CN110608808A - 无源温度芯片传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源温度芯片传感器，包括：温度传感芯片、绝缘材料以及天线；绝缘材料，设置于温度传感芯片以及天线的下方，所述绝缘材料的下表面用于与待测物体相接触，传递待测物体的温度；所述天线通过导电胶与温度传感芯片相连接，所述天线用于接收能量信号，所述能量信号用于为所述温度传感芯片提供电能；所述温度传感芯片用于在接收到所述天线传输的所述能量信号之后，对接收到的温度进行测量，形成传感信号，并将所述传感信号传输至所述天线；和所述天线还用于将所述传感信号进行发送。本发明提供的无源温度芯片传感器，不需要额外提供电源，提高了电力设备监测系统的灵活性，满足现场应用的测温需求。

Description

无源温度芯片传感器

技术领域

本发明是关于电气领域，特别是关于一种无源温度芯片传感器。

背景技术

随着国家经济的发展，对于电力系统的设备的可靠性也提出了越来越高的要求。

现有电气设备温度监测大致分为如下几类：接触式测温、红外测温技术以及光纤测温。在接触式测温中，接触式电信号测量方法中使用最广泛的是热电偶和热电阻，其具有操作简单、价格低廉的优点，并且测量的是物体真实温度。随着电力电子技术的高速发展，温度传感器从简单的热电偶等独立元件，发展到模拟集成温度控制器，以及到内含温度传感器的集成电路，其精度、抗干扰能力得到极大提高，实际操作也逐渐简化。热敏电阻测温法利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度，可以根据电阻变化值来显示温度值。热电偶式测温法是根据热电效应的原理，将两个成分不同的导体连接起来，利用温度差产生电动势的方法来测量温度。

红外测温技术是利用红外辐射状态的热信息，然后转换成温度进行显示的技术，它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均温度，以单一温度值高低来判断其工作状态的正常与否；而红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换成电信号，经放大处理、转换或标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。这种热像图与物体表面的热分布场相对应，得到被测目标物体各部分红外辐射的热像分布图和精确温度值，再综合利用图像亮度、对比度的控制，实标校正，伪色彩描绘等技术实现色差显示的直观的红外热像分布图。

光纤测温具有防腐蚀、免疫电磁干扰、灵敏度高、可实现分布式等特点，得到了人们的广泛关注。特别是光纤传感器可构成传感网络，实现分布式测量，更加适用于大范围测量，因此分布式光纤传感技术成为近年来光纤传感领域的研究热点。分布式光纤温度传感系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统。该系统利用光时域反射(OTDR)技术、激光拉曼光谱技术，经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大、信号处理，并将温度信息实时显示出来。

但是，基于此，本申请的发明人发现，接触式测温需要通过金属导线传输信号，存在爬电危险；光纤测温工程难度大，布线困难，成本高，且维护的工作量较大；红外测温无法检测电力设备非可视部位的温度，无法满足现场应用需求。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无源温度芯片传感器，其能够满足现场应用的测温需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种无源温度芯片传感器，包括：温度传感芯片、绝缘材料以及天线；绝缘材料，设置于温度传感芯片以及天线的下方，所述绝缘材料的下表面用于与待测物体相接触，传递待测物体的温度；所述天线通过导电胶与温度传感芯片相连接，所述天线用于接收能量信号，所述能量信号用于为所述温度传感芯片提供电能；所述温度传感芯片用于在接收到所述天线传输的所述能量信号之后，对接收到的温度进行测量，形成传感信号，并将所述传感信号传输至所述天线；和所述天线还用于将所述传感信号进行发送。

在一优选的实施方式中，所述绝缘材料与所述天线相接触。

在一优选的实施方式中，所述绝缘材料与所述温度传感芯片相接触。

在一优选的实施方式中，还包括：导热材料，所述导热材料设置在所述绝缘材料中央且与温度传感芯片相接触，用于将绝缘材料传递的温度传递给温度传感芯片。

在一优选的实施方式中，天线与所述导热材料的上表面相接触。

在一优选的实施方式中，温度传感芯片直接与所述导热材料相接触。

在一优选的实施方式中，天线与所述导热材料的上表面相接触，且所述温度传感芯片与所述导热材料相接触。

在一优选的实施方式中，所述天线以及无源温度芯片传感器的尺寸根据无源温度芯片传感器的安装方式进行确定。

在一优选的实施方式中，所述绝缘材料为陶瓷基材。

在一优选的实施方式中，所述绝缘材料为柔性基材。

与现有技术相比，根据本发明的无源温度芯片传感器，不需要额外提供电源，实现传感信号的发送，为电力设备内部及红外测温无法覆盖区域的温度监测提供了测温方案，提高了电力设备监测系统的灵活性，扩展了温度监测的范围，安全可靠、成本低、实时性好、便于维护，满足现场应用的测温需求。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的无源温度芯片传感器的立体示意图；

