智能传感器在电气设备监测中的应用

智能传感器在电气设备监测中的应用

关保林,陈中原,王磊

新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院  新疆乌鲁木齐  830011

摘要：通过无线连接的设备通讯，传感器结合了以下方面的传感和计算能力。这种传感器节点网络提供数据以及执行和控制各种任务。为了简单地实现传感器节点复杂的网络，单个传感器的大小和成本至关重要。当传感器节点用于环境数据收集，目标跟踪和监视这些网络时，它产生了各种应用。也可以使用传感器网络在事件发生期间支持和防止快速响应并在事件发生后进行恢复以及分析。可以安装大量传感器以受益实际环境河岸，道路，建筑物，沿海地区等。传感器的部署取决于感兴趣的需求区域或在指定区域。智能传感器是感应，处理和通讯技术的结合。本文对智能传感器在电气设备监测中的应用进行分析，以供参考。

关键词：智能传感器；电气设备监测；应用

引言

为了适应电气设备实际工作环境，采用聚醚醚酮材料封装，为了获得稳定且灵敏的应变响应效果，采用圆锥空腔的结构形式。通过仿真计算分析了结构设计的合理性，通过实验测试验证了传感器能够对静态载荷与动态冲击定量分析。传感器结构可应用于绕组变压器等存在强电场环境的各类电气设备中，实现电气设备状态的实时监测，具有很好的应用前景。

1概述

变压器作为常见的电气设备，对输变电控制具有重要作用，当其发生故障时会导致停电、失火等风险，故其运行参数对电力系统稳定性和可靠性有重要影响。所以，对设备状态参数的实时监测有利于系统的正常运行及风险防范。通常造成变压器机械损伤的主要原因是高电磁力，由变压器绕组中产生的强烈电流引起，这种情况导致在短时间内产生巨大的电动势，使机械变形或绕组损坏。例如绕组由于轴向力和径向力引起的绕组变形而产生的轴向位移、弯曲或倾斜。因此，了解短路时绕组的受力大小对设计合适的机械结构具有重要意义。传统应力传感器往往将应力转化为电能测量，而对于存在高压及强电场的变压器而言就不再适用了。相比之下，光纤传感器具有不受电磁干扰的重要优势，可以很好地应用于具有强磁场特性的，同时，光纤结构小巧可以轻松与变压器中绕线匹配。由此可见，采用光纤传感器实现对变压器绕线变形的检测是十分适用的。将ＦＢＧ传感器封装置由变压器专用纸板中，并设计了内置圆锥形空腔结构，利用集中有效应力的方式提高系统灵敏度。最终，达到实时监测设备工作状态的目的。

2传感器节点机制的三种工作方式

1）通过视线朝向预定目标（例如视觉传感器）；2）具有与目标的时空关系（例如地震传感器）；3）通过可能弯曲的传播波（例如声波传感器）。与以地址为中心的网络不同，传感器网络是以数据为中心的。在这样的网络中，查询被定向到包含传感器节点集群而不是特定传感器地址的区域。相似类型集群中的数据将在本地收集和汇总，这意味着聚合节点在群集中执行汇总和分析聚合数据的功能，这有助于减少通信带宽。通过汇总数据可以提高数据的准确性，从而得出数据冗余，排除导致节点故障。

3创新重点

3.1加强基础研究

围绕智能传感器设计开发涉及的新原理、新器件、新材料等基础领域开展研究，在智能传感器微系统架构、微观结构模型、器件加工方法、材料性质测定分析等方面实现经验积累和理论突破；着重提升现有智能传感器产品的精度、灵敏度、可靠性等核心指标；开展优势细分领域智能传感器技术标准化研究。

3.2丰富产品矩阵

围绕智能家电、汽车电子、设备制造、原材料冶炼等主导产业和5G、物联网、智慧教育、智慧医疗等新兴产业需求，以核心应用替换为基础、结合应用多元化开发系列产品，重点研发以加速度计、高精度压力传感器、多轴陀螺仪、硅麦克风、射频传感器、高灵敏度气体传感器、电子罗盘等为代表的MEMS智能传感器；鼓励各细分领域优质企业与高校、科研院所组建产业联合体，增强多传感器系统性、综合性集成解决方案的供给能力。

4电子传感器在电气设备安全监测系统中的应用

电力系统方面，（1）数据传输。与计算机网络系统相关联的技术体系均需要数据信息的实时化、高效化传输，保证每一列指令的生成与下达，可以满足设备的精准化调控需求。对于电气设备监测体系而言，自动化、智能化的处理则需要针对各类信号信息进行转变与传输，确保整个网络内部的信号信息可以实时响应出设备运行中的各类状态，电子传感器的应用与实现则可以在产生于传输过程中构筑出一个安全性、可靠性的传输渠道，且此类信息不会受到外界环境的干扰，极大增强数据信息及信号信息传输的可控性。同时，在人工智能技术的支撑下，电子传感器功能也在逐步优化，不仅可以对信号信息进行精准识别，还可以依据内部系统的校准功能，对信息进行识别与判定处理，规避信号信息中所存在的各类杂质问题，有效降低了资源核载率，增强系统的判定能力。（2）摄像监控。电气设备中摄像监控功能的实现确保图像信息可以真实反映出整个设备的运行状态，将此类信息同步回传到计算机设备中，令工作人员了解到电气设备的运行功耗，及时发现设备在运行过程中可能存在的各类隐患问题。从实际应用角度来讲，摄像监控需要搭载具有图像采集器与传感器的电子传感装置，结合图像采集的范围，通过变焦或转向实现对既有电气设备的全方位图像采集，保证监测信息源输入的精准性，令电气设备处于隔离状态，可以通过图像信息进行映射。这样在整个操控及监管过程中，工作人员可以通过计算机设备远程监管电气机构的各类运行模式，依据数据信息所产生的异常状况进行自动化修复，此过程中不仅可以增强电气设备维修质量，还可以有效降低工作人员的现场执行压力。将电子传感器作用于整个监控系统中，搭载通信技术以及各类反馈技术等，真正实现对整个电气设备的监测与管理，确保设备运行的稳定性。

5技术趋势

5.1集成化

主要是指将不同敏感元件集成在单硅片上，变单一数据采集功能为多数据采集功能，实现“一器多用”，容易实现补偿和校正功能的同时也更符合终端设备对传感模块小体积、轻型化的发展要求，如ADI的惯性传感IMU就集成了三轴陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器等多种传感功能。此外，同种传感器多数量集成为微传感阵列也是一个发展方向，主要用于增强功能，如线性CCD图像传感器。

5.2微型化

主要是以CMOS为代表的微纳电子加工技术（氧化、光刻、刻蚀、掺杂、沉积和扩散等）和微机械三维立体精密加工技术（微细电火花EDM、超声波加工、微铸塑、微电镀等）引入智能传感器制造前道过程中，以及把封装、测试、划片、切割等半导体工艺流程引入智能传感器制造后道过程中。先进工艺的应用不断推动传感器步入微米级甚至纳米级，在实现部件小型化的同时也进一步降低了智能传感器的功耗。

结束语

电子传感器的研发与应用，可广泛搭载各种电气设备，实现各种系统化的数据采集与各种数字信号转换，对各种电气设备性能进行全过程的动态监测，保证电气设备的安全稳定运行。期待在未来发展过程中，技术人员加大对电子传感器的研发力度，向各个领域实现有效拓展，实现人工智能处理，增强数据处理的针对性。

参考文献

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