CN216899352U - 一种电缆导体测温装置 - Google Patents

Abstract

一种电缆导体测温装置由温度传感器、读取天线、控制电路、云平台监测软件以及定位模块组成。温度传感器贴附于电缆导体上，采用谐振电路的传感方式。控制电路中的信号收发模块向读取天线发送扫频信号，使读取天线与谐振电路产生电感耦合，再由信号收发模块接收谐振电路反馈的特征值，通过特征值和温度的对应关系得到电缆导体的温度。温度信息由无线传输模块传至云平台监测软件，实现对温度的实时显示。在控制电路中放置温湿度读取模块，监测控制电路周围环境状态，预警控制电路因温度或湿度异常而造成的损坏。通过定位模块，对电缆异常温度处进行定位，提高检修效率。

Description

一种电缆导体测温装置

技术领域

本实用新型涉及测温领域，尤其是一种电缆导体测温装置。

背景技术

伴随着现代工业化程度的提高以及国家电力物联网的快速发展，电气设备的电压等级在不断提高且工作电流也在不断加大，人们对电的需求也越来越高，导致了电气设备发热损坏现象愈发严重，其中温度是检测电气设备是否正常工作的最明显的表征。所以通过检测电气设备关键部位的温度来判断设备是否处于健康状态。当温度出现异常时，则可以及时进行检修，从而避免发生更大的故障。故对电气设备关键部位的温度进行实时检测是很有必要的。

对于高压电缆，电缆导体是关键发热和故障的部位。故对电缆导体的温度监测，需要传感器能够直接接触到内部核心导体，从而更高精度的监测导体的温度。由于考虑到电缆内部空间极其狭小，故对传感器尺寸的设计有很大的要求。同时处在电缆内部是是强电磁场环境，故设计的传感器需不受内部电场分布的影响。而电缆的寿命一般为30年，故内置的传感器的使用寿命也应不低于30年。基于上述问题，本实用新型公开了一种电缆导体测温装置。

该测温***包括温度传感器、读取天线、控制电路和云平台监测软件以及定位模块。控制电路中的信号收发模块通过读取天线向谐振式传感器发射扫频信号，利用回路的特征值与温度的对应关系，直接读取电缆导体的温度，实现对温度的实时监测。同时控制电路的温湿度读取模块将控制电路的温度湿度信息传送到云平台监测软件，实现对控制电路性能状态的实时显示，预警控制电路损坏。通过定位模块，实现对电缆温度异常处的定位，为后续检修提供便利。

实用新型内容

基于上述内容，本实用新型提供了一种电缆导体测温装置，包括温度传感器、读取天线、控制电路、云平台监测软件以及定位模块，所述温度传感器贴附于电缆导体上，用于测量电缆导体的温度，所述读取天线与温度传感器位于同一截面内，用于获取温度传感器的测量值，所述控制电路位于电缆外部，与读取天线有线相连，向温度传感器发射扫频信号。

所述温度传感器由温敏基底、谐振电路、保护层组成。所述温度传感器是由在温敏基底上制作谐振电路并在电路表面贴附一层保护层组成，所述温度传感器紧贴电缆导体。所述信号收发模块通过发送扫频信号使所述读取天线与所述谐振电路产生电感耦合，并接收谐振电路反馈的特征值信号，所述控制电路根据所述信号收发模块接收到的特征值得出所述电缆导体的温度。

所述温敏基底是聚对苯二甲酸乙二酯。

为了提高测量精度，优选的，所述特征值选择Q值。

所述温度传感器中的谐振电路采用上下极板式电容和平面螺旋式电感。为了在基片上制作尽可能大的电感值，采用多层螺旋电感方式。在电容外涂层绝缘保护层后再在上方制作两层电感且两层电感旋转方向相同，在这个谐振电路外涂一层保护层，电感与电容以通孔的方式串联。这样不仅可达到更大的电感值，且有更多的保护层保护电路，同时使传感器的尺寸更小。最后将电容的下极板贴附于电缆导体上，电感处于多道保护层中，可防止因长期直接贴附于电缆导体而造成的断裂，损坏传感器，进而提升传感器使用寿命。

为了提高测量灵敏度，优选的，所述温度传感器中的谐振电路采用LC谐振电路。

所述读取天线是由多匝数线圈组成，所述读取天线和所述信号收发模块通过导线相连。

所述控制电路包括信号收发模块、温湿度读取模块、微控制器和无线传输模块。

所述信号收发模块采用AD9833芯片。所述信号收发模块由微控制器控制，向读取天线发射扫频信号，并接收反馈的信号。

所述温湿度读取模块采用HDC1080温湿度传感器，所述HDC1080温湿度传感器是一款具有集成温度传感器的数字湿度传感器，用于检测所述控制电路的温度湿度，预警控制电路损坏。

