CN113790811A - 一种基于5g网络微功耗温度传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于5G网络微功耗温度传感器，运用于温度传感器装置技术领域；传感器上包括有温度变送器、温敏元件、光敏元件、磁敏元件、耐高温外壳、RFID射频元件、数字信号处理器和微控制器；本发明具有一般半导体不具有的振荡特性和负阻特性，调整其工作模式可以得到不同的输出状态，搭配极为简单的应用电路可以得到性能优良的温控开关、数字温度传感器、频率输出温度传感器等，其体积小、成本低、寿命长、灵敏度高的特性，可用于家电、消防检测和安全生产领域。

Description

一种基于5G网络微功耗温度传感器
技术领域
本发明涉及温度传感器技术领域，特别涉及为一种基于5G网络微功耗温度传感器。
背景技术
传统的工业温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器(IC温度传感器主要包括模拟输出和数字输出两种类型)，(RTD)最适合对精度有严格要求，而速度和价格不太关键的应用领域，IC温度传感器有许多好处，包括：功耗低、可提供小型封装产品、还可在某些应用中实现低器件成本，
此外，由于IC传感器在生产测试过程中就完成了校准，缺点就是温度范围非常有限，也存在同样的自热、不坚固和需要外电源的问题，成本较低，但也受到配置和速度限制，数字输出IC温度传感器的响应速度慢，而模拟输出IC温度传感器的线性度很高，
鉴于此，针对以上背景技术提出的问题，本发明提供一种基于5G网络微功耗温度传感器，以解决现有技术中的温度传感器温度范围有限、受到配置限制和响应速度慢的问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中的温度传感器温度范围有限、受到配置限制和响应速度慢的问题，提供一种基于5G网络微功耗温度传感器。
本发明提供一种基于5G网络微功耗温度传感器，包括有温度变送器、温敏元件、光敏元件、磁敏元件、耐高温外壳、RFID射频元件、数字信号处理器和微控制器；
所述温度变送器固定安装于传感器底端，所述温敏元件、光敏元件、磁敏元件和RFID射频元件设于传感器内腔中，所述耐高温外壳设于传感器表层，所述数字信号处理器设于传感器内腔底端，所述微控制器固定安装于传感器内腔顶端一侧。
进一步地，温度变送器还包括有护套、电路板和活动槽，所述护套固定连接于温度变送器的底部，且所述护套内设有与温度变送器的电路板适配电性连接的导体，所述活动槽设于护套与所述温度变送器连接的底端一侧。
进一步地，温敏元件还包括有热电偶、铂电阻和热敏电阻，所述热电偶、铂电阻和热敏电阻均设于温敏元件的腔体内。
进一步地，热敏电阻还包括有正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，所述正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻设于热敏电阻的左端和右端。
进一步地，光敏元件还包括有光电池、光敏二极管和光敏三极管，所述光电池设于光敏元件的内腔中，所述光敏二极管和光敏三极管均设于光敏元件的左端与右端。
进一步地，磁敏元件还包括磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管，所述磁敏电阻设于磁敏元件的内腔中，所述磁敏二极管和磁敏三极管均设于磁敏元件的上端与下端。
进一步地，耐高温外壳还包括有导热塑料和绝缘树脂，所述导热塑料和绝缘树脂均设于耐高温外壳的各个位面处。
进一步地，RFID射频元件还包括有MΩ级内电阻和读取器，所述MΩ级内电阻和读取器均设于RFID射频元件的腔体内。
进一步地，数字信号处理器还包括有数字信号处理芯片、预滤波器和模拟滤波器，所述数字信号处理芯片固定安装于数字信号处理器腔体内，所述预滤波器和模拟滤波器分别设于数字信号处理器外壁的左端与右端。
进一步地，微控制器还包括有输出型芯片、引脚和探头，所述输出型芯片固定安装于微控制器腔体内，所述引脚设于微控制器的底端两侧，所述探头设于微控制器的顶端。
有益效果：
1、本发明具有一般半导体不具有的振荡特性和负阻特性，调整其工作模式可以得到不同的输出状态，搭配极为简单的应用电路可以得到性能优良的温控开关、数字温度传感器、频率输出温度传感器等，其体积小、成本低、寿命长、灵敏度高的特性，可用于家电、消防检测、安全生产领域。
