声表面波无线无源温度监测系统
声表面波无源无线测温原理(一)
声表面波无源无线测温原理(一)声表面波无源无线测温原理什么是声表面波•声表面波是一种沿固体表面传播的声波。
•它是通过材料表面的弹性波来传递能量和信息。
无源无线测温技术•无源无线测温技术是一种无需电池或外部电源的温度测量方法。
•它利用材料自身的特性来实现温度测量。
声表面波无源无线测温原理1.声表面波传感器：–利用压电材料的特性将温度转化为电压信号。
–压电材料受温度变化影响，产生电荷分布改变。
–这种变化可通过表面电场和声表面波的相互作用被测量。
2.无线信号传输：–无线传感器通过接收器接收声表面波的信号。
–接收器将信号转化为电压，并通过解调器转化为数字信号。
3.温度计算：–数字信号被传输到计算机或其他设备进行温度计算。
–通过预先建立的温度-电压关系曲线，可以准确地计算出温度数值。
声表面波无源无线测温的优势•免电池：无需外部电源，节省维护成本和能源消耗。
•无线传输：信号无需物理线缆传输，减少安装和维护难度。
•高精度：利用压电材料的高灵敏度和稳定性，可以实现高精度的温度测量。
•高可靠性：无源无线传输和压电材料的稳定性，提高了系统的可靠性和持久性。
应用领域•工业：在高温环境下进行温度监测和控制，例如冶金、玻璃制造和钢铁工业。
•医疗：监测生物样品温度，如血液和药物储存温度。
•家电：测量电子设备的温度，实现故障诊断和温度控制。
•环境：用于土壤温度监测、气象数据采集等领域。
结论声表面波无源无线测温技术凭借其高精度、高可靠性和便捷的特点，在多个领域得到了广泛应用。
通过利用材料自身的特性和无线传输技术，该技术为温度测量提供了一种新的解决方案。
声表面波传感器的工作原理
声表面波传感器的工作原理发布时间：2021-09-16T02:31:42.791Z 来源：《教育学》2021年6月总第253期作者：逄珂李英棣邓海峰吴一丁少娜[导读] 会改变声传播速度等特性，通过检测声速变化量，可以表征待测参量的大小。
91206部队山东青岛266100摘要：如今，传感器在我们生活中发挥着非常重要的作用，如移动设备采用环境光传感器来优化显示，同时利用加速度传感器实现高水平的交互性；汽车采用了接近传感器来避免事故。
声表面波传感器是一种利用声表面波芯片作为传感元件，以声表面波速度或频率的变化来表征被测量的传感器。
本文主要对声表面波传感器的工作原理及模式进行了阐述。
关键词：声表面波传感器原理声表面波传感器是一种对生物、物理、化学等物质量进行检测的新型传感器，它利用IDT和晶体的压电效应激发声表面波，使其以一定的声波速在输入输出换能器之间的压电基片表面传播，如果在声波传播路径上施加如压力、温度等被测参量时，会改变声传播速度等特性，通过检测声速变化量，可以表征待测参量的大小。
一、声表面波传感器的定义表面声波(Surface Acoustic Wave,SAW)首先由Rayleigh勋爵解释，他描述了压电材料中声波传播的表面模式。
后来，White和V oltmer通过使用叉指式换能器(IDT)发现了一种产生表面声波的简便方法，从此，SAW器件因其各种优点在许多领域发挥了重要作用。
声表面波传感器是一种对生物、物理、化学等物质量进行检测的新型传感器，其原理是由于物理量变化，声表面波振荡器频率也发生变化。
就现在传感器元件的发展，可以制作成研究气体、压力、温度等参数的传感器。
它通过监测声波在毫米大小的压电基板上的调制来工作，小尺寸的声表面波传感器允许它们对环境参数的变化做出快速反应。
此外，频率调制的使用使它们能够进行精确的测量，这在很大程度上不受信号衰减的影响。
二、声表面波传感器的结构类型SAW传感器的类型各种各样，按其供电方式可以分为有源传感器和无线无源传感器两种。
声表面波温度传感器在电力系统状态监测中的应用
在 电力 系 统 中，发 电厂 的转 子定 子、变 电站 的 高压 开关柜 、 母线接 头 、室外 刀 闸开关 、 电容器 、
电抗器 、高压 电缆 、变压 器等 重要 设备 的异 常 、故
采集方式 红外非接触 光纤传感器 电子传感器 Ｓ Ｗ 传感器 Ａ
