[發明專利]基于自由電子熱運動的熱信號檢測系統

在審

• 申請號: 201710200541.2
• 申請日: 2017-03-29
• 公開（公告）號: CN107121618A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 余曉東;余潤潔;張光琴
• 申請（專利權）人: 余曉東
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08;G01K11/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 張潤

技術領域

本發明涉及檢測技術領域，特別涉及一種基于自由電子熱運動的熱信號檢測系統。

背景技術

在各種導電網絡中，如蓄電池電源系統、光伏電源系統、交流電源系統以及各類設備與裝置的導電線路中，因材料接觸阻抗變化或某處材料特性阻抗變化，導致局部溫度異常升高，進而加速材料老化及降低設備與裝置的性能，嚴重時甚至會引起自然及爆炸事故發生，存在一定的安全隱患。

如何有效解決蓄電池電源系統中電池充放電及運行中局部溫度異常的檢測問題，如何有效解決光伏電源系統中電池運行中局部高溫熱斑現象的檢測問題，如何解決各類配電網絡的導線及導線連接部位的溫度檢測與保護，以及如何有效解決各類設備與裝置運行中異常溫升的檢測問題等，事關提高社會經濟效益與安全保障。

相關技術中，主要采用接觸式溫度檢測的方式或者非接觸式紅外溫度檢測的方式來實現溫度的檢測。但是這兩種方式具有很大的局限性和缺陷，例如，接觸式溫度檢測需要在溫度檢測點處安裝溫度傳感器，很難覆蓋全部空間的溫度檢測，而且溫度檢測范圍限制較大；非接觸式紅外溫度檢測雖然無需在溫度檢測點處安裝溫度傳感器，但是會受物體遮蔽限制及環境溫度輻射的影響。

另外，在導電網絡中，各類連接器與開關、插頭插座的連接點及觸頭表面的材料老化是不可避免的，所以當連接器與開關、插頭插座不能有效斷開或閉合時，如果空氣中斷開或閉合電壓超過10V、電流超過0.5A(直流電源起弧電流更小)，則在觸頭間隙(也稱弧隙)中會產生一團溫度極高、亮度極強并能導電的等離子氣體，稱為電弧。電弧高溫會燒損觸頭及絕緣層，嚴重時會引起電源短路、電器爆炸，甚至引起火災，危及人員及設備的安全。尤其是當導電網絡為直流電源系統時，由于直流電源的電壓與電流沒有周期性的換向變化，也沒有周期性的過零點，所以直流電源系統比交流電源系統更加容易產生電弧，其危害性比交流電源系統更加嚴重。

而電源系統早已遍及每個家庭乃至全球各個角落，并且隨著節能環保意識的不斷增強，新能源與電力儲能得到快速發展，尤其是基于直流電源的光伏發電和電動汽車已經開始普及，嚴重的電弧危害也伴隨而來，而如何實現對電弧的有效檢測，以在電弧產生時及時采取有效措施，是目前亟待解決的技術問題。

相關技術中，基于電流傳感器(或電壓傳感器)檢測負載電源基波波形，通過分析正常波形與疊加電弧后的畸變波形的差異來判斷電弧信號。但是，由于分析電源負載基波的波形頻譜范圍有限(通常低于200kHz)，被很多電源的負載基波所疊加，波形分析準確性很難提高。而電源系統頻率與波形各異的負載基波，導致電弧檢測技術難以通用，只能針對特定的電源負載進行基波檢測分析。

另外，相關技術中還提出了故障電弧檢測技術，但是這些檢測技術均存在一定的缺陷，如：1)基于負載電流疊加電弧的波形畸變分析技術，由于故障電弧的噪聲頻譜范圍被很多電源負載裝置的噪聲所覆蓋，電弧噪聲與電源噪聲的幅值波形具有很大的隨機性及不確定性，因而難以區別故障電弧噪聲與電源負載裝置噪聲，導致故障電弧檢測誤判嚴重；2)建立在一定電源電流基礎上的波形特征識別的故障電弧檢測技術，當電源電流小于檢測需求電流且大于起弧電流時，是故障電弧檢測的檢測盲區；3)基于故障電弧信號波形特征分析的檢測技術，需要高性能的數字信號處理電路，成本高昂，難以推廣；4)交流故障電弧檢測技術與直流故障電弧檢測技術差異性大，不能通用。

因此，如何避開電弧噪聲信號與電源負載噪聲信號的頻譜相互重疊，如何避免電弧檢測需求電流大于電源起弧電流，如何降低故障電弧檢測識別的成本，關系到故障電弧檢測保護裝置能否推廣應用。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題。為此，本發明的一個目的在于提出一種基于自由電子熱運動的熱信號檢測系統，通過基于導體內部自由電子熱運動的頻譜特征來實現導電網絡的溫度以及電弧檢測，不僅可以有效避免噪聲疊加干擾等問題，而且檢測精度高，檢測成本低，通用性強。

為實現上述目的，本發明一方面實施例提出了一種基于自由電子熱運動的熱信號檢測系統，包括：選頻放大單元，所述選頻放大單元的輸入端與導電網絡相連，所述選頻放大單元用于對所述導電網絡中自由電子熱運動產生的熱信號頻譜進行頻率選取以獲得選頻信號，并對所述選頻信號進行放大處理；檢波單元，所述檢波單元的輸入端與所述選頻放大單元的輸出端相連，所述檢波單元用于對放大后的選頻信號進行檢波處理，并輸出與所述選頻信號相對應的溫度值；以及控制單元，所述控制單元的輸入端與所述檢波單元的輸出端相連，所述控制單元用于對所述溫度值進行識別以獲得所述導電網絡的當前溫度狀態。