CN103759859A - 一种运动装置上的温度测量装置及其温度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运动装置上的温度测量装置，包括发电装置和温度采集装置，发电装置包括产生感应电流的发电机、整流滤波电路以及稳压电路，这样就将运动装置的运动的动能转换为电能，获得了稳定的电压。温度采集装置中的温度传感器设置在待测位置，将采集的温度信号传输给控制器进行信号转换后输出，该方案中通过发电装置的设计将运动装置本身的动能转化为了电能，节约了资源，解决了现有技术中振槽的测温装置使用寿命低、无法真实反映物料内部温度、易干扰、电源难布置的问题。该温度测量装置具有传输距离远、响应时间快、抗干扰能力强、稳定、防护等级高、设计简单、功耗和成本低的优点。

Description

一种运动装置上的温度测量装置及其温度测量方法

技术领域

本发明涉及一种温度测量装置，具体地说是一种用于运动装置上的温度测量装置，用于卷烟行业生产中实时检测振槽烟丝温度，并实现远程显示。

背景技术

在烟草行业里，加工过程中烟丝或者烟叶的温度对于生产出来的烟草质量有明显的影响，因此需要实时对烟丝生产过程中的温度进行监测。振槽是烟草生产过程中的一种常用运输设备，为了保证烟丝、梗丝等细丝状物料不会粘贴或吸附到运输设备表面，振槽在输送物料过程中不断地振动，烟丝、梗丝等均可在振槽上输送。

为了控制烟草的品质，需要及时测量振槽上的物料的温度。目前行业中采用的方法主要有两种：接触式测量及非接触式测量。接触式测量是将温度感应元件如热电偶紧贴在振槽上安装，其优点是简单、可靠、测量精度高，但是固定在振槽上的热电偶导线容易折断，因此降低了这些元件的使用寿命。非接触式测量主要为红外测量，优点是测温范围广，反应速度快，且不与振槽直接接触，不易损坏。虽然红外测量对于物料表面的温度测量较准确，但很难真实反映物料内部的温度，且红外测量容易受到环境干扰，例如蒸汽、粉尘、震动等，都会影响红外测量的温度的准确性。

此外，由于振槽在输送物料的过程中，不断的振动，也加大了温度测量的难度，对于一些需要外部电源的检测器件或处理器件，由于振槽的持续振动，增加了这些元件的布置难度，不仅需要考虑这些器件布置的位置和牢固程度，还需要考虑如何布置进出的电源线，减少振槽振动对它造成的影响。如果采用蓄电池等储能的方式来布置电源，则存在电池长时间振动容易松动的问题。因此在振槽测温系统中，电源的布置及设置也是一个难题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的振槽的测温装置使用寿命低、无法真实反映物料内部温度、易干扰、电源难布置的问题，从而提出一种使用寿命长、可以更好的体现物料内部温度、不易受到干扰、无需额外电源、节约能源的运动装置上的温度测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种运动装置上的温度测量装置，包括发电装置和温度采集装置，所述发电装置包括发电机、整流滤波电路和稳压电路，所述发电机设置在所述运动装置的运动部件上，当所述运动装置运动时发电机产生感应电流，所述发电机与整流滤波电路和稳压电路依次连接，使得所述发电装置输出稳定的电压；所述温度采集装置包括温度传感器和与所述温度传感器连接的控制器，所述控制器与所述发电装置连接，由所述发电装置提供电源，所述温度传感器设置在所述运动装置的待测位置，将采集的温度信号传送给所述控制器，所述控制器将所述温度信号转换后输出给接收端。

优选的，所述的温度测量装置，所述发电装置还连接一个储能装置，所述储能装置与所述控制器连接，为其提供备用电源。

优选的，所述的温度测量装置，所述储能装置为超级电容或可充电电池。

优选的，所述的温度测量装置，还包括用于数据传输的发射天线，所述控制器通过所述发射天线进行信号发送。

优选的，所述的温度测量装置，所述接收端包括接收天线、处理装置以及显示装置，所述接收天线接收所述发射天线发射的信号并传输给所述处理装置，所述处理装置进行数据转换后发送给显示装置进行显示。

优选的，所述的温度测量装置，所述整流滤波电路包括桥式整流电路，所述稳压电路包括稳压二极管。

优选的，所述的温度测量装置，所述控制器或所述处理装置为CC2530单片机。

优选的，所述的温度测量装置，所述运动装置为振槽，所述发电装置设置在所述振槽的尾部，所述温度采集装置设置在所述振槽底部。

优选的，所述发电机包括振荡电路、发射端线圈和受电端线圈，所述振荡电路将直流电转换成交流电，所述发射端线圈将交流电转化为一定方向的磁场，所述受电端线圈设置在所述振槽的振动部件上，所述发射端线圈与所述受电端线圈对应设置，所述受电端线圈振动时切割所述磁场的磁力线，产生感应电流。

