一种具有无源无线测温功能的电缆堵头及测温系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备温度测量领域，尤其是一种具有无源无线测温功能的电缆堵头及测温系统。


背景技术：

2.电缆连接头是电力输配网络的重要部件，数量众多，工作环境恶劣，经常由于故障导致局部过热，温度过高，最终发生电力故障，甚至是爆炸等恶性事故。
3.电缆连接头内部，出线线鼻和出线电缆通过压接方法实现连接，这种压接工艺会导致接触电阻过大，在大负载情况下产生大量热量，使得电缆连接头出现局部过热，并最终引发安全事故。对电缆连接头内部的堵头金具实现温度监测，可以有效监控电缆连接头状态，预防安全事故。但常规测温方法只能监测电缆连接头外部绝缘层的温度，无法监测到电缆连接头内部真正发热的金属部件。
4.电缆堵头通过堵头金具与连接螺杆相连，连接螺杆另一边与线鼻相连，金属的导热性能很高，二者温度相同，因此可以通过监测电缆堵头金属件的温度实现对电缆内部线鼻的温度监测。
5.将传感器内置于电缆堵头，监测电缆连接头内部金属部件的温度，此前有过各种尝试，但由于所用传感器不是无源产品、耐受温度能力差，产品基本不具备实用价值。
6.此前的做法，将常规带电池的温度监测产品内置到电缆堵头，由于电池耐高温性能差，电缆连接头内部温度远超电池能承受的温度，最终导致电池爆炸，引发安全事故，该技术已被淘汰。
7.还有一种做法，是利用压差取电取代电池；如申请号：cn201710915982.0公开的一种用于智能电网监控系统的可分离连接器，以解决电池耐受温度能力差的问题，这种技术，核心是用压差取电代替电池，其余测温电路依旧需要保留，其本质仍是有源测温。这种技术需要取电金属片和金属线从堵头金属件处引出高压，实现取电的目的，这种做法，严重破坏了堵头的绝缘设计，堵头内部局部放电现象严重，产品安全性很低；同时，这种有源测温技术，需要常规的集成电路，而常规集成电路的耐受温度能力弱，当温度超过85℃时，很容易损坏，导致基于这种技术的产品寿命很低。
8.第三种做法，是将无源无线温度传感器和电缆堵头一体成型，这种做法，产品加工过程中，传感器芯片、天线和印制板都要承受注塑过程的高温，容易损坏；而且产品生产后不能调试，成品率很低，无法量产；
9.第四种做法，如申请号cn108760077 a所述，通过一根导热件，将连接螺杆的温度通过导热件再传递给声表面波温度传感器，这种做法，由于导热件的存在，压缩了传感器天线的可用空间，传感器天线的增益很低，由于电缆连接头外层是半导电层，对无线信号有很大的衰减作用，天线增益低导致声表面波温度传感器接收到的激励信号很弱，同时通过传感器天线辐射出去的反射信号也很弱，温度监测系统的稳定性很差；另外，声表面波温度传感器的焊盘不大，弹簧天线直接焊接在声表面波温度传感器的引脚上，操作不方便，声表面
波温度传感器容易被损坏，天线也不容易固定，这种做法，产品的成品率很低。
10.因此，本领域的技术人员致力于开发一种电缆堵头，通过将声表面波温度传感器和电缆堵头金具分体式设计，解决注塑工艺带来的传感器无法调试、声表面波温度传感器易被损坏、弹簧天线难以固定成品率低的问题。


技术实现要素：

11.有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中采用电池供电的有源测温产品耐高温能力差，电池存在爆炸风险的问题，压差取电高温下有源器件容易损坏，产品寿命低；温度传感器与电缆堵头一体注塑，温度传感器在注塑过程中易被高温损坏，注塑后产品无法调试、成品率低、无法量产的问题；同时解决现有做法中天线增益低，系统工作不稳定，弹簧天线焊接不方便，不容易固定，产品成品率低的问题。
12.为实现上述目的，本实用新型提供了一种具有无源无线测温功能的电缆堵头，包括堵头金具、测量部和绝缘外壳；所述绝缘外壳为设置有测量腔的中空结构，所述测量部和堵头金具贯穿设置在所述测量腔中，所述堵头金具与所述绝缘外壳通过相匹配的螺纹可拆卸连接。
13.进一步地，所述堵头金具为中空金属结构，包括两个直径不等的前端小圆柱体和后端大圆柱体，所述前端小圆柱体与后端大圆柱体之间形成第一台阶，所述后端大圆柱体上设置有半封闭螺纹连接孔。
