基于声表面波技术的变电站户外设备温度在线监测系统
基于光声光谱技术的变压器故障在线监测系统设计
基于光声光谱技术的变压器故障在线监测系统设计刘波;姜丰【摘要】长期运行中和发生故障后的油浸电力变压器其绝缘油及有机绝缘材料会分解出一些对判断故障类型甚至故障部位有价值的气体,分析变压器油中溶解的这些气体是判断电力变压器早期潜伏性故障有效的措施之一,针对传统的变压器油中故障气体气相色谱分析存在的问题,提出利用光声光谱技术设计变压器油中故障特征气体的在线监测系统,实现变压器的真正在线实时监测及故障诊断,对系统设计中的几项关键技术采用了新方法,为变压器故障的在线监测实现了技术创新.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2010(018)004【总页数】4页(P759-762)【关键词】变压器;光声光谱;溶解气体;在线监测【作者】刘波;姜丰【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林,吉林,132012;北华大学计算机应用技术研究所,吉林,吉林,132009【正文语种】中文【中图分类】TM4060 引言电力变压器作为电力系统中最重要的电气设备之一，其运行状态直接影响系统的安全性水平。
研究变压器故障在线诊断技术，尽早发现变压器的潜伏性故障对提高变压器的运行维护水平，具有重要的意义。
长期运行中和发生故障后的油浸电力变压器在热、电的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出一些对判断故障类型甚至故障部位有价值的气体，如 H2，CH 4，C2 H 6，C2 H 4，C2 H 2，CO和CO2。
分析油中溶解的这些气体是判断油浸电力变压器早期潜伏性故障最方便、有效的措施之一。
油中气体分析法要求对诊断有利的变压器故障特征气体和微水H2 O进行高精度和宽范围的检测[1]。
由于目前广泛用于检测故障特征气体的热导池、半导体传感器、电化学传感器等对各气体存在光谱敏感，必须使用色谱柱对各种组分先分离后再进行检测;而使用傅立叶红外光谱仪虽然可以同时检测混合气体，但不能测量H 2，且价格昂贵[2]。
因此，采用气相色谱对变压器故障特征气体进行检测仍是目前离线或在线式检测设备或系统所普遍采用的基本技术。
变电站温度在线监测系统的建设方案
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提高设备运行效率
通过对设备温度的监测，可以优化设备的运行条件，提高设备运行 效率，减少能源浪费。
增加供电可靠性
实时监测变电站设备的温度，可以及时发现并处理设备故障，减少 设备故障对供电的影响，提高供电可靠性。
社会效益
1 2 3
提高供电服务质量
通过对变电站设备温度的监测，可以及时发现并 处理设备故障，减少设备故障对用户用电的影响 ，提高供电服务质量。
数据分析与报警
数据分析
对处理后的温度数据进行统计分析，包括平均值、最大 值、最小值等指标的计算，以及趋势分析、异常检测等 方法的运用。
报警机制
根据数据分析结果，设定报警阈值，当监测温度超过预 设阈值时，系统自动触发报警，并将报警信息发送至相 关人员。
人机界面设计
用户登录与权限管理
设计用户登录界面，实现不同权限用 户的登录及系统操作功能。
系统架构与组成
01 感知层
由温度传感器、数据处理模块等组成，负责采集 和初步处理变电站温度数据。
02 网络层
通过物联网技术，将感知层数据传输至云平台。
03 应用层
展示监测数据、提供远程监控界面、实现智能报 警等功能。
系统工作原理
温度传感器采集变电站内的温度数据 ，通过无线传输技术将数据发送至数
据处理模块。
处理后的数据通过物联网技术上传至 云平台，进行存储和分析。
数据处理模块对接收到的数据进行初 步处理，如数据过滤、格式转换等。
管理人员可以通过远程监控界面随时 查看变电站的温度数据，系统也会根 据设定的规则自动报警，提醒相关人 员处理异常情况。
03
硬件设计
温度传感器选择
声表面波温度传感器及其应用研究与开发
声表面波温度传感器及其应用研究与开发声表面波传感器(SAW Sensor)相对于一般的传感器而言具有一系列的优点。
无线无源的声表面波传感器是近年来发展起来的新型传感器，具有优良的性质和广阔的应用前景。
其无线无源的特性也大大拓展了传感器的应用领域，使恶劣环境下的传感监测变得安全可靠。
本课题研究的无线无源声表面波温度传感器主要包含两个方面的内容，一方面研究声表面波温度传感芯片，主要目标是提高芯片的测温精度及可靠性。
