芻議無線射頻溫度測量系統(tǒng)在溫度計(jì)量中的應(yīng)用

廖雯婧 李孝艷

江西省贛州市計(jì)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(diǎn),能極大程度上提升對溫度計(jì)量的評估精度。因此加強(qiáng)對無線射頻溫度測量系統(tǒng)的研究,可發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢以保證計(jì)量過程中的精度控制,提升溫度計(jì)量的建設(shè)水平。

1 無線射頻傳感技術(shù)

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(tǒng),專門設(shè)計(jì)用于高壓帶電體的運(yùn)行溫度監(jiān)測,采用2.4 G無線射頻傳輸信號,實(shí)現(xiàn)非接觸溫度測量。傳感器安裝在高壓設(shè)備上,與接收設(shè)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(shè)備接點(diǎn)運(yùn)行溫度不易監(jiān)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(guān)及母線接頭上。無線式溫度傳感器安置于高壓設(shè)備的表面,采集其溫度,并通過2.4G 無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給無線測溫儀。無線測溫儀將接收到的數(shù)據(jù)在LCD液晶屏上顯示,同時(shí)監(jiān)測溫度是否超限,當(dāng)溫度超限后,輸出報(bào)警信號。使用無線射頻傳感技術(shù)測量和電測量技術(shù)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(diǎn),可以較容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yīng)用前景。近年來,無線傳感技術(shù)在溫度計(jì)量領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用,同時(shí),無線射頻傳感技術(shù)也能構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),建立起分布式測量系統(tǒng),以便獲得內(nèi)部應(yīng)力場、位移場、應(yīng)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)對測溫地點(diǎn)現(xiàn)場的遙測工作。

2 無線射頻傳感器和無線射頻傳感系統(tǒng)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(dāng)外部發(fā)生環(huán)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(zhuǎn)變,比如在波長、無線強(qiáng)、頻率、偏振和相位等等,然后就可以利用這些數(shù)據(jù)變化反向推導(dǎo)外部狀況,從而獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。使用該類型的傳感器具有結(jié)構(gòu)緊湊和靈敏度高的特點(diǎn),應(yīng)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?shù)臒o線射頻和其他感知無線變化的敏感元件構(gòu)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(diǎn)在于不需要使用特種無線射頻或者其他技術(shù),能充分利用現(xiàn)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(jì),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(tǒng) 準(zhǔn)分布式傳感系統(tǒng)也是以單點(diǎn)傳感器系統(tǒng)作為基礎(chǔ)的,在空間中以一定的規(guī)律分布,其中具有多個(gè)相同調(diào)制類型的獨(dú)立無線射頻傳感器,通過結(jié)合測溫地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),使多個(gè)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(fù)用結(jié)合時(shí)分復(fù)用、空分復(fù)用技術(shù)完成多點(diǎn)測量。該技術(shù)相對于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量更適合在大型基礎(chǔ)測溫地點(diǎn)的多點(diǎn)監(jiān)測進(jìn)行測量工作。

分布式系統(tǒng)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(gè)區(qū)間的無線射頻都是傳感單元,同時(shí)也是其他傳感單元的信息同道,能夠沿著對象的形狀構(gòu)建連續(xù)分布的測量系統(tǒng),做到對測溫地點(diǎn)在空間和時(shí)間上參數(shù)的分布、變化特征參量開展測量工作。使用這種測量系統(tǒng)一般都在超大型測溫地點(diǎn)中使用,可以對溫度等情況進(jìn)行監(jiān)測,例如對油氣管泄露、大壩防滲漏等監(jiān)測工作中都有良好的效果。

由于溫度計(jì)量具有面積大、跨度長和分布面廣的特點(diǎn),因此超長分布式無線射頻溫度測量系統(tǒng)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(tǒng),使用B-OTDR系統(tǒng)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(tǒng)的發(fā)展和完善,基于該技術(shù)的測量系統(tǒng)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(tǒng)時(shí),應(yīng)該注意完善分布式技術(shù)和分布式系統(tǒng)的融合,以及采取合理的安裝方式,以滿足對計(jì)量對象變形測量的需求。

結(jié)束語

無線射頻溫度測量系統(tǒng)的進(jìn)步對于溫度計(jì)量的測量和監(jiān)測技術(shù)有著革命性的影響,能更好地滿足溫度計(jì)量測量工作的需要。雖然相關(guān)技術(shù)在應(yīng)用過程中還存在一定的不足,但是隨著技術(shù)水平的提升,未來仍然會有更多具備高性能、高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)應(yīng)用到測溫計(jì)量當(dāng)中。