14.进一步地，所述后端大圆柱体外侧设置有后端大圆柱体外螺纹，所述绝缘外壳内侧设置有与所述后端大圆柱体外螺纹相匹配的绝缘外壳内螺纹，所述后端大圆柱体与所述绝缘外壳通过螺纹可拆卸连接。
15.进一步地，所述前端小圆柱体内侧为中空结构，内侧壁上设置有前端小圆柱体内螺纹。
16.进一步地，所述测量部设置在所述前端小圆柱体四周，包括环形pcb垫片、传感器天线、传感器芯片，所述前端小圆柱体靠近后端大圆柱体的端面上设置有与环形pcb 垫片相连接的连接孔，所述传感器芯片设置在所述环形pcb垫片上。
17.进一步地，所述传感器天线焊接在所述环形pcb垫片上，所述传感器天线为双螺旋结构。
18.进一步地，所述环形pcb垫片为中空环状结构，中空直径不小于所述前端小圆柱体的直径，所述环形pcb垫片能够穿过所述前端小圆柱体，垫在所述后端大圆柱体的端面上。
19.进一步地，所述传感器芯片为基于声表面波技术的无源无线声表面波温度传感器，不含任何硅基电路，无需任何形式的充电或供电。
20.本实用新型还提供了一种具有无源无线测温功能的测温系统，包括远端触发部和近端接触部；近端接触部设置在待测接触点，远端触发部与近端触发部采用无线方式通信；所述近端接触部包括插头主体、连接导体、内屏蔽体、连接螺杆和上述电缆堵头；插头主体为t形结构的中空腔体，包括横向腔体和竖向腔体，所述连接导体、连接螺杆和电缆堵头设置在所述横向腔体中，所述内屏蔽体设置在所述竖向腔体和横向腔体中，所述插头主体外侧连接有接地线，所述连接螺杆上设置有与所述前端小圆柱体内螺纹匹配的外螺纹，所述前端小圆柱体和所述连接螺杆通过螺纹可拆连接。
21.进一步地，所述远端触发部包括通过射频线连接的采集天线和温度采集器，所述采集天线用于与所述传感器芯片进行通信。
22.本实用新型的有益效果是：
23.1、本实用新型通过将测量部和堵头金具分体式设计，解决注塑工艺带来的传感器芯片无法调试，成品率低的问题。
24.2、本实用新型将传感器芯片和传感器天线都焊接在环形pcb垫片对应的焊盘上，二者通过环形pcb垫片上的微带线实现电气连接，解决传感器天线直接焊接在传感器芯片引脚上带来的难以操作，传感器芯片易被损坏、弹簧天线难以固定、产品成品率低的问题；
25.3、本实用新型将传感器芯片焊接在环形pcb垫片上，环形pcb垫片通过螺钉固定在堵头金具上，堵头金具通过螺纹和电缆连接头的连接螺杆相连，将连接螺杆的温度传递给堵头金具，堵头金具再将温度传递给环形pcb垫片，环形pcb垫片将温度传递给传感器芯片，从而实现对电缆连接头的温度监测，这种设计，不需要常规做法中的导热件，增大了可用空间，传感器天线的尺寸可设计得更大，采用双螺旋结构，天线增益更高，辐射效率也更高，接收到的查询信号强度和辐射出去的反射信号强度更强，系统工作更稳定。
26.4、本实用新型通过其安装在远端触发部的采集天线向传感器芯片发送激励信号。传感器芯片接收到激励信号后，因自身材料特性，被激励出一个特征频率与温度相关的反射信号，传感器芯片会通过传感器天线自动向信号发送器发送该反射信号，信号发送器接收到反射信号后，传递给温度采集器，温度采集器调用预设在其中的算法，通过对比采集天线发送和接收的信号频率的差别，计算出传感器的当前所处的温度，从而以无源的方式，实现高效、稳定、精准的电缆连接头温度监测。
27.5、本实用新型的传感器芯片为基于声表面波技术的无源产品，无需任何形式的供电，可耐受各种严酷环境，可长期在250℃高温下正常工作，解决常规依靠电池供电或取电方式给测温集成电路供电进行测温，集成电路不能长期耐受电缆连接头内部高温的问题。
28.以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
附图说明
29.图1是本实用新型的一个较佳实施例的绝缘外壳、测量部、堵头金具的结构示意图；
30.图2是本实用新型的一个较佳实施例的绝缘外壳结构示意图；
31.图3是本实用新型的一个较佳实施例的电缆堵头的侧视结构示意图；
32.图4是本实用新型的一个较佳实施例的堵头金具的侧视结构示意图；
