CN116202633A - 温度传感器组件、温度感测系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度传感器组件，包括：壳体，具有传热部分，所述传热部分用于与被感测部件直接连接并接收来自被感测部件的热量；温度传感器，设置在所述壳体内，且与所述传热部分连接以接收来自传热部分的热量；短距无线通信器件，与温度传感器通信连接，以接收来自所述温度传感器的感测信号并发射与该感测信号对应的第一输出信号。进一步地，本发明还提供一种温度感测系统及其使用方法。该温度传感器组件融合了短距无线通信技术，消除了传统温度传感器所使用的数据线缆，且该温度传感器组件尺寸小、安装方便，可以广泛应用于矿山机械、火车、地铁列车等安装空间有线、布线不便、工况恶劣等场景。

Description

温度传感器组件、温度感测系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种温度传感器组件、温度感测系统及其使用方法。

背景技术

传感器通常用于针对各种部件或结构感测感兴趣的物理量，并将感测数据向外输出。然而，常见的传感器通常需要通过电缆或导线来传输感测数据。对于某些应用，例如针对火车、地铁列车的车轮、轮轴、轴承、定子等，温度数据对于设备的运行具有至关重要的作用，但是由于空间条件和具体工况的限制，通常无法采用通过电缆或导线连接的传感器来感测温度数据，或者即使安装这类温度传感器，也因距离被测部件很远，而无法获得准确的温度信号。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种温度传感器组件，包括：壳体，具有传热部分，所述传热部分用于与被感测部件直接连接并接收来自被感测部件的热量；温度传感器，设置在所述壳体内，且与所述传热部分连接以接收来自传热部分的热量；短距无线通信器件，与温度传感器通信连接，以接收来自所述温度传感器的感测信号并发射与该感测信号对应的第一输出信号。

进一步地，本发明还提供一种温度感测系统，包括：如上所述的温度传感器组件；远距无线通信模块，设置在温度传感器组件的所述短距无线通信器件的信号覆盖范围内，该远距无线通信模块接收来自所述短距无线通信器件的第一输出信号，并向远程计算设备发射与该第一输出信号对应的第二输出信号。

进一步地，本发明还提供一种温度感测系统的使用方法，所述温度感测系统是如上所述的温度感测系统，该使用方法包括：将所述温度传感器组件的所述传热部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接连接，所述部件作为所述被感测部件；将所述远距无线通信模块设置在所述动力机械或交通工具上且位于所述短距无线通信器件的信号覆盖范围内。

该温度传感器组件和温度感测系统融合了短距无线通信技术，消除了传统温度传感器所使用的数据线缆，且该温度传感器组件尺寸小、安装方便，可以广泛应用于矿山机械、火车、地铁列车等安装空间有线、布线不便、工况恶劣等场景。

附图说明

图1是根据本发明的传感器组件的一优选实施例的示意图；

图2是根据本发明的温度感测系统的优选实施例的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种温度传感器组件，参见图1-2，该温度传感器组件1包括：壳体10，具有传热部分101，所述传热部分101用于与被感测部件直接连接并接收来自被感测部件的热量；温度传感器20，设置在所述壳体10内，且与所述传热部分101连接以接收来自传热部分的热量；短距无线通信器件30，与温度传感器20通信连接，以接收来自所述温度传感器20的感测信号，并且例如根据短距无线通信协议发射与该感测信号对应的第一输出信号S1。

本发明的温度传感器组件特别适用于无法使用传统有线传感器且安装空间有限的被感测部件，特别是应用于火车、地铁列车、矿山机械、甚至船舶这样的相对于地面运动的动力机械或交通工具中的需要感测温度的部件。以火车、地铁列车这样的交通工具为例，被感测部件例如包括但不限于其车轮、轮轴、轴承、定子等的相关部件等。这种应用场景下，由于这类交通工具所包括的设备众多、内部空间有限，常常无法针对相关设备或部件设置温度传感器，若采用常规的通过导线传输数据的温度传感器，也会在温度传感器的安装、布线、信号采集等方面造成困难，甚至带来安全隐患。

