一种双芯片无线无源测温系统和方法与流程

本发明属于无线测温，特别涉及一种双芯片无线无源测温系统和方法。

背景技术：

1、就目前来讲，迫切需要寻找一种新技术和有效的方案，来解决变电站一次设备温度测量时存在的以下问题：

2、一、现有测温技术无法满足日常巡检需求。试温蜡片易融化滴落，值班人员需定时巡视，劳动强度大；主流的红外测温技术弊端明显，不仅耗时且易漏检隐患，一套设备约15万元成本过高，精度还受人员素质影响，白天测量又易受阳光干扰，有时需夜间作业。

3、二、人工巡检与记录问题突出。现场依赖经验管理和纸质记录，易出错且难保存，可能因人为因素漏检错检。仅靠规章制度约束管理存在随意性，部分工作执行不到位。

4、三、设备状况信息割裂，难定最佳检修方案。不同人员对设备判断易有偏差，数据按单位归口后，专业人员难掌握跨专业设备特性，监测结果与原始数据无法及时比对，设备异常难实时呈现，监测效果差。

5、四、特殊位置测温困难。高压开关触头处于高电压、强磁场等恶劣环境，电子装置适应性不足；开关柜内高压裸露、空间狭小，无法人工巡检，现有方式难以满足需求，因此，我们希望设计一种具有新型结构的无线无源测温系统，从而解决这个问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种双芯片无线无源测温系统和方法，解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明通过以下的技术方案实现：一种双芯片无线无源测温系统，包括：无线测温传感器，所述无线测温传感器与采集天线通信连接，所述采集天线与采集设备无线信号连接，所述无线测温传感器内置双单端口saw谐振器芯片，所述采集设备通过嵌入式软件进行信号滤波处理并将处理后的信号输送至显示终端；

3、所述无线测温传感器使用433mhz开放频段，所述采集设备适配modbus rtu协议，且单端口saw谐振器芯片拥有两个叉指换能器分别为输入叉指换能器和输出叉指换能器，所述叉指换能器为一种dart结构叉指换能器，通过指条重叠加权与抽指加权优化，结合fem/bem-com联合方法提取参数，设计λ/2周期反射栅与多条耦合器实现双芯片耦合，所述单端口saw谐振器芯片的分析可采用有限元/边界元（fem/bem）方法，且采用耦合模（com）理论设计器件以便用fem/bem提取com参数加快运算速度，其中com参数包括耦合系数、反射系数，提取时的误差阈值≤5%，在实际使用中，芯片封装总体框架由htcc陶瓷外壳与金属盖板形成一个密闭的腔体，无源温度传感器双芯片置于密闭腔体氮气环境内，芯片pad凸点通过金球、陶瓷外壳金属通孔与外界陶瓷天线相连通，由于金属盖板与陶瓷内壁金属层形成金属屏蔽的金属腔体，对电场、磁场的起到阻隔作用，切断了相对于无源温度传感器双芯片垂直方向的外界环境产生的电磁场强度，同时无源温度传感器双芯片激发的电磁信号可以通过陶瓷天线接受和发送，保证高温环境正常工作，又具有抗强电磁干扰的优点；

4、封装采用平行缝焊技术，利用两个圆锥形滚轮电极压住待封装的金属盖板和管壳上的金属框，焊接电流从变压器次级线圈一端经其中一锥形滚轮电极流过管壳，经另一锥形电极，回到变压器次级线圈的另一端，回路在电极与盖板的接触处形成高电阻，在脉冲电流的作用下产生大量的热，使接触处呈熔融状态，在滚轮电极的压力下，凝固后即形成一连串的焊点，焊点相互交叠，形成了气密填装焊缝，对矩形管座而言，在焊接好盖板的两条对边后，再将外壳相对电极旋转90°后，在垂直方向上再焊另两条对边，即可完成外壳的整个缝焊；

5、平行缝焊对待封器件进行加热、抽真空和充氮气，从而降低管腔内的湿度和氧气含量，封装后使得管腔内部的芯片不易被氧化，不受外界因素的影响，从而对芯片起到保护作用，封装后芯片通过金球与外部基板有可靠的电气连接。