33.图5是本实用新型的一个较佳实施例的测温系统整体的结构示意图。
34.图中，1、近端接触部；2、远端触发部；3、外界电气设备；4、接地线；101、插头主体；102、连接导体；103、内屏蔽体；104、连接螺杆；105、测量部；106、横向腔体；107、竖向腔体；108、保护盖；109、堵头金具；111、绝缘外壳；112、测量腔； 113、前端小圆柱体；114、后端大圆柱体；115、第一台阶；116、环形pcb垫片；117、传感器天线；118、传感器芯片；119、前端小圆柱体内螺纹；120、后端大圆柱体外螺纹；121、绝缘外壳内螺纹；201、采集天线；202、温度采集器。
具体实施方式
35.以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
36.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
37.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。
38.实施例1
39.如图1～图4所示，本实用新型的实施例提供一种技术方案：
40.一种具有无源无线测温功能的电缆堵头，其至少包括但不限于堵头金具109、测量部105和绝缘外壳111；绝缘外壳111为锥形台中空结构，主绝缘体层中设置有供堵头金具109和测量部105贯穿的测量腔112，测量部105和堵头金具109均设置在测量腔112中。
41.本实施例通过将传感器芯片和堵头金具分体式设计，解决注塑工艺带来的传感器芯片无法调试，成品率低的问题。
42.在一些优选实施例中，所述堵头金具109为金属材质制成，绝缘外壳111可以为塑料、环氧树脂、聚氨酯等硬质绝缘材料制成。
43.在一些优选实施例中，堵头金具109的结构为中空腔体结构，包括两个直径不等的前端小圆柱体113和后端大圆柱体114，在前端小圆柱体113与后端大圆柱体114 之间形成第一台阶115，在前端小圆柱体113中设置半封闭的前端小圆柱体内螺纹119，在后端大圆柱体114外层设置后端大圆柱体外螺纹120。
44.绝缘外壳111内侧设置有与后端大圆柱体外螺纹120相匹配的绝缘外壳内螺纹 121，后端大圆柱体114与绝缘外壳111通过螺纹连接，二者可拆卸。
45.测量部105设置在后端大圆柱体114上，前端小圆柱体113四周，测量部105包括环形pcb垫片116、传感器天线117、传感器芯片118；前端小圆柱体113靠近后端大圆柱体114的端面上设置有与环形pcb垫片116相连接的连接孔，通过连接孔将环形pcb垫片116与堵头金具109连接为一体，传感器芯片118设置在环形pcb垫片116 上。
46.在一些优选实施例中，传感器天线117与环形pcb垫片116相连，传感器天线117 为双层螺旋结构，提供更高的天线增益和辐射效率，使得温度监测系统的稳定性更高。
47.传感器天线117与环形pcb垫片116通过焊接方式连接，焊接后传感器天线117 固定在环形pcb垫片116上。
48.在一些优选实施例中，环形pcb垫片116设置有焊盘，传感器芯片118通过焊盘焊接在环形pcb垫片116上。
49.本实用新型将传感器芯片和传感器天线都焊接在环形pcb垫片对应的焊盘上，二者通过环形pcb垫片上的微带线实现电气连接，解决传感器天线直接焊接在传感器芯片引脚上带来的难以操作，传感器芯片易被损坏、弹簧天线难以固定、产品成品率低的问题。
50.在一些优选实施例中，传感器芯片118为采用基于声表面波技术的无源无线温度传感器即声表面波传感器；本方案中基于声表面波传感器的材料特性，利用对信号的反射进行温度监测，无需任何形式的充电、储能等供电，能在-40℃-250℃范围内长期稳定工作。
51.基于上述结构，本方案中通过将环形pcb垫片116与堵头金具109直接连接，实现金属直接热传导，从而对电缆连接头温度的监测。传感器芯片118基于自身的(声表面波传感器)特性，在不同温度下反射信号的频率不同，当外界给予传感器芯片118 一个激励信号时，传感器芯片118会自动反射一个特定频率的信号回去，外界通过对频率的解析，就可以实现对于温度的精准测量。