因此，本发明的温度传感器组件将温度传感器与短距无线通信技术相结合，可以针对各种被感测部件来执行温度感测，并将温度感测结果以短距无线通信方式发送出去，从而避免了传统传感器所必需的用于传输感测结果的线缆等，且该温度传感器组件尺寸小、安装方便，可以应用于各种传统有线温度传感器无法胜任的场景。

进一步优选地，传热部分101可以形成为具有腔体102，温度传感器20例如设置在腔体102中且与腔体102的内壁以传热方式连接。传热部分101例如可以由具有良好传热能力的金属材料形成，例如钢等。在图1-2所示的实施例中，温度传感器20紧贴腔体102的底壁安装，温度传感器组件1则安装在轴承壳体上方，从而安装在底壁的温度传感器20可以更靠近产生热量的轴承。在其他情况下，例如当温度传感器组件安装在被感测部件的其他位置时，可以适当调整温度传感器20的位置，例如安装在侧壁，只要其能更靠近产生热量的部位即可。应理解，温度传感器20可以通过粘接、焊接、卡扣连接、螺纹连接等方式与腔体102的内壁直接连接，从而尽可能减少温度信号的衰减。

根据进一步的改进，腔体102的内壁还可以包括凹槽(未示出)，所述凹槽中可以填充有导热物质(例如导热胶)，所述导热物质至少部分地包围并接触温度传感器20，从而不仅可以确保温度传感器20的稳定安装还可以确保热量的传递。

根据进一步的优选实施例，传热部分101还可以形成为具有设置在腔体102外壁上的螺纹(未示出)，所述螺纹能与被感测部件螺纹连接。例如图2的实施例，温度传感器组件1通过传热部分101处的螺纹旋拧到被感测部件40上。根据该实施例，传热部分101可以形成为圆柱形，并在该圆柱形传热部分101的外壁形成螺纹，从而该传热部分101可以旋拧到被感测部件40(例如可以是轴承壳体)，从而更有利于保证温度传感器组件靠近产生热量的部位。

根据本发明的其他改进，温度传感器组件还包括覆盖件70，所述覆盖件可以由非金属材料(例如树脂、塑料、橡胶等)制造且与壳体10密封连接(例如通过螺纹连接)。具体地，在传热部分101由能够传热的金属制造时，非金属制造的覆盖件70能确保短距无线通信器件30的信号顺利发射出去。

进一步优选地，温度传感器组件1还可包括电池80，其例如可以实施为可无线充电的电池，以为短距无线通信器件和其他耗电部件等提供电力。另外，温度传感器组件1的电器件(温度传感器20、短距无线通信器件30等)可以安装在同一块PCB板90上。

进一步优选地，该温度传感器组件1还可包括控制器件50，其接收来自传感器组件1外部的开启/关闭信号，以控制传感器组件的开启和关闭。该开启/关闭信号例如可以是手动操作、无线电信号、光信号、声信号等，相应地控制器件50可以是适应开启/关闭信号的任何合适开关装置、器件、电路等，或者控制器件50还可以简单实施为定时开关，以在设定的时间段开启/关闭温度传感器组件1。进而，通过控制器件，温度传感器可以设置为按一定的时间间隔来感测温度信号，该时间间隔可以根据实际需要设置为任何合适的范围，例如数小时、数分钟、数秒钟感测一次等。

如前所述，由于安装空间、温度传感器组件的结构尺寸等的限制，选用占用空间较小的短距无线通信器件30，其例如可以是RFID器件、蓝牙器件、NFC器件、ZigBee器件、UWB器件中的一种。从而根据本发明的温度传感器组件在实现温度感测和无线传输感测结果的同时，还可以保证其结构尺寸足够小，以适用于安装空间有限的场合。

此外，由于短距无线通信器件的信号传输范围有限，因此本发明还提出一种温度感测系统，其可以将温度感测结果传输到更远的范围。

根据图2所示的另一优选实施例，本发明还提出一种温度感测系统，其包括，如上所述的温度传感器组件1和远距无线通信模块60。所述远距无线通信模块60设置在温度传感器组件1的短距无线通信器件30的信号覆盖范围内，且可以位于任何合适的位置(可以根据所应用的部件及其周围环境设置合适的安装位置)。该远距无线通信模块60接收来自短距无线通信器件30的第一输出信号S1，并向远程计算设备发射与该第一输出信号S1对应的第二输出信号S2。通过该温度感测系统，来自被感测部件的温度信号被温度传感器20感测，并经过温度传感器组件1的短距无线通信器件30发送至远距无线通信模块60，该远距通信模块60又将该温度信号发送至距离更远的远程计算设备。