2、本发明的工作原理及材料特性，当设计结构不同、改变生产工艺，项目产品可以对热、磁、光、力均有独特的输出特性。因此，可以开发相应的磁敏、光敏、力敏元件，进而形成对位移、流速、压力等多种物理量的测量。
附图说明
图1为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器一个实施例的整体结构正轴侧图；
图2为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器另一个实施例的整体结构剖面图；
图3为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器另一个实施例的温敏元件整体结构图；
图4为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器另一个实施例的光敏元件整体结构图；
图5为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器另一个实施例的RFID元件整体结构图；
图6为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器一个实施例的俯视结构图；
图7为本发明一种基于5G网络微功耗温度传感器另一个实施例的微控制器的整体结构图；
本发明为目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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的一部分实施例，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作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。
参考附图1，为本发明一实施例中的一种基于5G网络微功耗温度传感器，包括有温度变送器、温敏元件、光敏元件、磁敏元件、耐高温外壳、RFID射频元件、数字信号处理器和微控制器；
所述温度变送器固定安装于传感器底端，所述温敏元件、光敏元件、磁敏元件和RFID射频元件设于传感器内腔中，所述耐高温外壳设于传感器表层，所述数字信号处理器设于传感器内腔底端，所述微控制器固定安装于传感器内腔顶端一侧。
在具体实施例中：本传感器针对5G网络及物联网对传感器的应用需求，提出了一种新型的半导体测温原理并完成了温度传感器的原始研发设计，平板型PN结温敏元件构成传感器仅需一个电阻，不需前置放大和A/D转换便可输出大幅值的脉冲信号，不需线性化、滤波等附加环节；元件内阻为MΩ级，可在低电压(小于3V)下工作，能实现低功耗(正向测温时1mA～2mA，反向测温时1.5μA～10μA)，特别适合电池供电的微型电子产品、便携式和安全型仪器仪表的研制，且该元件体积仅1mm×1mm×0.3mm，在整机结构中所占空间很小；该传感器使用的温敏元件温度灵敏度高于现今任何一种温敏元件，并且用高性能导热绝缘树脂封装，热容小、传热时间常数小、动态误差小，测温精度可达到±0.1℃；由于RFID射频元件具有特殊的输出特性，在作为温度开关应用时，无需其他转换控制电路，仅依靠调整自身工作模式即可直接输出开关信号电平，连接控制电路。也可以根据实际负载，选择不同型号直接驱动继电器或其他负载；微控制器可以现场的需求灵活调节。而且当利用其伏安特性与相关元件组合时，还可以实现频率或开关量输出，成为数字传感器，应用电路极为简单。
在一个实施例中：温度变送器还包括有护套、电路板和活动槽，所述护套固定连接于温度变送器的底部，且所述护套内设有与温度变送器的电路板适配电性连接的导体，所述活动槽设于护套与所述温度变送器连接的底端一侧。
在本实施例中：温度变送器的作用为通过电路板传输对应输出或输入电量改变信号的输出，护套作用于保护温度变送器和安插电路板，活动槽作用于变换电路板的安放位置。
在具体实施例中：本项目温度传感器的核心是平板型PN结，其本质上是一种基础半导体分立元件，直流供电电压：
3V～220V、最大输出电压：输入电压的20％～40％、输出信号模式：
数字信号；100Hz～1MHz、灵敏度：10mV/℃～100mV/℃；10Hz/1mT。
在一个实施例中：温敏元件还包括有热电偶、铂电阻和热敏电阻，所述热电偶、铂电阻和热敏电阻均设于温敏元件的腔体内。
在本实施例中：温敏元件的热电偶作用于延伸热电极，温敏元件的铂电阻作用于随着温度变化而变化以通过测量其电阻值推算出被测物体的温度，温敏元件的热敏电阻作用于呈现出上佳的电阻稳定性。
