CN112945348A - 一种无线智能传感器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线智能传感器及其应用，该传感器包括分开设置的控制部分和探头部分，控制部分包括电源、处理器一和射频天线一，探头部分包括电学感应元件、处理器二和射频天线二；电源为处理器一和射频天线一提供电能，处理器一用于进行逻辑运算和数据处理，射频天线一用于发射和接收射频信号，并为探头部分提供电能；电学感应元件用于检测外界待测物理量的变化，处理器二用于接收、存储和处理电学感应元件的信息，射频天线二用于接收射频天线一发来的射频信号，把其中一部分能量转换成电能，用于驱动处理器二，并且将处理器二读取的信息经处理后发送给射频天线一。本发明所公开的传感器体积小、安全性高，尤其适合用于易燃易爆场合进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种无线智能传感器及其应用。
背景技术
传感器是一种检测装置，可以把待测物理量(如压力、位置、气体等)转换成电信号信息，以满足信息的传输、处理、存储、显示等要求。
目前，绝大多数传感器均需要内置电池或者外接电源，而这种形式的传感器主要存在如下几个缺点：1.体积增加，比如一个微机电压力传感芯片的体积不到一个立方毫米，如果配备电池，体积将增加数千倍，大大减少了其应用领域，比如在一些空间比较紧凑的环境应用会受到限制。2.降低其安全特性，在天然气存储、石油管道、煤矿等一些易燃易爆场合，对传感器的安全特性具有较高要求。但由于电池或者外接电源的存在，导致传感器的安全特性大幅度下降。因此，往往需要配备一个较为笨重的金属壳体进行隔离保护，同时还需要对传感器进行复杂的封装，大幅度增加其成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种无线智能传感器及其应用，以达到减小体积，安全性提高，尤其适合用于易燃易爆场合进行检测的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种无线智能传感器，包括分开设置的控制部分和探头部分，所述控制部分包括电源、处理器一和射频天线一，所述探头部分包括电学感应元件、处理器二和射频天线二；
所述电源为处理器一和射频天线一提供电能，所述处理器一用于进行逻辑运算和数据处理，所述射频天线一用于发射和接收射频信号，并为探头部分提供电能；
所述电学感应元件用于检测外界待测物理量的变化，所述处理器二用于接收、存储和处理电学感应元件的信息，所述射频天线二用于接收射频天线一发来的射频信号，把其中一部分能量转换成电能，用于驱动处理器二，并且将处理器二读取的信息经处理后发送给射频天线一。
上述方案中，所述电学感应元件为可变电容、可变电阻或可变电感。
进一步的技术方案中，所述可变电容为在印刷电路板正反面铺铜制作而成；或者在一个空试管壁上沉积两块金属层制作而成。
一种无线智能传感器在轮胎磨耗检测中的应用。
上述方案中，将探头部分埋入轮胎的花纹内，控制部分装载在轮胎外面的挡泥板处，用于为探头部分提供能量并读取探头部分提供的电学感应信息；电学感应元件会随着轮胎花纹的磨损而同步磨损减小，电学感应信息值随之下降，该变化信息作为目标信号被控制部分通过射频天线一进行读取，经过处理器一的处理后传送到用户可视端。
一种无线智能传感器在油箱内液位检测中的应用。
上述方案中，将探头部分安装于油箱内壁，与液体接触，将控制部分安装于油箱外壁，用于为探头部分提供能量并读取探头部分提供的电学感应信息。
通过上述技术方案，本发明提供的无线智能传感器将探头部分和控制部分分开设置，探头部分不需要配备电源，控制部分的电源通过射频天线为探头部分提供电能，其优点包括：
1、大大降低了其体积，使其更加适合集成，可用于紧凑空间，比如内置到轮胎、生物体内等。
2、具有很好的安全特性，使其适合一些易燃易爆场合，比如：燃油管道、油箱等环境的相关参数的检测。
3、本发明的无线智能传感器用于轮胎磨损检测，解决了汽车轮胎在使用过程中无法判断轮胎磨损程度的问题，大大提高了轮胎的使用率和可靠程度，同时降低了发生爆胎的可能性，提高了驾驶安全性。
4、本发明的无线智能传感器用于油箱内液位检测，将电源独立设置在油箱外部，具有很好的安全特性。
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。
图1为本发明实施例所公开的一种无线智能传感器组成示意图；
图2为本发明实施例所公开的可变电容结构图；
图3为本发明的无线智能传感器在轮胎中的安装位置示意图；
图4为本发明的可变电容在轮胎磨损时的变化情况；
图5为本发明的无线智能传感器在油箱中的安装位置示意图；
图6为本发明的可变电容在油箱中随液位变化的情况。
图中，1、控制部分；2、探头部分；3、电极层；4、电介质；5、轮胎；6、油箱；7、液体。
