CN103076105B - 一种无源无线温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无源无线温度传感器，用以解决现有传感器，抗电磁干扰性、耐高温性和绝缘性差、安装复杂、成本高、寿命短的问题，包括：用于对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送的温度检测模块；用于接收温度信号、比较判断温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时，将报警温度信号调制成射频信号在预设频点、通过预设信道发送的无线通信控制模块；用于给温度检测模块和无线通信控制模块提供工作电源的电磁感应自取电电源模块。上述无源无线温度传感器，抗电磁干扰性、耐高温性和绝缘性好、安装简单、成本低、节能环保，实现了电气设备温度运行状态的实时在线监测，提高了自动化、安全可靠。

Description

一种无源无线温度传感器

技术领域

本发明涉及温度监测设备技术领域，特别涉及一种无源无线温度传感器。

背景技术

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。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，实现温度监测是保证高压设备安全运行的重要手段。

传统测温方式及存在的问题如下：

1、常规测温方式：采用常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等来进行测温的方式，需要金属导线传输信号，抗电磁干扰、电气隔离、绝缘性能差。

2、光纤测温方式：光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。然而，光纤易折、易断、不耐高温。积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低，且受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。另外，光纤测温的成本也相对较高。

3、红外测温方式：红外测温为非接触式测温，易受环境及周围的电磁场和空气温度干扰，另外开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头，因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面，要求被测量点能够在视野内并无遮掩，并且表面干净以确保准确性。

4、有源无线测温方式：有源的无线温度传感器尺寸通常相对较大，并且需经常更换电池，系统维护成本较高。同时，电池不适于在高温状态下工作，特别是高于85摄氏度的高温工作环境。

5、声表面波无源无线传感器：该传感器可以实现无需电池与接收设备之间无线电气连接，但是，该传感器只能适用压电材料表面测温、表面射频信号传播距离较短、接收设备和该传感器价格昂贵，推广应用受限制。

由此可见，现有的用于监控温度的温度传感器，容易受周边环境和电磁场的干扰、耐高温性和绝缘性差、布线和安装复杂、成本高、维护不方便、寿命短。

发明内容

本发明提出一种无源无线温度传感器，用以解决现有的用于监控温度的温度传感器，容易受周边环境和电磁场的干扰、耐高温性和绝缘性差、布线和安装复杂、成本高、维护不方便、寿命短的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无源无线温度传感器，包括：

用于对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送的温度检测模块，与被检测设备绝缘导热接触；

用于接收温度信号、比较判断温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时，将报警温度信号调制成射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的无线通信控制模块；

用于给温度检测模块和无线通信控制模块提供工作电源的电磁感应自取电电源模块，与无线通信控制模块连接。

其中，优选地，电磁感应自取电电源模块包括：

自生电模块；

升压模块，与自生电模块连接；

电源输出控制模块，与升压模块连接。

其中，优选地，自生电模块包括：

用于将磁能转换为电能的电磁感应生电模块；

用于对电磁感应生电模块输出的电流做防雷、防浪涌保护的第一保护模块，与电磁感应生电模块连接；

用于将被防雷、防浪涌后的电流进行滤波、整流的整理模块，与第一保护模块连接；

用于将被滤波、整流后的电流进行储存的储能模块，与整理模块连接；

用于当储能模块内储存的电能达到预设值时，及时释放电能的第二保护模块，与储能模块连接。

其中，优选地，无线通信控制模块包括：

控制器，包括用于接收温度信号、比较判断温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时将温度信号发送的控制模块；

用于接收温度信号、并将温度信号调制成射频信号后、在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的无线通信模块，与控制模块连接。

其中，优选地，电源输出控制模块包括：

用于达到第一预设时间后，使控制模块处于工作模式的第一正常工作控制模块；

控制模块包括：

用于在预设工作时间内给温度检测模块供电的温度检测模块周期供电控制模块，与温度检测模块连接；

用于经过预设工作时间后，停止给温度监测模块供电的温度检测模块周期省电控制模块，与温度检测模块连接；

温度检测模块包括：

用于在预设工作时间内，对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送的周期测温模块，与被检测设备连接；

控制模块还包括：

用于接收温度信号的温度信号接收模块，与周期测温模块连接；

用于接收温度信号、并进行比较判断温度信号是否达到预设报警温度的判断模块，与温度信号接收模块连接；

用于当温度信号达到预设报警温度或温度升高值达到预设报警温度升高值时，将温度信号发送的报警温度信号发射模块，与判断模块连接；

用于当温度信号未达到预设报警温度或温度升高值未达到预设报警温

度升高值时，控制控制模块处于休眠状态的第一休眠控制模块，与判断模块连接；

通信模块包括：

用于接收温度信号、将温度信号调制成射频信号、并将射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的报警射频信号发射模块，与报警温度信号发射模块和外部接收控制设备连接。