具体地，该远距无线通信模块60相对于短距无线通信器件30具有更远的通信范围，且可以以各种方式实施，例如可以实施为GMS模块、CDMA模块、3G/4G/5G通信模块、WiFi模块等，从而该第二输出信号S2例如可以发送到远程计算设备，该远程计算设备包括但不限于云计算设备、远程控制器、远程服务器、远程数据库、远程移动计算设备(例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等)等。

这种温度感测系统更有利于在例如火车、地铁列车这样的相对于地面运动的动机机械或交通工具上应用。例如在安装至火车的情况下，温度传感器组件1可以直接安装在被感测部件上(例如安装在轴承组件的壳体)，且例如实施为蓝牙模块，而远距无线通信模块60可以在蓝牙信号范围内安装在火车上的任何合适位置且可以实施为5G通信模块，只要能接收到来自温度传感器组件1的蓝牙信号即可。

在未示出的另一优选实施例中，温度感测系统可以包括至少一个温度传感器组件和至少一个远距无线通信模块。进而，每个远距无线通信模块可以与一个或多个温度传感器组件对应并接收来自所述一个或多个温度传感器组件的第一输出信号，并发射与每个第一输出信号对应的第二输出信号。

也就是说，每个远距无线通信模块可以与多个温度传感器组件配对，在这种情况下，远程计算设备也可以分别控制每个远距无线通信模块，进而可以控制与之对应的温度传感器组件。当然，也可以存在一个温度传感器组件与多个远距无线通信模块配对的情况，以便在其中一个远距无线通信模块故障时，其他远距无线通信模块仍能保证温度感测信号的远距传输。

这种包括多个温度传感器组件和多个远距通信模块的温度感测系统特别适用于存在需要温度感测的多个目标的场合。例如火车、地铁列车这样的交通工具包括复杂的动力系统、传动系统、和众多运动部件等(例如许多轴和轴承组件)，且用于布置传感器的空间通常十分有限。因此，可以将该温度传感器系统的多个温度传感器组件设置在需要感测温度的多个位置(例如多个轴承组件的各自壳体处)，并将与该多个温度传感器组件对应的远程无线通信模块设置在该多个温度传感器组件的信号覆盖范围的任何合适位置，且远离工作中的被感测部件。从而可以实现有限空间中的多点温度感测和感测结果传输。另外，当温度感测系统包括多个远程无线通信模块(其每一个又可以对应多个温度传感器组件)时，多个远程无线模块之间可以相对独立或可以相互通信，并可以受到来自远程计算设备的控制。

进一步优选地，如图2所示，远距无线通信模块60还包括振动传感器601和与被感测目标40刚性连接的振动传递结构401。该振动传递结构401可以是任何合适的用于传递振动的机械结构，例如具有一定刚性的连杆、绳索等。该振动传感器601通过所述振动传递结构401接收来自被感测目标40的振动信号，且远距无线通信模块60可以根据所述振动信号启动温度传感器组件1。

举例来说，例如当该温度感测系统应用于火车、地铁列车这样的交通工具的轴承组件(作为被感测部件40)时，在交通工具运行时，轴承组件将产生振动，该振动通过振动传递结构401传递至振动传感器601，并进而传递至远距无线通信模块60，此时可以认为温度感测系统已经感测到该交通工具开始运行。随后，该远距无线通信模块60向温度传感器组件1发送启动信号，例如该启动信号作为如上所述的开启/关闭信号来唤醒控制器件50，以启动温度传感器组件1。此外，振动传感器601所感测的振动信号也可以发送到远程计算设备。远距无线通信模块60还可以包括必要的开关、控制器、电池等。