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。
本发明提供了一种无线智能传感器，如图1所示，包括分开设置的控制部分1和探头部分2，控制部分1包括电源、处理器一和射频天线一，探头部分2包括电学感应元件、处理器二和射频天线二。
电源为处理器一和射频天线一提供电能，处理器一用于对探头部分2发来的信息进行逻辑运算和数据处理，射频天线一用于发射和接收射频信号，并为探头部分2提供电能。
电学感应元件用于检测外界待测物理量的变化，处理器二用于接收、存储和处理电学感应元件的信息，射频天线二用于接收射频天线一发来的射频信号，把其中一部分能量转换成电能，用于驱动处理器二，并且将处理器二读取的信息经处理后发送给射频天线一。
本实施中，电学感应元件为可变电容。可变电容为在印刷电路板正反面铺铜制作而成；或者在一个空试管壁上沉积两块金属层制作而成。如图2所示，可变电容由两个电极层3和一个电介质4层所组成，具体性质可以是平行板式、可以是圆筒式、也可以是多层叠加式。
本发明实施例提供了一种无线智能传感器在轮胎磨耗检测中的应用。如图3所示，将探头部分2埋入轮胎5的花纹内，控制部分1装载在轮胎5外面的挡泥板处，用于为探头部分2提供能量并读取探头部分2提供的电容信息；可变电容会随着轮胎花纹的磨损而同步磨损减小。根据电容的定义：C＝ε0εr A/d，可以知道电容大小跟电极层3的面积(A)，电介质4的厚度(d)，电介质4的相对介电系数(εr)相关，在轮胎磨损过程中，随着时间T的推移，可变电容同步磨损，如图4所示，其长度h变小，导致其电极层3的面积(A)会减小，进而导致电容值的减小，该变化信息作为目标信号被控制部分1通过射频天线一进行读取，经过处理器一的处理后传送到用户可视端，从而使得车主可以随时查看轮胎磨损情况，一旦临近磨损极限可及时更换，保证行车的安全。
本发明为一种新型轮胎磨损检测机制，用于实现轮胎磨损检测，其具有较好的适用性，依靠电磁波，并不需要物理接触，直接完成通信；系统的读写速度极快，每个RFID标签都是独一无二的，成本低且结构简单易操作。
本发明实施例还提供了一种无线智能传感器在油箱内液位检测中的应用。如图5所示，将探头部分2安装于油箱6内壁，与液体7接触，将控制部分1安装于油箱6外壁，用于为探头部分2提供能量并读取探头部分2提供的电学感应信息。可变电容的电介质4可以采用多孔状材料(如：聚合物、多孔陶瓷等)或者空心结构。水可以进入到多孔材料或者电容极板之间的空心处。如图6所示，随着时间T的推移，当液体7位置H变化，会影响电介质整体的介电常数，根据电容的定义：C＝ε0εr A/d，可以知道电容大小跟电极层3的面积(A)，电介质4的厚度(d)，电介质4的相对介电系数(εr)相关，因此，相对介电常数的变化进而会导致电容的变化。传感器通过读取电容的变化，可以获得液位信息，以及液体7种类信息。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种无线智能传感器，其特征在于，包括分开设置的控制部分和探头部分，所述控制部分包括电源、处理器一和射频天线一，所述探头部分包括电学感应元件、处理器二和射频天线二；
所述电源为处理器一和射频天线一提供电能，所述处理器一用于进行逻辑运算和数据处理，所述射频天线一用于发射和接收射频信号，并为探头部分提供电能；
所述电学感应元件用于检测外界待测物理量的变化，所述处理器二用于接收、存储和处理电学感应元件的信息，所述射频天线二用于接收射频天线一发来的射频信号，把其中一部分能量转换成电能，用于驱动处理器二，并且将处理器二读取的信息经处理后发送给射频天线一。
2.根据权利要求1所述的一种无线智能传感器，其特征在于，所述电学感应元件为可变电容、可变电阻或可变电感。
3.根据权利要求2所述的一种无线智能传感器，其特征在于，所述可变电容为在印刷电路板正反面铺铜制作而成；或者在一个空试管壁上沉积两块金属层制作而成。
4.一种如权利要求1所述的无线智能传感器在轮胎磨耗检测中的应用。
5.根据权利要求4所述的无线智能传感器在轮胎磨耗检测中的应用，其特征在于，将探头部分埋入轮胎的花纹内，控制部分装载在轮胎外面的挡泥板处，用于为探头部分提供能量并读取探头部分提供的电学感应信息；电学感应元件会随着轮胎花纹的磨损而同步磨损减小，电学感应信息值随之下降，该变化信息作为目标信号被控制部分通过射频天线一进行读取，经过处理器一的处理后传送到用户可视端。
6.一种如权利要求1所述的无线智能传感器在油箱内液位检测中的应用。
7.根据权利要求6所述的无线智能传感器在油箱内液位检测中的应用，其特征在于，将探头部分安装于油箱内壁，与液体接触，将控制部分安装于油箱外壁，用于为探头部分提供能量并读取探头部分提供的电学感应信息。
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