图2是根据本发明一实施方式的无源温度芯片传感器的主视示意图；

图3是根据本发明一实施方式的无源温度芯片传感器的主视示意图；

图4是根据本发明一实施方式的无源芯片温度传感器天线的制作过程的示意图；

图5是根据本发明一实施方式的无源芯片温度传感器倒装流程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1、2所示，其为根据本发明一优选实施方式的无源温度芯片传感器的立体示意图以及根据本发明一优选实施方式的无源温度芯片传感器的主视示意图，包括：温度传感芯片1、天线2以及绝缘材料3。

绝缘材料3设置于温度传感芯片以及天线的下方，所述绝缘材料的下表面与待测物体相接触，用于传递待测物体的温度。

所述天线2通过导电胶与温度传感芯片1相连接，所述天线2用于接收能量信号，所述能量信号用于为所述温度传感芯片1提供电能。

所述温度传感芯片1用于在接收到所述天线2传输的所述能量信号之后，对接收到的温度进行测量，形成传感信号，并将所述传感信号传输至所述天线2。

所述天线2还用于将所述传感信号进行发送。

在一种实现方式中，所述绝缘材料3与所述天线2相接触。绝缘材料为可以导热的材料，在此种结构中，绝缘材料3将待测物体的温度传递给天线2，温度传感芯片1通过与天线2接触实现测温。

在一种实现方式中，所述绝缘材料3与所述天线2以及所述温度传感芯片1相接触，绝缘材料3将待测物体的温度传递温度传感芯片1，温度传感芯片1根据传递的温度实现测温。

具体的，所述天线2以及无源温度芯片传感器1的尺寸根据无源温度芯片传感器1的安装方式进行确定。所述无源温度芯片传感器为标贴式。结合电力设备运行实际工况，针对电缆本体、电缆中间接头、电缆终端头测温和开关柜测温，将无源温度芯片传感器的尺寸限制如下：10mm≤长≤35mm、0.5mm≤宽≤35mm、2mm≤高≤8mm，可以实现上述情况下的测温。

在一种实现方式中，无源温度芯片传感器还包括：导热材料4，所述导热材料4设置在所述绝缘材料3中央且与温度传感芯片1相接触，用于将所述待测物体的温度传递给温度传感芯片1。

其中，所述绝缘材料3可以为陶瓷基材，或柔性基材。

具体的，无源温度芯片传感器需要根据不同的应用需求进行设计和封装，以便于现场安装，同时真实、准确地测量设备温度。针对电缆本体应用需求，无源温度芯片传感器采用柔性基材封装，安装于电缆外护套层与钢带铠装层之间；针对电缆中间接头应用需求，无源温度芯片传感器采用柔性基材封装，安装于电缆压接管与绝缘层之间；针对电缆终端头应用需求，无源温度芯片传感器采用陶瓷基材，经封装后，以垫片形式通过螺栓固定安装于连接处。针对开关柜应用需求，无源温度芯片传感器采用陶瓷基材，封装成不同的形状后，以垫片形式通过螺栓固定于铜排线连接处，或加装弹簧后，以抱箍形式安装于动触头或静触头上。

进一步地，导热材料4可以通过以下方式将所述待测物体的温度传递给温度传感芯片1。

第一种实现方式，所述天线2与所述导热材料4的上表面相接触，温度传感芯片1不直接与所述导热材料3相接触。具体地，在此结构中，天线2通过与导热材料4的上表面相接触，导热材料4将从绝缘材料3上获取的温度传递给天线2，温度传感芯片1通过与天线2接触，实现测温。

第二种实现方式，所述温度传感芯片1直接与所述导热材料4相接触，所述天线2与所述导热材料4的不接触。具体地，在此结构中，导热材料4将从绝缘材料3上获取的温度传递给温度传感芯片1，温度传感芯片1通过与导热材料4接触，实现测温。

