CN109253814B - 一种利用电磁自取电的无线温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用电磁自取电的无线温度传感器，一种利用电磁自取电的无线温度传感器，包括壳体，以及安装在壳体内的PCB板，壳体的两侧开设有相通的通槽，PCB板上设置有能量采集单元、整流电路、稳压保护模块和主控IC芯片，主控IC芯片内含微控单元和RF射频处理单元；能量采集单元包括线圈骨架，线圈骨架固定安装在PCB板上，通槽和线圈骨架的中空内穿设有合金带。本发明超低功耗、微电磁能量收集，无需电池、射频通讯，具有绿色环保、免维护、电气隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、工作可靠、体积小巧等优点，能很好的解决高电压状态下的温度测量问题；实时将采集到的温度通过射频通讯，传输到监控终端上，实现间歇性的数据发送、准确的测量。
Description
技术领域
本发明涉及高压温度监测装备技术领域，尤其涉及一种利用电磁自取电的无线温度传感器。
背景技术
近年来，随着经济的不断增长，电力需求越来越大，使电力系统向大容量、高电压和智能化的方向发展，并且电力系统的安全高效运营密切关系到社会经济的健康发展和人民生活的稳定。
在各种高低压开关柜触头及接点、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流柜等电气设备中，由于材料老化、接触不良、电流过载等因素引起的温升过高，且不宜探测的故障隐患，设备电气很容易被损坏，当电气设备不能工作时，将会造成电能需求的供应不足，以此造成的经济损失将不可估量。目前电气设备接点温度的测温技术有以下两种：人工测量和有线检测；人工测量带有很大的危险性，因为这些被检测的设备都是高压，不易接触的，很容易造成对测量人员的伤害，并且人工检测不能实时操作,检测温度精度低；有线检测即检测温度的传感器与主机是有线连接。这种方式加大了工程师的现场布线难度，测量的灵敏性低，且高低压隔离不彻底，抗干扰性差。
授权公告号为CN201007849Y的中国专利公开了一种无线测温装置，它由无线测温终端、无线测温管理机组成。无线测温终端的电源供电单元为测温终端提供4.5V的电源，阻值计算单元计算热敏电阻的阻值，数据处理单元将计算出的阻值换算为温度，地址控制单元控制终端的地址号，数据发射单元将温度值发给管理机，的无线测温管理机由供电和接收单元为管理机提供电源，并接收测温终端发来的数据，数据处理单元将接收到的温度数据进行处理，数据输出单元将处理后的温度数据输出到电脑。此方案的不足之处在于电源供电单元需要持续供电，对能源较为浪费，且无法做到无线测温终端与外界完全没有电缆连接。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用电磁自取电的无线温度传感器，该传感器超低功耗、微电磁能量收集，无需电池、射频通讯，具有绿色环保、免维护、电气隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、工作可靠、体积小巧等优点，能很好的解决高电压状态下的温度测量问题；实时将采集到的温度通过射频通讯，传输到监控终端上，实现间歇性的、准确的测量。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种利用电磁自取电的无线温度传感器，包括壳体，以及安装在壳体内的PCB板，其特征在于：所述壳体的两侧开设有相通的通槽，所述PCB板上设置有能量采集单元、整流电路、稳压保护模块和主控IC芯片，所述主控IC芯片内含微控单元和RF射频处理单元，所述主控IC芯片电连接有感温芯片，所述RF射频处理单元通讯连接有无线发射天线；所述能量采集单元包括线圈骨架，所述线圈骨架固定安装在PCB板上，所述线圈骨架上缠绕有若干匝金属线圈，所述通槽和线圈骨架的中空内穿设有合金带，所述合金带的两端固定连接；所述金属线圈的一端与整流电路的输入端电连接，所述金属线圈的另一端与稳压保护模块的负极输入端电连接，所述整流电路的输出端与稳压保护模块的正极输入端电连接；所述稳压保护模块的正极和负极均与主控IC芯片电连接。
