[发明专利]一种传感器以及用其测量内部温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种超声波传感器。此外，本发明还涉及使用该传感器测量内部温度的方法。

背景技术

许多行业都需要以非侵入(non-invasive)的方式监控某一对象的温度，特别是不易直接接触的测点的温度。例如，在电力行业开关柜的应用中，连接表面的腐蚀会导致连接处的接触电阻增高，进而致使连接处的温度增高。如果不及时处理，会造成短路等系统故障。因此，需要对发电、输电以及配电的许多组件进行连续监测以防止故障发生。有时温度增高的热点会处于传统传感器(例如热电偶)不可及的位置，例如电力高压开关触头及母线连接点。发生短路故障时，由于热传导的滞后效应，这些位置的温度与外表面温度可能会相差几百度。若能对物体内部温度进行测量，则可实时了解开关状态，及时防范可能出现的故障。采用已有的温度传感器，例如热电偶、电阻温度传感器(RTD)、半导体、超声波以及光纤等，需要在测量中解决高压绝缘的问题。红外摄像机能借助热成像技术以非接触的方式发现热点。然而，工业级红外摄像机的价格昂贵且安装和维护复杂，并容易受到被测对象表面灰尘的干扰。此外，这些现有技术都只能测量被测对象的外表面温度，对高压开关的触头、母线等的内部温度无法直接测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器，其能够以非侵入的方式对传统传感器不可及的位置的内部温度进行测量，且以较低的成本制造、安装和维护。这种传感器包括一个超声波换能器和一个阻尼器，其中所述阻尼器用于连接在所述超声波换能器和被测对象之间。所述超声波换能器借助所述阻尼器向被测对象发射超声波并接收所述超声波的反射波。阻尼器可以使得超声波换能器发射出的超声波进入被测对象，并使该超声波换能器能够接收到该超声波在被测对象另一侧的表面产生的反射波。

依据本发明的一个方面，所述传感器还包括一个耦合器。所述耦合器可连接在所述阻尼器和被测对象之间。耦合器有利于超声波进入被测对象。

依据本发明的另一方面，所述阻尼器的厚度小于2mm。

依据本发明的再一方面，所述传感器还包括一个壳体。所述超声波换能器、所述阻尼器以及所述耦合器封装在所述壳体内，所述壳体可通过与被测对象焊接或粘结来将所述传感器固定到被测对象。壳体为传感器内的各种组件提供保护，并使得传感器形成模块以方便使用。

依据本发明的又一方面，所述传感器还包括一个位于所述超声波换能器和所述壳体之间的弹簧。弹簧将超声波换能器、阻尼器和耦合器挤压在被测对象的表面上，有利于超声波及其反射波在不同组件中的传播。

依据本发明的又一方面，所述传感器还包括一个可与问答器通信的无线变送器。无线变送器使得传感器可以无线方式接收和发送信号。

依据本发明的又一方面，所述超声波换能器为压电换能器或掠面体波换能器。

依据本发明的又一方面，所述超声波换能器为叉指换能器。所述叉指换能器与所述阻尼器形成一个整体。整体的设计使得超声波换能器的结构更加紧凑。

依据本发明的又一方面，所述超声波换能器与一个天线连接。超声波换能器直接与天线连接使得传感器的结构更加紧凑。

依据本发明的又一方面，所述阻尼器由铌酸锂制成。

本发明的目的还在于提供一种测量内部温度的方法，以非侵入的方式对传统传感器不可及的位置的内部温度进行测量。这种测量内部温度的方法使用上述的传感器，包括：

步骤1：将所述传感器固定到被测对象一侧的表面；

步骤2：所述传感器向被测对象发射超声波；

步骤3：分别计算所述传感器发射出所述超声波和接收到所述超声波在被测对象一侧的表面产生的第一反射波之间的第一时间延迟t_1delay以及所述传感器发射出所述超声波和接收到所述超声波在被测对象另一侧的表面产生的第二反射波之间的第二时间延迟t_2delay；

步骤4：根据所述第一时间延迟t_1delay和所述第二时间延迟t_2delay来确定被测对象的内部温度

依据本发明的一个方面，在步骤4之后还包括：