接点的温升。据国家电力安全事故通报统计，我国每年仅发生在电站的电力事故40％是由高压电气设备过热所致。因此监测高压连接点温升是非常重要的。
现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大意义。多年来由于技术水平的限制使电力***安全运行水平受到一定限制，虽然人们曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温***希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸连接点和触头的测温，对全封闭式金属铠装柜更是无能为力，高压无线测温***彻底地解决了这一疑难杂症，实现了电力***一次运行设备的实时在线监测，通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正地做到了防患于未然。
如果能够采用先进的技术手段，实现对各电气节点温度的安全、方便、实时和连续的测量，对超温故障进行报警和预警，指明故障位置，并且为故障分析提供详尽的历史数据。对于保证电气设备的安全可靠运行，具有重大意义。
多年来，由于技术水平的限制，虽然曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温***希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触 头测温。目前，国内电力测温主要应用红外点测仪和光纤测温仪，而在线方式由于无法解决高压绝缘问题，所以高压开关的触点等空间有限的电气设备基本上都是处于完全无监控的状态下运行，存在重大安全隐患。
中国专利申请第201210111467.4号提到一种用于高压设备电气接点的分布式红外在线测温***。中国专利申请第200820077150.2号提到的基于无线传输的高压开关柜红外在线测温装置涉及一种测温装置，具体为一种基于无线传输的高压开关柜红外在线测温装置。这些文献所提到的测温方式均采用红外点温测量，这些测量方式存在测量面积小，容易造成漏测。并且因为采用单点测量，对安装要求较高，监测一个高压电气装置需要多个装置进行测量，并且安装时需要严格对准。
从现有技术不难看出，温度测量***包括：传感器装置、传感器数据采集装置以及数据处理装置。传感器数据采集装置以及数据处理装置构成了传感器装置的上位机部分。在现有技术的温度测量***中，实现现有的传感器装置需要安装多个传感器，并且存在安装传感器时难以对准以及容易漏测等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种红外在线测温传感器和一种红外在线测温***，用于解决现有技术中的在对动力***测温时需要安装多个传感器以及在安装传感器时难以对准以及容易漏测等问题。
第一方面，本实用新型提供一种红外在线测温传感器，其用于电力***的温度检测，其特征在于，所述红外在线测温传感器包括：
阵列红外探测器，其用于接收所述电力***的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号；
驱动和信号调理电路，其连接到所述阵列红外探测器并驱动所述阵列红外探测器，并且所述驱动和信号调理电路接收所述阵列红外探测器输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号；
通信电路，其用于接收外部信号并且向外部发送信号；
控制电路，其连接到所述驱动和信号调理电路和所述通信电路，用于对所述驱动和信号调理电路以及所述通信电路进行控制，并且还用于接收经所述驱动和信号调理电路调理的电信号，并在对经调理的电信号进行处理后输出到所述通信电路；以及
电源，其用于向所述驱动和信号调理电路、所述通信电路、和所述控制电路供电。
第二方面，根据第一方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述阵列红外探测器包括：
以阵列方式布置的多个红外敏感元，每一红外敏感元均用于接收所述电力***的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换为模拟信号；
多个前置放大器，其用于对所述多个红外敏感元输出的模拟信号进行放大处理；以及
多路开关电路，其用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
第三方面，根据第二方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述阵列红外探测器还包括：
模数转换电路，其连接在所述多个前置放大器和所述多路开关电路之间，用于将所述多个前置放大器输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到所述多路开关多路，
其中，所述多路开关电路对所述数字信号进行选择并进行输出。
第四方面，根据第一方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，每一红外敏感元均是热释电红外敏感元或者均是热电堆红外敏感元。
