基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统

摘要

本申请公开了基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，包括所述无线能量收发装置包括用于发出控制大功率微波源的后台控制服务器，所述大功率微波源通过收发模块A将能量辐射至所述温度监测装置，所述收发模块A还依次连接有信号接收模块，信号处理和控制模块；所述温度监测装置包括用于接收来自所述收发模块A辐射的能量的收发模块B，所述收发模块B还依次连接有能量收集模块，电源管理模块，温度传感器和通信模组。本发明相比于有源测温装置，该装置通过外部微波能量进行点对点供能，其寿命长、可靠安全性更高；相比于无源测温装置，其精度高，收发位置固定，无需反复对准操作，受环境影响较小。

权利要求

1.基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，其特征在于：包括无线传输连接的无线能量收发装置和温度监测装置，所述无线能量收发装置包括用于发出控制大功率微波源的后台控制服务器，所述大功率微波源通过收发模块A将能量辐射至所述温度监测装置，所述收发模块A还依次连接有信号接收模块，信号处理和控制模块，所述信号处理和控制模块与所述后台控制服务器电连接；所述温度监测装置包括用于接收来自所述收发模块A辐射的能量的收发模块B，所述收发模块B还依次连接有能量收集模块，电源管理模块，安装在高压开关柜内用于实时测量温度的温度传感器，以及用于向收发模块B通信连接的通信模组，所述通信模组还与所述电源管理模块电连接；

所述收发模块A包括分别与所述大功率微波源和信号接收模块连接的第一收发隔离模块，所述第一收发隔离模块还连接有收发天线A，所述收发天线A与所述收发模块B之间建立无线传输连接；

所述收发模块B包括分别与所述能量收集模块和通信模组连接的第二收发隔离模块，所述第二收发隔离模块还连接有收发天线B，所述收发天线B与所述收发天线A之间建立无线传输连接；

第一收发隔离模块和第二收发隔离模块均包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述第一带通滤波器允许工作频率为f1的微波能量通过，阻止工作频率为f2的数据信号通过；所述第二带通滤波器阻止工作频率为f1的微波能量通过，允许工作频率为f2的数据信号通过。

2.根据权利要求1所述的基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，其特征在于：所述收发天线B固定设置于高压开关柜任一动触头中部的圆周侧壁上，所述收发天线B包括多片均匀分布在所述动触头圆周侧壁中部的天线单元（1），任一天线单元（1）与所述第二收发隔离模块之间均通过环绕在动触头外圆周侧壁上的外绝缘线组（3）电连接。

3.根据权利要求2所述的基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，其特征在于：所述能量收集模块包括与所述第二收发隔离模块连接的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络依次电连接整流电路和滤波网络，所述滤波网络电连接所述电源管理模块。

4.根据权利要求3所述的基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，其特征在于：所述通信模组与收发模块B之间采用ATK‑LORA‑01/02无线串口通信，所述温度传感器采用DS18B20，所述整流电路采用二极管对进行，其中二极管采用的型号为HSMS2822，所述大功率微波源中心频点5.8GHz，输出功率10W，所述电源管理模块型号为BQ25504。

说明书

基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统

技术领域

[0001] 本发明涉及温度测量，热量测量装置技术领域，尤其涉及高压开关柜动触头的温度测量装置技术领域，具体涉及基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统。

背景技术

[0002] 开关柜在线测温装置通过对开关触头等发热点进行实时温度监测，从而预防安全故障事故的发生，并通过长时间的温度数据记录为诊断开关柜工作状态提供科学依据。按照供电方式，目前的测温装置以分为有源式和无源式两种。

[0003] 其中有源式测温装置是通过温度传感器将温度数据转换为数字信号，然后传输给无线信号发送模块，按照特定的通信协议发送给数字终端。由于装置中使用了有源器件，因此常常需要采用锂电池作为传感器的能量源，但是由于锂电池自身电量的限制，有源式测温装置在工作一段时间后需要对电池进行更换，而且在更换过程中，需要对测温装置的位置进行重新校准以保证无线信号的良好接收，这样不仅效率低而且人力的工作量大。