其中，优选地，电源输出模块还包括：

当达到第二预设时间后，使控制模块处于工作模式的第二正常工作控制模块；

控制模块还包括：

用于当达到第二预设时间后，对电源输出模块的电压进行检测，并将检测后的电压信号发送的电源电压检测控制模块；

用于当达到第二预设时间后，接收温度信号，并将温度信号发送出去的实时温度检测控制模块；

无线通信模块还包括：用于接收电压信号和温度信号、将电压信号和温度信号调制成射频信号、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的实时电源电压和实时温度发射模块，与电源电压检测控制模块和实时温度检测控制模块连接。

其中，优选地，电源输出控制模块还包括：

用于当射频信号发射出去后，控制控制模块和通信模块处于休眠状态的第二休眠控制模块。

本发明提供的无源无线温度传感器，由于采用电磁场感应方式取电，采用绕多匝线圈的磁棒开环感应取电，不用闭合电流互感器，避免了母排三相之间的绝缘间距不够而不能安装闭合电流互感器的问题，同时减少了传感器本身的体积和重量，可方便安装于空间受限制的母排接头和开关柜触点等电气连接处，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护成本，延长了使用寿命，同时不会对生态环境造成影响，安全、节能环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的无源无线温度传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中电磁感应自取电电源模块的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中自生电模块的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中电源输出控制模块的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中控制模块的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中温度检测模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例一提供了一种无源无线温度传感器，包括：

用于对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送的温度检测模块，与被检测设备绝缘导热接触；

用于接收温度信号、比较判断温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时，将报警温度信号调制成射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的无线通信控制模块；

用于给温度检测模块和无线通信控制模块提供工作电源的电磁感应自取电电源模块，与无线通信控制模块连接。

本发明提供的无源无线温度传感器，由于采用电磁场感应方式取电，采用绕多匝线圈的磁棒开环感应取电，不用闭合电流互感器，避免了母排三相之间的绝缘间距不够而不能安装闭合电流互感器的问题，同时减少了传感器本身的体积和重量，可方便安装于空间受限制的母排接头和开关柜触点等电气连接处，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护成本，延长了使用寿命，同时不会对生态环境造成影响，安全、节能环保。

具体构建时，可采用65*40*25mm（长*宽*厚）的铝合金外壳，并用AB胶或环氧树脂进行浇注密封，天线引出并固定在壳体上。温度监测模块可采用LM94022模拟温度芯片，当然，也可以是其它用于检测温度的温度芯片。温度芯片通过三芯高温线与无线通信控制模块的1～3管脚连接。温度芯片镶嵌于铝合金外壳的底部开孔处，并用绝缘导热硅胶密封固定，温度芯片通过绝缘导热硅胶与被检测设备接触。

工作时，温度监测模块将检测到的温度信号，发送给无线通信控制模块进行判断是否达到预设的报警温度，如果达到了预设的报警温度后，将报警温度信号调制成射频信号、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备，无线接收控制设备接收到该报警温度信号后，工作人员了解到情况，及时进行隐患排除。

其中，优先地，如图2所示，本发明实施例二提供的无源无线温度传感器中电磁感应自取电电源模块包括：

自生电模块；

升压模块，与自生电模块连接；

电源输出控制模块，与升压模块连接。

其中，优先地，如图3所示，自生电模块包括：

用于将磁能转换为电能的电磁感应生电模块；

用于对电磁感应生电模块输出的电流做防雷、防浪涌保护的第一保护模块，与电磁感应生电模块连接；

用于将被防雷、防浪涌后的电流进行滤波、整流的整理模块，与第一保护模块连接；

用于将被滤波、整流后的电流进行储存的储能模块，与整理模块连接；

用于当储能模块内储存的电能达到预设值时，及时释放电能的第二保护模块，与储能模块连接。

上述电磁感应生电模块具体构建时，包括：磁棒和线圈。磁棒采用直径为10毫米的铁镍合金棒材，并经过特殊的热处理工艺加工而成，具有高起始导磁性能，当然，也可以选用其它类型的磁棒。在磁棒上绕3万匝直径为0.08毫米的漆包线，用于磁场到电流的能量转换。无需电流互感器，采用绕多匝线圈的磁棒开环感应取电，不用闭合电流互感器，避免了母排三相之间而绝缘间距不够而不能安装闭合电流互感器的问题，同时减少了传感器本身的体积和重量，可方便安装于空间受限制的母排接头和开关柜触点等电气连接处。

工作时，线圈输出电流，经过2.2nF/100V高压瓷片电容做防雷浪涌保护和4个锗二极管组成的全波整流桥以后，给一个0.1F/5.5V的低漏电流法拉电容充电。在低漏电流法拉电容两端并联一个2.7V/0.5W的稳压二极管，用于对低漏电流法拉电容电压保护，当线圈电流输出偏大时提供安全泄放通道。