观测局限性 只可直视 受空间限制 无局限 无局限
９ｌ 东 ２１第２ ４电 技 ０ 年 １ １ 期
产 品与解决方案
充电容性无功的。可以通过调整 电抗器的数量和级联方 式来调整运行电压、改善电能质量 。电抗器在运行过程 中，往往会因为一些外部环境、 自身结构等原因，导致
电抗器在运行过程中会产生局部温升过 高、过热，并最 终导致电抗器的局部烧坏，甚至报废。所以对 电抗器温 度 的监控十分重要。 目前针对电容器和 电抗器的温度监 测 已经有多种技术手段 ，它们大 多有或 多或 少的局 限 性 。新型的 Ｓ Ｗ 温度传感器在 电容器 、电抗器状态监 Ａ 控 的应用 中，优点突出。无源的特点使探头几乎不受外 界环境的影响，无线式温度信息读取方式使得工程应用 摆脱 了走线的苦恼 。多个测温无源探头可以安装在任何 需要监控 的测温 点，多点组合监控设备 的温度变化 。使 得用户能实时迅速监测 电容器和电抗器 的状态变化，尽 快的发现 问题，排除故障，保证电网的可靠运作。
大型火力、水力、核 能发 电设备的发 电机组的长
期、稳定、安全运行 ，离不开现场对系统的温度 实时 在线监测。图１ 所示发 电设备 中大部分设备 处于高温 、
度升高 １ ￣ ０ Ｃ，电容器的电容量下降速度将加快一倍 ，电
容器长 期处于 高场强和高温下运 行将引起绝缘介质老 化和介质损耗角的增大 ，使电容器 内部温升超过允许值
声表面波传感器产品简介(温度传感器)
112 mm x 81 mm x 36mm 配备卡槽，固定于 35mm 导轨上 约 2m（取决于读取器发射功率，可调）
432 MHz ~444MHz RS485
AC 85 ~265V,50 ~60HZ
DC 5V,1A 95mm x95mm x113mm 嵌入式，开孔尺寸：92mm x92mm(±0.5mm)
江苏声立传感技术有限公司
江苏声立传感技术有限公司
SAW 无源无线温度监测系统
系统概述
电力系统中，各类设备的开断接触点可能因为松动、老化、电弧冲击等原因造成接触电 阻增大。这会使触点的温度不断上升，给电网安全带来隐患。如果不及时发现，容易引起起 火爆炸、大面积停电、人员伤亡等灾难事故，直接和间接经济损失巨大。因此，对电力设备 的温度进行在线监测并及时排除隐患，越来越得到行业的认可和重视。
公司开发成功的无源无线温度传感系统采用了声表面波传感技术。其传感器具有完全无 源、可无线读取的优点，尤其适合电力、化工、采矿、冶金等特殊环境。该产品从声表面波 温敏器件、无线读取器到信号处理软件都具有完全自主知识产权，填补了国内空白，可替代 进口同类产品。目前该产品已经通过了中国电力科学研究院的检测认证，并开始在电力行业 推广应用。 地址：南通市崇川路 58 号南通产业技术研究院 3 号楼 8 楼 806 室 电话：0513—55080001 13552700090 18210365488 技术支持：0513—55080012 传真：0513—55080012
安装方式 无线传输距离 无线频率范围
下行接口 电源输入 电源输出 外形尺寸 安装方式 下行接口 上行接口 电源输入
功耗 外形尺寸 安装方式 数据存储
工作环境
安全性能 产品认证
接触式测温
无源无线开关柜测温系统-产品介绍及演示-赛康科技
温度测量技术发展
需要进行人员安排； 不能实现连续、在 线检测。 定期人工检测 热电偶、热电 阻、半导体等 红外测温 需要金属导线传 输信号，绝缘性 能不能保证。 易受环境及周围 的电磁场干扰； 要求被测点可视； 要求被测点表面 清洁； 安装难度较大。
没有任何监测手 段，往往问题发 生后处理，带来 巨大的经济损失
• 丰富的数据展现 在监控对象上，系统既可以选定一个设备的一组 传感器进行温度信息的监控，也可以指定一个区 域（如一个台区、一条线路）的多个设备温度信 息进行监控。
对于历史温度信息 ，系统提供列表、 曲线等多种展现方 式，方便用户进行 查看。