同时研究天线，提高信号传输距离。
另一方面研究无线无源温度传感器构成的温度传感系统及其应用，例如如何用于高压变电站高压线路的温度测量，地埋电缆的温度测量等。
本论文研究的重点是测温芯片的设计与制备。
本论文主要介绍声表面波温度传感芯片的基本结构和原理，分析叉指换能器(IDT)理论，分析叉指换能器的理论函数模型，包括函数模型和模态耦合(COM)理论模型等。
论文拟利用窗口函数设计降低旁瓣，提高芯片测温精度。
利用模态耦合理论模型模拟仿真测温芯片。
得到了很好的效果，并依据设计的芯片结构制备了芯片。
本论文编写了声表面波温度传感芯片光刻版图绘制软件，详细说明包括软件的设计思路及其算法实现。
详细介绍软件的操作界面和操作方法，以便将来升级与更新软件。
软件实现了版图绘制功能，能准确快速的将设计的芯片结构绘制成光刻版图，用于后续芯片的加工制备。
本论文利用光刻技术制备测温芯片。
介绍光刻工艺和刻蚀工艺。
芯片制备完成后对芯片进行测试，得出芯片中心频率与设计频率基本相符，旁瓣得到抑制。
并进行了大量的对比测试，如不同加权函数的芯片对比，不同孔径、膜厚的芯片对比，得出海明函数加权优于凯撒函数加权，大孔径芯片优于小孔径芯片等结论。
电力一次设备的在线监测与状态检修技术
电力一次设备的在线监测与状态检修技术电力一次设备是电力系统中承载着输变电能任务的重要环节，其稳定运行对于电网运行的安全稳定性具有非常重要的意义。
随着设备的老化和运行时间的增长，设备的故障率也在逐渐增加，给电网的安全稳定性带来了一定的隐患。
为了及时发现设备的故障并进行维护，提高电力一次设备的可靠性和安全性，需要采用一些在线监测与状态检修技术。
一、电力一次设备的在线监测技术1. 红外热像技术红外热像技术是一种通过红外热像仪测量设备表面温度分布的无损检测技术。
通过这种技术，可以在设备表面的异常温度分布图中找出存在问题的设备，如过载、短路和接触不良等故障，及时进行维修。
利用红外热像技术还可以发现设备结构的松动和热胀冷缩引起的设备接头松动等问题，提高了设备的安全运行。
2. 超声波技术超声波技术是一种通过探测设备内部高频声波的技术。
在设备运行时，如果存在电弧放电、局部放电和设备内部松动等问题，都会导致设备的高频声波放射。
通过超声波技术可以检测到这些异常声波，并及时发现设备的问题，提高了设备的可靠性。
3. 振动监测技术电力设备在运行时会产生振动，如果设备存在问题，则其振动频率和幅度会有相应的变化。
通过振动监测技术可以及时发现设备的问题，为设备的状态检修提供重要的参考信息。
二、电力一次设备的状态检修技术1. 基于机器学习的状态评估技术基于机器学习的状态评估技术可以通过对设备的运行数据进行分析，建立设备的健康状态模型，实现对设备运行状态的实时评估，以及对设备未来运行状态的预测。
通过这种技术可以为设备的状态检修提供重要的参考信息，提高了设备的可靠性和安全性。
2. 多元传感器融合技术多元传感器融合技术是一种通过将不同传感器的监测信息进行融合，对设备的状态进行综合评估的技术。
通过多元传感器融合技术可以综合考虑设备的温度、振动、声波等信息，识别设备的问题，为设备的状态检修提供更加全面的信息支持。
3. 基于云计算的远程监测技术基于云计算的远程监测技术是一种通过将设备的监测数据上传到云端，实现对设备状态的实时监测和分析的技术。
声表面波无线无源温度监测系统
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。
变压器油温油位一体化无源无线监测系统
变压器油温油位一体化无源无线监测系统摘要：因为缺乏变压器油温与油位科学检测方法，进而相关专家学者经过研究，提出基于声表面波（Surface Acoustic Wave，简称SAW）无源无线传感技术的变压器油温油位一体化监测方法。
该系统借助SAW传感技术，结合其无源无线特征分析，为传感器安全后设备维护工作的顺利进行及电气安全性提供了保障。
要想获取精准的传感器温度监测结果，应做好差动结构传感器设计工作，通过有限元方法促进传感器温度敏感特性的优化。
此外，以磁控开关切换天线连接，控制成本的同时，实时监测变压器油位状态，优化设计的目的是确保变压器油温油位一体化无源无线监测系统完整性，本文将尝试分析设计思路且进行试验验证，以期为专业人员研究提供参考。
关键词：变压器；油温油位一体化；无源无线；监控系统配电网以变压器为核心设备，变压器运行的好坏对配电网运行安全性息息相关，其中利害关系可见一斑。