进一步，所述PCB板上还设有储能电容，所述储能电容的正极与稳压保护模块的正极电连接，所述储能电容的负极与稳压保护模块的负极电连接。储能电容可以对收集的微弱电流进行储存，当电压达到一定值，再为后续的电器件进行供电。
进一步，所述PCB板上还设有电源阀，所述电源阀包括PMOS管，所述PMOS管的源极与储能电容的正极电连接，所述PMOS管的漏极与微控单元电连接，所述PMOS管的栅极电连接有电压检测芯片，所述电压检测芯片的正极与储能电容的正极电连接，所述电压检测芯片的负极与储能电容的负极电连接，所述电压检测芯片的正极与储能电容的正极的连接线上还电连接有单项稳压二极管，所述电压检测芯片与微控单元通讯连接。电源阀的设置可以当检测芯片检测到储能电容的电压达到一定的压力后，电源阀才会打开对微控单元供电，微控单元与电压检测芯片通讯连接，可以反过来通过微控单元控制电源阀的关闭。
进一步，所述壳体包括上盖和下盖，所述通槽设置在上盖上，所述PCB板靠近下盖的一侧卡接有导热板，所述导热板与感温芯片间隙配合，所述导热板上开设有灌胶孔。在使用时，导热板与发热导体紧贴，发热体将热量传递给导热板，导热板发热，感温芯片通过测量导热板的温度，进而对发热导体的温度进行间接测量；在导热板上设置灌胶孔，当将本传感器安装完之后，可以通过灌胶孔向壳体内部进行灌导热胶，将PCB板、线圈骨架进行密封，可以起到防水的目的。
进一步，所述合金带为坡莫合金带。坡莫合金材料不存在线性区域，能够很快到达磁饱和，在大电流的情况下，也只是取出很微弱的能量来供电，可以避免产生发热发抖现象。
进一步，所述合金带上均穿设有硅胶垫，所述硅胶垫的内侧设置有防滑槽。在将本传感器使用合金带套设在动触头上后，硅胶片可以起到缓冲和防滑的作用。
进一步，所述金属线圈为铜漆包线，所述金属线圈在线圈骨架上的匝数为4900-5100匝。
进一步，所述线圈骨架为开环线圈骨架。线圈骨架非闭环，可以避免线圈骨架产生涡流，从而避免线圈骨架自身发热。
进一步，所述壳体内设置有泡棉贴片，所述泡棉贴片位于线圈骨架的两侧。在灌胶时，泡棉贴片可以将上盖的通槽以及线圈骨架的中空内部挡住，避免灌胶时，胶液从通槽流出，以及避免胶液将线圈骨架的中空内部堵塞。
进一步，所述合金带的两端连接处设有钢扣，所述钢扣包括设有长方形孔的钢环，所述钢环的一侧面上设有与长方形孔相通的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有螺栓，所述合金带的两端均重叠的穿设在钢环内，所述合金带的一端向靠近线圈骨架方向回折，并与钢环紧贴，所述合金带的另一端向内翻卷形成多层管状结构。使用钢扣安装方便，将合金带的端部向内翻卷形成多层管状结构可以避免合金带端部的尖端放电，使用安全。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用坡莫合金带套设在导体上，导线电流流过时，合金带产生磁场，磁场流过金属线圈，金属线圈上即产生微弱的电能，为感温芯片和RF射频处理单元等工作提供电能，整个传感器不需要外部电源供电，耗能少，只要有电流流过就可以对导体的温度进行监测，绿色环保，不需要维护，抗干扰能力强；
(2)本发明在PCB板上设置RF射频处理单元，传感芯片收集到的温度数据，可以通过无线发射天线传输到监控终端上，实现间歇性的、准确的测量；
(3)本发明由PMOS管和电压检测芯片组成的电源阀电路，可以在能量收集未满时，将系统供电电源与后级电路完全切断，使能量收集工作在更高效的状态，通过微控单元与电压检测芯片通讯连接，可以反过来利用微控单元控制电源阀的关闭；
(4)本发明采用超低功耗MCU微控制单元设计,并在程序上做电源和低功耗管理，只需收集电流流过的电磁能量就能给整个系统稳定供电；
(5)本发明采用射频无线电数据传输技术，数据接收装置与被测点无需任何物理连接，电气隔离更安全可靠；
(6)本发明微控单元和RF射频处理单元共用一个主控IC芯片，能耗低，结构更加紧凑。
附图说明
图1是本发明一种利用电磁自取电的无线温度传感器的结构示意图；
图2是本发明将壳体拆解后的结构示意图；
