电缆中间接头温度测量系统的制作方法

本发明涉及测温领域，尤其是一种电缆中间接头温度测量系统。

背景技术：

随着电气设备电压等级的不断提升及工作电流的不断加大，设备发热现象越发显著，当电力设备出现故障时，往往伴随着温度的变化，所以通过对电力设备，尤其是其关键部位的温度监控，可以及时了解电力设备的工作状态。当温度出现异常时，则可以及时作出预警并进行检修，这样可以防止更大故障的发生。

对于电缆中间头的温度监测，要求能够直接监测核心导体的温度。要达到这一要求，主要有以下困难：电缆中间接头的内部空间极其狭小，这对传感器的尺寸要求很高；电缆中间接头内部处于强电磁场环境，需要传感器在此工况条件下能够稳定运行；置入电缆中间接头内部的器件不能对中间接头内部的电场分布造成影响，否则会引起电缆接头原始结构设计的失效，从而造成安全隐患；电缆接头的寿命一般为30年，所以内置的测温器件的使用寿命不能低于30年。

PCT专利CN105190268A，一种用于监测包围在至少(半)导电层中的导电体的温度的系统。该系统包括：无线无源感应单元和收发器单元以及控制单元。无线无源感应单元包括至少一个温度感应部件，并且被构造成具有随导电体的温度变化的谐振频率和/或Q值。收发器单元被构造成电磁耦接到无线无源感应单元，并且发出表示无线无源感应单元的谐振频率和/或Q值的信号。收发器单元被进一步构造成与控制单元通信，该控制单元探知表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号，并且基于所探知到的表示谐振频率和Q值中的一个或两者的信号确定导电体的温度值。该专利所述的传感器位于连接铜管与绝缘层之间，外径尺寸需要与电缆绝缘层尺寸完全匹配，才能到达电气性能要求。

这就造成该技术方案只能适用于内部空间较大的110kV等特定尺寸的电缆中间接头，当需要适配不同型号和厂家的电缆接头时，则需要进行专门的设计，增加了产品的推广适用难度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种电缆中间接头温度测量系统，该电缆中间接头温度测量系统能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

本发明提供了一种电缆中间接头温度测量系统，该电缆中间接头包括连接两个所述电缆端头的导体连接管，包覆于所述导体连接管外的内绝缘层，包覆于所述内绝缘层外的外绝缘层，以及包覆于外绝缘层外的壳体，所述温度测量系统包括无线无源柔性薄膜温度传感器及信号收发单元及控制器，所述无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于所述导体连接管外，并夹设于所述内绝缘层与所述导体连接管之间，当所述温度测量系统进行温度测量时，所述控制器控制所述信号收发单元发送探测信号，所述无线无源柔性薄膜温度传感器根据所述探测信号发送回馈信号，所述信号收发单元接收所述回馈信号，并将该信号传递至所述控制器，所述控制器根据所述信号收发单元传递的回馈信号得出所述电缆中间接头的温度。

所述信号收发单元包括采集器及阅读器，所述阅读器设置于所述内绝缘层与所述外绝缘层之间。

所述控制器设置于所述壳体外，连接导线穿过所述壳体并电性连接于所述控制器与所述信号收发单元之间。

所述阅读器与所述采集器电性相连，所述阅读器用于探测信号的发送以及回馈信号的收取，所述采集器用于将所述阅读器收到的回馈信号传递至所述控制器。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器包括传感器本体及保护层，所述保护层包覆于所述传感器本体外。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器呈片状或圆筒状。

所述传感器本体包括SAW温度传感器，所述SAW温度传感器包括基板、叉指换能器、反射栅及收发天线，所述叉指换能器、所述反射栅设置于所述所述基板上，所述收发天线与所述叉指换能器相连。

