CN109443593B - 一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺，包括无线温度传感器主体、合金带和合金带固定结构，无线温度传感器主体包括上盖、下盖、屏蔽板和PCB板，上盖的两侧壁开设有相通的通槽，上盖的内壁设置有上盖卡槽，下盖的的周向上设置有与上盖卡槽匹配的卡脚，PCB板上设置有电子元件；制备工艺包括线圈骨架绕线、电子元件焊接、组装、灌胶和测试步骤。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、准确的测量。

Description

一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺

技术领域

本发明涉及监测装备制备工艺技术领域，尤其涉及一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺。

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。

目前研发出各种无线温度传感器，比如电池供电、温差取电，这些无线温度传感器一般需要的功耗较高，需要频繁更换电池，维护起来比较麻烦。

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的制备工艺，该制备工艺制备的传感器超低功耗、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的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺制备无线温度传感器，所述无线温度传感器包括无线温度传感器主体、合金带和合金带固定结构，所述无线温度传感器主体包括上盖、下盖、和PCB板，所述上盖的两侧壁开设有相通的通槽，所述上盖的内壁设置有上盖卡槽，所述下盖的的周向上设置有与上盖卡槽匹配的卡脚，所述PCB板上设置有电子元件，所述电子元件包括能量采集单元、整流二极管、稳压二极管、主控IC芯片、储能电容、PMOS管、单向稳压二极管、微控单元、感温芯片、电压检测芯片、RF射频处理单元和无线发射天线，所述能量采集单元包括线圈骨架和铜漆包线；所述屏蔽板上设置有灌胶孔；所述制备工艺包括以下步骤：

S1、线圈骨架绕线：对线圈骨架做绝缘处理后，在线圈骨架上利用铜漆包线缠绕若干匝，缠绕好后，外围用聚酰亚胺胶带包裹，并在铜漆包线端头上锡；

S2、电子元件焊接：在PCB板的正面上焊接整流二极管、稳压二极管、MCU微控单元、主控IC芯片、RF射频处理单元、无线发射天线、储能电容、PMOS管、单向稳压二极管和电压检测芯片，并在PCB板的反面焊接感温芯片，使得铜漆包线的一端与整流二极管的输入端电连接，铜漆包线的另一端与稳压二极管的负极输入端电连接，整流二极管的输出端与稳压二极管的正极输入端电连接；稳压二极管的正极和负极与主控IC芯片电连接，储能电容的正极与稳压二极管的正极电连接，储能电容的负极与稳压二极管的负极电连接，RF射频处理单元与主控IC芯片电连接；PMOS管的源极与储能电容的正极电连接，PMOS管的漏极与微控单元电连接，PMOS管的栅极与电压检测芯片电连接，电压检测芯片的正极与储能电容的正极电连接，电压检测芯片的负极与储能电容的负极电连接，电压检测芯片的正极与储能电容的正极的连接线上电连接单项稳压二极管，电压检测芯片与微控单元通讯连接；

S3、组装：在PCB板上焊接屏蔽罩，再焊接线圈骨架和无线发射天线，将PCB板装入上盖，然后将下盖的卡脚对准上盖卡槽，按压，卡脚卡入上盖卡槽内；

S4、灌胶：将胶倒入针筒，针筒的出胶口对准灌胶孔，使用点胶机挤压进入传感器内，然后将传感器静置20-30min，待胶流平，进行补胶，直到完全密封灌胶孔；

S5、测试：将合金带穿过上盖通槽以及线圈骨架的穿过孔，合金带端部使用合金带固定结构固定，分别在5-6A和100A的的电流发生器上测试，传感器发包频率为60s/包，使用485接收检查发包频率及丢包率，剔除丢包率较高的传感器。

进一步，在步骤S2中，在感温芯片上贴导热硅胶片，再将屏蔽板焊接在PCB板的反面，使导热硅胶与屏蔽板接触。如此，导热硅胶片可以更好的将屏蔽板上的热量传导到感温芯片处，使得感温芯片测量的温度数据更加的准确。

进一步，所述步骤S3中，使用2片泡棉贴片粘贴在线圈骨架的两端，使其完全覆盖住线圈骨架的穿过孔。泡棉贴片可以将上盖的通槽挡住，避免灌胶时，胶液从上盖的通槽流出，也避免胶液进入到线圈骨架的穿过孔内。

进一步，所述上盖的内壁一体注塑成型有挡板，所述挡板将上盖分割为第一腔体和第二腔体，所述挡板上设有天线卡槽，所述下盖内壁上一体成型有弧形卡块；所述步骤S3中，将无线发射天线卡入天线卡槽内，使无线发射天线位于第一腔体内，PCB板位于第二腔体内，下盖弧形卡块插入壳体上盖的天线卡槽处。使用挡板将无线发射天线与PCB板隔开，灌胶时，可以只对PCB板以及PCB板上的电子元件进行灌胶密封，避免对无线发射天线进行密封从而导致无线信号发射较近的问题。