[0004] 无源式测温装置一种是利用温度传感器内部谐振器的谐振频率与温度的线性关系来进行温度测量。当环境温度发生变化时，传感器基材的参数会随温度发生变化，从而改变其谐振频率。采用这种方式的测温装置由于没有使用有源器件，因此不需要外部电源。但是由于谐振器的谐振频率的变化不仅仅与温度变化有关，还会受装置安装位置等其他因素的影响，因此测温精度要低于有源式测温装置。另外是从导线负荷电流产生的磁场感应取电（CT取电），电源的隔离变换主要依靠电磁感应原理进行，既可以进行电压变换，也可以进行电流变换；但是CT取电尺寸较为庞大，并且需要一定的开启电压，常规测温装置难以满足要求。

[0005] 现有的技术方案大都是以提高电池容量、利用CT取电的方式为装置供电，或采用声表面波滤波器的无源测温方式，基于现有技术的实际情况，各有利弊；为了提供一种更稳定的解决方案，本申请率先提出如何利用微波无线传能的方式给高压开关柜在线测温装置进行供能。

发明内容

[0006] 为了解决高压开关柜在线测温，解决高压开关柜动触头温度实时监测的技术问题，本申请提供基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，通过天线实现能量、信息互传，从而实现能量收发端实现不间断有源供应，测温监控端的无源监测，相比于有源测温装置（电池），该装置通过外部微波能量进行点对点供能（甚至可无需电池），其寿命长、可靠安全性更高；相比于无源测温装置，其精度高，收发位置固定，无需反复对准操作，受环境影响较小。

[0007] 为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

[0008] 基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，包括无线传输连接的无线能量收发装置和温度监测装置，所述无线能量收发装置包括用于发出控制大功率微波源的后台控制服务器，所述大功率微波源通过收发模块A将能量辐射至所述温度监测装置，所述收发模块A还依次连接有信号接收模块，信号处理和控制模块，所述信号处理和控制模块与所述后台控制服务器电连接；

[0009] 所述温度监测装置包括用于接收来自所述收发模块A辐射的能量的收发模块B，所述收发模块B还依次连接有能量收集模块，电源管理模块，安装在高压开关柜内用于实时测量温度的温度传感器，以及用于向收发模块B通信连接的通信模组，所述通信模组还与所述电源管理模块电连接。

[0010] 工作原理：后台控制服务器通过系统预设输出的控制指令控制大功率微波源产生微波能量，微波能量发送至第一收发隔离模块，再通过第一收发隔离模块传送至收发模块A并辐射出去，此时能量传输的发射部分完成。

[0011] 收发模块B将接收到的来自收发模块A辐射的微波能量发送至能量收集模块，能量收集模块将微波能量转换成直流能量并送入电源管理模块用于分配管理，分别向温度传感器和通信模组供电，至此，将微波能量转换成电能供用于实时采集高压开关柜动触头温度的温度传感器进行采集工作的过程完成。

[0012] 温度传感器将采集的温度数据发送至通信模组，通信模组将数据发送至收发模块B并以数据的形式发送至收发模块A，收发模块A将接收的信号发送至信号接收模块，在传输给信号处理和控制模块对信号进行对比处理；当接收到的温度数据属于系统预设的正常值范围内，则正常传输至后台控制服务器进行实时显示和存储，若接收的温度数据超出了允许的范围，则对温度进行实时显示和存储的同时发出报警信息并记录，从而使得后台工作人员能够随时知道和调取高压开关柜任一时间段对应的温度状态。

[0013] 优选地，所述收发模块A包括分别与所述大功率微波源和信号接收模块连接的第一收发隔离模块，所述第一收发隔离模块还连接有收发天线A，所述收发天线A与所述收发模块B之间建立无线传输连接。

[0014] 优选地，所述收发模块B包括分别与所述能量收集模块和通信模组连接的第二收发隔离模块，所述第二收发隔离模块还连接有收发天线B，所述收发天线B与所述收发天线A之间建立无线传输连接。

[0015] 为了保证信号接收的稳定性，避免因拆装高压开关柜动触头导致位置或者角度变化的问题，优选地，所述收发天线B固定设置于高压开关柜任一动触头中部的圆周侧壁上，所述收发天线B包括多片均匀分布在所述动触头圆周侧壁中部的天线单元，任一天线单元与所述第二收发隔离模块之间均通过环绕在动触头外圆周侧壁上的外绝缘线组电连接。所述天线单元以圆形阵列的方式分布在动触头的侧壁上，无论动触头转动何种角度，都能够稳定的接收信号。

