[发明专利]一种MEMS温度传感器及其开关柜测温系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的测控技术领域，尤其涉及一种MEMS温度传感器及其开关柜测温系统。

背景技术

开关柜是发电厂、变电站等中普遍使用的一种重要设备。现有的开关柜测温系统有声表面波无线无源测温系统、光纤测温系统、红外测温仪和红外热像仪。但是因为开关柜独特的结构，在开关柜的长期使用过程中，其内部触头会普遍存在着接触不良、插接偏心不正等问题。以KYN(移开式)开关柜为例，开关柜长期运行或多次检修后，触子部分的接触电阻会变大；在出线电缆部分，也会因为长期工作老化而出现电阻变大。这些位置的电阻监测起来难度较大。同时，高压电缆接头、连接器导体部分接触不良引起异常过热，加速绝缘老化导致击穿，这是高压开关柜的主要故障形式。这些问题将导致开关柜发热进而产生过热现象，以致起弧烧坏设备，严重的会引起火灾事故。

通过对开关柜内温度连续监测，实现故障的早期报警，当发生故障时，提供及时报警并指明故障点位置，并提供故障分析的详尽监测数据。这样可以保证开关柜的安全可靠运行。

目前电力系统中主要的测温方案是光纤测温系统和声表面波无线无源测温系统。对于光纤系统，主要的问题在于其不适合定点监测，对于狭窄空间处测量不方便，布线困难，且成本较高；对于声表面波无线无源测温系统，其由天线、叉指换能器、反射栅以及压电基片组成。其测温基本原理是：传播在压电基片表面的声表面波，其波长和波速会随基片表面或内部相关因素(包括温度)的改变而变化。当同一个换能器通过压电效应将声信号转变成无线应答信号输出后，可以通过测量频率变化得到温度值，故声表面波测温器件为纯无源器件，不需电池供电。声表面波无线无源测温系统主要存在的问题是价格昂贵，一个接收器仅能供少量传感器终端进行传输数据；可靠性较低，测量到的温度有1-2℃的误差；探头体积较大，无法测量到较狭窄空间内的触点，并不适合于在开关柜中大范围使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种MEMS温度传感器及其所述MEMS的温度传感器对开关柜温度进行测量的测温系统。

本发明提供了一种MEMS温度传感器，其特征在于：

所述温度传感器包括前端结构、后端电路、无线信号转换电路和供能电路，其中：

所述前端结构采用悬臂梁结构，所述悬臂结构为：悬臂梁的一端固定在SOI上，另一端为悬空自由端；并且所述悬臂梁为双层结构，上层为铝层、下层为SOI器件层的硅层；

所述后端电路包括CMOS开关电容放大器，所述CMOS开关电容放大器将所述前端结构生成的电信号进行放大；

所述无线信号转换电路接收后端电路的所述电信号，并将接收的电信号通过天线发送；

所述供能电路包括无线能量转换电路，用于通过无线方式对所述MEMS温度传感器提供电能。

进一步地，所述无线信号转换电路和所述供能电路共用一个天线。

进一步地，所述悬臂梁的所述硅层表面具有惠斯通电桥。

进一步地，所述惠斯通电桥是通过在所述悬臂梁的硅层表面注入硼离子而形成的。

进一步地，所述铝层通过溅射工艺铺在所述硅层上。

进一步地，所述前端结构和后端电路键合在同一衬底上。

进一步地，所述悬臂梁的长度为500μm，宽度为50μm，铝层厚度为1.5μm，硅层厚度为8μm。

本发明还提供了一种基于MEMS温度传感器的开关柜测温系统，其特征在于，

所述开关柜测温系统包括：

开关柜；

一个或多个上述任一所述的MEMS温度传感器，所述传感器布置在所述开关柜中；

数据汇总系统，用于接收上述温度传感器的测量的数据。

进一步地，所述开关柜测温系统还包括：

监控处理系统，所述监控处理系统接收所述数据汇总系统发送的温度数据；

报警系统，所述报警系统根据监控处理系统的温度数据进行显示和/或报警；

控制系统，所述控制系统根据监控处理系统的温度数据对开关柜进行控制。

进一步地，所述MEMS温度传感器贴在所述开关柜的动触头梅花触子之间或贴在所述开关柜的隔离开关侧壁上。