第五方面，根据第一方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述通信电路通过线缆接收外部信号并且向外部发送信号，并且/或者所述通信电路包括无线信号收发器并通过该无线信号收发器来接收外部信号并且向外部发送信号。
第六方面，根据第五方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述通信电路采用RS485接口装置、RS422接口装置、和CAN-BUS接口装置中的任一种。
第七方面，根据第五方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述无线信号收发器是Zigbee信号收发器或WIFI信号收发器。
第八方面，根据第二方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述多个红外敏感元以4x4阵列、8x8阵列、8x16阵列、16x16阵列、32x31阵列、和32x32阵列中的任一种方式布置。
第九方面，根据第一方面所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述控制电路包括ARM处理器、POWER PC处理器、数字信号处理器DSP之一。
第十方面，一种红外在线测温***，其特征在于包括：
至少一个根据第一方面至第九方面任一方面所述的红外在线测温传感器；
传感器数据采集装置，其与所述红外在线测温传感器的通信电路连接，以采集所述红外在线测温传感器输出的信号；以及
数据处理装置，其用于对所述传感器数据采集装置采集到的信号进行处理，以测量出所述电力***的温度。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型的红外在线测温传感器和红外在线测温***解决了现有技术中的在对动力***测温时需要安装多个传感器以及在安装传感器时难以对准以及容易漏测等问题，降低了所需传感器的数量，安装方便，并且提高了温度测量的精确度。而且，本实用新型的红外在线测温传感器和红外在线测温***具有较低的功耗和较强的组网能力。
附图说明
图1是根据本实用新型的红外在线测温传感器的示意性框图。
图2是根据本实用新型的一个实施方式的红外在线测温传感器中的阵列红外探测器的示意性框图。
图3是根据本实用新型的另一个实施方式的红外在线测温传感器中的阵列红外探测器的示意性框图。
图4示出了根据本实用新型的一个实施方式的红外在线测温传感器中的阵列红外探测器的具体结构的一个示例。
图5是根据本实用新型的红外在线测温***的示意性框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
下面结合附图对本实用新型做进一步地说明：
图1是根据本实用新型的红外在线测温传感器100的示意性框图。
图1所示的红外在线测温传感器100用于电力***的温度检测。如图1所示，红外在线测温传感器100包括：阵列红外探测器101、驱动和信号调理电路102、控制电路103、通信电路104和电源105。具体而言，阵列红外探测器101接收待测电力***的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号。驱动和信号调理电路102连接到阵列红外探测器101并驱动所述阵列红外探测器101。驱动和信号调理电路102接收 阵列红外探测器101输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号。通信电路104接收外部信号并且向外部发送信号。控制电路103连接到驱动和信号调理电路102和通信电路104，用于对驱动和信号调理电路102以及通信电路104进行控制。控制电路103还用于接收经驱动和信号调理电路102调理的电信号，并在对经调理的电信号进行处理后输出到通信电路104。电源105向驱动和信号调理电路102、通信电路104、和控制电路103供电。
在图1所示的红外在线测温传感器100中，控制电路103一般包括微处理器。微处理器的作用是将从驱动和信号调理电路102接收到的源自阵列红外探测器101的电信号进行处理，并控制驱动和信号调理电路102和通信电路104。
在实际应用中，对控制电路103中的微处理器的选择需要综合考虑性能、成本等。性能需要能够完成阵列红外探测器101的分析处理，以及信号的收发控制。成本方面考虑需要具有较低的成本以满足大量应用的需要。微处理器可以包括ARM处理器、POWER PC处理器、数字信号处理器DSP之一。
通信电路104的作用将采集到温度数据以及状态信息发送到上位机进行进一步的处理，并可接收到上位机的控制指令。上位机是控制和接收有关温度的信号的其他仪器设备。
通信电路104可以通过线缆接收外部信号并且向外部发送信号。通信电路104可以采用RS485接口装置、RS422接口装置、和CAN-BUS接口装置中的任一种。通信电路104还可以包括无线信号收发器并通过无线信号收发器来接收外部信号并且向外部发送信号。无线信号收发器可以是Zigbee信号收发器或WIFI信号收发器。另外，通信电路104可以同时具备有线接口装置和无线接口装置，也可以仅具备有线接口装置和无线接口装置之一。此外，在通信电路104选用无线通信的方式时，需要综合考虑应用环境。
图2是根据本实用新型的一个实施方式的红外在线测温传感器100中的阵列红外探测器101的示意性框图。