所述传感器本体包括微波谐振腔，所述微波谐振腔包括第一金属贴片、第二金属贴片及夹设于所述第一金属贴片及第二金属贴片之间的第一介质层。

所述第一介质层由温敏材料形成，其介电常数随温度的变化率为0.05％/℃-10％/℃，其杨氏模量为1.5Gpa-150Gpa，介电常数范围是1-100。

所述传感器本体包括LC电路，所述LC电路包括串联成回路的电容及感应线圈。

所述感应线圈呈平面螺旋状布设，所述电容设置于所述平面螺旋状感应线圈的中心处，所述电容的极板所在的平面与所述无线无源柔性薄膜温度传感器所在的延伸方向相互平行。

所述LC电路的感应线圈绕设于圆筒状的所述无线无源柔性薄膜温度传感器上，所述电容可拆卸地与所述感应线圈相连。

在所述电容的两个极板之间还设置有第二介质层，所述第二介质层由温度敏感的电介质材料形成。

所述第二介质层的介电常数随温度的变化率为0.05％/℃-10％/℃，其杨氏模量为1.5Gpa-150Gpa，介电常数范围是1-100。

所述温敏材料包括有机介电材料、无机介电材料及有机无机复合介电材料中的至少一种；所述有机无机复合介电材料中有机介电材料作为介电层基底，无机介电材料作为介电常数温敏填料。

所述无线无源柔性薄膜温度传感器的工作频率被设置为位于所述屏蔽层和内绝缘层的频率穿透区间的范围内。

所述测温装置还包括后台控制中心，所述控制器通过传输线或无线传输模块将所述温度信息传递至所述后台控制中心。

综上所述，在本发明中，无线无源柔性薄膜温度传感器绕设于导体连接管外，并夹设于内绝缘层与导体连接管之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器能够更加贴近导体连接管，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层及导体连接管之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使无线无源柔性薄膜温度传感器更加靠近信号收发单元，使信号更加的准确。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，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所示为本发明第一实施例提供的电缆中间接头温度测量系统安装于电缆中间接头上的截面结构示意图。

图2所示为图1中电缆中间接头温度测量系统的系统框图。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

图4所示为本发明第二实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图。

图5所示为本发明第三实施例中SAW温度传感器的结构示意图。

图6所示为本发明第四实施例中微波谐振腔的结构示意图。

图7所示为图6中微波谐振腔的截面结构示意图。

图8所示为本发明第五实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的电路示意图。

图9所示为图8中电容及电感线圈的结构示意图。

图10所示为图9中电容及电感线圈的截面结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。

本发明提供了一种电缆中间接头温度测量系统，该电缆中间接头温度测量系统能够对各种型号的电缆接头都可以具有良好的适应性，且安装简单，成本较低。

图1所示为本发明第一实施例提供的电缆中间接头温度测量系统安装于电缆中间接头上的截面结构示意图，图2所示为图1中电缆中间接头温度测量系统的系统框图，如图1及图2所示，本发明实施例提供的电缆中间接头温度测量系统用于对电缆中间接头的温度进行测量，该电缆中间接头包括连接两个电缆端头11的导体连接管12，包覆于导体连接管12外的内绝缘层13，包覆于内绝缘层13外的外绝缘层14，设置于内绝缘层13与外绝缘层14之间的屏蔽层16，及包覆于外绝缘层14外的壳体15。

温度测量系统包括无线无源柔性薄膜温度传感器20、信号收发单元30、控制器40及后台控制中心50，无线无源柔性薄膜温度传感器20绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间。当温度测量系统需要进行温度测量时，控制器40控制所述信号收发单元30发送探测信号，无线无源柔性薄膜温度传感器20根据探测信号发送回馈信号，信号收发单元30接收回馈信号，并将该信号传递至控制器40，控制器40根据信号收发单元30传递的回馈信号，通过边缘计算得出电缆中间接头的温度，并将该温度信息发送至后台控制中心50。

在本实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器20能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13及导体连接管12之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使无线无源柔性薄膜温度传感器20更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

进一步地，信号收发单元30包括采集器及阅读器，在本实施例中，阅读器设置于内绝缘层13与外绝缘层14之间，信号收发单元30与无线无源柔性薄膜温度传感器20相对设置。也即，信号收发单元30与无线无源柔性薄膜温度传感器20之间仅间隔一层内绝缘层13，这能够减少信号收发单元30与无线无源柔性薄膜温度传感器20之间的距离，确保信号的稳定。

