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摘要：基于红外测温技术，对高压开关柜中的电缆线路接头温度进行监测。本文对该测温仪的总体硬件结构和软件部分进行了设计和验证，研制出了非接触式、实时、可靠的适用于测取电缆接头温度的系统。
关键字：高压开关柜；红外测温；电缆接头
Abstract:Based on the technology of infrared temperature measurement,it monitors the temperature of the cabling connector on high voltage switchgear.This article completed all the design and verification of hardware and software in the thermom- eter,then developed a non-contact,realtime,reliable system that applicable to the temperature measurement of cable connector.
Keywords:high voltage switch cabinet;infrared temperature measurement;cable conne- ctor
中圖分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
1引言
本文研制的红外测温仪采用低成本、高精度的热电堆传感器，使得测温系统在实用性以及可推广性上更有优势，配合可选择的功能强大的上位机，使测温仪具有在线采集、监测、分析现场温度的功能，这些分析包括超温分析、温升分析、相间温差分析等，并能做出对比、报警等处理，其还具有历史记录分析、查看、打印等功能。
2传感器测温工作原理及信号处理
2.1 红外传感器测温原理
在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。
2.2 红外传感器输出信号处理
热偶元件将温度差转换为电压信号输出，由于所用的敏感元件——红外辐射探测器是无源器件，其输出电压极其微弱，在0～120 ℃范围内仅为- 200μV～5 mV。如此微弱的信号很容易被噪声淹没，高压电力设备周围还存在着强电场和强磁场，电磁兼容的问题尤其值得注意。因此，必须选择高共模抑制比、低温漂的运算放大器对信号进行放大，并在信号传输的各个环节采取严格的抗电磁干扰措施，才能使电压信号满足后续环节的测量要求。
3系统硬件结构设计
在测温过程中中，红外温温度传感器模块把温度变成微弱的电压输出。此微弱的电压经过信号调理模块中由高精度运算放大器OP07构成的仪表放大器放大成较强的电压信号，经过一个主动式二阶巴特沃兹低通滤波器滤波后，送入AD转换模块进行模数转换。
图1 硬件结构图
信号调理电路和A/D转换模块，包括传感器信号放大电路、低通滤波器、A/D转换电路。其中，传感器信号放大电路在2.2中以作详细介绍，A/D转换电路核心器件是ADC0809，它有8路输入通道，即分辨率为8位，转换时间为130μs（时钟为500kHz时），工作温度范围为-40～+85摄氏度，低功耗，约15mW，上述这些性能使其满足本设计的应用场合。需要着重介绍的是低通滤波器，采用的方案是主动式二阶巴特沃兹低通滤波器。
4系统软件设计
本文中，系统的软件设计是单片机的的软件设计，采用模块化的方式，分为红外传感器信号获取单元、控制与数据处理单元，所有程序的编写都使用C语言。红外传感器信号获取单元和控制与数据处理单元除了交互对象和数据处理方式不同外。其他的功能基本相同。主程序每秒循环一次，将接收到的传感器或子站的数据加以处理。若温度正常则继续循环，若有异常则弹出报警画面并声光示警；同时，以中断方式与上下层网络通讯程序采用C语言编写。触发警报有两种模式：一是电缆接头温度超过环境温度的值过大；二是电缆接头在一定时间内温升过大。每种模式可以根据现场的要求，过按键操作设置为两种报警级别，级别不同设置的超限值也不同，以便作人员根据不同程度的报警形式按照规程进行相应的故障处理。
5温度标定
本测温仪只要对高压电缆接头两种类型的异常情况，即温度高于环境温度过多、温升过快，进行监测，所以测温仪的测温范围并不需要特别大。传感器标定过程中，给定的温度范围为13～96oC，此范围满足测温仪的实际使用条件。实验中，控制传感器受热面与被测物的距离始终为5cm，改变被测物温度T（oC）的同时，记录经过放大滤波处理后的传感器信号U（V）,测取多组数据，将所得数据载入matlab，进一步处理寻找其中的线性关系得到图2，计算可得T与U之间的函数关系为：
U=2.048T-39.09(13
图2 温度标定UT关系图
6结束语
本文研制的高压电缆线路接头红外测温仪可以实时监测高压开关柜内隔离开关触头的温度，同时根据温度状况发出警报。用户可以通过液晶查看各监测点的状态，并通过键盘设置报警参数及环境参数。该系统既可以独立工作，也可以依据实际需要添加电力系统标准协议与变电站综合自动化系统相连，其测温范围15～95oC，测温距离5cm。由于采用非接触式的测量方法,红外测温传感器有效地解决了高电压隔离问题,采用全金属封装和数字传输方案,极大地提高了抗电磁干扰的能力。
参考文献
[1]张艳，田竞，叶逢春，路灿.基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制[J].
高压电器，2005，41（2）：91-94
[2]王小华，杨武，荣命哲，邹洪超，袁志兵，原乃武.高压电力设备用数字式红外测温传感
器的研制[J].高压电器，2002，38（2）：19-21
[3]杨武，王小华，荣命哲，贾申利.基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器
的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（9）：113-117
[4]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
[5]苑舜．高压开关设备状态监测与诊断技术[M]．北京：机械工业出版社，2001．
项目来源：东北林业大学国家级大学生创新性实验计划项目专项资助
作者简介：蔡健（1990-），男，在读本科生。研究方向：电气工程及其自动化；高峰（1989-），男，在读本科生。研究方向：电气工程及其自动化。
关键字：高压开关柜；红外测温；电缆接头
Abstract:Based on the technology of infrared temperature measurement,it monitors the temperature of the cabling connector on high voltage switchgear.This article completed all the design and verification of hardware and software in the thermom- eter,then developed a non-contact,realtime,reliable system that applicable to the temperature measurement of cable connector.
