[发明专利]基于自由电子热运动的热信号检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别涉及一种基于自由电子热运动的热信号检测系统。

背景技术

在各种导电网络中，如蓄电池电源系统、光伏电源系统、交流电源系统以及各类设备与装置的导电线路中，因材料接触阻抗变化或某处材料特性阻抗变化，导致局部温度异常升高，进而加速材料老化及降低设备与装置的性能，严重时甚至会引起自然及爆炸事故发生，存在一定的安全隐患。

如何有效解决蓄电池电源系统中电池充放电及运行中局部温度异常的检测问题，如何有效解决光伏电源系统中电池运行中局部高温热斑现象的检测问题，如何解决各类配电网络的导线及导线连接部位的温度检测与保护，以及如何有效解决各类设备与装置运行中异常温升的检测问题等，事关提高社会经济效益与安全保障。

相关技术中，主要采用接触式温度检测的方式或者非接触式红外温度检测的方式来实现温度的检测。但是这两种方式具有很大的局限性和缺陷，例如，接触式温度检测需要在温度检测点处安装温度传感器，很难覆盖全部空间的温度检测，而且温度检测范围限制较大；非接触式红外温度检测虽然无需在温度检测点处安装温度传感器，但是会受物体遮蔽限制及环境温度辐射的影响。

另外，在导电网络中，各类连接器与开关、插头插座的连接点及触头表面的材料老化是不可避免的，所以当连接器与开关、插头插座不能有效断开或闭合时，如果空气中断开或闭合电压超过10V、电流超过0.5A(直流电源起弧电流更小)，则在触头间隙(也称弧隙)中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的等离子气体，称为电弧。电弧高温会烧损触头及绝缘层，严重时会引起电源短路、电器爆炸，甚至引起火灾，危及人员及设备的安全。尤其是当导电网络为直流电源系统时，由于直流电源的电压与电流没有周期性的换向变化，也没有周期性的过零点，所以直流电源系统比交流电源系统更加容易产生电弧，其危害性比交流电源系统更加严重。

而电源系统早已遍及每个家庭乃至全球各个角落，并且随着节能环保意识的不断增强，新能源与电力储能得到快速发展，尤其是基于直流电源的光伏发电和电动汽车已经开始普及，严重的电弧危害也伴随而来，而如何实现对电弧的有效检测，以在电弧产生时及时采取有效措施，是目前亟待解决的技术问题。

相关技术中，基于电流传感器(或电压传感器)检测负载电源基波波形，通过分析正常波形与叠加电弧后的畸变波形的差异来判断电弧信号。但是，由于分析电源负载基波的波形频谱范围有限(通常低于200kHz)，被很多电源的负载基波所叠加，波形分析准确性很难提高。而电源系统频率与波形各异的负载基波，导致电弧检测技术难以通用，只能针对特定的电源负载进行基波检测分析。

另外，相关技术中还提出了故障电弧检测技术，但是这些检测技术均存在一定的缺陷，如：1)基于负载电流叠加电弧的波形畸变分析技术，由于故障电弧的噪声频谱范围被很多电源负载装置的噪声所覆盖，电弧噪声与电源噪声的幅值波形具有很大的随机性及不确定性，因而难以区别故障电弧噪声与电源负载装置噪声，导致故障电弧检测误判严重；2)建立在一定电源电流基础上的波形特征识别的故障电弧检测技术，当电源电流小于检测需求电流且大于起弧电流时，是故障电弧检测的检测盲区；3)基于故障电弧信号波形特征分析的检测技术，需要高性能的数字信号处理电路，成本高昂，难以推广；4)交流故障电弧检测技术与直流故障电弧检测技术差异性大，不能通用。

因此，如何避开电弧噪声信号与电源负载噪声信号的频谱相互重叠，如何避免电弧检测需求电流大于电源起弧电流，如何降低故障电弧检测识别的成本，关系到故障电弧检测保护装置能否推广应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于自由电子热运动的热信号检测系统，通过基于导体内部自由电子热运动的频谱特征来实现导电网络的温度以及电弧检测，不仅可以有效避免噪声叠加干扰等问题，而且检测精度高，检测成本低，通用性强。

为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于自由电子热运动的热信号检测系统，包括：选频放大单元，所述选频放大单元的输入端与导电网络相连，所述选频放大单元用于对所述导电网络中自由电子热运动产生的热信号频谱进行频率选取以获得选频信号，并对所述选频信号进行放大处理；检波单元，所述检波单元的输入端与所述选频放大单元的输出端相连，所述检波单元用于对放大后的选频信号进行检波处理，并输出与所述选频信号相对应的温度值；以及控制单元，所述控制单元的输入端与所述检波单元的输出端相连，所述控制单元用于对所述温度值进行识别以获得所述导电网络的当前温度状态。