控制器40设置于壳体15外，连接导线穿过壳体15继而连接于控制器40与信号收发单元30之间。

阅读器与采集器电性相连，阅读器用于探测信号的发送以及回馈信号的收取，采集器用于将阅读器收到的回馈信号传递至控制器40。

图3所示为图1中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图，图4所示为本发明第二实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的截面结构示意图，如图3及图4所示，无线无源柔性薄膜温度传感器20包括传感器本体21及包覆于传感器本体21外的保护层22，通过保护层22的设置，一方面能够对传感器本体21进行保护，另一方面，也能起到封装保护的作用，防止传感器本体21因为弯折而损坏。

在本实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈片状，在装配时随着导体连接管12外壁的形状紧贴设置于导体连接管12外。在其它实施例中，如图4所示，其可以直接设置成圆筒状，套设于导体连接管12外。

图5所示为本发明第三实施例中SAW温度传感器的结构示意图，如图5所示，在本发明的第三实施例中，传感器本体21可以包括SAW温度传感器211，SAW温度传感器211包括基板2111、叉指换能器2112、反射栅2113及收发天线2114，叉指换能器2112、反射栅2113设置于基板2111上，收发天线2114与叉指换能器2112相连。SAW温度传感器与信号收发单元30电磁耦合设置，信号收发单元30发送激励信号，收发天线2114接收该激励信号，并将其引入叉指换能器2112，叉指换能器2112下面的基板2111的表面及表面附近空间产生交变电场，交变电场经过逆压电效应在基板2111表面产生相应的弹性应变，从而激发表面波。声表面波沿基板2111表面向两边传播，经两侧反射栅2113反射叠加，再经由叉指换能器2112及收发天线2114输出。

在不同的温度下，声表面波在基板2111上的传播特性会有所不同，当基板2111上的温度改变时，SAW温度传感器211返回的声波频率和/或Q值(品质因子，Q factor)也会发生变化，控制器40根据信号收发单元30接收的信号的频率和/或Q值不同，能够对温度进行感知。

优选地，在本实施中，反射栅2113可以为两个，两个反射栅2113分别设置于叉指换能器2112的两侧。收发天线2114可以为一个或多个，基板2111及收发天线2114一起被包覆于保护层22内。

图6所示为本发明第四实施例中微波谐振腔的结构示意图，图7所示为图6中微波谐振腔的截面结构示意图，如图6及图7所示，本发明第四实施例中，传感器本体21包括微波谐振腔212，微波谐振腔212与收发天线30电磁耦合设置，微波谐振腔212包括第一金属贴片2121、第二金属贴片2122及夹设于第一金属贴片2121与第二金属贴片2122之间的第一介质层2123。优选地，第一金属贴片2121及第二金属贴片2122呈圆形，第一介质层2123为圆柱形。在实际工作中，三者可以视为一个圆形谐振腔，谐振腔顶部和底部的两个金属贴片可以分别代表辐射贴片及金属地。在两者之间的空间中，四周可以视为磁壁，上下为电壁的腔体，电场在中心处为零而在边缘处最大。

第一介质层2123由温敏材料形成，其介电常数随温度的变化率为0.05％/℃-10％/℃，其杨氏模量为1.5Gpa-150Gpa，介电常数范围是1-100。

温敏材料包括有机介电材料、无机介电材料及有机无机复合介电材料中的至少一种；当温敏材料为有机无机复合介电材料时，有机无机复合介电材料中有机介电材料作为介电层基底，无机介电材料作为介电常数温敏填料。优选地，所述无机介电材料包括压电陶瓷(如钛酸钡系、锆钛酸铅系、偏铌酸钾钠系、偏铌酸锶钡系)、金属氧化物(如二氧化钛、尖晶石等)、半导体单质(如硅、金刚石)中的至少一种。

优选地，所述有机介电材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种。

优选地，所述有机无机介电复合材料为所述无机介电有机介电材料的混合，其混合质量比范围是10％-95％。

在进行温度测量时，信号收发单元30会通过发送一定带宽的扫频信号给微波谐振腔212，扫频信号中与微波谐振腔212频率相同的部分会被引入到微波谐振腔212内部，电磁波在不同介电常数的材料表面发生反射引起介质谐振器内部谐振，并逐渐被消耗，其它频率的信号则会被微波谐振腔212返回信号收发单元30，信号收发单元30接收微波谐振腔212返回的包含频率信息的信号，以及将该信号传递至控制器40，控制器40检测到反射功率最低点即为微波谐振腔212的谐振频率。由于在不同温度下，微波谐振腔212的谐振频率不同，温度与微波谐振腔212具有相关性。因此，该测温装置就可以通过对微波谐振腔212谐振频率的测量得出电缆中间接头处的温度。