[0016] 为了避免能量与数据信号相互干扰，所述第一收发隔离模块和第二收发隔离模块均包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述第一带通滤波器允许工作频率为f1的微波能量通过，阻止工作频率为f2的数据信号通过；所述第二带通滤波器阻止工作频率为f1的微波能量通过，允许工作频率为f2的数据信号通过。采用上述结构能够保证能量信息一体化传输过程中能够相互独立传输，互不影响，互不干扰。

[0017] 为了能够实现微波能量最大化的进入到整流电路中，将微波能量转换为直流能量的转化率提高，优选地，所述能量收集模块包括与所述第二收发隔离模块连接的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络依次电连接整流电路和滤波网络，所述滤波网络电连接所述电源管理模块。所述整流电路采用整流桥进行，所述滤波网络采用直通滤波器，用于滤除高次谐波，最后将干净的直流电输送至电源管理模块用于供电分配。

[0018] 作为本申请的优选元件的选择之一，所述通信模组与收发模块B之间采用ATK‑LORA‑01/02无线串口通信，所述温度传感器采用DS18B20，所述整流电路采用二极管对进行，其中二极管采用的型号为HSMS2822，所述大功率微波源中心频点5.8GHz，输出功率10W，所述电源管理模块型号为BQ25504。

[0019] 有益效果：

[0020] （1）相比于有源测温装置，该装置通过外部微波能量进行点对点供能，其寿命长、可靠安全性更高；相比于无源测温装置，其精度高，收发位置固定，无需反复对准操作，受环境影响较小。

[0021] （2）本发明装置利用输能与通信共用一个收发天线，同时天线与待测设备采用共形设计，尺寸减少，便于在开关柜环境中安装使用。

[0022] （3）本发明装置中信息链路和能量链路间存在信号处理和控制模块，形成一个闭环反馈，可靠性更高。

[0023] （4）本发明装置旨在解决高压开关柜在具有较高多径效应的复杂环境下仍能实现稳定的无线信能同传的问题。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1是本申请温度检测装置在高压开关柜的动触头上的安装状态示意图。

[0026] 图2是本申请系统原理及结构框图。

[0027] 图3是收发隔离模块结构框图。

[0028] 图4是能量收集模块的原理框图。

[0029] 图5是能量收集模块的结构框图。

[0030] 图中：1‑天线单元；2‑封装模组；3‑外绝缘线组。

具体实施方式

[0031] 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。

[0032] 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。

[0033] 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。

[0034] 在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0035] 此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0036] 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，若出现术语“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。

[0037] 实施例1：

[0038] 结合说明书附图1‑图2所示，本实施例提供了基于能量信息一体化传输技术的高压开关柜在线测温系统，包括无线传输连接的无线能量收发装置和温度监测装置，所述无线能量收发装置包括用于发出控制大功率微波源的后台控制服务器，所述大功率微波源通过收发模块A将能量辐射至所述温度监测装置，所述收发模块A还依次连接有信号接收模块，信号处理和控制模块，所述信号处理和控制模块与所述后台控制服务器电连接；

[0039] 所述温度监测装置包括用于接收来自所述收发模块A辐射的能量的收发模块B，所述收发模块B还依次连接有能量收集模块，电源管理模块，安装在高压开关柜内用于实时测量温度的温度传感器，以及用于向收发模块B通信连接的通信模组，所述通信模组还与所述电源管理模块电连接。

[0040] 工作原理：后台控制服务器通过系统预设输出的控制指令控制大功率微波源产生微波能量，微波能量发送至第一收发隔离模块，再通过第一收发隔离模块传送至收发模块A并辐射出去，此时能量传输的发射部分完成。

[0041] 收发模块B将接收到的来自收发模块A辐射的微波能量发送至能量收集模块，能量收集模块将微波能量转换成直流能量并送入电源管理模块用于分配管理，分别向温度传感器和通信模组供电，至此，将微波能量转换成电能供用于实时采集高压开关柜动触头温度的温度传感器进行采集工作的过程完成。

