溫度傳感器模擬輸出：一種溫度傳感器及溫度模擬信號數字化方法

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（
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）發明名稱

一種溫度傳感器及溫度模擬信號數字化方法

（
57
）摘要

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本發明公開了一種溫度傳感器及方法，該
溫度傳感器包括可控采樣電路、積分電路以及數
字輸出電路；所述可控采樣電路與所述積分電路
的輸入端電連接，所述可控采樣電路還與所述積
分電路的輸出端電連接，所述積分電路的輸出端
與所述數字輸出電路電連接；所述溫度傳感器具
有用于生成第
M
位溫度數據至第
N
位溫度數據的
ΣΔADC
模式，以及用于生成第
N
?
1
位溫度數據至
第
1
位溫度數據的
SARADC
模式；所述溫度傳感器

溫度傳感器模擬輸出：基于溫度傳感器電路的模擬輸出方法、系統、介質及設備

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）發明名稱

基于溫度傳感器電路的模擬輸出方法、系統、介質及設備

（
57
）摘要

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本發明提供了一種基于溫度傳感器電路的
模擬輸出方法、系統、介質及設備，包括：正溫
度系數電壓獲取步驟：通過三極管基極發射極電
壓或者二極管正向電壓的差值實現正溫度系數電
壓，獲取正溫度系數電壓信息；負溫度系數電壓
獲取步驟：獲取負溫度系數的電壓信息；正常工
作范圍內，溫度系數為每增加一度，二極管或三
極管
PN
結壓降下降約
2mV
；模擬輸出獲取步驟：
根據正溫度系數電壓信息、負溫度系數電壓，獲

溫度傳感器模擬輸出：模擬溫度傳感器

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溫度傳感器模擬輸出：模擬溫度傳感器算法

溫度是電力設備的重要運行參數，通過監測電力設備溫度信息獲取電力設備的運行狀況是電力系統故障預報與診斷的研究熱點，研究內容包括各種新型的溫度傳感器的應用、電力設備的故障預報與診斷方法等?。其中光纖溫度傳感器在電力系統中的應用是近年來研究的熱點，已廣泛應用于發電廠、變電站等。光纖傳感器具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓、耐化學腐蝕，安全等特點。本文對電力系統溫度監測的基本內容進行了概述，研究了當前光纖溫度傳感器在電力系統中的應用，并對其發展趨勢進行了展望。

1 光纖溫度傳感器

光纖溫度傳感器是上世紀70年代發展起來的一門新型的測溫技術。它基于光信號傳送信息，具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓等優勢特征。在國外，光纖溫度傳感器發展很快，形成了多種型號的產品，并已應用到多個領域，取得了很好的效果。國內在這方面的研究也如火如荼，多個大學、研究所與公司展開合作，研發了多種光纖測溫系統投入到了現場應用。目前主要的光纖溫度傳感器包括分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器等。其中應用最多當屬分布式光纖溫度傳感器與光纖光柵溫度傳感器。

2基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術

由于介質分子內部存在一定形式的振動，引起介質折射率隨時間和空間周期性起伏，從而產生自發聲波場。光定向入射到光纖介質時受到該聲波場的作用，光纖中的光學聲子和光學光子發生非彈性碰撞，則產生布里淵散射。在布里淵散射中，散射光的頻率相對于泵浦光有一個頻移，該頻移通常稱為布里淵頻移。散射光布里淵頻移量的大小與光纖材料聲子的特性有直接關系。當與散射光頻率相關的光纖材料特性受溫度和應變的影響時，布里淵頻移大小將發生變化。因此通過測定脈沖光的后向布里淵散射光的頻移量就可以實現分布式溫度應變測量。

BOFDA分布式光纖傳感技術是1997年德國D.Garus等人提出的一種新型的分布式光纖傳感技術。系統實驗框圖如1.6所示。

電力系統中大量設備需要檢測溫度信息，從而確定電力設備的運行情況，以便運行調度人員及時采取措施，消除異常，避免設備的損壞和事故的發生。早期通過示溫蠟片、數字溫度傳感器、紅外溫度儀等獲取電力設備溫度信息。但是示溫蠟片與紅外測溫儀需要人工巡查，不能滿足現代數字化電力系統的要求。數字溫度傳感器大多基于電量傳送，受電磁場影響較大，只能測量關鍵點，有一定的局限性。光纖溫度傳感器則克服了以上缺點與不足，具有通信迅速、報警設置靈活、適應惡劣環境等優點。

3.1電廠溫度監控

光纖溫度傳感器代替傳統的溫度傳感器實現電廠某些關鍵設備的溫度監測是當前的研究熱點問題。主要有：

(1)利用光纖光柵實現汽輪機內濕蒸汽的濕度與溫度測量，若采用多點監測可動態確定汽輪機內溫度場和濕度場的分布 。

(2)同步調相機轉子溫度的測量 。

(3)光纖溫度．壓力混合傳感器用于核電站第四代反應堆高溫、壓力監測，可實現系統光纖溫度傳感器在電力系統中的應用現狀綜述拿監測。

(4)水電站水壩溫度監測，目前已有很多現場應用的實例，如分布式光纖測系統存長調水電站 、云南大理小灣拱壩等的應用。

3．2電纜隧道火災監控

發電廠和變電站內火量的高壓電氣設備都是通過電纜連接的，這些電纜都敷設在廠房或變電站下的電纜隧道。于電纜隧道環境比較惡劣，且電纜數量較多，容易由于根電纜的絕緣損壞、局部放電而引起大面積的火災事故，造成嚴重的經濟損失。分布式光纖測溫系統應用到電纜隧道火災艙擰的優點有：1)實時檢測光纖沿線溫度，測溫準確，分辨率較高。按測溫距離與測溫精度的不同， 一般全線溫度更新速度最短1Os左右。2)存儲歷史溫度數據用于作進一步分析。3)報警等各項指標設置靈活,可實現多條件報警設置。日前已有不少成功應用的案例，如韶關電廠、濟南鋼鐵等。

3．3高壓電力電纜負荷安全監測

溫度作為高壓電力電纜的一個重要的運行參數越來越受到人們的重視。通過數字傳感器的方式只能實現對電纜接頭等重要部分的溫度監測 。因此，近年來人們對一螋重要的高壓動力電纜應用分布式光纖溫度監測系統和光纖光柵測溫系統實現電纜溫度監控。

分布式光纖測溫根據光纖安置往電纜上位置分為內置式與表貼式兩種。內置式所測溫度基本等于電纜芯溫度，但其需要特殊生產，且敷設復雜。目前研究比較多的是表貼式光纖測溫系統在電力電纜上應用。光纖測溫系統測得電纜表皮溫度后，結合實時電流計算出電纜線芯溫度， 可進一步推算出動態載流量并模擬各種運行狀態。電纜溫度監測可以在電纜全長度范同內發現過熱點和異常行為點，包括快速升溫點和慢性升溫點等，能發現限制電纜載流量的瓶頸點的溫度與位置信息，預防電纜故障的同時為電力調度提供科學依據。