• 故障诊断及预测 系统提供设备运行温度与实时负荷对照等手段，对 温度异常情况进行故障排除。 根据已有的温度数据及其变化规律，按照既定的预 测算法为用户提供温度预测结果，并将预测值与预 警值进行比较，发现有异常的可能时发送温度告警 信息。 • 强大的统计分析 系统根据历史温度数据自动生成各类统计报表，如 按区域、电压等级、设备型号等进行温度异常情况 统计。 兼容MS Excel的操作方式。
• 工作原理 在发射周期，采集器负责循环发射在428-439MHz 内的单频信号，通过控制改变信号的频率值使系 统实现谐振激励。
在接收周期，传感器返回的传感信号被采集器接 收到，完成放大、下变频、滤波，并转换成数字 信号，最终实现参数的检测。
• 工作方式
• 采集器天线固定在传感器无 线传输距离范围内的位置， 其他部分（接收箱）则安装 在开关柜仪表室，由单独的 电源供电。 • 采集器通过无线或CAN总线将 数据传回主控终端，最终在 主站系统中显示。
• 3、温度监测仪 • 安装在被测设备上（如：开关柜仪表室柜门），与 温度采集器通过RS232接口，显示实时温度信息、 历史温度曲线及按照告警规则发出告警。
无源无线saw传感信号检测原理与实现
无源无线saw传感信号检测原理与实现
无源无线SAW传感信号检测原理以表面声波（SAW）传感器为基础，通过将其置于被测物体表面，利用物体表面的运动或变形引起SAW 传感器传回一定的信号，进而检测物体的状态和特性。
SAW传感器是一种无源无线设备，它没有电路和电池，也不需要
连接电缆。
它的工作原理是利用声波将能量从一个晶体的表面传输到
另一个晶体的表面。
当SAW传感器的电极受到声波的激励时，晶体的
表面会震动并产生电荷。
这个电荷被转换成无线信号并传回给接收器。
通过测量接收到的信号，可以大致了解物体表面的运动、压力、温度
等信息。
在实现上，无源无线SAW传感器需要对其进行布置和连接。
常见
的布置方式是将SAW传感器粘贴在被测物体的表面，通过无线信号将
数据传输到接收器。
连接不需要任何电缆，这是因为SAW传感器本身
没有电路和电池。
数据的处理和显示可以通过软件和计算机实现。
无源无线SAW传感器具有实现简单、使用方便、不需要电池、无
线传输距离远等优点，被广泛应用于物体状态监测、生产运行监测、
智能家居等领域。
无线无源声表面波
产品名称：无线无源声表面波(SAW)传感器温度测量系统(用于电力系统)1.引言近年来，随着电网容量的不断增大，超高压与特高压电力系统的逐步建立，大容量、大区域互联和西电东送等复杂系统的形成，对电力系统的安全运行和供电可靠性都提出了更高的要求。
特别是随着超高压输电系统全国联网、紧凑型输电线路的建成、带有串补或静补的交流柔性超高压输电系统的采用，输电系统的短路电流将达到较高水平。
为保证电力系统的安全运行，可通过对系统内重要电力设备运行状态，特别是绝缘状态进行监测，检测各种关键状态量，对其进行分析诊断，发现设备的各种缺陷及其劣化发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危及安全的事故。
其中，电力系统高压设备在长期运行过程中由于表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、触点和母线排连接处老化等问题，造成设备过热甚至出现严重事故的可能性进一步加剧。
为了及时发现或预知事故隐患避免故障造成严重后果，按电力行业的安全规范要求可行的办法就是实时在线监测电力系统一些关键设备或部位的温度，从而间接监测电力设备的工作状态。
目前在电力系统中急需在线监测温度的设备和部位包括：导电母排接头、电缆接头、电缆终端与电器设备的连接处、高中压开关柜触头、刀闸开关、干式变压器等设备。
尤其是一次设备的开断接触点，由于设备制造的原因、设备受环境污染的原因、设备长期运行、严重超载运行、触点氧化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大，因此在运行时往往容易造成发热，温度不断上升，给设备安全运行埋下了隐患，如果不及时发现，容易导致起火或爆炸，造成大量的财产损失，这一现象在负荷增长较快的地区显得尤为普遍。