电网在我国各地广泛分布，主要为辐射型网络，经过实践调查与资料分析了解到，由于变压器间距离较近，密集安装，进而易引发安全事故，一旦停电波及范围大。
基于此，笔者认为应严格落实国家或地方发布的相关文件，遵循安全原则开展各项工作，尤其是部分农村地区变电器设备尚未更新，更要做好油温油位检测工作，促进电网智能化建设。
现在广泛使用的油浮式机械油位指示器，难以动态监测尚变压器油位和油温，仅依靠人工检测不仅费时、费力，还时常出现漏检问题。
变压器油温油位一体化无源无线监测系统设计能够有效解决上述问题，实现自动检测和报警。
1.SAW传感器系统特征SAW传感器具有无源、无限特征，其无源特性使得有源传感器的诸多弊端得以消除，无线特性为设备的电气安全性提供了保障。
现阶段，在电缆接头、高压开关柜等诸多电力设备测温系统中，SAW传感器得到广泛应用，且受到人们的青睐。
在变压器中SAW传感器技术的应用，实现了差动结构传感器设计，通过有限元或边界元方法，促使传感器温度采集特性优化，确保了传感器温度监测结果准确性。
变电站一次设备在线监测数据诊断及运维检修
变电站一次设备在线监测数据诊断及运维检修摘要：针对当前变电站一次设备在线监测系统不完善的现象，本文对从变电站一次设备的基本构成出发，通过计算机等先进的现代信息技术手段，对其设备参数进行提取，为其在线监测数据的诊断和运维检修奠定良好的技术基础，从而为广大用户提供更为优质的电力服务。
关键词：变电站一次设备；诊断运维；策略随着社会经济的不断进步，人们生活水平显著提高，对电力供应也越来越高。
这就需要电力行业进行进一步的发展及优化。
其中变电站一次设备在线检测系统对于提高电力设备的可靠性、环保性及经济性而言有着十分重要的意义，需要我们针对此展开深入的研究与大力的发展。
根据变电站相关技术原则，对一次设备在线监测方法的应用主要是基于对全站信息数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化的要求之下，实现信息采集、测量、控制等一系列操作的自动化，并与实际需求相结合，对电网相应控制与调节的智能化与自动化等提供支持。
一、变电站常用一次设备在线监测种类（一）带油设备油色谱在线监测变压器等油浸设备油色谱在线监测，是采用色谱分析法，实时监测油中的溶解气体组分和微水含量，监测的气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯、乙炔等等，可扩展监测二氧化碳及微水。
根据所测气体的色谱分析结果，利用大卫三角或三比值法等，判断变压器的运行状况。
被检测的油浸设备应包含符合色谱法取样要求的密封循环油路管路。
不同在线监测产品采用差压泵吸等不同方法获取油样，能在不停电条件下进行载气更换等维护，且不能降低带油设备本身的密封性能。
（二）特高频局放在线监测电气设备内部产生的局部放电，同时伴生超声震动、电磁辐射、热辐射等多种物理现象。
其中正负电荷中与产生电流陡脉冲辐射的电磁波可被耦合传感器检测，且频段较高，容易出现检测定位和抗干扰。
SF6 气体绝缘强度较高，击穿场强较高，局部放电击穿过程很快，伴生的电流脉冲陡度大，辐射的电磁波频率特别高，一般在特高频频段（300~3000MHz）。
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
浅谈智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术
浅谈智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术摘要：随着时代的发展，越来越多的设备逐渐走向智能化，变电站也是如此。
在智能化变电站中，分析其基本结构以及基本运行方式，进而能最终实现10kV高压开关柜在线测温技术的投入使用。
本文在这前提下，主要介绍10kV高压开关柜在线测温技术的重要内容，同时分析该技术的实际应用过程，期望以供参考。
关键词：智能化变电站；测量温度；高压智能化变电站主要是电力系统直接向10kV配电网合理分配电气的设备，在时间较长的条件下，部分高压开关柜很可能通过4000A的电流。
在较高的工作电流和高压开关柜内部各插头发生位置偏移、动静触头较为松动、不合理的用料等因素的影响下，造成相应的电阻明显增加，进而导致10kV高压开关柜的内部严重发热。
我国对10kV高压开关柜具有严格规定（提供的产品应该符合国家鉴定文件或同有效证明文件）：如果超过允许的温度值，则会严重影响10kV高压开关柜的运行效率，从而造成事故。