图3是图1去除壳体后的部分结构示意图；
图4是本发明线圈骨架及金属线圈的示意图；
图5是本发明的电流原理图。
其中，上盖1、下盖2、通槽3、PCB板4、线圈骨架5、金属线圈6、合金带7、整流二极管8、稳压二极管9、微控单元10、感温芯片11、RF射频处理器12、主控IC芯片13、储能电容14、PMOS管15、单向稳压二极管16、电压检测芯片17、导热板18、灌胶孔19、硅胶垫20、防滑槽21、泡棉贴片22、钢环23、螺栓24、多层管状结构25、无线发射天线26。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明：
如图1-5所示：
一种利用电磁自取电的无线温度传感器，包括壳体，壳体包括上盖1和下盖2，上盖1的两侧开设有相通的通槽3，壳体内设有PCB板4，PCB板4上焊接有能量采集单元、整流二极管8、稳压二极管9和主控IC芯片13，主控IC芯片13内含微控单元10和RF射频处理器12，主控IC芯片13电连接有感温芯片11，RF射频处理器12通讯连接有无线发射天线26；能量采集单元包括线圈骨架5，线圈骨架5卡接在PCB板4上，线圈骨架5上缠绕有5000匝金属线圈6，通槽3和线圈骨架5的中空内穿设有合金带7，合金带7的两端固定连接；金属线圈6的一端与整流二极管8的输入端电连接，金属线圈6的另一端与稳压二极管9的负极输入端电连接，整流二极管8的输出端与稳压二极管9的正极输入端电连接；稳压二极管9的正极和负极与主控IC芯片13电连接。
其中，PCB板4上还设有储能电容14，储能电容14的正极与稳压二极管9的正极电连接，储能电容14的负极与稳压二极管9的负极电连接。
其中，PCB板4上还设有电源阀，电源阀包括PMOS管15，PMOS管15的源极与储能电容14的正极电连接，PMOS管15的漏极与微控单元10电连接，PMOS管15的栅极电连接有电压检测芯片17，电压检测芯片17的正极与储能电容14的正极电连接，电压检测芯片17的负极与储能电容14的负极电连接，电压检测芯片17的正极与储能电容14的正极的连接线上还电连接有单项稳压二极管9，电压检测芯片17与微控单元10通讯连接。
其中，PCB板4靠近下盖2的一侧卡接有导热板18，导热板18与感温芯片11间隙配合，导热板18上开设有灌胶孔19。
其中，合金带7为型号1J85的坡莫合金带。
其中，合金带上均穿设有硅胶垫20，硅胶垫20的内侧设置有防滑槽21。
其中，线圈骨5为开环的线圈骨架5。
其中，壳体内设置有泡棉贴片22，泡棉贴片22位于线圈骨架5的两侧。
其中，合金带7的两端连接处设有钢扣，钢扣包括设有长方形孔的钢环23，钢环23的一侧面上设有与长方形孔相通的螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有螺栓24，合金带7的两端均重叠的穿设在钢环23内，合金带7的一端向上回折，并与钢环23紧贴，合金带7的另一端向内翻卷形成多层管状结构25。
本实施例中的感温芯片采用高精度的(±0.5℃)，宽量程(-45～+125℃)的采温芯片。
本实施例采用业内流行的超低功耗MCU设计,并在程序上做电源和低功耗管理，只需收集很少的电磁能，就能给整个系统稳定供电。
本实施例采用高频无线电数据传输技术，数据接收装置与被测点无需任何物理连接，电气隔离更安全可靠。
本实施例采用循环冗余码校验技术，数据接收端对收到的数据进行CRC校验，进一步提高测量的可靠性，避免了数据错报和误报。
本发明的使用方法如下：
在使用本传感器的时候，先在合金带的一端穿设一个钢扣，在合金带端部反折约2.5cm，用尖嘴钳使反折部分与钢扣贴平；再将合金带穿入上盖1一侧的通槽3，合金带刺穿泡棉贴片22，进入到线圈骨架5的中空内，再穿过上盖1的另一侧通槽3，然后在上盖1两侧的合金带上分别均穿套一个硅胶垫20，将传感器下盖2上的导热板18紧贴在导体上，再将未穿设钢扣的一端合金带插入到钢扣的长方形孔中，参照导体的周长尺寸，调整金属环的大小，将插入钢扣一端的合金带预留约2.5cm长度，使用尖嘴钳捏紧端部，用力向内翻卷，直至贴紧下侧合金带，最后用内六角拧紧钢扣上的螺钉即可。
