CN109781282A - 无线供电的柔性温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线供电的柔性温度传感器，包括柔性基质，柔性基质上集成有温度传感头、信号发射天线、信号采集处理单元和供电系统接收天线，温度传感头、信号采集处理单元与信号发射天线依次线路连接，温度传感头、信号发射天线、信号采集处理单元分别与供电系统接收天线线路连接，信号发射天线与综合处理器信号连接，供电系统接收天线与供电系统发射端信号连接；本发明通过磁耦合供电系统接收天线与供电系统发射端为柔性温度传感器进行供电，柔性温度传感器内无需装载电池，减少了定期更换电池的麻烦，提高了柔性温度传感器在可穿戴设施方面的舒适性，以满足用户需求。

Description

无线供电的柔性温度传感器

技术领域

本发明属于温度传感器技术领域，特别是涉及一种无线供电的柔性温度传感器。

背景技术

可穿戴的柔性温度传感器在工业、科研、医疗、体育等多个领域都有着广泛而重要的应用，但是当前常见的可穿戴柔性温度传感器通常使用纽扣电池或其他小型电池进行供电，这些电池通常体积较大，外壳较硬，厚度较厚，不能长期紧贴人体使用，不能满足可长期舒适穿戴的真正要求，而且电池需要定期更换，使用较为麻烦。

本发明使用无线供电的方法给柔性温度传感器供电，柔性温度传感头所使用的电能由外置的无线供电系统发射端，通过无线方式发射到传感头内置的天线进行无线持续供电，不需要电池，集成在柔性温度传感头内部的无线供电线圈典型尺寸不大于6厘米，可以使用丝网印刷、静电喷射等技术制备在柔性基底上，真正满足可以长期舒适穿戴的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线供电的柔性温度传感器，通过无线供电，减小了温度传感器的体积，提高了柔性温度传感器的穿戴舒适程度，且无需定期更换电池使用简单。

本发明所采用的技术方案是，无线供电的柔性温度传感器，包括柔性基质、综合处理器和供电系统发射端，所述柔性基质上集成有温度传感头、信号发射天线、信号采集处理单元和供电系统接收天线，温度传感头、信号采集处理单元与信号发射天线依次线路连接，温度传感头、信号发射天线、信号采集处理单元分别与供电系统接收天线连接；所述信号发射天线与综合处理器信号连接，所述供电系统接收天线与供电系统发射端信号连接；

进一步的，柔性基质使用柔性印刷电路板，通过丝网印刷或静电喷射技术，将温度传感头、信号发射天线、信号采集处理单元和供电系统接收天线集成在柔性基质上，使用医用硅胶或聚二甲基硅氧烷对柔性基质进行封装；

进一步的，柔性基质与封装材料的整体厚度不高于3毫米；

进一步的，信号发射天线与综合处理器之间的连接使用Zigbee技术、bluetooth技术或NB-IoT技术的一种；

进一步的，供电系统接收天线与供电系统发射端均采用扁平式线圈结构。

本发明的有益效果是：本发明无需装载电池，能够通过电磁耦合为柔性温度传感器无线供电，减少了装载电池的麻烦，使得柔性温度传感器体积减小，应用于穿戴时的舒适程度更高。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图。

图中，1.温度传感头，2.柔性基质，3.综合处理器，4.供电系统发射端，5.信号发射天线，6.信号采集处理单元，7.供电系统接收天线。

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做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。

无线供电的柔性温度传感器结构如图1所示，包括柔性基质2、综合处理器3和供电系统发射端4，柔性基质2上集成有温度传感头1、信号发射天线5、信号采集处理单元6和供电系统接收天线7，温度传感头1、信号发射天线5与信号采集处理单元6依次线路连接，温度传感头1、信号发射天线5与信号采集处理单元6分别与供电系统接收天线7线路连接，供电系统接收天线7呈环状围绕在温度传感头1、信号发射天线5与信号采集处理单元6外侧；信号发射天线5与综合处理器3信号连接，供电系统接收天线7与供电系统发射端4间信号连接；温度传感头1采集观测点的温度情况，并将数据传输至信号采集处理单元6，信号采集处理单元6对温度数据进行存储、处理后，通过信号发射天线5发送至综合处理器3，进行存储、处理与显示，方便用户直观观察观测点的温度信息，从而实现远程实时监控观测点温度的目的；同时供电系统接收天线7与供电系统发射端4均采用扁平式线圈结构，进行电磁耦合式无线供电，为温度传感头1、信号发射天线5和信号采集处理单元6进行供电，柔性基质2上无需装载电池，既保证了柔性基质2的舒适性，适合穿戴，又免去了更换电池的麻烦。