因此，采取有效的在线测温技术，准确、实时监测10kV高压开关柜的内部温度是至关重要的。
一、10kV高压开关柜在线测温技术的基本内容与特点一般情况下，10kV 高压开关柜的柜体是全封闭式，其柜内所含有的空间范围很小，柜中包含较多的设备，造成电气设备之间的安全距离很短，这在一定程度上导致测温工作难度明显增加。
传统测温技术（温度传感器传送被监测点温度时，将自身编号ID也进行传输，当传输到计算器时，则会自动显示各监测点温度）大多存在或多或少的问题，如果使用传统测温技术对10kV高压开关进行测温操作，一般不能达到良好的效果。
因此，研究新型在线测温系统是很有必要的。
（一）原理10kV高压开关柜在线测温技术的工作原理为：采集器通过利用天线对SAW （表面声波）传感器传输无线电磁波信号，该传感器收到电池波信号后，叉指换能器（广泛应用的有效瑞利表面波换能器）就会引发声表面波，使得声表面波能顺着电压基材表面传递到反射区，再传递回叉指换能器，最终让叉指换能器利用天线，对采集器发射反向电磁波，最后采集器进行接收即可[1]。
SAW传感器的测温
SA W传感器的测温“神功”--声表面波传感器（SA W）对架空输电线路导线温度的测量文章来源：力倍金具(上海)有限公司为了测量架空输电线路的导线温度，可以在导线上安装一个与导线性能有着相同特性的热传感器。
由于架空输电线路周围区域的高电应力和高磁应力，可采用纯被动声表面波传感器。
这样，安装点上导线的温度就可以被监测到，并且数据可以通过无线电频率反向散射（类似雷达的原理）的方式被无线传输到数据收集点。
在架空输电线路输电过程中，专用线路的垂度关系到它的运行和安全性，这与导线运行温度有着直接的关系。
导线运行温度会受到各种情况的影响，例如线路运行损耗、周围环境温度、风速和风向、太阳辐射强度以及导线材料的特性等。
在高温环境、低风速和高电力系统负荷条件下，监测和分析输电网区域，可评价真实的导线运行温度。
这对优化线路性能，并防止潜在导线垂度问题等方面起着至关重要的作用。
声表面波技术的应用声表面波技术众所周知，声表面波元件在过去常常安装在窄带滤波器、无线射频识别技术（RFID）标签以及无线测量传感器等设备中，用于扭矩、压力、温度和拉力等方面的测量。
因此，这些传感器可用于高压架空输电线路的温度测量，并可采用无线电将电流连接传感器与被测量单位连接。
图1 基于无线被动声表面波（SA W）温度传感器的高频测量系统的工作原理图1显示了基于声表面波原理的高频测量系统的工作原理。
使用测量系统的传输天线将2.45GHz ISM带上的高频电磁波传输到传感器，并通过使用与传感器芯片连接的转换器，将引入的高频信号传输到沿水晶表面传播的声表面波。
在这些位置上，信号中的部分信息被反射到集成反射器上。
反射器位置因水晶温度的延伸而发生改变。
声表面波的传播速度同样取决于温度的变化。
反射信号被转换器转换为高传输频率信号，并且被传回到系统的接收天线中。
传感器的ID信息和温度信息可由使用各种算法的反射脉冲确定。
其中，这些算法通过使用时间位置和反射脉冲的相位关系，以及数字信号处理器（DSP）的通用信号处理技术，对这些信息进行计算。
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第34卷第4期2018年8月上海电力学院学报Journal of Shanghai University of Electric PowerVol.34,No.4Aug. 2018DOI：10. 3969/j.issn. 1006 -4729.2018.04.010基于声表面波技术的变电站户外设备温度在线监测系统纪涛\胡建学2%周立勇2%高海芳2%夏前亮2%朱岳洲2(1.国网浙江德清县供电公司，浙江湖州313200;2.中电科技德清华莹电子有限公司，浙江湖州313200)摘要:对户外高压设备的温度进行实时监控是保证变电站安全运行的重要环节。
论述了声表面波测温技术特点，提出了一种用于变电站户外设备的温度在线监测系统，给出了声表面波温度传感器芯片的设计与封装技术、阅读器的相关设计和系统架构。
该系统已应用于35 B V变电站户外高压设备，实现了对设备温度的实时监测。