在具体实施例中：已筛选温度范围的温敏元件反向特性，按照客户无线传输测温芯片要求完成低功耗高精度人体测温传感器，技术指标为：工作电压：3V、工作电流：0.15μA、静态功耗：0.45μW、温度范围：+35℃～+45℃、测温精度：±(0.1～0.3)℃、输出电压分辨率：>1mV、温度分辨率：<0.03℃、测温速度：(20-30)μS和芯片尺寸：<1mm×1mm×0.3mm。
在一个实施例中：热敏电阻还包括有正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，所述正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻设于热敏电阻的左端和右端。
在本实施例中：正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻作用于根据目前热敏电阻所需的阻值调整为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。
在具体实施例中：常温下相同阻值的热敏电阻，无论在高温还是低温中，其阻抗变化均不一样，因此在使用中，需要根据实际情况选用适当阻值的正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。
在一个实施例中：光敏元件还包括有光电池、光敏二极管和光敏三极管，所述光电池设于光敏元件的内腔中，所述光敏二极管和光敏三极管均设于光敏元件的左端与右端。
在本实施例中：光敏元件的光电池作用于把入射到它表面的光能转化为电能，光敏元件的二极管作用于在光敏元件工作时提供单向导电性，光敏元件的三极管作用于利用光敏二极管串上一个电阻对后面的电路进行放大。
在具体实施例中：根据传感器的工作原理和材料特性，当设计结构不同、改变生产工艺，项目产品可以对光有独特的输出特性；可以开发相应的光敏元件，进而形成对位移、流速、压力等多种物理量的测量。
在一个实施例中：磁敏元件还包括磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管，所述磁敏电阻设于磁敏元件的内腔中，所述磁敏二极管和磁敏三极管均设于磁敏元件的上端与下端。
在本实施例中：磁敏元件的磁敏电阻作用于温度传感器的磁场强度测量、位移测量、频率测量和功率因数测量，磁敏元件的磁敏二极管作用于根据正负磁场输出不同的信号增量，磁敏元件的磁敏三极管作用为基于磁敏二极管的基础上扩散载流长度。
在具体实施例中：根据传感器的工作原理和材料特性，当设计结构不同、改变生产工艺，项目产品可以对磁有独特的输出特性；可以开发相应的磁敏元件，进而形成对位移、流速、压力等多种物理量的测量。
在一个实施例中：耐高温外壳还包括有导热塑料和绝缘树脂，所述导热塑料和绝缘树脂均设于耐高温外壳的各个位面处。
在本实施例中：耐高温外壳的导热塑料作用于减少传感器因高温造成的变形，耐高温外壳的绝缘树脂作用于减少传感器因漏电造成的事故。
在具体实施例中：温度传感器具有一般半导体不具有的振荡特性和负阻特性，调整其工作模式可以得到不同的输出状态，搭配极为简单的应用电路可以得到性能优良的温控开关、数字温度传感器和频率输出温度传感器，即使搭配复杂的应用电路也有耐高温外壳作为保障使温度传感器安全运作。
在一个实施例中：RFID射频元件还包括有MΩ级内电阻和读取器，所述MΩ级内电阻和读取器均设于RFID射频元件的腔体内。
在本实施例中：RFID射频元件的MΩ级内电阻作用于实现低功耗，RFID射频元件的读取器作用于适配电池供电的微型电子产品、便携式和安全型仪器仪表的研制。
在具体实施例中：传感器仅需一个电阻，不需前置放大和A/D转换便可输出大幅值的脉冲信号，不需线性化、滤波等附加环节，属于众多传感器中电路结构最简单的类型；元件内阻为MΩ级，可在低电压(小于3V)下工作，能实现低功耗(正向测温时1mA～2mA，反向测温时1.5μA～10μA)，特别适合电池供电的微型电子产品、便携式和安全型仪器仪表的研制。
在一个实施例中：数字信号处理器还包括有数字信号处理芯片、预滤波器和模拟滤波器，所述数字信号处理芯片固定安装于数字信号处理器腔体内，所述预滤波器和模拟滤波器分别设于数字信号处理器外壁的左端与右端。
在本实施例中：数字信号处理器的数字信号处理芯片作用于处理输入或输出的滤波，数字信号处理器的预滤波器作用于预接收或预输送滤波，数字信号处理器的模拟滤波器作用于将滤波以模拟的形式传输至处理器中运行。
