[发明专利]一种电力机车主变压柜无线无源温度感知系统

说明书

本发明公开了一种电力机车主变压柜无线无源温度感知系统，包括声表面波温度感知单元、天线单元和采集单元；所述声表面波温度感知单元安装于电力机车主变压柜内待测温度处，所述声表面波温度感知单元通过天线单元与所述采集单元相连；所述声表面波温度感知单元包括衬底、压电基片、天线模块、叉指换能器和反射栅；所述压电基片包括声波传导基片和位于所述声波传导基片上的压电薄膜；所述声波传导基片位于所述衬底上，所述天线模块、叉指换能器和反射栅位于所述压电薄膜上；所述压电薄膜的表面敷设有吸声层，用于吸收声表面波中的体声波信号。本发明具有高频化、低时延、高声速、高可靠性、高适应性等优点。

技术领域

本发明主要涉及温度感知技术领域，具体涉及一种电力机车主变压柜无线无源温度感知系统。

背景技术

电气化铁路的牵引动力是电力机车，供电安全一直是机车的消防安全和可靠运行保证，确保供电安全进而确保列车安全稳定运行具有非常重要的现实意义。机车供电电压通常是25KV以上，所需能源由电力牵引供电系统提供，其供能方式采用受电弓从接触网获取电能，再传送到电气系统，牵引列车运行。电力机车电气系统由主传动系统、辅助电气控制系统和控制电路系统组成，其中控制电路即主令电路，司机通过主令电路发出指令间接控制机车主电路及辅助电路，以完成各种工况操作。主令电电路包括110V直流稳压电源、蓄电池组、控制机车不同状态(牵引、制动、向前、向后、加速停车等)以及控制各辅助机械开停和照明工作有关的主令电器、以及各种功能的低压电器及开关。

对控制电路系统设备状态进行及时有效的状态监测，是保证电力机车运行安全的关键环节，其中主变压柜柜内温度是非常重要的监测参量之一。电力机车在高速运行过程中，柜内母排节点可能因为松动、老化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大，表现出温度升高的现象，进而导致车辆供电系统故障和车辆损坏，甚至可能发生车辆起火的严重事故，造成运营中断，后果非常严重。同时，目前主变压柜内没有安装在线温度感知系统，可视化、智能化及大数据化程度不够，其内部温度状态是工作中的一个“盲区”，导致无法进行准确的事故分析，更无法给出准确的事故处理建议。所以，实时在线监测电力机车运行状态下的主变压柜温度可以确保车辆运行安全，对于列车安全稳定运行具有重要的现实意义。

目前，国内外温度监测主要有以下几种检测手段：比较传统的方法是示温贴纸和人工测温，但是这种传统方法效率低、且无法实现在线温度监测；另外红外热成像测温是利用热成像原理进行测温，但是检测区域面积有限，只能监测无遮挡、可视范围内的温度；光纤光栅传感测温是利用光栅结构的热胀冷缩原理，进行贴装测温，但需要有线连接，布线复杂，且光纤易折断；有源无线测温通过使用电池对传感器供电进行无线测温，但电池寿命有限，须定期更换电池，且在高电压环境下有漏液、起火甚至爆炸隐患。综述可以看出，目前国内外流行的测温方法很难适应电力机车在高速运行过程中的主变压柜强电磁、剧烈振动以及密闭环境，这一研究属国内空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高频、高声速、高可靠性的电力机车主变压柜无线无源温度感知系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电力机车主变压柜无线无源温度感知系统，包括声表面波温度感知单元、天线单元和采集单元；所述声表面波温度感知单元安装于电力机车主变压柜内待测温度处，所述声表面波温度感知单元通过天线单元与所述采集单元相连；所述声表面波温度感知单元包括衬底、压电基片、天线模块、叉指换能器和反射栅；所述压电基片包括声波传导基片和位于所述声波传导基片上的压电薄膜；所述声波传导基片位于所述衬底上，所述天线模块、叉指换能器和反射栅位于所述压电薄膜上；所述压电薄膜的表面敷设有吸声层，用于吸收声表面波中的体声波信号。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述声波传导基片包括金刚石薄膜。

所述叉指换能器通过电子束曝光技术制备于所述压电基片上。