此外，在用电高峰期及部分线路故障等情况下如何在现有输电线路的基础上提高输送能力成为“智能电网”迫切需要解决的问题。
在不改变现有输电线路结构和确保电网安全运行的前提下，建立输电线路动态增容监测系统可有效、安全地增加线路短期输电容量，以满足突发事件下的供电需要，符合电力部门优质供电、优质服务的要求。
无线无源温度检测原理
无线无源温度检测原理无线无源温度检测技术是近年来的新型传感器技术之一，它用无线信号传递温度信息，距离远、操作方便、时效性好，具有广阔的应用前景。
本文将按照不同的类别来介绍无线无源温度检测原理。
一、无线无源温度检测的基本原理传统的温度检测方法常常依赖于连接电池的传感器，当温度变化时，温度传感器会产生微弱的电信号，通过连接电缆传输到数据采集设备，最后将数据展示或处理。
而无线无源温度检测技术则省略了电缆的步骤，直接将数据通过无线信号传递给数据采集设备，达到了无线化、便捷化的特点。
二、使用不同工作原理的无线无源温度检测器1. 热敏电阻热敏电阻是一种常见的被动式NTC热敏电子元件，它的电阻和温度成负相关。
在无源式的无线温度检测器中，热敏电阻的电阻变化会通过无线电波的方式发射出去，从而实现检测。
2. 表面声波（SAW）表面声波探头是一种使用副栅漏波（SAB）结构技术的无源无线传感器，能够检测物体表面的温度。
SAW利用了电磁波的声波效应，使其在物体表面产生回声，通过测量回声波来检测表面温度信息。
3. 谐振器谐振器是一种利用芯片电路结构来实现无线无源温度检测的传感器，它的工作原理是将谐振器结构和热敏电阻组合在一起，通过测量热敏电阻的电阻值来检测温度信息。
三、无线无源温度检测器的特点1. 无耗材消耗与其他传统的温度检测方法不同，无线无源温度检测器具备无耗材消耗的优点，能够长时间稳定工作，减少了因为耗材使用而可能引发的问题。
2. 范围广泛无线无源温度检测器可以适用于不同的物质表面温度检测，具有极大的应用范围。
其应用场景包括了家居、交通运输、医疗卫生、环保工程等多种领域。
3. 高精度测量传感器模块内置智能算法，使得无线无源温度检测器具有高精度测量的特点，精度能够达到0.1℃。
总结：无线无源温度检测器是一种快速、便捷、高精度、无污染、无损耗的温度检测技术，在未来会有更加广泛的应用和应用景观。
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声表面波无线无源温度监测系统
摘要：介绍了一种声表面波无线无源温度监测系统，并和其它测温方案进行比较，它具有安装简单、安全可靠、连续监测等特点，对电网系统中的设备触点具有实时在线温度监测功能。
关键词：声表面波；温度监测，无线无源
0 引言
近年来，我国快速的现代化发展对电网系统提出了越来越越高的要求，现代电力朝着高电压和大容量发展。
在此背景下，对电网系统的安全运行提出了更高的要求。
随着材料技术、微电子加工技术、信号处理技术等科学技术的飞速发展，使得在声表面波技术基础上研制出的具有体积小以及可靠性高等优点的声表面波器件在电力通讯领域得到了应用。
由于电网系统中的高压开关柜密闭运行，人工巡视无法实现，而它又是电网系统的核心部分之一，它的安全稳定运行非常重要。
作为高压开关柜内的开关触头及母排连接节点更是重要隐患，当其中某个节点发生氧化腐蚀导致接触电阻增大，会使其局部温度升高，从而可能发生火灾等事故，给电网的运行带来无法预料的后果。
对高压开关柜内的触头等位置进行在线温度监测可及时发现异常，从而可提前维护，避免事故发生或者减小损失，提高经济效益和社会效益。
声表面波器件体积小，因此由其研制出的温度传感器，适合不同的安装方式，无线信号传输不受高压开关柜内的结构影响，并且它无须供电，
耐压高，高低压隔离，可免除高压击穿的危险，可实现连续不断的温度监测，使其结合计算机技术可以达到高压开关柜内的触头接触点温度在线监测，很好地解决了电网系统中高压开关柜触头接触点测量存在的问题。
1 无线无源温度监测系统
1.1 声表面波温度传感器无线测温原理
