科技投资项目计划书
项目名称 技术领域 项目提供方 联系人 联系电话 1.项目概况 电力系统常因设备过热引发事故，对电力设备温度监测是保证电网安全的有效措施，传统的测温方案采用CT取电或电池供电测温，有寿命低、可靠性差、精度低等缺陷，本项目采用基于声表面波技术的无源无线传感器测温系统，能解决无线测温可靠性差、需定期更换等问题，具有测温精度高、抗干扰性强、体积小、免维护等特点。符合国家产业发展方向。 项目自主设计了基于声表面波（SAW）器件的无线测温传感器，通过在基座上设置多个不同温度系数、频率的压电基片，分析计算多个声表面波（SAW）器件压电基片的频率差得到精确温度信息，抗环境噪声和电磁干扰能力强。开发了基于分布式天线架构的测温终端，利用不同频率信号多点位测温，实现了区域范围温度集中测量；设计了双锁相环结构频率信号发生电路，提高了信号稳定性和温度检测精度。设计了具有在线校准和多级预警功能的测温管理系统，提高传感器测量精度；通过测点温度与阈值温度大小比较，实现对电力设备关键测温和多级预警。 2.项目技术特点与优势 2.1项目研究内容及技术特点 由于声表面波传感器其无源无线的优点，该技术将会成为智能电网温度监测的一个主流方案。本项目关于无源无线温度传感方案的设计和改良仍然在持续进行中，针对基于声表面波（SAW）的无线无源温度传感系统的瓶颈在于无线传输距离不够远，我们已经制定了从声表面波（SAW）芯片到通信方案的进一步改进计划。随着测温范围的提高和测温探头与收发器天线传输距离的提高，针对高压电力系统各种设备测温的应用会越来越多。本项目主要研究内容如下： 基于声表面波技术的电力设备温度在线监测系统 机电控制 浙江理工大学 武传宇 （1）项目构架 本项目声表面波（SAW）无源无线开关柜环境在线监测系统主要由声表面波（SAW）无源无线测温传感头、信号测温终端与无线中继、后台监控系统三部分组成。前端的传感头无需供电，可以方便安装在高压带电体被测点上，准确的跟踪发热点的温度变化。测温传感头上的天线和与信号测温终端相连的接收天线之间无线通信，纯绝缘系统，安全性能好，且每个信号读写装置可对应多个探测点，即插即用，便于扩大规模和系统升级；信号测温终端将温度信号处理成数字信号通过光纤传输至后台监控系统，可实现长距离无中继传输；后台监控器采用时分复用或频分复用等方式同时控制1~100 个信号测温终端，而每个信号测温终端可同时对应多个声表面温度传感器，因此，整个系统可同时在线监测几百、上千个电体被测点的温度。以开关柜内的节点为例，测温系统见示意图1所示。 图1 声表面波（SAW）无源无线开关柜环境在线监测系统实现示意图 1）声表面波（SAW）传感头 无源无线传感头具有纯无源、免维护、体积小，安装灵活，大小近似硬币，可以方便的安装在被测点上，准确地跟踪发热点的温度变化，并以无线方式将数据传到采集器上，实现对被测点温度信息进行实时采集，实现非接触温度测量。传感头见图2。 图2 无源无线声表面波（SAW）传感器示意图 无缘无线传感器，又称声表面波（SAW）传感器，声表面波技术是20世纪七、八十年代才逐渐成熟起来的一门新兴科学技术领域，它是声学和电子学相结合的一门边缘学科。声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。在具有压电性的晶体上由于存在压电性，在电声之间存在耦合。压电晶体本身是换能介质，在传播声表面波的压电晶体表面可以制作电声换能器，使电能和声能互相转换。 基片左端的换能器（输入换能器）通过逆压电效应将愉入的电信号转变成声信号，此声信号沿基片表面传播，最终由基片右边的换能器（输出换能器）将声信号转变成电信号输出，整个声表面波器件的功能是通过对在压电基片上传播的声信号进行各种处理，并利用声一电换能器的待性来完成的。 图3 声表面波（SAW）传感器工作原理示意图 目前利用声表面波测温的工作原理主要有两种，第一种利用基片左端的换能器通过逆压电效应将输入的无线转变成声信号，此声信号沿基片表面传播被位于基片右端的一个或数个周期性栅条反射，反射信号最终由同一个换能器通过压电效应将声信号转变成无线应答信号输出。如图4所示。 图4 延迟线型声表面波温度传感器结构 当基片的温度发生变化时，引起声表面波的传输速度与反射器的间距的改变，从而引起无线应答的相位（时间延迟）改变，这种改变随温度的改变而呈线性变化，因此容易得到测量的温度值。 图5谐振器型声表面波温度传感器结构 第二种如图5所示，当压电晶体基片上的换能器通过逆压电效应将输入的无线信号转变成声信号后，被左右两个周期性栅条反射形成谐振。该谐振器的谐振频率与基片的温度有关，而且谐振频率的改变随温度的改变在一定温度范围内呈非常线性的关系，图5所示的是实际测量的谐振频率随温度变化的曲线。当同一个换能器通过压电效应将声信号转变成无线应答信号输出后，我们就可以通过测量频率变化得到温度值，故声表面波测温器件为纯无源器件。相比之下，谐振型在灵敏度、可靠性和无线检测距离等指标方面优于延迟型。 图6 声表面波（SAW） 谐振频率随温度的变化关系 2）信号测温终端与无线中继 信号测温终端器用来收集传感头的温度信号，将其重新打包，通过有线或无线方式发送至后台监控系统，安装在测温现场。信号测温终端带有液晶显示屏，显示监测点的实时温度，方便用户在测温现场监测被测点的温度。一个信号测温终端可对应多个收发数据端口，每个数据收发端口连接一个收发天线用于与测温传感头通信。由于各个传感探头的谐振中心频率不同，每个收发天线可以同时和多个传感探头通信，即一个信号测温终端可对应多个温度传感器。 3）后台监控系统 后台监控系统将传感器采集的温度信息进行数字化分析处理。后台监控系统通过时分复用可同时监控多个信号测温终端，每个信号测温终端可与多个传感器通信，即一个后台监控系统可同时监控成百上千个传感探头处的温度，实现实时在线多点测温，并可以存储历史数据。系统根据历史数据和实时数据可及时判断被测点温度是否正常，并对可能发生故障的被测点进行预测和提前报警。 （2）声表面波（SAW）抗环境噪声和电磁干扰能力方案研究 由于声表面波（SAW）是利用本身频率随温度线性变化从而实现测温，因此环境因素的变化就会对传感器件频率特性的产生影响，这就要保证其须具有较强的抗环境噪声和电磁干扰能力。 本项目采用在基座上设置3个以上声表面波（SAW）器件，声表面波（SAW）器件采用不同的温度系数的压电基片，优选的是单调且近似线性温度系数，通过两个 声
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