第三种实现方式，如图3所示，其为根据本发明另一优选实施方式的无源温度芯片传感器的主视示意图，所述天线2与所述导热材料4的上表面相接触，所述温度传感芯片1与所述导热材料4相接触。具体地，在此结构中，天线2通过与导热材料4的上表面相接触，导热材料4将从绝缘材料3上获取的温度传递给天线2以及温度传感芯片1，温度传感芯片1通过与导热材料4接触，实现测温。

由此，本实施例提供的无源温度芯片传感器，不需要额外提供电源，实现传感信号的发送，为电力设备内部及红外测温无法覆盖区域的温度监测提供了测温方案，提高了电力设备监测系统的灵活性，扩展了温度监测的范围。安全可靠、成本低、实时性好、便于维护等。

如图4所示，其为无源芯片温度传感器天线的制作过程的示意图，具体的包括以下步骤：

第1步，采用软板专用的合成树脂胶(环氧胶、丙烯酸胶)将铝箔与聚酯膜压合在一起；

第2步，贴感光膜/印感光油墨；

通过滚压的方式将一层感光膜贴敷在基材的金属面，或在基材的金属面印上一层感光湿膜，干燥后使用；

第3步，曝光

通过自动连续曝光机，自动对位曝光将菲林上的电路特性转移到感光膜上；

第4步，显像

将未曝光的地方冲洗掉，显像出被感光膜覆盖的线路图；

第5步，蚀刻

将裸露的金属用酸性药液将其刻蚀掉；

第6步，退膜

将保护线路的感光膜弃掉，露出金属线路，得到天线。

本实施例中天线的设计制作采用蚀刻工艺，首先在天线的承载材料上层压一层平面铝箔，然后在箔片上涂一层感光胶，用一个带有天线形状的正片对箔片层进行曝光，感光胶的光照部分被洗掉，其下的金属就显露出来，将这些金属经蚀刻溶解掉，留在承载材料上的线圈就是天线。

如图5所示，其为无源芯片温度传感器倒装流程的示意图，无源温度芯片拟采用倒装方式，包括：

第1步，点胶

在天线的承载材料(天线基板)上点上导电胶；所述天线基板上可以包括有导电颗粒；

第2步，贴片

将无源温度芯片放置在导电胶上进行贴片；

第3步，热压固化

通过上热压头和下热压头将无源温度芯片固定在天线的承载材料上进行热压固化；

第4步，测试

对无源芯片温度传感器进行测试。

由此，本实施例提供的无源芯片温度传感器，将传感信号和供电电源合二为一，可实现传感器的自主能源供给，解决了传感器系统的供电瓶颈；结合电力设备运行实际工况，针对电缆本体、电缆中间接头、电缆终端头测温和开关柜测温困难的现状，研制小型化、低成本、低能耗及高可靠的无源芯片温度监测装置；具有高精度和高灵敏度、易于大批量生产、体积小、质量轻、功耗低、结构工艺性能好、易于无线化等优势。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种无源温度芯片传感器，其特征在于，包括：温度传感芯片、绝缘材料以及天线；

绝缘材料，设置于温度传感芯片以及天线的下方，所述绝缘材料的下表面用于与待测物体相接触，传递待测物体的温度；

所述天线通过导电胶与温度传感芯片相连接，所述天线用于接收能量信号，所述能量信号用于为所述温度传感芯片提供电能；

所述温度传感芯片用于在接收到所述天线传输的所述能量信号之后，对接收到的温度进行测量，形成传感信号，并将所述传感信号传输至所述天线；和

所述天线还用于将所述传感信号进行发送。

2.如权利要求1所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，所述绝缘材料与所述天线相接触。

3.如权利要求2所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，所述绝缘材料与所述温度传感芯片相接触。

4.如权利要求1所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，还包括：

导热材料，所述导热材料设置在所述绝缘材料中央且与温度传感芯片相接触，用于将绝缘材料传递的温度传递给温度传感芯片。

5.如权利要求4所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，天线与所述导热材料的上表面相接触。

6.如权利要求4所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，温度传感芯片直接与所述导热材料相接触。

7.如权利要求4所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，天线与所述导热材料的上表面相接触，且所述温度传感芯片与所述导热材料相接触。

8.如权利要求1所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，所述天线以及无源温度芯片传感器的尺寸根据无源温度芯片传感器的安装方式进行确定。

9.如权利要求1所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，所述绝缘材料为陶瓷基材。

10.如权利要求1所述的无源温度芯片传感器，其特征在于，所述绝缘材料为柔性基材。