进而，本发明还提供一种温度感测系统的使用方法，使其特别适用于上述相对于地面运动的动力机械或交通工具。该方法包括：将所述温度传感器组件的所述传热部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接连接，所述部件作为所述被感测部件；将所述远距无线通信模块设置在所述动力机械或交通工具上且位于所述短距无线通信器件的信号覆盖范围内。

进一步优选地所述被感测部件包括产生热量的部位，所述温度传感器组件的所述传热部分与所述被感测部件直接连接的位置设置为靠近所述产生热量的部位。具体而言，以火车、地铁列车为例，被感测部件可以是火车或地铁列车上的轴承组件，且该轴承在旋转过程中产生大量的热。由于温度传感器组件不可能直接安装在轴承本身上，因此，本发明的温度传感器组件可以安装在轴承组件的轴固定端、壳体、箱盖、支架等上，但应尽可能靠近产生热量的部位(即轴承)。应理解，此处所说的靠近(或尽可能靠近)可以理解为在安装空间、安装手段、安装条件等允许的情况下在距离上接近或靠近产生热量的部位，从而使得热传递路径尽可能缩短，以避免过多地衰减。

另外，上文所说的温度传感器组件的壳体的传热部分与被感测部件直接连接是指，二者直接物理连接，而没有介于二者之间的安装结构或部件，从而更有利于保证温度传感器组件靠近产生热量的部位，以便获取更准确的温度信号。

上文中参照优选的实施例详细描述了本公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种温度传感器组件，包括：

壳体，具有传热部分，所述传热部分用于与被感测部件直接连接并接收来自被感测部件的热量；

温度传感器，设置在所述壳体内，且与所述传热部分连接以接收来自传热部分的热量；

短距无线通信器件，与温度传感器通信连接，以接收来自所述温度传感器的感测信号并发射与该感测信号对应的第一输出信号。

2.如权利要求1所述的温度传感器组件，其中，所述传热部分形成为具有腔体，所述温度传感器设置在所述腔体中且与所述腔体内壁以传热方式连接。

3.如权利要求2所述的温度传感器组件，其中，所述腔体内壁包括凹槽，所述温度传感器设置在所述凹槽中，且所述凹槽中填充有导热物质，所述导热物质至少部分地包围并接触所述温度传感器。

4.如权利要求2所述的温度传感器组件，其中，所述传热部分还形成为具有设置在腔体外壁的螺纹，所述螺纹能与被感测部件螺纹连接。

5.如权利要求1所述的温度传感器组件，还包括控制器件，其接收来自温度传感器组件外部的开启/关闭信号，以控制温度传感器组件的开启和关闭。

6.一种温度感测系统，包括：

如权利要求1-5中任一项所述的温度传感器组件；

远距无线通信模块，设置在温度传感器组件的所述短距无线通信器件的信号覆盖范围内，该远距无线通信模块接收来自所述短距无线通信器件的第一输出信号，并向远程计算设备发射与该第一输出信号对应的第二输出信号。

7.如权利要求6所述的温度感测系统，其中，温度感测系统包括至少一个温度传感器组件和至少一个远距无线通信模块，

其中，每个远距无线通信模块与一个或多个温度传感器组件对应并接收来自所述一个或多个温度传感器组件的第一输出信号，并发射与每个第一输出信号对应的第二输出信号。

8.如权利要求6所述的温度感测系统，其中，所述远距无线通信模块还包括振动传感器和与被感测目标刚性连接的振动传递结构，

其中，所述振动传感器通过所述振动传递结构接收来自被感测目标的振动信号，且所述远距无线通信模块根据所述振动信号启动所述温度传感器组件。

9.一种温度感测系统的使用方法，所述温度感测系统是如权利要求6-8中任一项所述的温度感测系统，该使用方法包括：

将所述温度传感器组件的所述传热部分与相对于地面运动的动力机械或交通工具所包括的部件直接连接，所述部件作为所述被感测部件；

将所述远距无线通信模块设置在所述动力机械或交通工具上且位于所述短距无线通信器件的信号覆盖范围内。

10.如权利要求9所述的使用方法，其中所述被感测部件包括产生热量的部位，

所述温度传感器组件的所述传热部分与所述被感测部件直接连接的位置设置为靠近所述产生热量的部位。

Images