6、作为一优选的实施方式，在两个所述叉指换能器两侧排列着反射栅阵列，所述反射栅阵列由大量等间隔周期排列的栅条构成，两侧的所述反射栅阵列形成一个声学谐振腔；

7、所述反射栅阵列与叉指换能器之间的共线结构声表谐振器的两个叉指换能器放置在同一直线上，其中一个叉指换能器采用指条重叠加权，另一个叉指换能器采用等幅换能器。

8、作为一优选的实施方式，所述叉指换能器的换能函数采用fir设计，反射函数是换能函数的自卷积，对其中一个叉指换能器采用指条重叠加权，另一个叉指换能器实施抽指加权，对反射函数实施抽指加权，采用分布声反射换能器（dart）结构，在实际使用中，基于433mhz频段，λ=0.5-1mm。

9、作为一优选的实施方式，在所述dart结构基本单元中，λ为声表面波波长，每个周期由两条1/8λ窄指条和一条3/8λ电极构成，指条间隔为1/8λ，换能中心（tc）和反射中心（rc）距离为5/8λ，前向波向右，后向波向左，前向波比后向波强，以获得向右的单向性。

10、作为一优选的实施方式，多条所述耦合器采用对称与非对称双模式叠加，功率转移电极条数nc≈3/(δv/v)，(δv/v)为声表面波（saw）的相对传播速度变化量，所述耦合器采用y-128°切铌酸锂基片，电极宽度为0.15λ实现高效耦合，在实际使用中，当温度传感器检测到测温点温度≥100℃，且耦合器与叉指换能器间距为 2-5λ 时，系统通过嵌入式软件自动切换至对称模式。

11、作为一优选的实施方式，所述反射栅阵列的栅条厚度和叉指换能器厚度相同，均为0.15-0.17μm，λ/2周期反射栅的栅条数量为50-100，间距公差为±0.01λ。

12、本发明还涉及所述的一种双芯片无线无源测温方法，包括以下步骤：

13、a、传感器安装：

14、将无线测温传感器插接在移动式开关柜的莲花触头部位，使用耐高温扎带捆扎固定或将无线测温传感器用螺丝固定在固定式开关柜的高压输出端测温部位；

15、采集天线部署在变电站开关柜附近，确保与传感器保持有效通信距离；

16、采集设备安装在控制室或就近机柜内，连接rs485通信线缆；

17、显示终端部署在监控中心，连接采集设备并配置网络参数；

18、b、传感器测温：

19、无线测温传感器内部的双芯片saw谐振器实时感知温度变化，芯片因温度变化产生频率偏移信号，系统自动比较两个芯片信号强度，信号强度比较的阈值为≥5db，选择较强信号使用；

20、无线信号传输：

21、传感器在433mhz开放频段发射温度数据，采集天线接收无线信号并传递给采集设备；

22、数据协议转换：

23、采集设备通过嵌入式软件进行信号滤波处理，抑制433mhz频段杂波干扰，通过modbus rtu协议将数据转换为rs485信号；

24、c、数据传输与处理流程

25、数据采集：

26、采集设备定时轮询各传感器节点，解析modbus rtu协议数据包，进行数据校验和错误检测；

27、数据管理：

28、温度终端接收并解析传感器数据，存储历史温度数据和设备参数，实时显示各测点温度值；

29、智能分析：

30、实时温度监测和超限报警，温度变化趋势分析和预测预警，异常数据识别和处理。

31、采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：无线测温传感器的设置，通过dart结构与加权优化设计，结合fem/bem-com联合分析方法，有助于传感器频响带内波纹降低，温度测量误差控制在±0.3℃以内，抗干扰性能显著提升；

32、多条耦合器的应用实现双芯片高效耦合，体波干扰抑制率提升40%，芯片面积减小25%，满足小型化安装需求；

33、rs485接口与modbus rtu协议的适配设计使系统组网节点数可达128个，数据传输延迟低于50ms，适用于多场景测温需求；

34、整个设计方法形成芯片-系统-验证的闭环体系，可迁移至不同频段saw测温系统，具备良好的通用性与扩展性；

35、提高了温度检测的实时性，无源无线开关柜温度监测产品采用秒级测量速度，能够实现自动测量、自动告警、自动记录、自动预警，大大提升了巡维人员的响应速度，尽可能地降低恶性事故造成的影响；

36、提高电力自动化水平，节省运维成本：无源无线开关柜温度监测产品具有自动记录功能，能够减少巡维人员数量、劳动强度，通过数据挖掘、分析，作为生产调度、网络优化的基础；

37、促进产业发展，无源无线开关柜温度监测产品的实施，能够带动电力传感器技术、电力柜电磁环境抗干扰技术、生产预警联动技术、电力大数据挖掘等电力测量技术的发展。