在具体实施例中：温度传感器的平板型PN结敏感元件具有一般半导体不具有的振荡特性和负阻特性，调整其工作模式可以得到不同的输出状态，搭配极为简单的应用电路可以得到性能优良的温控开关、数字温度传感器、频率输出温度传感器等，且拥有体积小、成本低、寿命长、灵敏度高的特性。
在一个实施例中：微控制器还包括有输出型芯片、引脚和探头，所述输出型芯片固定安装于微控制器腔体内，所述引脚设于微控制器的底端两侧，所述探头设于微控制器的顶端。
在本实施例中：微控制器的输出型芯片作用于通过电阻接收或发送信号，微控制器的引脚作用于发出阶段性的脉冲信号，微控制器的探头作用于将电阻值转化为温度值。
在具体实施例中：微控制器可以现场的需求灵活调节。而且当利用其伏安特性与相关元件组合时，还可以实现频率或开关量输出，成为数字传感器，应用电路极为简单。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述传感器包括：
所述传感器上包括有温度变送器、温敏元件、光敏元件、磁敏元件、耐高温外壳、RFID射频元件、数字信号处理器和微控制器；
所述温度变送器固定安装于传感器底端，所述温敏元件、光敏元件、磁敏元件和RFID射频元件设于传感器内腔中，所述耐高温外壳设于传感器表层，所述数字信号处理器设于传感器内腔底端，所述微控制器固定安装于传感器内腔顶端一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述温度变送器还包括有护套、电路板和活动槽，所述护套固定连接于温度变送器的底部，且所述护套内设有与温度变送器的电路板适配电性连接的导体，所述活动槽设于护套与所述温度变送器连接的底端一侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述温敏元件还包括有热电偶、铂电阻和热敏电阻，所述热电偶、铂电阻和热敏电阻均设于温敏元件的腔体内。
4.根据权利要求3所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述热敏电阻还包括有正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，所述正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻设于热敏电阻的左端和右端。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述光敏元件还包括有光电池、光敏二极管和光敏三极管，所述光电池设于光敏元件的内腔中，所述光敏二极管和光敏三极管均设于光敏元件的左端与右端。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述磁敏元件还包括磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管，所述磁敏电阻设于磁敏元件的内腔中，所述磁敏二极管和磁敏三极管均设于磁敏元件的上端与下端。
7.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述耐高温外壳还包括有导热塑料和绝缘树脂，所述导热塑料和绝缘树脂均设于耐高温外壳的各个位面处。
8.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述RFID射频元件还包括有MΩ级内电阻和读取器，所述MΩ级内电阻和读取器均设于RFID射频元件的腔体内。
9.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述数字信号处理器还包括有数字信号处理芯片、预滤波器和模拟滤波器，所述数字信号处理芯片固定安装于数字信号处理器腔体内，所述预滤波器和模拟滤波器分别设于数字信号处理器外壁的左端与右端。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G网络微功耗温度传感器，其特征在于，所述微控制器还包括有输出型芯片、引脚和探头，所述输出型芯片固定安装于微控制器腔体内，所述引脚设于微控制器的底端两侧，所述探头设于微控制器的顶端。
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