关键词：声表面波；温度传感器；户外高压设备测温；无源无线中图分类号:TN98 文献标志码:A文章编号：1006 -4729(2018)04 -0351 -05On-line Temperature Monitoring System for Outdoor SubstationEquipment Based on Surface Acoustic WaveJI Tao1HU Jianxue2，ZHOU Liyong2，GAO Haifang2，XIA Qianliang2，ZHU Yuezhou2(1. State Grid Zhejiang Deqing Power Supply Company，Huzhou313200，China'2.CETC Deqing Huaying Electronics Co.，Ltd.，Huzhou313200，China)Abstract：The real-time monitoring of the temperature of outdoor high-voltage equipment is animportant part in ensuring the safe operation of substation.The characteristics of s wave temperature measurement technology is introduced，and a temperature monitoring system foroutdoor equipment in substation is proposed.The design and package technology of SAW temperature sensor chip，the related design and system architecture of the reader are given.The s applied to outdoor high-voltage equipment in35 kV substation for monitoring the te quipm/nt.Key words：surface acoustic wave;temperature sensor;temperature measuring of outdoor high-voltag quipm nt' pasiv and wir l s变电站是电力系统网络中的重要环节，变电 站设备运行的好坏，直接关系到整个电网的安全 状况。
户外高压设备长期在户外运行，连接部位易发生接触不良而发热，如未及时发现并处理隐 患则很有可能引发重大安全事故。
实时监测户外 运行的高压设备关键部位的温度，提供故障点预收稿日期：2017-11-15通讯作者简介:纪涛（1983—），男，本科，工程师。
主要研究方向为变电站电气设备故障诊断。
E-mail:jitaoC hn@ 。
352上海电力学院学报2018 年警，可以防范一些安全事故的发生。
传统的测温方法 ，如红外测温、有源传感器测温、光纤测温等。
这些测温方法虽能监测 被测物体的温度，但应用于变电站 设备时存一些 之处。
红外测温(1)能是间接式测量被测物体温 度，一旦设备中存在遮挡物，红测温方式无法测关键接点处的温度；同红外测温对环素敏感，变电站中 设备温度的实 ：测。
温度传感器[2]，需要电池供电和更换 电池。
目前户外设备停电 长，电池更换困难。
电池在高温或低温下不能 工作，存 隐患。
光纤类温度传感器[3@]—般适合室内环境，且 光纤容易折损，长工作易降低爬电距离。
表面波测温 是 电子 系统(Micro-Electro-Mechanical-Systems，MEMS)工艺的一种革新性技术。
目应用于美国局太空项目、航空发动、制动片等多方面的测 温。
基于声表波开发的声表面波传感器同的特征。
的特性，保障该温度传感器 电源，传感器 免维护;的特性，使得传感器 方式上传温度信息，提供了 的安全隔离距离。
另，声表波温度传感器上器件、高，应用在 强磁、强电等恶劣环境中。
变电站 设备工作环境恶劣，表面波温度传感器 能克服这些 ，实 测设备上关键点的温度 ，预警相关故障的 。
表波的温度测系统为变电站 设备温度的监测提供了一种全新的测量手段。
1系统工作原理基于声表面波技术的温度在线监测系统主 要由声表面波温度传感器、阅器、设备构 成。
表面波温度 测系统工 理 丨1所示。
系统工 ，阅读器首一束特定的射频信号，该射频信号 传感器的激励信号。
传器上射频信号后，换能器在谐振激发出声表面波。
该声表面波向基片两端传播，遇到反射栅返回。
反射 的声波经 换能器 ：为电信号，电信号已携带被测物体的温度信息，携温度信息的电信号传感器上的转变为射频信号，射。
返回的无线射频信号（应信号）被阅读器 ，通过解析 的射频信号频率值即可得到相应的温度信息。
2声表面波温度传感器设计表 波温度传 器 由表 波温度传 感器、、导热金属等部件组成。
