uhf传感器 研制PD柔性UHF天线传感器应选用何种材料作为基底？

研制PD柔性UHF天线传感器应选用何种材料作为基底？

柔性内置特高频（UHF）天线传感器目前主要用来检测气体绝缘组合电器（GIS）内部潜伏性局部放电（PD）绝缘缺陷微弱高频电磁波信号。但是目前对于常用的内置UHF天线传感器柔性基底与GIS内部绝缘气体SF6是否相容还不清楚。基于此，湖北工业大学“高压电器智能监测与环保绝缘技术”团队进行了多种柔性基底与SF6及其故障分解气体的相容性实验研究，研究发现在研制PD柔性UHF天线传感器时宜选用聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料作为基底。

采用柔性内置特高频（UHF）天线传感器是检测气体绝缘组合电器（GIS）内部潜伏性局部放电（PD）绝缘缺陷微弱高频电磁波信号的有效方法。但是目前对于内置式UHF天线传感器柔性基底与SF6及其故障分解气体是否相容，以及哪种内置式UHF天线传感器柔性基底与SF6及其故障分解气体具有更好的相容性还不清楚，而这直接关系到内置式柔性UHF天线传感器在GIS内部长期运行的安全性和该项技术的现场可实施性。

图1为聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）三种柔性基底在纯SF6环境下不同温度实验后气体与纯SF6气体傅里叶红外光谱图。纯SF6气体与实验后SF6气体在红外光谱图上出峰一致，说明实验后SF6气体成分并没有发生变化，PI、PET和PDMS三种PD柔性UHF天线传感器基底不会对纯SF6造成影响。

图1 三种柔性基底在纯SF6环境下不同温度实验后气体与纯SF6气体傅里叶红外光谱图

图2为局部过热故障10h三种特征气体含量变化。同时表1给出了局部过热下混合故障分解气体与三种PD柔性UHF天线传感器基底进行热加速实验后三种特征气体的含量。对比图2和表1可以发现SO2F2和SO2含量基本保持不变，PI材料与SOF2发生反应，导致SOF2含量明显减少。

图2 局部过热故障10h三种特征气体含量变化

表1 局部过热下混合故障分解气体与三种PD柔性UHF天线传感器基底进行热加速实验后三种特征气体的含量

图3为两种柔性基底实验前后的扫描电镜（SEM）图。从图3可以看出纯SF6环境下PI、PET两种材料表面均表现为杂质形貌，没有明显腐蚀现象。在110℃混合故障气体环境下，当放大倍数为2500倍时，PI、PET两种材料表面均可以看到沟壑，这说明PI、PET两种材料与混合故障气体发生了某种化学反应。

图3 两种柔性基底实验前后SEM图

图4为三种柔性基底材料实验前后表面元素精细谱图。从图4可以看出PET在110℃纯SF6环境下会发生轻微氧化。三种材料均在110℃混合故障气体环境下检测到对应的特征峰，但是通过比较特征峰（Metal-F键以及C-F键）的峰强度得出SF6及其故障分解气体与PDMS材料的相容性优于其与PI和PET两种材料的相容性。

图4-1 PI材料实验前后表面元素精细谱图

图4-2 PET材料实验前后表面元素精细谱图

图4-3 PDMS材料实验前后表面元素精细谱图

本文所得出的结论如下:

（1）实验前后SF6气体成分基本一致，PI、PET和PDMS三类常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对纯SF6气体成分造成影响。

（2）PI柔性UHF天线传感器基底会与SF6故障气体中的SOF2发生反应，导致SOF2含量明显减少。

（3）PET在110℃纯SF6环境下会发生轻微氧化，PI和PDMS则保持稳定。在混合故障气体的环境下，三种PD柔性UHF天线传感器基底表面均有含氟化合物的生成，但PDMS表面含氟化合物含量最少。

研制PD柔性UHF天线传感器时宜选用PDMS材料作为基底。

团队介绍

湖北工业大学“高压电器智能监测与环保绝缘技术”团队负责人为教育部长江学者特聘教授张晓星教授，团队长期从事电力装备绝缘故障检测预警和绿色环保绝缘相关技术的研究。

张国治，博士，副教授，入选湖北省“楚天学者”人才计划和湖北工业大学“南湖学者”人才计划，电气系科研主任。长期从事电力装备PD检测技术研究，主持国家自然科学基金和湖北省自然科学基金等国家/省部级项目5项，研究成果获得河南省科技成果二等奖和中国电力科技创新二等奖各1项，发表一作和通讯SCI/EI检索期刊论文40余篇，主编专著2部，授权发明专利10项。

本工作成果发表在2023年第15期《电工技术学报》，论文标题为“SF6及SF6故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究”。本课题得到国家自然科学基金项目和湖北省教育厅科技项目的支持。

国内UHF RFID传感器芯片面世，将助力实现“无源测温”

随着RFID技术在冷链跟踪、仓储、运输及智能监控领域的应用日益加强，集成在RFID标签芯片内的低压、低功耗的温度传感器技术得到了更多的研究和关注。传统的温度传感器电路因为需要较高的工作电压、较大的功耗电流和较长的A/D转换时间，很难应用于无源RFID标签，市面上已经有许多温度传感器的改进设计方案，但并不完美。在实际的无源RFID应用中，多数方案要以牺牲标签芯片的灵敏度、缩小读标签距离或降低读标签的效率为代价。