柔性基质2使用柔性印刷电路板（FPC），温度传感头1、信号发射天线5、信号采集处理单元6和供电系统接收天线7全部采用微型化、贴片化、扁平化元器件，将温度传感头1、信号发射天线5、信号采集处理单元6和供电系统接收天线7采用丝网印刷、静电喷射等技术制备在柔性基质2上后，采用医用安全的柔性材料进行整体封装，使柔性基质2外表平滑柔软，柔性基质2与封装材料的整体厚度不高于3毫米，且柔性可挠、无尖锐端口，适合在可穿戴设备等应用场合使用，所述封装材料为医用硅胶或聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料。

信号发射天线5与综合处理器3的通信采用Zigbee技术、bluetooth技术或NB-IoT技术其中一种，使用国际ISM频率建议使用的医用安全频率，功耗低，能够通过一个外置的综合处理器3连接数个信号发射天线5，并将综合处理器3接收到的数据发送至云平台或其他终端设备，用户还能根据需要设置信号发射天线5的间歇时间，使信号发射天线5处于间歇式休眠状态，进一步降低功耗，获取满足客户需求的温度检测情况。

供电系统接收天线7与供电系统发射端4电磁耦合，为温度传感头1、信号发射天线5和信号采集处理单元6供电时，供电系统发射端4连接有相应的稳压输出电路，稳压输出电路的典型输出电压为3.3V或5V，典型输出功率为10µw～1000µw，供电系统接收天线7的线圈尺寸不大于6cm，线圈为圆形或方形，供电系统接收天线7采用丝网印刷或静电喷射等方法制备在柔性基质2上，能长期舒适穿戴，供电时通过旋转供电系统发射端4，改变供电系统发射端4与供电系统接收天线7所在平面的夹角，调节供电系统接收天线7所接收到的功率，以满足在供电系统接收天线7与供电系统发射端4的距离改变时，温度传感头1、信号发射天线5和信号采集处理单元6的不同电力需求。

实施例

无线供电的柔性温度传感器包括柔性基质2、综合处理器3和供电系统发射端4，柔性基质2上集成有温度传感头1、信号发射天线5、信号采集处理单元6和供电系统接收天线7，温度传感头1、信号发射天线5、信号采集处理单元6依次线路连接后，分别与供电系统接收天线7线路连接；信号发射天线5与综合处理器3、供电系统接收天线7与供电系统发射端4分别信号连接；

温度传感器结构如图1所示，供电系统发射端4与供电系统接收天线7之间磁耦合谐振式无线供电，供电系统发射端4的电源为220V工频电，工作频率为500kHz，供电系统发射端4的线圈由线径为3mm的铜线绕制2匝形成的，线圈外径为30cm；供电系统接收天线7由线径为1mm的铜线，缠绕10匝形成的外径为6cm的线圈，接收线圈与发射线圈平行放置；

实施例制备的柔性温度传感器，由供电系统发射端4的发射线圈与供电系统接收天线7的接收线圈，磁耦合进行供电，此时柔性基质2内无需设置电池，减小了柔性基质2的体积，提高了柔性基质2用于可穿戴设施时的舒适性，且可以通过改变发射线圈与接收线圈的夹角，改变接收线圈接收的功率，能满足用户改变接收线圈与发射线圈的距离时，不同的电力需求。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.无线供电的柔性温度传感器，其特征在于，包括柔性基质（2）、综合处理器（3）和供电系统发射端（4），所述柔性基质（2）上集成有温度传感头（1）、信号发射天线（5）、信号采集处理单元（6）和供电系统接收天线（7），温度传感头（1）、信号采集处理单元（6）与信号发射天线（5）依次线路连接，温度传感头（1）、信号发射天线（5）、信号采集处理单元（6）分别与供电系统接收天线（7）连接；所述信号发射天线（5）与综合处理器（3）信号连接，所述供电系统接收天线（7）与供电系统发射端（4）信号连接。

2.根据权利要求1所述的无线供电的柔性温度传感器，其特征在于，所述柔性基质（2）使用柔性印刷电路板，通过丝网印刷或静电喷射技术，将温度传感头（1）、信号发射天线（5）、信号采集处理单元（6）和供电系统接收天线（7）集成在柔性基质（2）上，使用医用硅胶或聚二甲基硅氧烷对柔性基质（2）进行封装。

3.根据权利要求2所述的无线供电的柔性温度传感器，其特征在于，所述柔性基质（2）与封装材料的整体厚度不高于3毫米。

4.根据权利要求1所述的无线供电的柔性温度传感器，其特征在于，所述信号发射天线（5）与综合处理器（3）之间的连接使用Zigbee技术、bluetooth技术或NB-IoT技术的一种。

5.根据权利要求1所述的无线供电的柔性温度传感器，其特征在于，所述供电系统接收天线（7）与供电系统发射端（4）均采用扁平式线圈结构。