图2所示的的阵列红外探测器101包括：以阵列方式布置的多个红外敏感元201、多个前置放大器202和多路开关电路203。在图2中，以阵列方式布置的多个红外敏感元中的每一红外敏感元均用于接收电力***的红外辐射能量，并将红外辐射能量转换为模拟信号。多个前置放大器202用于对多个红外敏感元201输出的模拟信号进行放大处理。多路开关电路203用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
图3是根据本实用新型的另一个实施方式的红外在线测温传感器100中的阵列红外探测器101的示意性框图。
图3所示的阵列红外探测器101除了包括与图2所示的阵列红外探测器101相同的元件之外，还包括模数转换电路(ADC)204。模数转换电路204连接在多个前置放大器202和多路开关电路203之间，用于将多个前置放大器202输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到多路开关多路203。在图3所示的阵列红外探测器101中，多路开关电路203对数字信号进行选择并进行输出。
在本发明的图2和图3所示的阵列红外探测器101中，阵列红外探测器101的红外敏感部分可以由以阵列形式布置的一个个敏感元201构成。本发明的阵列红外探测器101可以包含多个前置放大器202来对信号进行放大，放大的信号经过多路开关多路203进行选择输出。在根据本发明的阵列红外探测器101中，放大后的模拟信号可以在阵列红外探测器101内部进行数模转换或者将模拟信号直接输出。在阵列红外探测器101中，每一红外敏感元均是热释电红外敏感元或者均是热电堆红外敏感元。在图2和图3所示的阵列红外探测器101中，多个红外敏感元201以4x4的阵列布置，但是本实用新型不限于此，多个红外敏感元201可以以4x4阵列、8x8阵列、8x16阵列、16x16阵列、32x31阵列、和32x32阵列中的任一种方式布置。
在本发明中，红外在线测温传感器100接收目标(例如，电力***)的红外辐射并将红外辐射转换为电信号。红外在线测温传感器100中的阵列红外探测器101可以是内置ADC(模数转换)数字接口的。以阵列形式布置的敏感元201输出的信号在阵列红外探测器101内部进行ADC转换。转换所得的数据输出通过数字接口，如I2C，SPI接口等输出。
在选用图3所示的具有模数转换电路204的阵列红外探测器101的红外在线测温传感器100中，驱动和信号调理电路102完成的功能相对简单，主要是为阵列红外探测器101提供电压驱动，并且输出的信号是数字信号，因而无需信号的放大与调理。阵列红外探测器101的驱动通过数字SPI或者I2C或者其他数字总线进行。
在选用图2所示的不具有模数转换电路的阵列红外探测器101的红外在线测温传感器100中，前置放大器202输出的电信号被以模拟信号形式从多路开关电路203输出，温度信号输出为模拟电压值。驱动和信号调理电路102的作用可以包括驱动阵列红外探测器101，阵列红外探测器101输出的信号经过滤波、放大等信号调理，并将调理好的信号进行ADC转换。
图4示出了根据本实用新型的一个实施方式的红外在线测温传感器中的阵列红外探测器的具体结构的一个示例。
如图4所示，该阵列红外探测器具有以阵列形式布置的N个敏感元1-N。多个前置放 大器用于对N个敏感元1-N输出的模拟信号进行放大。SCLP(过电压保护器)对经多个前置放大器放大的模拟信号进行过压保护。经过压保护的模拟信号由MUX1(第一多路复用器)进行第一复用。由放大器利用偏置信号来对经第一复用的模拟信号进行放大，并且由MUX2(第二多路复用器)进行第二复用。经第二复用的信号被输出到输出输出缓存器以用于直接输出，或者被ADC(模数转换器)转换为数字信号经SPI(串行外设接口)接口输出串行数据。或者经控制单元和控制寄存器输出为有效采样。另外，控制单元和控制寄存器接收开关控制器的控制信号和外部时钟CLK和异步复位信号POR_N，并向MUX1和MUX2输出信号以进行控制。
即，图4所示的示例中的阵列红外探测器既可以输出模拟信号，又可以输出数字信号。
另外，图4所示的示例中的阵列红外探测器仅仅是一个示例，本发明不限于此。
在本发明的一个优选实施方式中，阵列红外探测器101的红外敏感元的数目(像素数)优选为64，即，红外敏感元的阵列为8x8，4x16。64个红外敏感元可以简化对驱动和信号调理电路102、控制电路103，以及通信电路104的要求。即，信号为24位，每帧图像为512bit，采样率为10帧频/秒，而每秒的数据数为5120bps。这样数据量较小，数据传输压力小，方便传输。又例如，控制电路103中的微处理器可以采用32位低功耗处理器，如ARM，该类型处理器具有较高性能和较低功耗，成本也较低。在本发明的一个优选实施方式中，阵列红外探测器101的数据输出采用数字输出，控制电路103的微处理器具有红外探测器的接口，驱动和信号调理电路102主要完成电源驱动。通信电路104可以采用低功耗无线收发器。无线通讯方式可以采用具有组网能力的Zigbee或者其他通讯协议。因采用小阵列和低数据率进行通讯，Zigbee通讯协议能够满足数据传输的需求。该实施方式的特点是具有较低的功耗和强大的组网能力。