一种所述的运动装置上的温度测量装置的温度测量方法，包括如下步骤：

在所述发电装置中，所述运动装置运动时带动所述感应线圈切割磁力线产生感应电流，所述感应电流经过整流滤波以及稳压处理后，得到稳定的电压；

所述温度传感器采集待测位置的温度，将温度信号发送给所述控制器；

通过所述发电装置产生的电能为所述控制器供电，所述控制器接收到温度传感器传输过来的信号后对其进行转换，将转换后的信号发送给接收端进行显示。

优选的，所述的温度测量方法，还包括：所述接收端接收所述信号，经过处理装置进行信号转换后，由显示装置进行显示。

优选的，所述的温度测量方法，还包括：所述发电装置为所述储能装置进行充电，当所述运动装置不运动时，通过所述储能装置为所述控制器供电。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，

（1）本发明提供一种运动装置上的温度测量装置，包括发电装置和温度采集装置，发电装置包括产生感应电流的发电机、整流滤波电路以及稳压电路，这样就将运动装置的运动的动能转换为电能，获得了稳定的电压。温度采集装置中的温度传感器设置在待测位置，将采集的温度信号传输给控制器进行信号转换后输出，该方案中通过发电装置的设计将运动装置本身的动能转化为了电能，节约了资源，达到了测温的目的，原理简单，设计巧妙，成本低廉，可以在烟草行业推广使用。避免了现有技术中振槽的测温装置使用寿命低、无法真实反映物料内部温度、易干扰、电源难布置的问题。此外，该方案通过传输的方式将温度的采集端与接收端分开，实现了远程的测温显示，解决了接触式测温信号线容易折断的问题，又能具备非接触式测温的响应速度快的优点。因此，本发明提供的温度测量装置具有传输距离远、响应时间快、抗干扰能力强、稳定、防护等级高、设计简单、功耗和成本低的优点。

（2）本发明所述的温度测量装置，所述发电装置还与储能装置连接，如储能装置为超级电容或者可充电电池，所述发电装置可以在为控制器供电的同时还可以为储能装置进行充电，当运动装置停止运动后，通过储能装置为温度采集装置中的用电部件进行供电，不仅提高了能源的利用率，也提高了该温度测量装置的适用场合。

（3）本发明所述的温度测量装置，所述储能装置为超级电容或可充电电池，超级电容具有很好的储电性能，可以作为电源使用。

（4）本发明所述的温度测量装置，在温度信号的采集发送端还包括发射天线，用于发送转换后的温度信号，此处的天线可以选择常用的信号天线，也可以是蓝牙、wifi、Zigbee等无线信号收发设备，此外该信号也可以通过有线的方式输送，但是受限于工作场合，无线的方式布置更方便。

（5）本发明所述的温度测量装置，所述接收端包括接收天线、处理装置以及显示装置，所述接收天线接收所述发射天线发射的信号并传输给所述处理装置，所述处理装置进行数据转换后发送给显示装置进行显示，这样就实现了在接收端的显示功能，达到了远程的测量与显示的目的。

（6）本发明所述的温度测量装置，所述整流滤波电路包括桥式整流电路，所述稳压电路包括稳压二极管，这样就将感应线圈切割磁力线产生的交变电流，经过整流滤波和稳压转换成了稳定的直流电压，为温度采集装置提供稳定的电源，提高了能源的利用率。

（7）本发明所述的温度测量装置，所述温度采集端的控制器和所述接收端的处理器可以采用CC2530单片机，CC2530是用于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。它有强大的收发信号性能，能适应超低功耗要求的系统。因而能应用于工业控制和监控方面。

（8）本发明所述的温度测量装置，所述运动装置为振槽，所述发电装置设置在所述振槽的尾部，所述温度采集装置设置在所述振槽底部，发电装置设置在振槽的尾部，振槽需要定期保养清洁，清洁时需要水洗、硬物清除烟垢，安装在振槽尾部能避免保养清洁时损坏发电装置，振槽尾部空间较大安装位置较低，便于安装和后期维护。所述温度采集装置设置在所述振槽底部，可以更好的对振槽内部的物料进行温度测量，从而更准确的控制物料的温度。

