[发明专利]一种自供电的地下电缆多物理参数检测系统及方法

说明书

本发明提供一种自供电的地下电缆多物理参数检测系统及方法，通过包含磁场能量收集单元和电流感知单元的电流与取能一体化模块、温度能量采集模块、电场能量收集模块以及包含电压监测单元、AC能量管理单元、DC能量管理单元、电池单元的混合能量管理电路、电源开关模块、微处理器模块、通信模块实现地下电缆周围环境能量收集和管理，且该能量可为电流与取能一体化模块、温度传感模块的数据采集和发送提供工作能量。通过收集地下电缆环境中的多种微弱能量为传感节点供电，减少对电池的反复充电、节省维护时间、人力成本。

技术领域

本发明涉及地下电缆温度、电流测量技术领域，尤其涉及一种自供电的地下电缆多物理参数检测系统及方法。

背景技术

为保障地下电缆长期稳定的运行，需要对地下电缆的电流、温度参数进行测量。目前主要采用接触式和非接触式的方法进行温度和电流的测量。无论使用哪种测量方法信号获取都需要使用对应的传感器，但是为了维持传感器持续工作就需要对传感器进行供电。锂电池具有重量轻、容量大、寿命长、重复使用次数多等特点，已广泛应用于分布式传感节点。但是，电池电量一旦使用完后需要作业人员跟换，尤其是对于地下隧道的工况电池的跟换需要大量的人力物力，因此需要一种收集环境中绿色能量的方法给测量系统供电。

目前，绿色环保的环境能量收集技术已受到国内外学者的广泛关注，绿色环保的环境能量主要有：太阳能量、温度能量、电磁场能量、潮汐能量等。

发明内容

本发明针对地下隧道的环境提供了一种自供电的地下电缆多物理参数检测系统及方法，用于解决地下隧道中传感节点供电不便的问题，并能对地下电缆的电流、温度进行信息采集。

本发明提供了一种自供电的地下电缆多物理参数检测系统，包括：电流与取能一体化模块、温度能量采集模块、电场能量收集模块、混合能量管理电路、电源开关模块、温度传感模块、微处理器模块、通信模块、PC模块；所述混合能量管理电路包括AC能量管理单元、DC能量管理单元、电池单元、电压监测单元；所述温度传感模块、电场能量收集模块融入到地下电缆的聚乙烯绝缘层，用于温度测量和电场能量收集；所述电流与取能一体化模块包括电流感知单元、磁场能量采集单元，所述电流与取能一体化模块套在地下电缆上用于采集磁场的能量，同时测量地下电缆的电流大小；所述温度能量采集模块一面安装在地下电缆的下面，另一面接触土壤，用于将地下电缆与土壤的温度差转换为电能；所述AC能量管理单元包括全波/半波整流电路、DC-DC稳压模块、最大功率追踪电路，所述AC能量管理单元用于先将电场能量收集模块采集的交流电场能量、电流与取能一体化模块收集的交流磁场能量进行整流，然后进行升压和稳压，并给电池单元、电压监测单元供电；所述DC能量管理单元包括DC-DC稳压模块、最大功率追踪电路，所述DC能量管理单元用于将温度能量采集模块采集的直流能量进行升压和稳压后给电池单元、电压监测单元供电；所述电压监测单元用于控制电源开关模块为闭合或打开状态；所述微处理器模块用于采集电流与取能一体化模块输出的电流信号、采集温度传感模块输出的温度信号；所述通信模块用于将电流、温度信息无线发送至PC模块。

本发明还提供了一种自供电的地下电缆多物理参数检测方法，包括：

步骤1：将温度传感模块、电场能量收集模块融入到地下电缆的的聚乙烯绝缘层，进行温度测量和电场能量收集；

步骤2：将电流与取能一体化模块套在地下电缆上采集磁场的能量，同时测量地下电缆的电流大小；

步骤3：温度能量采集模块一面安装在地下电缆的下面，另一面接触土壤，可将地下电缆与土壤的温度差转换为电能；

步骤4：AC能量管理单元先将电场能量收集模块采集的交流电场能量、电流与取能一体化模块收集的交流磁场能量进行整流，然后进行升压和稳压，并给电池单元、所述电压监测单元供电；

步骤5：DC能量管理单元将温度能量采集模块采集的直流能量进行升压和稳压后给电池单元、电压监测单元供电；