其中，优选地，无线通信控制模块包括：

控制器，包括用于接收温度信号、比较判断温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时将温度信号发送的控制模块；

用于接收温度信号、并将温度信号调制成射频信号后、在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的无线通信模块，与控制模块连接。

其中，优选地，如图4所示，电源输出控制模块包括：

用于达到第一预设时间后，使控制模块处于工作模式的第一正常工作控制模块；

如图5所示，控制模块包括：

用于在预设工作时间内给温度检测模块供电的温度检测模块周期供电控制模块，与温度检测模块连接；

用于经过预设工作时间后，停止给温度监测模块供电的温度检测模块周期省电控制模块，与温度检测模块连接；

如图6所示，温度检测模块包括：

用于在预设工作时间内，对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送的周期测温模块，与被检测设备连接；

如图5所示，控制模块还包括：

用于接收温度信号的温度信号接收模块，与周期测温模块连接；

用于接收温度信号、并进行比较判断温度信号是否达到预设报警温度的判断模块，与温度信号接收模块连接；

用于当温度信号达到预设报警温度或温度升高值达到预设报警温度升高值时，将温度信号发送的报警温度信号发射模块，与判断模块连接；

用于当温度信号未达到预设报警温度或温度升高值未达到预设报警温度升高值时，控制控制模块处于休眠状态的第一休眠控制模块，与判断模块连接；

通信模块包括：

用于接收温度信号、将温度信号调制成射频信号、并将射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的报警射频信号发射模块，与报警温度信号发射模块和外部接收控制设备连接。

温度检测模块和无线通信控制模块的低功耗控制策略，具体为：通过电源输出模块输出高电平和低电平对控制器的控制模块CPU进行控制，控制给温度监测模块供电，每秒钟只开通2毫秒用于采样温度信号，平时处于关闭状态以节省功耗。控制器可采用C8051F920低功耗单片机控制器，当然也可以采用其他类型的控制器；通信芯片即无线通信模块可采用SI4432无线跳频通信芯片，工作在420-440MHz频率范围，默认通信参数设置为434MHz、64信道自动跳频通信模式。低功耗单片机控制器和无线跳频通信芯片平时处于休眠状态，以省电模式运行，此时功耗仅有0.05毫瓦。每秒定时时间到时单片机控制器的控制模块CPU开始醒来，采集温度信号，并判断是否温度越限或者温升越限，如果越限报警则立即启动无线跳频通信发送模式，将温度报警信息发送出去，发送时间为20至30毫秒，发送功率为100毫瓦，发送距离为30至300米，发送完立即进入休眠状态。

采用以上低功耗控制策略，无线通信控制模块和温度检测模块的平均工作功耗仅仅为为0.2毫瓦，以保证电磁感应自取电电源模块生成的电够用，保证该传感器的正常运行。

上述第一预设时间为998毫秒，预设工作时间为2毫秒，当然也可以是其他的第一预设时间和预设工作时间，根据实际的工作环境和需要来进行设置，当经过998毫秒后，给温度检测模块供电2毫秒，温度检测模块在2毫秒内把检测到的温度信号发送；这时，单片机控制器的控制模块CPU接收该温度信号，并判断该温度是否达到了预设的报警温度；如果达到了，就将满足报警条件的温度信号发送给通信模块，通信模块将温度信号调制成射频信号并发送；如果未达到，控制模块CPU就立刻进入休眠工作模式。

另外，上述判断模块，接收温度信号、并进行比较判断温度信号是否达到预设报警温度，这个预设报警温度指的是预先设置一个报警温度，或是再同时设置一个允许温度的升高值，当接收到的温度信号达到报警温度或是与上一个周期接收的温度进行比较，比较后温度升高值超过预设的允许升高的温度，就立即将满足报警条件的温度信号发送，这样的设计是为了当温度升高太快时，及时让工作人员知道而做预先准备。

其中，优选地，如图4所示，电源输出模块还包括：

当达到第二预设时间后，使控制模块处于工作模式的第二正常工作控制模块；

如图5所示，控制模块还包括：

用于当达到第二预设时间后，对电源输出模块的电压进行检测，并将检测后的电压信号发送的实时电源电压检测控制模块；

用于当达到第二预设时间后，接收温度信号，并将温度信号发送出去的实时温度检测控制模块；

无线通信模块还包括：用于接收电压信号和温度信号、将电压信号和温度信号调制成射频信号、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于预设频点的无线接收控制设备的实时电源电压和实时温度发射模块，与实时电源电压检测控制模块和实时温度检测控制模块连接。