（9）本发明还提供一种运动装置上的温度测量方法，运动装置运动带动发电装置发电，从而为温度采集装置供电，温度传感器采集到温度信号后，由控制器转换后发送给接收端，实现了温度的实时测量，并且将运动装置的动能充分利用，节约了能源，提高了能源利用率。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是一个实施例中运动装置上的温度测量装置的发电装置及发电的结构框图；

图2是一个实施例中的运动装置上的温度测量装置的结构示意图；

图3是一个实施例中运动装置上的温度测量装置的接收端的结构框图；

图4、图5、图6、图7是本发明所述的运动装置上的温度测量装置在实施例中的安装示意图。

图中附图标记表示为：1-发电装置，2-温度采集装置，3-接收端,4-发电装置发射端线圈，5-发电装置受电端线圈。

具体实施方式

下面给出本发明所述运动装置上的温度测量装置的具体实施方式。

实施例1：

本实施例中提供一种运动装置上的温度测量装置，具体为一种振槽上的温度测量装置，此处的振槽为烟草加工领域中常用的输送设备，在所述振槽上放置有物料，如烟丝、梗丝等，所述振槽对物料进行输送，边输送边振动。本实施例中的温度测量装置包括发电装置1和温度采集装置2，所述发电装置1设置在振槽的尾部。振槽需要定期保养清洁，清洁时需要水洗、硬物清除烟垢，安装在振槽尾部能避免保养清洁时损坏发电装置，振槽尾部空间较大安装位置较低，便于装置的安装，且便于后期维护，如图4所示。所述发电装置1包括发电机、整流滤波电路和稳压电路，如图1所示。此处的发电机为电磁感应发电机，如图7所示，其发电装置受电端线圈5设置在振槽的振动部件上，发电装置发射端线圈4设置在发电装置受电端线圈5横截面10CM处。整个发电装置包含了振荡电路、发射端线圈4、受电端线圈5。它的原理是：振荡电路将直流电转换成一定频率的交流电，然后通过发电装置发射端线圈4将交流电转化为一定方向的磁场，发电装置受电端线圈5安装在振槽上，当振槽运动时，就会在磁场内切割磁力线，进而产生了感应电流，最后经过整流稳压电路对超级电容进行充电。发电装置受电端线圈5和振动部件连接，发电装置发射端线圈4安装在静止的支架上。这种发电装置最大的好处是：在较小的尺寸内能够提供较大功率且稳定的电能，转换效率高，由于是非接触式，没有磨损等情况，寿命很长。

这样，当振槽振动时发电机的受电端线圈5随着振槽的振动切割磁力线，产生感应电流。所述发电机与整流滤波电路和稳压电路依次连接，所述整流滤波电路对发电机产生的交变电流进行整流滤波，如采用桥式整流电路，将交流电转换成直流电，然后通过稳压电路如二极管稳压电路进行稳压，这样发电装置1就获得了稳定的电压，实现了能源的转化和利用，节约了资源。

本实施例中的温度采集装置2包括温度传感器和与所述温度传感器连接的控制器。温度传感器用于采集振槽内的物料如烟丝等的温度，所述温度传感器设置在所述振槽的底部，这样可以更好的实现对物料内部温度的测量。本实施例中选择18b20温度传感器，作为其他可以替换的实施方式，可以选择其他型号的传感器。该温度传感器和控制器连接，将采集的温度信号传送给所述控制器，所述控制器将温度传感器采集的温度信号进行转换，转化为数字信号后进行发送。该控制器与上述发电装置1连接，由发电装置1提供电源，对其进行供电。此处的控制器选择CC2530单片机，CC2530是用于2.4-GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。它有强大的收发信号性能，能适应超低功耗要求的系统，因而能应用于工业控制和监控方面。

本实施例中提供的振槽上的温度测量装置，包括发电装置1和温度采集装置2，发电装置1包括产生感应电流的发电机、整流滤波电路以及稳压电路，这样就将振槽的动能转换为电能，获得了稳定的电压。温度采集装置2中的温度传感器设置在待测位置，将采集的温度信号传输给控制器进行信号转换后输出，该方案中通过发电装置1的设计将运动装置本身的动能转化为了电能，节约了资源，达到了测温的目的，原理简单，设计巧妙，成本低廉，可以在烟草行业推广使用。避免了现有技术中振槽的测温装置使用寿命低、无法真实反映物料内部温度、易干扰、电源难布置的问题。此外，该方案通过传输的方式将温度的采集端与接收端3分开，实现了远程的测温显示，解决了接触式测温信号线容易折断的问题，又能具备非接触式测温的响应速度快的优点。因此，本发明提供的温度测量装置具有传输距离远、响应时间快、抗干扰能力强、稳定、防护等级高、设计简单、功耗和成本低的优点。