在本发明的另一个优选实施方式中，阵列红外探测器101的红外敏感元的数目(像素数)优选为900个敏感元以上，如32x31等。该实施方式因选取的阵列红外探测器101具有较多数量的敏感元，因此具有较高的分辨率，能够采集更多的温度。在该实施方式中，因像素数更多，控制电路103的微处理器需要选用具有更强大功能的，如选用32位高性能的处理器，如ARM的Cortex-M4、ARM9类型的处理器、或者DSP等。在数据通信方面，考虑到数据速率较高，通过降低采样数据率,通信电路104可以选用Zigbee通讯，或者选用Wifi以满足高速率通讯。
图5是根据本实用新型的红外在线测温***的示意性框图。
图5所示的根据本实用新型的红外在线测温***包括至少一个图1所示的红外在线测 温传感器100，还包括传感器数据采集装置300和数据处理装置500。传感器数据采集装置300与红外在线测温传感器100的通信电路104连接，以采集红外在线测温传感器100输出的信号。传感器数据采集装置300与红外在线测温传感器100的通信电路104的连接方式可以是上述任一种有线连接或无线连接方式。数据处理装置500可以对传感器数据采集装置300采集到的信号进行处理，以测量出目标(例如，电力***)的温度。
本实用新型的无线红外在线测温***的有益效果在于：本实用新型的红外在线测温传感器和红外在线测温***解决了现有技术中的在对动力***测温时需要安装多个传感器以及在安装传感器时难以对准以及容易漏测等问题，降低了所需传感器的数量，安装方便，并且提高了温度测量的精确度。而且，本实用新型的红外在线测温传感器和红外在线测温***具有较低的功耗和较强的组网能力。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种红外在线测温传感器，其用于电力***的温度检测，其特征在于，所述红外在线测温传感器包括：
阵列红外探测器，其用于接收所述电力***的红外辐射能量，并将接收到的红外辐射能量转换为电信号并输出所述电信号；
驱动和信号调理电路，其连接到所述阵列红外探测器并驱动所述阵列红外探测器，并且所述驱动和信号调理电路接收所述阵列红外探测器输出的电信号，并对所述电信号进行调理并输出经调理的电信号；
通信电路，其用于接收外部信号并且向外部发送信号；
控制电路，其连接到所述驱动和信号调理电路和所述通信电路，用于对所述驱动和信号调理电路以及所述通信电路进行控制，并且还用于接收经所述驱动和信号调理电路调理的电信号，并在对经调理的电信号进行处理后输出到所述通信电路；以及
电源，其用于向所述驱动和信号调理电路、所述通信电路和所述控制电路供电。
2.如权利要求1所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述阵列红外探测器包括：
以阵列方式布置的多个红外敏感元，每一红外敏感元均用于接收所述电力***的红外辐射能量，并将所述红外辐射能量转换为模拟信号；
多个前置放大器，其用于对所述多个红外敏感元输出的模拟信号进行放大处理；以及
多路开关电路，其用于对经放大处理的模拟信号进行选择并进行输出。
3.如权利要求2所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述阵列红外探测器还包括：
模数转换电路，其连接在所述多个前置放大器和所述多路开关电路之间，用于将所述多个前置放大器输出的模拟信号转换为数字信号并将所述数字信号发送到所述多路开关多路，
其中，所述多路开关电路对所述数字信号进行选择并进行输出。
4.如权利要求1所述的红外在线测温传感器，其特征在于，每一红外敏感元均是热释电红外敏感元或者均是热电堆红外敏感元。
5.如权利要求1所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述通信电路通过线缆接收外部信号并且向外部发送信号，并且/或者所述通信电路包括无线信号收发器并通过该无线信号收发器来接收外部信号并且向外部发送信号。
6.如权利要求5所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述通信电路采用RS485接口装置、RS422接口装置、和CAN-BUS接口装置中的任一种。
7.如权利要求5所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述无线信号收发器是Zigbee信号收发器或WIFI信号收发器。
8.如权利要求2所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述多个红外敏感元以4x4阵列、8x8阵列、8x16阵列、16x16阵列、32x31阵列、和32x32阵列中的任一种方式布置。
9.如权利要求1所述的红外在线测温传感器，其特征在于，所述控制电路包括ARM处理器、POWER PC处理器、数字信号处理器DSP之一。
10.一种红外在线测温***，其特征在于包括：
至少一个如权利要求1至9任一项所述的红外在线测温传感器；
传感器数据采集装置，其与所述红外在线测温传感器的通信电路连接，以采集所述红外在线测温传感器输出的信号；以及
数据处理装置，其用于对所述传感器数据采集装置采集到的信号进行处理，以测量出所述电力***的温度。
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2014
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