本传感器在对温度进行监测的时候，导体电流通过时，合金带产生磁场，磁场通过金属线圈，金属线圈将电磁能转化成为微弱的电能，并通过整流二极管8，将交流电转化成为直流电，再通过稳压二极管9进行稳压、储能电容14的储能，为感温芯片11的测量以及无线发射天线的信号发射提供电能；电流在导体中流过时，产生热量，因为传感器的感温芯片11紧贴着导热板18，而导热板18又是紧贴着导体，所以导体上的温度可以传递给导热板18，然后导热板18又将温度传递到感温芯片11处，感温芯片11对温度进行精确的测量后，通过RF射频处理器12将温度数据通过射频通讯，传输到监控终端上，实现间歇性的、准确的测量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种利用电磁自取电的无线温度传感器，包括壳体，以及安装在壳体内的PCB板，其特征在于：所述壳体的两侧开设有相通的通槽，所述PCB板上设置有能量采集单元、整流电路、稳压保护模块和主控IC芯片，所述主控IC芯片内含微控单元和RF射频处理单元，所述主控IC芯片电连接有感温芯片，所述RF射频处理单元通讯连接有无线发射天线；所述能量采集单元包括线圈骨架，所述线圈骨架固定安装在PCB板上，所述线圈骨架上缠绕有若干匝金属线圈，所述通槽和线圈骨架的中空内穿设有合金带，所述合金带的两端固定连接；所述金属线圈的一端与整流电路的输入端电连接，所述金属线圈的另一端与稳压保护模块的负极输入端电连接，所述整流电路的输出端与稳压保护模块的正极输入端电连接；所述稳压保护模块的正极和负极均与主控IC芯片电连接；所述PCB板上还设有储能电容，所述储能电容的正极与稳压保护模块的正极电连接，所述储能电容的负极与稳压保护模块的负极电连接；所述PCB板上还设有电源阀，所述电源阀包括PMOS管，所述PMOS管的源极与储能电容的正极电连接，所述PMOS管的漏极与微控单元电连接，所述PMOS管的栅极电连接有电压检测芯片，所述电压检测芯片的正极与储能电容的正极电连接，所述电压检测芯片的负极与储能电容的负极电连接，所述电压检测芯片的正极与储能电容的正极的连接线上还电连接有单项稳压二极管，所述电压检测芯片与微控单元通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述壳体包括上盖和下盖，所述通槽设置在上盖上，所述PCB板靠近下盖的一侧卡接有导热板，所述导热板与感温芯片间隙配合，所述导热板上开设有灌胶孔。
3.根据权利要求1所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述合金带为坡莫合金带。
4.根据权利要求3所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述合金带上均穿设有硅胶垫，所述硅胶垫的内侧设置有防滑槽。
5.根据权利要求1所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述金属线圈为铜漆包线，所述金属线圈在线圈骨架上的匝数为4900-5100匝。
6.根据权利要求5所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述线圈骨架为开环线圈骨架。
7.根据权利要求1所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述壳体内设置有泡棉贴片，所述泡棉贴片位于线圈骨架的两侧。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器，其特征在于：所述合金带的两端连接处设有钢扣，所述钢扣包括设有长方形孔的钢环，所述钢环的一侧面上设有与长方形孔相通的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有螺栓，所述合金带的两端均重叠的穿设在钢环内，所述合金带的一端向靠近线圈骨架方向回折，并与钢环紧贴，所述合金带的另一端向内翻卷形成多层管状结构。
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