[0042] 温度传感器将采集的温度数据发送至通信模组，通信模组将数据发送至收发模块B并以数据的形式发送至收发模块A，收发模块A将接收的信号发送至信号接收模块，在传输给信号处理和控制模块对信号进行对比处理；当接收到的温度数据属于系统预设的正常值范围内，则正常传输至后台控制服务器进行实时显示和存储，若接收的温度数据超出了允许的范围，则对温度进行实时显示和存储的同时发出报警信息并记录，从而使得后台工作人员能够随时知道和调取高压开关柜任一时间段对应的温度状态。

[0043] 实施例2：

[0044] 在实施例1的基础上，为了进一步优化本系统，结合说明书附图1‑图5所示，所述收发模块A包括分别与所述大功率微波源和信号接收模块连接的第一收发隔离模块，所述第一收发隔离模块还连接有收发天线A，所述收发天线A与所述收发模块B之间建立无线传输连接。本实施例中，所述收发模块B包括分别与所述能量收集模块和通信模组连接的第二收发隔离模块，所述第二收发隔离模块还连接有收发天线B，所述收发天线B与所述收发天线A之间建立无线传输连接。

[0045] 为了保证信号接收的稳定性，避免因拆装高压开关柜动触头导致位置或者角度变化的问题，所述收发天线B固定设置于高压开关柜任一动触头中部的圆周侧壁上，所述收发天线B包括多片均匀分布在所述动触头圆周侧壁中部的天线单元1，任一天线单元1与所述第二收发隔离模块之间均通过环绕在动触头外圆周侧壁上的外绝缘线组3电连接。除天线单元1以外，所述温度监测装置在实际安装时，采用固体封装的形式整合为封装模组2安装于动触头侧壁中部位置，详情如图1所示。所述天线单元1以圆形阵列的方式分布在动触头的侧壁上，无论动触头转动何种角度，都能够稳定的接收信号。

[0046] 为了避免能量与数据信号相互干扰，所述第一收发隔离模块和第二收发隔离模块均包括第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述第一带通滤波器允许工作频率为f1的微波能量通过，阻止工作频率为f2的数据信号通过；所述第二带通滤波器阻止工作频率为f1的微波能量通过，允许工作频率为f2的数据信号通过。采用上述结构能够保证能量信息一体化传输过程中能够相互独立传输，互不影响，互不干扰。具体地，结合说明书附图2和图3所示，在进行微波能量传输时，过程中如下：

[0047] 大功率微波源将产生的微波能量有P1端口进入到第一收发隔离模块，再由P3端口输出至收发天线A并辐射出去；当收发天线B接收到微波能量后由P4端口进入到第二收发隔离模块，并由P5端口输出至能量收集模块中进行后续能量转换，以获得直流电进行供能。

[0048] 在进行数据信号传输时，过程如下：

[0049] 温度传感器将采集的温度数据发送至通信模组，并由P6端口进入到第二收发隔离模块，最后由P4端口传输至收发天线B，收发天线A接收到收发天线B发出的数据信息后由P3端口进入第一收发隔离模块，从P2端口发送至信号接收模块，经过信号处理和控制模块进行对比处理后发送至后台控制服务器进行显示、存储和/或报警提示等。上述过程中P1端口和P2端口相互隔离，P5端口和P6端口相互隔离，这使得能量与数据在进行共用天线传输时不会发生相互干扰。

[0050] 为了能够实现微波能量最大化的进入到整流电路中，将微波能量转换为直流能量的转化率提高，本实施例中，所述能量收集模块包括与所述第二收发隔离模块连接的阻抗匹配网络，所述阻抗匹配网络依次电连接整流电路和滤波网络，所述滤波网络电连接所述电源管理模块。所述整流电路采用整流桥进行，所述滤波网络采用直通滤波器，用于滤除高次谐波，最后将干净的直流电输送至电源管理模块用于供电分配。

[0051] 本实施例中，所述通信模组与收发模块B之间采用ATK‑LORA‑01/02无线串口通信，所述温度传感器采用DS18B20，所述整流电路采用二极管对进行，其中二极管采用的型号为HSMS2822，所述大功率微波源中心频点5.8GHz，输出功率10W，所述电源管理模块型号为BQ25504。

[0052] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。