上述第二预设时间为10分钟，当然也可以是其他的第二预设时间，根据实际的工作环境和需要来进行设置，控制器的控制模块即控制器的控制模块CPU每隔10分钟定时醒来一次，并发送一次实时温度信号和实时电源电压数据，通过无线通信模块发送出去，这样的设计可以让工作人员及时的了解到被检测设备的实时温度和传感器的实时电源电压。

其中，优选地，如图4所示，电源输出控制模块还包括：

用于当射频信号发射出去后，控制控制模块和通信模块处于休眠状态的第二休眠控制模块。

当满足报警条件的温度信号、实时电源电压信号和实时温度信号被无线通信模块发送出去后，控制器的控制模块CPU和无线通信模块立即进入休眠状态。这样的功率控制策略，保证了电磁感应自取电电源模块生成的电够用，保证该传感器的正常运行，节能、环保。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无源无线温度传感器，其特征在于，包括：

温度检测模块，用于对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送，与被检测设备绝缘导热接触；

无线通信控制模块，用于接收所述温度信号、比较判断所述温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时，将报警温度信号调制成射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于所述预设频点的无线接收控制设备；

电磁感应自取电电源模块，用于给所述温度检测模块和无线通信控制模块提供工作电源，与所述无线通信控制模块连接；

所述电磁感应自取电电源模块包括：

自生电模块；

升压模块，与所述自生电模块连接；

电源输出控制模块，与所述升压模块连接；

所述自生电模块包括：

电磁感应生电模块，用于将磁能转换为电能；

第一保护模块，用于对所述电磁感应生电模块输出的电流做防雷、防浪涌保护，与所述电磁感应生电模块连接；

整理模块，用于将所述被防雷、防浪涌后的电流进行滤波、整流，与所述第一保护模块连接；

储能模块，用于将所述被滤波、整流后的电流进行储存，与所述整理模块连接；

第二保护模块，用于当所述储能模块内储存的电能达到预设值时，及时释放电能，与所述储能模块连接；

所述无线通信控制模块包括：

控制器，包括控制模块，用于接收所述温度信号、比较判断所述温度信号是否达到预设报警温度、并且当达到预设报警温度时将所述温度信号发送；

无线通信模块，用于接收所述温度信号、并将所述温度信号调制成射频信号后、在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于所述预设频点的无线接收控制设备，与所述控制模块连接；

所述电源输出控制模块包括：

第一正常工作控制模块，用于达到第一预设时间后，使所述控制模块处于工作模式；

所述控制模块包括：

温度检测模块周期供电控制模块，用于在预设工作时间内给所述温度检测模块供电，与所述温度检测模块连接；

温度检测模块周期省电控制模块，用于经过所述预设工作时间后，停止给所述温度监测模块供电，与所述温度检测模块连接；

所述温度检测模块包括：

周期测温模块，用于在所述预设工作时间内，对被检测设备的温度进行检测、并将检测到的温度信号发送，与所述被检测设备连接；

所述控制模块还包括：

温度信号接收模块，用于接收所述温度信号，与所述周期测温模块连接；

判断模块，用于接收所述温度信号、并进行比较判断所述温度信号是否达到预设报警温度，与所述温度信号接收模块连接；

报警温度信号发射模块，用于当所述温度信号达到预设报警温度或温度升高值达到预设报警温度升高值时，将所述温度信号发送，与所述判断模块连接；

第一休眠控制模块，用于当所述温度信号未达到预设报警温度或温度升高值未达到预设报警温度升高值时，控制所述控制模块处于休眠状态，与所述判断模块连接；

所述无线通信模块包括：

报警射频信号发射模块，用于接收所述温度信号、将所述温度信号调制成射频信号、并将所述射频信号在预设频点、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于所述预设频点的无线接收控制设备，与所述报警温度信号发射模块和外部接收控制设备连接。

2.如权利要求1所述的无源无线温度传感器，其特征在于，

所述电源输出控制模块还包括：

第二正常工作控制模块，用于当达到第二预设时间后，使所述控制模块处于工作模式；

所述控制模块还包括：

实时电源电压检测控制模块，用于当达到所述第二预设时间后，对所述电源输出控制模块的电压进行检测，并将检测后的电压信号发送；

实时温度检测控制模块，用于当达到所述第二预设时间后，接收所述温度信号，并将所述温度信号发送出去；

所述无线通信模块还包括：实时电源电压和实时温度发射模块，用于接收所述电压信号和所述温度信号、将所述电压信号和温度信号调制成射频信号、通过预设信道发送至安装在被检测现场附近的工作于所述预设频点的无线接收控制设备，与所述实时电源电压检测控制模块和所述实时温度检测控制模块连接。

3.如权利要求2所述的无源无线温度传感器，其特征在于，

所述电源输出控制模块还包括：

第二休眠控制模块，用于当所述射频信号发射出去后，控制所述控制模块和所述无线通信模块处于休眠状态。