芻議無線射頻溫度測量系統在溫度計量中的應用

廖雯婧 李孝艷

江西省贛州市計量檢定測試所 江西 贛州341000

引言

無線射頻溫度測量具有精度高的特點,能極大程度上提升對溫度計量的評估精度。因此加強對無線射頻溫度測量系統的研究,可發揮技術優勢以保證計量過程中的精度控制,提升溫度計量的建設水平。

1 無線射頻傳感技術

射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300 KHz～300GHz之間。射頻簡稱RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于1000次的交流電稱為低頻電流,大于10000次的稱為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。射頻(300 K-300 G)是高頻的較高頻段;微波頻段(300 M-300G)又是射頻的較高頻段。

無線測溫系統,專門設計用于高壓帶電體的運行溫度監測,采用2.4 G無線射頻傳輸信號,實現非接觸溫度測量。傳感器安裝在高壓設備上,與接收設備測溫儀之間無電氣上的連接,具有高壓隔離性能,從根本上解決了高壓設備接點運行溫度不易監測的難題,具有極高的可靠性和安全性,使得該無線式溫度傳感器可以安裝到每臺高壓開關及母線接頭上。無線式溫度傳感器安置于高壓設備的表面,采集其溫度,并通過2.4G 無線網絡將數據傳送給無線測溫儀。無線測溫儀將接收到的數據在LCD液晶屏上顯示,同時監測溫度是否超限,當溫度超限后,輸出報警信號。使用無線射頻傳感技術測量和電測量技術相比,具有安全防爆、抗電磁干擾、耐高溫、體積小、重量輕和使用靈活的特點,可以較容易地實現遠距離信號傳輸和測量控制,并且在相對惡劣的使用條件下仍然有較好的測量精度,因此擁有極好的應用前景。近年來,無線傳感技術在溫度計量領域得到了十分廣泛的應用,同時,無線射頻傳感技術也能構成一個網絡,建立起分布式測量系統,以便獲得內部應力場、位移場、應變場和溫度場的分布情況,指揮中心可利用分布式測量系統實現對測溫地點現場的遙測工作。

2 無線射頻傳感器和無線射頻傳感系統類型

2.1 無線射頻傳感器的類型

2.1.1 功能型無線射頻傳感器 此類傳感器充分利用了特種無線射頻所具有的敏感性功能,使用了無線射頻的無線傳輸功能,工作原理在于當外部發生環境變化就會改變無線射頻某一段的位置和形狀,從而造成無線射頻的傳輸特征轉變,比如在波長、無線強、頻率、偏振和相位等等,然后就可以利用這些數據變化反向推導外部狀況,從而獲得較為準確的結果。使用該類型的傳感器具有結構緊湊和靈敏度高的特點,應用也比較靈活。

2.1.2 非功能型無線射頻傳感器 非功能型無線射頻傳感器的主要特征在于利用無線傳輸的無線射頻和其他感知無線變化的敏感元件構成傳感器,敏感的元件將會在測量工作中感知外部變化,使用普通無線射頻完成對外部信息的探測。這種傳感器的特點在于不需要使用特種無線射頻或者其他技術,能充分利用現有的無線變換器件提升傳感器的靈敏度,并且成本較低,因此具有比較廣泛的使用。

2.1.3 無線型無線射頻傳感器 這類無線射頻傳感器的特征在于使用特種無線射頻作為探頭,可以接收被測對象反射和散射的輻射無線。所以無線型無線射頻傳感器也會被稱為探頭型無線射頻傳感器,比如目前常用的多普勒速度計,輻射式無線射頻溫度傳感器等等,都屬于這類傳感器。

2.2 無線射頻傳感系統 準分布式傳感系統也是以單點傳感器系統作為基礎的,在空間中以一定的規律分布,其中具有多個相同調制類型的獨立無線射頻傳感器,通過結合測溫地點進行設計,使多個無線射頻傳感器耦合在同一根無線射頻或者總線上,測量工作中利用波分復用結合時分復用、空分復用技術完成多點測量。該技術相對于傳統的單點測量更適合在大型基礎測溫地點的多點監測進行測量工作。

分布式系統利用一根或者多根特種無線射頻作為延伸傳感元件,任意一個區間的無線射頻都是傳感單元,同時也是其他傳感單元的信息同道,能夠沿著對象的形狀構建連續分布的測量系統,做到對測溫地點在空間和時間上參數的分布、變化特征參量開展測量工作。使用這種測量系統一般都在超大型測溫地點中使用,可以對溫度等情況進行監測,例如對油氣管泄露、大壩防滲漏等監測工作中都有良好的效果。

由于溫度計量具有面積大、跨度長和分布面廣的特點,因此超長分布式無線射頻溫度測量系統必須滿足測量工作要求。超長距無線射頻一般會選擇B-OTDR/B-OTDA系統,使用B-OTDR系統只需要處理一端的傳感器信號,但是目前還需要解決無線源等問題。幾年來,隨著相位干涉式分布式無線射頻溫度測量系統的發展和完善,基于該技術的測量系統也與來越多,它解決了超長分布式無線射頻量測的問題。在使用這類系統時,應該注意完善分布式技術和分布式系統的融合,以及采取合理的安裝方式,以滿足對計量對象變形測量的需求。

結束語

無線射頻溫度測量系統的進步對于溫度計量的測量和監測技術有著革命性的影響,能更好地滿足溫度計量測量工作的需要。雖然相關技術在應用過程中還存在一定的不足,但是隨著技術水平的提升,未來仍然會有更多具備高性能、高經濟效益的技術應用到測溫計量當中。