作为其他的可以替换的实施方式，上述控制器除选择CC2530单片机外，还可以选择其他类型或型号的单片机或处理器，此外该温度测量装置还可以使用在其他的运动装置上，将发电装置1中的发电机设置在运动装置的运动部件的适合位置，以能够切割磁力线产生电能为原则，这样，就实现了在其他运动装置上的推广，例如伸缩或者往复旋转的机械手、滚筒、升降台等装置上的温度检测。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本实施例中提供另外一种振槽上的温度测量装置，包括发电装置1和温度采集装置2，本实施例中的发电装置1和温度采集装置2与实施例1相同，即发电装置1包括发电机、整流滤波电路和稳压电路，温度采集装置2包括温度传感器和与所述温度传感器连接的控制器，其原理也与实施例1相同，不再赘述。除上述结构外，本实施例中的振槽上的温度测量装置，还包括一个储能装置，如图2所示，该储能装置与发电装置1连接，由发电装置1对其进行充电。该储能装置也能为温度采集装置2中的用电部件如控制器进行供电，作为备用电源使用。本实施例中的储能装置采用超级电容，通过振槽振动带动发电机的线圈切割磁力线来产生电流，该发电机产生的电能不仅为控制器CC2530单片机供电，同时还给超级电容充电。当振槽运动停止后，通过超级电容为控制器CC2530单片机供电，保证其仍然能实施测温。

本实施方式中的振槽上的温度测量装置，安装时在振槽底部打一个小孔，安装温度采集装置2，使温度传感器与振槽底部接触，然后在振槽尾部安装上发电装置1，使发电机线圈随振槽振动切割磁力线，从而给超级电容充电，温度传感器和CC2530单片机工作，远处的接收装置即可接收温度数据。

作为其他可以替换的实施方式，此处的储能装置也可以使用充电电池，所述发电装置1可以在为控制器供电的同时还可以为储能装置进行充电，当振槽运动停止后，通过储能装置为温度采集装置2中的用电部件进行供电，不仅提高了能源的利用率，也提高了该温度测量装置的适用场合。

实施例3：

在实施例1和实施例2的基础上，本实施例中的温度测量装置，在温度信号的采集发送端还包括发射天线，上述温度采集装置2与发射天线连接。温度采集装置2采集待测位置的温度，并将信号传送给控制器CC2530单片机，然后经由CC2530单片机对采集的温度信号进行转化，将模拟信号转化为数字信号，然后通过发射天线将该信号进行发射。

此处的天线可以选择常用的信号天线，也可以是蓝牙、wifi、Zigbee等无线信号收发设备，此外该信号也可以通过有线的方式输送，但是受限于工作场合，无线的方式布置更方便。在其他实施方式中，该天线也可以是集成在控制器上的无线收发模块，这样控制器就可以直接将转化后的温度信号进行发送了。

为了对温度采集装置2获得的信号进行远程显示，在本实施例中还进一步设置有接收端3，如图3、图5和图6所示，该接收端3包括接收天线、处理装置以及显示装置，所述接收天线接收所述发射天线发射的信号并传输给所述处理装置，所述处理装置进行数据转换后发送给显示装置进行显示，这样就实现了在接收端3的显示功能，达到了远程的测量与显示的目的。本实施例中的处理装置也可以选择CC2530单片机或者其他类似的单片机或者微处理器。该接收天线的类型可以与发射天线的类型相同，也可以设置为集成在处理装置上，接收发射天线发射的信号后，直接进行处理，将该数字信号进行进一步的解析和还原，将其转换为对应的温度信号，采用现有技术中的常规转化方式（如A\D、D\A转换）即可实现。然后将该温度信号经由显示装置进行显示，此处的显示装置可以是数码管显示屏，也可以是液晶屏等其他显示器。

上述接收端3放置在振槽附近或者其他需要的位置，通过发射天线和接收天线实现数据的无线传输，在数码管显示屏上实时监测通过振槽的烟丝温度。

本方案中提供了一个简单的远程测温电路，使其既能解决接触式测温信号线容易折断的问题，又能具备非接触式测温的响应速度快的优点。

实施例4：

本实施例中提供一种运动装置上的温度测量装置的温度测量方法，该温度测量装置采用上述实施例所述的温度测量装置，其安装如图6所示，其对应的温度测量方法包括如下步骤：

首先，在所述发电装置1中，所述运动装置运动时带动所述发电机的线圈切割磁力线产生感应电流，所述感应电流经过整流滤波以及稳压处理后，得到稳定的电压。

所述温度传感器采集待测位置的温度，将温度信号发送给所述控制器。

通过所述发电装置1产生的电能为所述控制器供电，所述控制器接收到温度传感器传输过来的信号后对其进行转换，将温度转化为数字信号，然后将转换后的信号发送给接收端3进行显示。