图8所示为本发明第五实施例中无线无源柔性薄膜温度传感器的电路示意图，图9所示为图8中电容及电感线圈的结构示意图，图10所示为图9中电容及电感线圈的截面结构示意图，如图8至图10所示，在本发明的第五实施例中，传感器本体21包括LC电路213，LC电路213与信号收发单元30电感耦合设置，LC电路213包括串联成回路的电容2131及感应线圈2132，信号收发单元30发送一定频率的扫频信号，并接受LC电路213回馈的含有频率和/或Q值信息的信号，通过频率扫描测得LC电路213的谐振频率和/或Q值。

由于在不同温度下，LC电路213的谐振频率和/或Q值不同，因此，该测温装置就可以通过对LC电路213谐振频率和/或Q值的测量，并通过边缘计算得出电缆中间接头处的温度。

如图9所示，在本实施例中，感应线圈2132呈平面螺旋状布设，电容2131设置于平面螺旋状感应线圈2132的中心处，电容2131的极板所在的平面与无线无源柔性薄膜温度传感器20所在的延伸方向相互平行，当无线无源柔性薄膜温度传感器20绕设于导体连接管12上时，电容2131的其中一个基板2111就可以紧贴导体连接管12设置。

如图10所示，在电容2131的两个极板之间还设置有第二介质层2133，该第二介质层2133可以为由温度敏感的电介质材料形成的第二介质层2133，以实现电容2131对温度的响应敏感性。第二介质层2133的介电常数随温度的变化率为0.05％/℃-10％/℃，其杨氏模量为1.5Gpa-150Gpa，介电常数范围是1-100。

温敏材料包括有机介电材料、无机介电材料或有机无机复合介电材料中的至少一种；当温敏材料为有机无机复合介电材料时，有机无机复合介电材料中有机介电材料作为介电层基底，无机介电材料作为介电常数温敏填料。

优选地，所述无机介电材料包括压电陶瓷(如钛酸钡系、锆钛酸铅系、偏铌酸钾钠系、偏铌酸锶钡系)、金属氧化物(如二氧化钛、尖晶石等)、半导体单质(如硅、金刚石)中的至少一种。

优选地，所述有机介电材料包括聚烯烃、含氟聚合物、聚氨酯、硅橡胶、硅氧烷、环氧化合物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、酮树脂、环氧树脂中的至少一种。

优选地，所述有机无机介电复合材料为所述无机介电有机介电材料的混合，其混合质量比范围是10％-95％。

请继续参照图4，在本发明的另一个实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20可以呈圆筒状，并直接套设于导体连接管12上，在此情况下，LC电路213中的感应线圈2132可以绕设于圆筒状的无线无源薄膜温度传感器20上，电容2131可拆卸地与感应线圈2132相连。该结构将电容2131及感应线圈2132分开，一方面减少了制作工艺的复杂性，另一方面，电容2131可以不再与感应线圈2132位于同一平面，这不再局限于平板型电容2131的参数，电容2131及感应线圈2132可以有更大的设计空间。

在上述各实施例中，无线无源柔性薄膜温度传感器20的工作频率别设置为位于屏蔽层16和内绝缘层13的频率穿透区间的范围内，以防止屏蔽层16和内绝缘层13对温度的测量造成干扰。

综上所述，在本发明中，无线无源柔性薄膜温度传感器20绕设于导体连接管12外，并夹设于内绝缘层13与导体连接管12之间，一方面能够使其能够不再需要根据导体连接管12内部空间的大小改变自身结构，只需要绕设于导体连接管12外，就可以完成温度传感器的固定，对于不同厂家的不同型号的电缆接头具有更好的适应性；另一方面，无线无源柔性薄膜温度传感器20能够更加贴近导体连接管12，便于热量的传导，温度的测量更加的准确；另外，夹设于内绝缘层13及导体连接管12之间的位置设置方式，能够更加便于安装，节省成本，还能够使无线无源柔性薄膜温度传感器20更加靠近信号收发单元30，使信号更加的准确。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。