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，可以避免发热发抖现象。

进一步，所述铜漆包线在线圈骨架上的匝数为4900-5100匝。如此的线圈匝数可满足供电需求。

进一步，所述线圈骨架为开环的线圈骨架。线圈骨架开环，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，所述合金带固定结构包括钢扣，所述钢扣包括设有长方形槽的钢环，所述钢环的一侧面上设有与长方形槽相通的螺纹孔，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包方向回折，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)本发明制备的无线温度传感器利用坡莫合金带收集从导体上电流流过时的电磁能量，将电磁能量转化为感温芯片和RF射频处理单元工作的电能，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板上设置信号无线发射天线，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；

(6)本发明微控单元和无线发射天线共用一个主控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制备工艺的流程图；

图2是无线温度传感器的示意图；

图3是无线温度传感器主体的拆解结构示意图；

图4是图2去除上盖和下盖后的部分结构示意图；

图5是本发明线圈骨架及铜漆包线的示意图；

图6是本发明的电子元件的电连接示意图。

其中，上盖1、下盖2、通槽3、PCB板4、线圈骨架5、铜漆包线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、屏蔽板18、灌胶孔19、卡脚20、卡槽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的制备工艺，制备无线温度传感器，无线温度传感器包括无线温度传感器主体、合金带7和合金带固定结构，无线温度传感器主体包括上盖1、下盖2、屏蔽板18和PCB板13，上盖1的两侧壁开设有相通的通槽3，上盖1的内壁设置有上盖卡槽21，下盖2的的周向上设置有与上盖卡槽21匹配的卡脚20，PCB板13上焊接有电子元件，电子元件包括能量采集单元、整流二极管8、稳压二极管9、主控IC芯片13、储能电容14、PMOS管15、单向稳压二极管16、微控单元10、感温芯片11、电压检测芯片17、RF射频处理器12和无线发射天线26，能量采集单元包括线圈骨架5和铜漆包线6；屏蔽板18上设置有灌胶孔19；制备工艺包括以下步骤：

S1、线圈骨架绕线：对线圈骨架5喷涂绝缘漆并干燥后，在线圈骨架5上利用标称0.03mm的铜漆包线6缠绕4900-5100匝线圈，缠绕好后，在线圈外围用聚酰亚胺胶带包裹，包裹后不超出骨架外围尺寸，铜漆包线6不得外露，并在铜漆包线6两个端头均留20mm左右，并在尾端剥5mm左右上锡，测试铜漆包线6两端约阻值不小于3.6KΩ；

S2、电子元件焊接：焊接前，做好静电防护(穿防静电服、静电鞋，带静电手环、静电帽)，在PCB板13的正面上焊接线圈骨架5、整流二极管8、稳压二极管9、MCU微控单元10、主控IC芯片13、RF射频处理器12、储能电容14、PMOS管15、单向稳压二极管16、电压检测芯片17，并在PCB板13的反面焊接感温芯片11，使得铜漆包线的一端与整流二极管8的输入端电连接，铜漆包线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，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；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的栅极与电压检测芯片17电连接，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的正极的连接线上电连接单项稳压二极管9，电压检测芯片17与微控单元10通讯连接；最后，在感温芯片11上贴导热硅胶片，将屏蔽板18焊接在PCB板13的反面，使导热硅胶与屏蔽板18接触；

S3、组装：使用2片泡棉贴片22粘贴在线圈骨架5的两端，使其完全覆盖住线圈骨架5的穿过孔；然后将PCB板13装入上盖1，将壳体的下盖2弧形卡壳部分先斜插入壳体上盖1的天线卡槽21处，再将屏蔽板18两边的长方形卡脚20稍微用力按进上盖卡槽21中；

S4、灌胶：采用黄色的环氧树脂进行灌胶，灌胶前将胶倒入针筒，针筒的出胶口对准灌胶孔19，使用点胶机挤压进入传感器内，然后将传感器静置20-30min，待胶流平，进行补胶，直到完全密封灌胶孔19；

S5、测试：将合金带7穿过上盖1通槽3以及线圈骨架5的穿过孔，合金带7端部使用合金带固定结构固定，合金带固定结构包括钢扣，钢扣包括设有长方形槽的钢环23，钢环23的一侧面上设有与长方形槽相通的螺纹孔，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的一端向靠近线包方向回折，并与钢环23紧贴，合金带7的另一端向内翻卷形成多层PMOS管15状结构；

①将传感器用合金扎带固定在电流发生器上，将电流调至5-6A，传感器发包频率为60s/包，使用485接收检查发包频率及丢包率(≥5％)，剔除丢包率较高的传感器；

②将电流发生器的电流调至100A，检查传感器的发包频率(60s/包)及丢包率(≥5％)，此时若有传感器发送0序号包或者少数序号重复包，则判断为故障传感器，应剔除或维修；