所述接收端3接收所述信号，经过处理装置进行信号转换后，将数字信号还原为模拟信号，并转化为对应的温度信息由显示装置进行显示。

作为进一步优选的实施方式，所述发电装置1在为控制器供电的过程中，还为储能装置进行充电，当所述运动装置不运动时，通过所述储能装置为所述控制器供电。这样，就可以在各个时刻实现对待测位置温度的实时测量。

如给出一个具体的应用实例，选取18b20温度传感器将温度转化为数字信号，经CC2530单片机处理后通过天线发射，另一块CC2530单片机通过Zigbee协议接受温度信息，并经过DAC转换为模拟电压，电压值用数码管输出显示。这样，就实现了对待测位置的温度的实时测量。

本实施方式中，运动装置运动带动发电装置1发电，从而为温度采集装置2供电，温度传感器采集到温度信号后，由控制器转换后发送给接收端3，实现了温度的实时测量，并且将运动装置的动能充分利用，节约了能源，提高了能源利用率，具有传输距离远、响应时间快、抗干扰、稳定、防护等级高、设计简单，功耗和成本低的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种运动装置上的温度测量装置，其特征在于，包括发电装置和温度采集装置，所述发电装置包括发电机、整流滤波电路和稳压电路，所述发电机设置在所述运动装置的运动部件上，当所述运动装置运动时发电机产生感应电流，所述发电机与整流滤波电路和稳压电路依次连接，使得所述发电装置输出稳定的电压；所述温度采集装置包括温度传感器和与所述温度传感器连接的控制器，所述控制器与所述发电装置连接，由所述发电装置提供电源，所述温度传感器设置在所述运动装置的待测位置，将采集的温度信号传送给所述控制器，所述控制器将所述温度信号转换后输出给接收端。

2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于，所述发电装置还连接一个储能装置，所述储能装置与所述控制器连接，为其提供备用电源。

3.根据权利要求2所述的温度测量装置，其特征在于，所述储能装置为超级电容或可充电电池。

4.根据权利要求1或2或3所述的温度测量装置，其特征在于，还包括用于数据传输的发射天线，所述控制器通过所述发射天线进行信号发送。

5.根据权利要求4所述的温度测量装置，其特征在于，所述接收端包括接收天线、处理装置以及显示装置，所述接收天线接收所述发射天线发射的信号并传输给所述处理装置，所述处理装置进行数据转换后发送给显示装置进行显示。

6.根据权利要求1-5任一所述的温度测量装置，其特征在于，所述整流滤波电路包括桥式整流电路，所述稳压电路包括稳压二极管。

7.根据权利要求1-6任一所述的温度测量装置，其特征在于，所述控制器或所述处理装置为CC2530单片机。

8.根据权利要求1-7任一所述的温度测量装置，其特征在于，所述运动装置为振槽，所述发电装置设置在所述振槽的尾部，所述温度采集装置设置在所述振槽底部。

9.根据权利要求8所述的温度测量装置，其特征在于，所述发电机包括振荡电路、发射端线圈和受电端线圈，所述振荡电路将直流电转换成交流电，所述发射端线圈将交流电转化为一定方向的磁场，所述受电端线圈设置在所述振槽的振动部件上，所述发射端线圈与所述受电端线圈对应设置，所述受电端线圈振动时切割所述磁场的磁力线，产生感应电流。

10.一种使用权利要求1-9任一所述的运动装置上的温度测量装置的温度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述发电装置中，所述运动装置运动时带动所述发电机的线圈切割磁力线产生感应电流，所述感应电流经过整流滤波以及稳压处理后，得到稳定的电压；

所述温度传感器采集待测位置的温度，将温度信号发送给所述控制器；

通过所述发电装置产生的电能为所述控制器供电，所述控制器接收到温度传感器传输过来的信号后对其进行转换，将转换后的信号发送给接收端进行显示。

11.根据权利要求10所述的温度测量方法，其特征在于，还包括：所述接收端接收所述信号，经过处理装置进行信号转换后，由显示装置进行显示。

12.根据权利要求11所述的温度测量方法，其特征在于，还包括：所述发电装置为所述储能装置进行充电，当所述运动装置不运动时，通过所述储能装置为所述控制器供电。

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