由温度采集器发射一定频率的电磁波信号，经由无线天线由声表面波温度传感器的叉指换能器接收转换成声表面波，再由器件反射器发射回叉指换能器，并重新转换为电磁波信号经由无线天线传回采集器。
如果在声表面波温度传感器表面施加有温度参量的扰动，会引起声波速度的变化，从而引起接收端反射信号的频率或者相位发生相应的变化，实现对待测量的无线检测，声表面波无线测温工作原理见图1。
1.2 系统硬件结构
声表面波无线无源温度监测系统由温度传感器、温度采集器、测温主控制端组成，如图2所示。
温度传感器是触点的温度感知元件，安装在被监测的触点处。
温度采集器用于与一个或者多个温度传感器进行无线通讯以及进行数据的处理，它一般安装在被测温度传感器的低压侧，并通过CAN/RS485总线与站内测温主控终端进行通讯。
测温主控终端用于将站内所有的温度传感器数据汇总，可通过网络继续与上一级监控单元通信。
1.3 温度监测系统
一个高压开关柜内安装有若干个温度传感器，温度传感器的主要功能为检测柜内被测触点的表面温度，温度采集器获得温度传感器传回的数据，进行分析和处理，然后实时输出温度数据，同时将数据传至测温主控终端。
在系统运行时，首先通过温度采集器得到各被测触点的表面温度，然后分别判断温度是否超过设定的报警和预警温度，如果超过报警温度，表明该触点温度越限，则在测温主控终端显示触点报警信息、弹出报警图标、蜂鸣器鸣叫、发出报警短信；如果超过预警温度，则在测温主控终端显示触点预警信息。
温度检测系统工作流程见图3。
2 电网系统测温方案比较
由于电网系统温度监测的特殊性，通常情况被测触点很多，位置也千差万别。
柜内的电磁干扰很强，都给柜内触点的温度监测带来一定的困难。
目前电网系统中主要的温度监测方案有如下几种：（1）有源无线测温。
采用电池供电，利用温度敏感元件和无线通信技术相结合。
这种方法无绝缘问题，测温精度比较高，缺点是电池寿命有限，尤其是在高温环境中，需要定期更换电池，不利于连续测温。
（2）红外测温。
通过将被测目标的红外辐射能量转换为温度值，是一种非接触式测量，也无绝缘问题，缺点是需要定期巡检，在线测温成本比较高。
（3）光纤测温。
利用光在光纤中传输产生的散射和光时域反射原理来获取空间温度分布信息，可在线测温，温度测量准确，缺点是
存在光纤脏污引起的绝缘隐患。
（4）无线无源测温。
通过声表面波技术，利用电磁波能量实现测温监控，无绝缘问题，温度测量准确，可连续在线测温，缺点是对安装要求比较高。
3 声表面波无线无源测温实例
声表面波无线无源温度监控系统应用实例如图4，将温度传感器固定到被测触点处，由采集器接收温度传感器传回的数据信息并进行相应的处理，转换为实测温度，然后通过RS485总线将数据上传至测温主控终端，并将采集温度数据保存到主控终端本地数据库中，作为历史数据方便用户查询使用。
见图5中左边为有实时数据显示部分，右边为历史数据曲线部分。
当系统测得某个被测触点温度超出用户设定的报警温度时，会在界面显示报警信息，同时蜂鸣器发出报警声音，并会发出短信通知用户排除故障，避免重大事故及经济损失。
4 结语
本文提出了一种基于声表面波无线无源温度监控方案。
在电力系统中，如何测量密闭高压开关柜内各个监测点的温度，一直以来都被广泛关注。
基于声表面波技术的无线无源测温技术，可为电网系统设备被测触点进行实时监测，对设备的安全运行无任何影响，目前已经成功应用到云南省一些电网系统的高压开关柜温度监测项目中。
由于该技术无线无源的独特优点，今后可能会成为智能电网中温度测量的一种主流方案，随着声表面波技术的越来越完善，它必将为电网系统的安全运行提供更可靠的保障。
参考文献：
[1] 武以立，邓盛刚，王永德.声表面波原理及其在电子技术中的应用[M].北京：国防工业出版社，1983.
[2] 王生江.基于声表面波谐振器的无线测量系统[J].测控技术，1999（9）.
[3] 肖鸣三，宋道仁.声表面波基础[M].济南：山东科学技术出版社，1980.
[4] 李平，文玉梅，黄尚廉.声表面波无源无线温度传感系统研究[J].电子测量与仪器学报，2002（4）.。