③传感器在以上两档测试期间，用485接收软件接收数据，以质检数据判断合格为准；合格后，拆下传感器，装箱、标记封存。

其中，合金带7为型号1J85的坡莫合金带。

其中，线圈骨为开环的线圈骨架5。

本实施例中的感温芯片11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PMOS管15理，只需收集很少的太阳能收集能量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。

本传感器的测温原理如下：

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7产生磁场，磁场流过线包，线包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RF射频处理器12的信号发射提供电能；电流在导体中流过时，产生热量，因为传感器的的感温芯片11紧贴着屏蔽板18，而屏蔽板18又是紧贴着导体，所以导体上的温度可以传递给屏蔽板18，然后屏蔽板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，通过无线发射天线26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 (5)

1.一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺制备的无线温度传感器包括无线温度传感器主体、合金带和合金带固定结构，所述无线温度传感器主体包括上盖、下盖、屏蔽板和PCB板，所述上盖的两侧壁开设有相通的通槽，所述上盖的内壁设置有上盖卡槽，所述下盖的周向上设置有与上盖卡槽匹配的卡脚，所述PCB板上设置有电子元件，所述电子元件包括能量采集单元、整流二极管、稳压二极管、主控IC芯片、储能电容、PMOS管、单向稳压二极管、微控单元、感温芯片、电压检测芯片、RF射频处理单元和无线发射天线，所述能量采集单元包括线圈骨架和铜漆包线；所述屏蔽板上设置有灌胶孔；所述铜漆包线为铜漆包线，所述铜漆包线在线圈骨架上绕设的匝数为4900-5100匝；所述合金带固定结构包括钢扣，所述钢扣包括设有长方形槽的钢环，所述钢环的一侧面上设有与长方形槽相通的螺纹孔，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包方向回折，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；

所述制备工艺包括以下步骤：

S1、线圈骨架绕线：对线圈骨架做绝缘处理后，在线圈骨架上缠绕铜漆包线，缠绕好后，外围用聚酰亚胺胶带包裹，并在铜漆包线端头上锡；

S2、电子元件焊接：在PCB板的正面上焊接整流二极管、稳压二极管、MCU微控单元、主控IC芯片、RF射频处理单元、储能电容、PMOS管、单向稳压二极管和电压检测芯片，并在PCB板的反面焊接感温芯片，使得铜漆包线的一端与整流二极管的输入端电连接，铜漆包线的另一端与稳压二极管的负极输入端电连接，整流二极管的输出端与稳压二极管的正极输入端电连接；稳压二极管的正极和负极与主控IC芯片电连接，储能电容的正极与稳压二极管的正极电连接，储能电容的负极与稳压二极管的负极电连接，RF射频处理单元与主控IC芯片电连接；PMOS管的源极与储能电容的正极电连接，PMOS管的漏极与微控单元电连接，PMOS管的栅极与电压检测芯片电连接，电压检测芯片的正极与储能电容的正极电连接，电压检测芯片的负极与储能电容的负极电连接，电压检测芯片的正极与储能电容的正极的连接线上电连接单项稳压二极管，电压检测芯片与微控单元通讯连接，在感温芯片上贴导热硅胶片，再将屏蔽板焊接在PCB板的反面，使导热硅胶与屏蔽板接触；

S3、组装：在PCB板上焊接屏蔽罩，再焊接线圈骨架和无线发射天线，使得无线发射天线与RF射频处理单元通讯连接，将PCB板装入上盖，然后将下盖的卡脚对准上盖卡槽，按压，卡脚卡入上盖卡槽内；

S4、灌胶：将胶倒入针筒，针筒的出胶口对准灌胶孔，使用点胶机挤压进入传感器内，然后将传感器静置20-30min，待胶流平，进行补胶，直到完全密封灌胶孔；

S5、测试：将合金带穿过上盖通槽以及线圈骨架的穿过孔，合金带端部使用合金带固定结构固定，分别在5-6A和100A的电流发生器上测试，传感器发包频率为60s/包，使用485串口测试工具软件接收检查发包频率及丢包率，剔除丢包率较高的传感器。

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的制备工艺，其特征在于：所述步骤S3中，使用2片泡棉贴片粘贴在线圈骨架的两端，使其完全覆盖住线圈骨架的穿过孔。

3.根据权利要求2所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺，其特征在于：所述上盖的内壁一体注塑成型有挡板，所述挡板将上盖分割为第一腔体和第二腔体，所述挡板上设有天线卡槽，所述下盖内壁上一体成型有弧形卡块；所述步骤S3中，将无线发射天线卡入天线卡槽内，使无线发射天线位于第一腔体内，PCB板位于第二腔体内，下盖弧形卡块插入壳体上盖的天线卡槽处。

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的制备工艺，其特征在于：所述合金带为坡莫合金带。

5.根据权利要求4所述的一种利用电磁自取电的无线温度传感器的制备工艺，其特征在于：所述线圈骨架为开环的线圈骨架。

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