52.同时通过声表面波器件的耐高温性能，解决有源测温产品无法承受电缆连接头内部高温的问题。
53.通过分体设计，将测量部105单独生产，然后再内置到电缆堵头内部，解决一体注塑带来的产品成品率低问题。
54.通过空腔设计，将电缆堵头内部掏空，解决声表面波温度传感器的安装空间问题。
55.通过将传感器芯片118焊接在环形pcb垫片116上，环形pcb垫片116与堵头金具109相连，堵头金具109通过前端小圆柱体113的内螺纹119，和连接螺杆相连，上述连接部位均是金属，最终实现将连接螺杆的温度传递到传感器芯片，省去导热部件，节省空间，以便将传感器天线的尺寸加大，采用双螺旋结构的天线，提高了传感器天线的增益，使得传感器天线接收到的激励信号更强，辐射出去的反射信号更强，声表面波温度传感器工作更稳定。
56.本实用新型将传感器芯片焊接在环形pcb垫片上，环形pcb垫片通过螺钉固定在堵头金具上，堵头金具通过螺纹和电缆连接头的连接螺杆相连，将连接螺杆的温度传递给堵头金具，堵头金具再将温度传递给环形pcb垫片，环形pcb垫片将温度传递给传感器芯片，从而实现对电缆连接头的温度监测，这种设计，不需要常规做法中的导热件，增大了可用空间，传感器天线的尺寸可设计得更大，采用双螺旋结构，天线增益更高，辐射效率也更高，接收到的查询信号强度和辐射出去的反射信号强度更强，系统工作更稳定。
57.实施例2
58.基于上述实施例1，本实施例提供一种具有无源无线测温功能的测温系统，其至少包括但不限于远端触发部2和近端接触部1；近端接触部1设置在待测接触点上，远端触发部2与近端触发部1通过无线方式通信。
59.在一个优选实施例中，近端接触部1包括插头主体101、连接导体102、内屏蔽体 103、连接螺杆104和电缆堵头；插头主体101为t形结构的中空腔体，t形结构的中空腔体包括横向腔体106和竖向腔体107，连接导体102、连接螺杆104和电缆堵头均设置在横向腔体106中；内屏蔽体103设置在竖向腔体107和横向腔体106中，插头主体101外侧连接有接地线4。
60.在横向腔体106中设置有与连接导体102形状大小相适配的连接口，连接导体102 固定设置在连接口中；连接导体102中设置有供连接螺杆104连接的通孔，连接螺杆 104贯穿连接导体102设置。
61.在一个优选实施例中，连接螺杆104为双头螺纹结构的螺杆；连接螺杆104的一端为用于与外接电气设备进行连接的自由连接端，另一端贯穿连接导体102后，再通过平垫片、弹簧垫片、紧固螺母使得连接螺杆104与电缆堵头之间形成固定连接结构，前端小圆柱
体113的内螺纹119，和连接螺杆相连。
62.作为示例的，内屏蔽体103为半导电材料制成。
63.基于上述结构，通过内屏蔽体103可以使整个装置的信号稳定，不会有其他信号对测量部105产生干扰，并且通过连接螺杆104的双头螺纹结构，可以快速的将连接螺杆104与外界电气设备3进行连接，对外界电气设备3进行连接。
64.在一个优选实施例中，在电缆堵头外侧设置有保护盖108，保护盖108与插头主体101之间形成固定连接结构。
65.连接螺杆104的两端分别设置螺纹连接结构，其右端在贯穿连接导体102后与前端小圆柱体113的内螺纹之间形成螺纹活动连接。
66.在一个优选实施例中，远端触发部2包括采集天线201和温度采集器202，采集天线201用于与传感器芯片118进行通信，采集天线201与温度采集器202通过射频线连接。
67.本方案的测温系统可以用于智能电网监控系统中，其通过安装在远端触发部2的采集天线201向传感器芯片118发送激励信号。传感器芯片118接收到激励信号后，因自身材料特性，将被激励出一个与温度相关的反射信号，通过传感器天线117向采集天线201自动发送，采集天线201将接收到的反射信号传递给温度采集器202，温度采集器202调用预设在其中的算法，通过对比采集天线201发送和接收的信号频率的差别来计算出传感器所处的温度，从而实现高效、稳定、精准地对连接导体102的无线、无源温度监测。
68.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。