Keywords:high voltage switch cabinet;infrared temperature measurement;cable conne- ctor
中圖分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：
1引言
本文研制的红外测温仪采用低成本、高精度的热电堆传感器，使得测温系统在实用性以及可推广性上更有优势，配合可选择的功能强大的上位机，使测温仪具有在线采集、监测、分析现场温度的功能，这些分析包括超温分析、温升分析、相间温差分析等，并能做出对比、报警等处理，其还具有历史记录分析、查看、打印等功能。
2传感器测温工作原理及信号处理
2.1 红外传感器测温原理
在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。黑体是一种理想化的辐射体，它吸收所有波长的辐射能量，没有能量的反射和透过，其表面的发射率为1。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外，还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。
2.2 红外传感器输出信号处理
热偶元件将温度差转换为电压信号输出，由于所用的敏感元件——红外辐射探测器是无源器件，其输出电压极其微弱，在0～120 ℃范围内仅为- 200μV～5 mV。如此微弱的信号很容易被噪声淹没，高压电力设备周围还存在着强电场和强磁场，电磁兼容的问题尤其值得注意。因此，必须选择高共模抑制比、低温漂的运算放大器对信号进行放大，并在信号传输的各个环节采取严格的抗电磁干扰措施，才能使电压信号满足后续环节的测量要求。
3系统硬件结构设计
在测温过程中中，红外温温度传感器模块把温度变成微弱的电压输出。此微弱的电压经过信号调理模块中由高精度运算放大器OP07构成的仪表放大器放大成较强的电压信号，经过一个主动式二阶巴特沃兹低通滤波器滤波后，送入AD转换模块进行模数转换。
图1 硬件结构图
信号调理电路和A/D转换模块，包括传感器信号放大电路、低通滤波器、A/D转换电路。其中，传感器信号放大电路在2.2中以作详细介绍，A/D转换电路核心器件是ADC0809，它有8路输入通道，即分辨率为8位，转换时间为130μs（时钟为500kHz时），工作温度范围为-40～+85摄氏度，低功耗，约15mW，上述这些性能使其满足本设计的应用场合。需要着重介绍的是低通滤波器，采用的方案是主动式二阶巴特沃兹低通滤波器。
4系统软件设计
本文中，系统的软件设计是单片机的的软件设计，采用模块化的方式，分为红外传感器信号获取单元、控制与数据处理单元，所有程序的编写都使用C语言。红外传感器信号获取单元和控制与数据处理单元除了交互对象和数据处理方式不同外。其他的功能基本相同。主程序每秒循环一次，将接收到的传感器或子站的数据加以处理。若温度正常则继续循环，若有异常则弹出报警画面并声光示警；同时，以中断方式与上下层网络通讯程序采用C语言编写。触发警报有两种模式：一是电缆接头温度超过环境温度的值过大；二是电缆接头在一定时间内温升过大。每种模式可以根据现场的要求，过按键操作设置为两种报警级别，级别不同设置的超限值也不同，以便作人员根据不同程度的报警形式按照规程进行相应的故障处理。
5温度标定
本测温仪只要对高压电缆接头两种类型的异常情况，即温度高于环境温度过多、温升过快，进行监测，所以测温仪的测温范围并不需要特别大。传感器标定过程中，给定的温度范围为13～96oC，此范围满足测温仪的实际使用条件。实验中，控制传感器受热面与被测物的距离始终为5cm，改变被测物温度T（oC）的同时，记录经过放大滤波处理后的传感器信号U（V）,测取多组数据，将所得数据载入matlab，进一步处理寻找其中的线性关系得到图2，计算可得T与U之间的函数关系为：
U=2.048T-39.09(13
图2 温度标定UT关系图
6结束语
本文研制的高压电缆线路接头红外测温仪可以实时监测高压开关柜内隔离开关触头的温度，同时根据温度状况发出警报。用户可以通过液晶查看各监测点的状态，并通过键盘设置报警参数及环境参数。该系统既可以独立工作，也可以依据实际需要添加电力系统标准协议与变电站综合自动化系统相连，其测温范围15～95oC，测温距离5cm。由于采用非接触式的测量方法,红外测温传感器有效地解决了高电压隔离问题,采用全金属封装和数字传输方案,极大地提高了抗电磁干扰的能力。
参考文献
[1]张艳，田竞，叶逢春，路灿.基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制[J].
高压电器，2005，41（2）：91-94
[2]王小华，杨武，荣命哲，邹洪超，袁志兵，原乃武.高压电力设备用数字式红外测温传感
器的研制[J].高压电器，2002，38（2）：19-21
[3]杨武，王小华，荣命哲，贾申利.基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器
的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（9）：113-117
[4]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.
[5]苑舜．高压开关设备状态监测与诊断技术[M]．北京：机械工业出版社，2001．
项目来源：东北林业大学国家级大学生创新性实验计划项目专项资助
作者简介：蔡健（1990-），男，在读本科生。研究方向：电气工程及其自动化；高峰（1989-），男，在读本科生。研究方向：电气工程及其自动化。