所述无线传输模块采用SIM800C模块。所述SIM800C模块是一款GSM/GPRS模块，通过所述SIM800C模块与SIM卡实现测温装置与云平台监测软件之间的数据通信，将数据先传送至云端服务器，再通过云端直接传输至云平台监测软件。

所述信号收发模块的AD9833芯片无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节控制，与低功耗微控制器配合，具有体积小功耗低的优点。所述HDC1080温湿度传感器可同时监测温度和湿度信号，具有低成本低功耗优势，可以很好地和微控制器结合，通过I²C总线与微控制器进行信息传输。所述无线传输模块SIM800C外观小巧且性能稳定，适合应用于电缆周围环境，传输数据更加准确。

微控制器采用恩智浦Kinetis KEA系列的S9KEAZ64AMLH芯片，多达16通道的12位SARADC，是中等至高分辨率应用的常见结构，具有低功耗、小尺寸等特点。

所述云平台监测软件用于显示电缆导体的温度和所述控制电路的温度及湿度。

所述云平台监测软件的模型是基于PYQT搭建，其各功能由python程序实现。

所述定位模块在工作手台及控制电路板中内置蓝牙模块与超宽带无线通信模块。定位模块采用的是DWM1000模块，DWM1000模块中的时钟63.9GHz，作为计数器的频率源，即一个计数时间戳对应15.65ps，具有极高的测距精度，其定位精度可达厘米级。DWM1000模块通过SPI接口与微控制器进行通信。当工作手台和控制电路板中的蓝牙建立连接后，开启实时测距寻找功能，UWB开启测距，工作手台实时显示对应电缆的距离和简单的方向性指引。相对于GPS而言，UWB具有极强的穿透能力，抗干扰能量强，而GPS定位***只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内。

综上所述，在本实用新型中，信号收发模块向读取天线发出扫频信号，读取天线和谐振电路耦合，信号收发模块接收来自谐振电路返回的带有特征值的信号，再将该信号传送至微控制器，通过特征值与温度的关系，得到电缆导体的温度。由无线传输模块实现测温装置与云平台监测软件之间的数据通信，在云平台监测软件实时得到电缆导体的温度，可实现故障提前预警，同时通过温湿度传感器可以实时在云平台监测软件上观察到控制电路周围环境状态，并由定位模块，实现对电缆温度异常处定位，提高了检修效率。

以上说明内容为本方案的技术概述，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为本实用新型提供的一种电缆导体测温装置框图

图2所示为一种电缆导体测温装置安装在电缆内部的示意图

图3所示为图2中温度传感器截面图

图4所示为图2中电感线圈和电容结构示意图

图5所示控制电路***框图

图6所示定位模块***框图

具体实施方式

为进一步阐释本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段，以下结合附图以及较佳实施例，详细说明如下：

图1所示为本实用新型提供的一种电缆导体测温装置框图。测温***包括温度传感器、读取天线、控制电路以及云平台监测软件，其中控制电路包括信号收发模块、温湿度读取模块、微控制器和无线传输模块。信号收发模块采用AD9833芯片，由微控制器控制AD9833芯片发射扫频信号，温湿度读取模块采用HDC1080温湿度传感器，控制电路中的无线传输模块采用SIM800C模块，微控制器采用恩智浦S9KEAZ64AMLH芯片。通过读取天线和温度传感器耦合，信号收发模块AD9833接收来自温度传感器返回的带有Q值信息的信号，再将该信号传送至微控制器S9KEAZ64AMLH，通过Q值与温度的对应关系，得到电缆导体的温度。温湿度传感器HDC1080通过感应周围坏境将得到的信号传递给微控制器S9KEAZ64AMLH，得到的温度、湿度信息都将通过无线传输模块SIM800C传输至云平台监测软件，供人员实时监测。

图2所示为一种电缆导体测温装置安装在电缆内部的示意图。电缆导体11，温度传感器12贴附于电缆导体11上，处于内绝缘层13和外绝缘层15之间，读取天线16置于屏蔽层14上方，处于屏蔽层14和外绝缘层15之间，都包覆与电缆外壳17内。

读取天线17通过信号收发模块AD9833发射的扫频信号与温度传感器12产生电磁耦合，从而进行信号传输。读取天线16与温度传感器12之间仅间隔一个内绝缘层13，使信号传输过程更加稳定。