表面波温度传感器 的结构包括谐振型和延迟线型。
根据应用场合的特点，本振型结构，结的声表面波温度传感器芯低插损、高U值的特性，制的传感器可实现较 离的 。
在设计 对换能器采用了加权设计，振的 。
表面波温度传感器 采用谐振频率随温度变化呈现出良 关系的 材 压电 材料，上 、光刻等工艺制作出相应的 换能器、反射栅[5]，封 5 mm x5 m m的芯片。
在应用中，首米用传统单端口的谐振型结构来制作传感器[)]，的传感器温度和频率表现出良好的 关系。
其系统工作时温度计算公式为f(/c -/〇)(% #式中!)c—温度传感器的测量值；)〇—校 温度值；&—声表面波温度传感器返回的测量频 率值；纪涛，等:基于声表面波技术的变电站户外设备温度在线监测系统353fc\fci频率图3双谐振峰传感器频域波形示意按照双谐振峰结构，设计及制作了相关传感 器，其温度与(/〇2#的关系"所示%其温度频率斜率(@2 - @1 #为-# ) kHz/°C %100 0 r〇 __I ___I __I ___I __I ___I __I ___I __I-40 -2020 40 60 80 100 120 140t crc图4双谐振峰结构的传感器温度频率特性为了增加芯片的可靠性，在对芯片进行封装 ，对 换能器和反射栅镀上特 护膜，防止质落条间形成短路，同充满特殊气体以提升的使用％振型结构的声表面波温度传感芯片应式中！）5C —传感器 温度值，取为#5 C &&1，&2—左右峰频率测量值；&，&—左右峰在#5 C 时的频率值；@左，@右—左右峰温度频率系数，在一定 温度是定值。
在制作中，每颗的/%和/#值都存在差异，但通过工艺可使得其差值控制在一定范围内。
目前控制值小于3 kH /，其对应温度偏差为1 K ，应用环境的精度 ，可近数/。
由式(5#可知，只要测量出/c右和/〇左的频差得到被测物的实际温度值。
&—校准温度时传感器的谐振频率值；@—温度频率系数，与压电材料、传器的设计有关，且 程丨内近似一*定值。
图#给出了系统中前期采用的一种单谐振峰 结构的传感器温度频率特性图，测得@为8. 5kH /C 。
由式（1#知，当计算被测物体温度时，需先 知），/〇，/〇的值。
目 中，）相同的 下每颗的/。
值存在差异，在应用中按照±30 kHz 的对进行。
下，同一型号的传感器其 温度偏差达7 K ，系统在应用对每个传感器的温度进行一次校准。
工程现场进行校一定的时间，因此要减少或避免温度校 。
实，对传感器的结构进行改进，由振峰结构调整为双谐振峰结构。
双谐振峰结构的芯片是在基片上有两个谐振 峰，且两峰的温频特性各不相同，其频域波形示意3所示。
当温度升高时，左的频率上升；当 温度下降时，左的频率下降。
右波形频率随 温度变化同左峰相反。
左峰频率随温度变化公式为/〇左=/ci = ! • @佐， @左 V $ ("#右峰频率随温度变化公式为/〇右 <& = ! •@佑，@佑<〇(!#其中，！计算公式如下! =) - ’25 C ( # #由式(##、式（3#和式(4)得被测物实际温度o o oo o oo o 8 6 4 2Nm /s /l e/354上海电力学院学报2018 年用时非常方便，外加 对 进行相应的匹即可。
传器使用时，由阅读器提供能量，不存 在能 问题，可实上传温度信息。
3阅读器的设计整个系统中，阅器表面波温度传感器提供激励信号，传器测上传温度信息；同对传感器返回的温度信息进行解析、判读 及上传。
阅读器 包括射频信号发射模块、射频信号 模块、信号解析 信模块。
阅读器结构5所示。
工作中，电压限制门限2U M S7.8 V，电流限 制门限/iM1A。
图6L T C4365 -2芯片应用框图注:B P F—带通滤波器;L N A—低噪声放大器;L P F—低通 滤波器;P G A—插针网格阵列;L O—本振;P A—功率放大器;D D S—直接数字式频率器;A/D—模数转换器;A R M—处理器;I ED—后端设备。
图5阅读器结构框图阅读器需外接馈线及天线，在应用中采用了平 板。
平板 高增益、发射角度定向的特点，变电站户外设备上的使用。
传器分 各个关键的监测点上，为了避免 遮挡及阅读器接收信号弱的问题，系统工 采用多方案，阅读器中采用了 HMC241 路选择开关，设计了 4条 。
HMC241采用G aAs工艺制作，易 电损伤，需对其进行防护。
设计中采用ESD105-B K2E L瞬变电压抑制二极管 (Transient Voltage Suppressor，TVS)进行防护。