刍议无线射频温度测量系统在温度计量中的应用

廖雯婧 李孝艳

江西省赣州市计量检定测试所 江西 赣州341000

引言

无线射频温度测量具有精度高的特点,能极大程度上提升对温度计量的评估精度。因此加强对无线射频温度测量系统的研究,可发挥技术优势以保证计量过程中的精度控制,提升温度计量的建设水平。

1 无线射频传感技术

射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300 KHz～300GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。射频(300 K-300 G)是高频的较高频段;微波频段(300 M-300G)又是射频的较高频段。

无线测温系统,专门设计用于高压带电体的运行温度监测,采用2.4 G无线射频传输信号,实现非接触温度测量。传感器安装在高压设备上,与接收设备测温仪之间无电气上的连接,具有高压隔离性能,从根本上解决了高压设备接点运行温度不易监测的难题,具有极高的可靠性和安全性,使得该无线式温度传感器可以安装到每台高压开关及母线接头上。无线式温度传感器安置于高压设备的表面,采集其温度,并通过2.4G 无线网络将数据传送给无线测温仪。无线测温仪将接收到的数据在LCD液晶屏上显示,同时监测温度是否超限,当温度超限后,输出报警信号。使用无线射频传感技术测量和电测量技术相比,具有安全防爆、抗电磁干扰、耐高温、体积小、重量轻和使用灵活的特点,可以较容易地实现远距离信号传输和测量控制,并且在相对恶劣的使用条件下仍然有较好的测量精度,因此拥有极好的应用前景。近年来,无线传感技术在温度计量领域得到了十分广泛的应用,同时,无线射频传感技术也能构成一个网络,建立起分布式测量系统,以便获得内部应力场、位移场、应变场和温度场的分布情况,指挥中心可利用分布式测量系统实现对测温地点现场的遥测工作。

2 无线射频传感器和无线射频传感系统类型

2.1 无线射频传感器的类型

2.1.1 功能型无线射频传感器 此类传感器充分利用了特种无线射频所具有的敏感性功能,使用了无线射频的无线传输功能,工作原理在于当外部发生环境变化就会改变无线射频某一段的位置和形状,从而造成无线射频的传输特征转变,比如在波长、无线强、频率、偏振和相位等等,然后就可以利用这些数据变化反向推导外部状况,从而获得较为准确的结果。使用该类型的传感器具有结构紧凑和灵敏度高的特点,应用也比较灵活。

2.1.2 非功能型无线射频传感器 非功能型无线射频传感器的主要特征在于利用无线传输的无线射频和其他感知无线变化的敏感元件构成传感器,敏感的元件将会在测量工作中感知外部变化,使用普通无线射频完成对外部信息的探测。这种传感器的特点在于不需要使用特种无线射频或者其他技术,能充分利用现有的无线变换器件提升传感器的灵敏度,并且成本较低,因此具有比较广泛的使用。

2.1.3 无线型无线射频传感器 这类无线射频传感器的特征在于使用特种无线射频作为探头,可以接收被测对象反射和散射的辐射无线。所以无线型无线射频传感器也会被称为探头型无线射频传感器,比如目前常用的多普勒速度计,辐射式无线射频温度传感器等等,都属于这类传感器。

2.2 无线射频传感系统 准分布式传感系统也是以单点传感器系统作为基础的,在空间中以一定的规律分布,其中具有多个相同调制类型的独立无线射频传感器,通过结合测温地点进行设计,使多个无线射频传感器耦合在同一根无线射频或者总线上,测量工作中利用波分复用结合时分复用、空分复用技术完成多点测量。该技术相对于传统的单点测量更适合在大型基础测温地点的多点监测进行测量工作。

分布式系统利用一根或者多根特种无线射频作为延伸传感元件,任意一个区间的无线射频都是传感单元,同时也是其他传感单元的信息同道,能够沿着对象的形状构建连续分布的测量系统,做到对测温地点在空间和时间上参数的分布、变化特征参量开展测量工作。使用这种测量系统一般都在超大型测温地点中使用,可以对温度等情况进行监测,例如对油气管泄露、大坝防渗漏等监测工作中都有良好的效果。

由于温度计量具有面积大、跨度长和分布面广的特点,因此超长分布式无线射频温度测量系统必须满足测量工作要求。超长距无线射频一般会选择B-OTDR/B-OTDA系统,使用B-OTDR系统只需要处理一端的传感器信号,但是目前还需要解决无线源等问题。几年来,随着相位干涉式分布式无线射频温度测量系统的发展和完善,基于该技术的测量系统也与来越多,它解决了超长分布式无线射频量测的问题。在使用这类系统时,应该注意完善分布式技术和分布式系统的融合,以及采取合理的安装方式,以满足对计量对象变形测量的需求。

结束语

无线射频温度测量系统的进步对于温度计量的测量和监测技术有着革命性的影响,能更好地满足温度计量测量工作的需要。虽然相关技术在应用过程中还存在一定的不足,但是随着技术水平的提升,未来仍然会有更多具备高性能、高经济效益的技术应用到测温计量当中。