本实用新型提供的控制电路处于电缆外壳17外，通过导线与读取天线16相连。

图3所示为图2中温度传感器截面图。温度传感器12由电容121、温敏材料126、第一层电感123、第二层电感122、电容保护层127，绝缘保护层125以及保护层124组成。电感122和123放置在电容121正上方，电容121上下两极板之间放置对温度敏感的材料126，在电容121外部涂一层保护层127，在保护层127上方制作第一层电感123，在第一层电感123上方涂一层绝缘保护层125，在绝缘保护层125上方制作第二层电感122，最后在谐振电路外部涂一层保护层124保护电路，防止谐振电路受其他影响导致损坏。

本实用新型提供的温敏基底是聚对苯二甲酸乙二酯。

本实用新型提供的温度传感器12采用的是片状贴附式的，可直接贴附于电缆导体11，便于热量的传导，对温度检测更加准确。

电容121中间层的温敏材料126的磁通量受温度变化明显，导致电感值变化明显，最终导致Q值的变化，通过观察Q值和温度的对应关系得出温度。

图4所示为图2中电感和电容结构示意图。电容121是平行极板型，电感122和123是平面螺旋型。

图5所示控制电路***框图。控制电路处于电缆外壳17外，信号收发模块AD9833受微控制器S9KEAZ64AMLH的控制向读取天线16发射扫频信号，读取天线与温度传感器12产生耦合，信号收发模块AD9833接收反馈的信号，传至微控制器S9KEAZ64AMLH进行处理，温湿度传感器HDC1080感应控制电路所处外部坏境状况，同样将外界接收的信号传至微控制器S9KEAZ64AMLH处理。微控制器S9KEAZ64AMLH接收到的信号都将通过SIM800C模块传送至云平台监测软件进行显示。

图6所示定位模块***框图。该定位模块在工作手台及控制电路板中内置蓝牙和UWB模块。控制电路板的UWB端平时处于休眠状态。当工作手台和控制电路板中的蓝牙建立连接后，开启实时测距寻找功能，UWB开启测距，工作手台实时显示电缆的距离和简单的方向性指引。在电缆出现故障时，能及时对其定位，节省时间，提高检修效率。

综上所述，本实用新型中的电缆导体测温装置是由信号收发模块AD9833受微控制器S9KEAZ64AMLH的控制向读取天线16发射扫频信号，使读取天线16与温度传感器12产生耦合，信号收发模块AD9833接收返回带有Q值信息的信号，经过一系列电路对信号放大处理后，传送至微控制器S9KEAZ64AMLH，再经由SIM800C模块无线传输至云平台监测软件。温湿度传感器HDC1080接收到外部环境的变化，将信息传至微控制器S9KEAZ64AMLH进行处理，最终传输至云平台监测软件。同时在工作手台和控制电路板中内置蓝牙和UWB模块，当两端蓝牙连接后，工作手台就可以准确对电缆定位。本实用新型中传感器采用的是谐振式传感器，且尺寸小可直接贴附于电缆导体上，对电缆导体的温度直接监测，测量的温度更加精确。

Claims (8)

1.一种电缆导体测温装置，其特征在于：包括温度传感器、读取天线、控制电路、云平台监测软件以及定位模块，所述温度传感器贴附于电缆导体上，用于测量电缆导体的温度，所述读取天线与温度传感器位于同一截面内，用于获取温度传感器的测量值，所述控制电路位于电缆外部，与读取天线有线相连，向温度传感器发射扫频信号。

2.如权利要求1所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述温度传感器由温敏基底、谐振电路、保护层组成。

3.如权利要求2所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述温敏基底是聚对苯二甲酸乙二酯。

4.如权利要求1所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述温度传感器与所述读取天线通过电感耦合方式进行数据传输。

5.如权利要求1所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述控制电路包括信号收发模块、温湿度读取模块、微控制器和无线传输模块。

6.如权利要求5所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述信号收发模块采用AD9833芯片，由所述微控制器控制AD9833芯片发射扫频信号，所述温湿度读取模块采用HDC1080温湿度传感器，所述控制电路中的无线传输模块采用SIM800C模块，所述微控制器采用恩智浦S9KEAZ64AMLH芯片。

7.如权利要求1所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述云平台监测软件用于显示电缆导体的温度和所述控制电路的温度及湿度。

8.如权利要求1所述一种电缆导体测温装置，其特征在于：所述定位模块由超宽带无线通信装置和蓝牙装置组成，所述定位模块采用DWM1000模块。

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