浙江悦和科技有限公司 ，一家聚焦在物联网领域以无源无线传感+识别芯片设计为核心技术，提供从物联网高端智能芯片到智能电子设备及物联网智能应用解决方案的高新技术企业，日前推出了一款超高频无源RFID温度传感芯片——LTU27-Wx2。该芯片可利用先进的超高频无线电波能量收集(Energy Harvesting)技术，通过860MHz-960MHz的RF电磁波获得能量。

超高频无源RFID温度传感芯片——LTU27-Wx2

浙江悦和科技有限公司 易俊博士

据悦和科技的易俊博士介绍，LTU27-Wx2在传统RFID芯片上嵌入高精度超低功耗(1微瓦)温度传感器芯片，并内置512比特可擦写非易失性数据储存单元，供存储用户信息等数据。射频芯片通讯接口支持EPC Global C1G2 v1.2通信接口协议，用户读取芯片时除了能获得普通ID号之外，同时可获取即时温度信息。测量范围可达-40至+125摄氏度，常温单点校准后误差为1度，并且在35至42摄氏度之间时误差可小于0.1度，芯片拥有良好的一致性，为全球目前可提供量产的同类芯片中量程最宽、误差最小 的产品。

基于这颗芯片，用户可设计搭配各型UHF RFID读写设备搭建无源无线温度传感系统 ，安全无污染可广泛应用于医疗、食品、药品、畜牧、电力、铁路、工业制造等行业。记者了解到，悦和科技已经推出三个代表性的电子标签产品可供用户选型，分别是：BQ30004 PCB基材抗金属测温标签 ，专门为金属等复杂环境设计，具有测温范围宽、精度高、读取距离远、方便安装的特点，适用于电网在线温度实时监测、高负荷IT设备状态监测及其他包含高温过程的产线单品追踪及品质管理;BQ30011柔性测温标签 ，适合于生鲜、冷链、疫苗监测、文博保护等各种单品级测温应用;BQ40004陶瓷抗金属测温标签 ，可方便地应用于电力、能源、橡胶硫化等特殊工艺产线，及其他包含高温过程的场景。

解决“无源测温”难题，拓展严苛行业应用

以电力行业 为例，发电厂、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致事故发生。

易博士告诉记者，近年来，在电厂和变电站已发生多起开关过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。传统的测温方式在绝缘性能、安装方式、可靠性稳定性以及实施成本上存在各种各样的问题。基于RFID的“无源测温” 技术将为用户提供一种新的选择，消除了体积、功耗和成本等传统的问题。

在工业系统 中，温度是表征设备运行正常的重要参数。随着工业用电负荷的不断增长，为了避免因设备发热而导致的突发事件，温度的自动监测已经成为工业安全生产的重要环节。运行中的电气设备通常工作在高电压和大电流状态，设备中存在的某些缺陷会导致设备部件的异常温度升高。造成温度与接触电阻值的恶性循环，最终会导致设备不能正常工作，甚至烧毁，温度过高可能会引起燃烧、爆炸甚至设备损坏或质量事故。高压电气设备，由于故障测试手段有限，特别在开关箱和封闭母线内温度超限点更不易被发现。随着温升时间的延长，温度超限处将因发热而加大氧化程度，进而可能造成烧毁母线、触头、接点毁盘、停电等重大事故。

易博士强调，悦和科技通过将“环境感知+身份标识” 集成在一颗无源芯片内，收集环境能量工作，实现了小型化和低成本的目的，将物联网动态数据采集的末端延伸到更多物体，以期达到海量动态数据采集的目的，将成为支撑起万亿物联网应用乃至大数据、云计算、人工智能的核心基础。

最值得一提的是，易博士个人是悦和芯片的研发人员，多年研发累积的射频能量收集技术、超低功耗传感器技术以及超低功耗模拟电路设计经验在这款芯片上得到了极大的发挥。新的超低功耗电路设计，解决了低成本大规模制造封测等技术难题。据悉，悦和科技的超高频无源RFID温度传感芯片已经量产，其温度测量范围、精度、误差、灵敏度等核心指标均经过第三方专业机构检测，并达到世界领先水平。

芯片、产品和应用方案并举，打造健全的技术生态体系

记者了解到，悦科科技公司现拥有多名毕业于海外知名高等院校的博士、硕士专业人才，并均曾供职于全球著名500强相关企业。公司成立以来得到浙江当地省市区三级领导关怀，多次参观调研本公司，目前是杭州市海创园重点推荐项目、杭州市雏鹰企业、杭州市高新技术企业。截至目前已申请专利38项，其中授权19项。2017年4月估值7000万获得机构Pre-A轮投资。2017年11月获得第六届中国创新创业大赛国家赛电子信息行业总决赛优胜企业奖。

“悦和科技在过去、现在、将来都将紧紧围绕着核心基础研发、设计、生产、销售各种传感器+身份识别+标准通讯协议的集成芯片，以及由此派生出应用于各个专业领域的产品和方案，使用户原有系统能够更加耳听四面、眼观八方。”易博士告诉我们。

截至目前，悦和科技已与多家企业签署战略合作协议、保密协议、产品试用协议、销售协议，其中包括中国联通、联想集团、南瑞集团、智芯微电子 等国内知名企业，以及行业内特种标签龙头企业Smartrac 和世界500强企业电装集团(Denso) 。其产品的先进理念得到客户高度评价。

如您需要了解更多的技术细节，详询：18926789761 樊倩

附：视频介绍——悦和科技的超高频无源RFID温度传感芯片产品

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