CN203455028U

CN203455028U - 无源无线测温测流系统

Info

Publication number: CN203455028U
Application number: CN201320586836.5U
Authority: CN
Inventors: 王龙; 吴孝兵; 赵国栋; 滕明茂
Original assignee: HANGZHOU SUPER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Ningbo Qixin Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-09-23

Abstract

本实用新型公开了一种无源无线测温测流系统，其包括电流测量模块、温度测量模块、微处理器、无线通讯模块和为整个系统供电的供电模块，所述电流测量模块和温度测量模块分别与所述微处理器电连接；供电模块包括依次连接的振动发电片、整流电路和升压模块，升压模块连接微处理器的电源输入端，振动发电片上开有若干个用于安装配重件的配重孔，配重件包括螺母和螺栓，振动发电片固定在被测电机上。本方案采用振动发电片将动能转换为电能，为测温测流系统供电。通过配重件可以改变振动发电片的质量来改变其固有频率，使其尽量与电机的振动频率相近，获得较大的能源采集能力。本方案适用于对有电机或其他振动设备的电路进行测温测流。

Description

无源无线测温测流系统

技术领域

本实用新型涉及一种传感设备，尤其是涉及一种具有自发电功能的无源无线测温测流系统。

背景技术

针对目前无线测温技术，大部分的测温产品的电源均采用电池或CT取电模式。电池的使用存在一个使用寿命的问题，使用一段时间以后电池耗尽就需要更换电池，而且电池的漏液和爆炸都会造成安全隐患。而CT取电存在体积大、安装不便的问题，并且在超强磁场中会产生振动和发热，对电力设备产生严重的危害。

中华人民共和国国家知识产权局于2008年11月05日公开了授权公告号为CN201145943Y的专利文献，名称是温差无线红外温度传感器，其设有半导体温差发电装置、保护热电阻、红外发射管和散热装置。半导体温差发电装置由半导体温差模块加热端导热底壳和热端散热铜板组成，在散热铜板上设有散热器，相互之间由聚四氟乙烯绝缘紧固为一体。散热器顶部设有电光转换红外发射管。热保护电阻设置在散热器内部，与半导体温差模块和红外发射管相连接。此方案通过半导体温差发电装置供电，但是供电方式较为单一，在温差不大的环境下难以实现自我供电的目的，适用范围有一定的限制。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在使用寿命有限、难以在小温差环境工作等技术问题，提供一种具有较长使用寿命，体积小、可以在小温差环境下工作、具有良好适用性的无源无线测温测流系统。

本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无源无线测温测流系统，包括电流测量模块、温度测量模块、微处理器、无线通讯模块和为整个系统供电的供电模块，所述电流测量模块和温度测量模块分别与所述微处理器电连接，所述微处理器和所述无线通讯模块之间连接有第二开关管，所述第二开关管的被控端与微处理器的控制端连接，所述第二开关管的输入端与微处理器的电源输出端连接，所述第二开关管的输出端与无线通讯模块的电源输入端连接，所述微处理器还通过串行接口连接无线通讯模块；所述供电模块包括振动发电片、整流电路和升压模块，所述振动发电片的正极通过整流电路连接升压模块的正极输入端，振动发电片的负极连接升压模块的负极输入端，升压模块连接微处理器的电源输入端，所述振动发电片包括贴合在一起的金属片和陶瓷片，所述金属片为负极，陶瓷片为正极，所述金属片的面积大于陶瓷片的面积，金属片未被陶瓷片覆盖的部分开有若干个用于安装配重件的配重孔，所述配重件包括螺母和螺栓，所述振动发电片固定在被测电机上。

本方案主要应用在有电机的一些电路中，特别是一些大功率、大电流的驱动系统。电机工作中会产生一定频率的振动，本方案采用振动发电片将动能转换为电能，为测温测流系统供电。温度测量模块为常规的热敏电阻或热电偶式的温度传感器，电流测量模块为常规的感应式电流传感器。温度测量模块和电流测量模块将检测到的信号发送给微处理器，微处理器通过串行总线将要发送的数据传递给无线通讯模块，并通过第二开关管控制无线通讯模块的工作时间，在不需要发送数据的时候停止无线通讯模块的供电，节省能源。无线通讯模块将数据通过无线网络（如2G、3G网络）传递给接收服务器。在电机的振动频率和振动发电片的固有频率相近或相同（谐振）时，振动发电片会有最大的输出电流。物体的固有频率和其质量、大小、温度、形状、密度、弹性模量等都有关系，不同的使用环境对需要振动发电片的固有频率不同。本方案通过在配重孔上安装配重件来改变振动发电片的质量来改变其固有频率，使其尽量与电机的振动频率相近。根据需要可以在振动发电片上安装不同数量的配重件。

作为优选，所述供电模块还包括继流电容，所述继流电容的正极连接升压模块的正极输入端，所述继流电容的负极连接升压模块的负极输入端。继流电容将前面的微弱电能聚集到一起，以供充电泵使用。

作为优选，所述升压模块包括自举升压电路、充电泵和超级电容，所述自举升压电路的输入端连接继流电容的正极，所述自举升压电路的输出端连接超级电容的正极，所述充电泵的控制端连接自举升压电路的控制端，充电泵的另一端连接超级电容的负极，所述超级电容的正极为升压模块的正极输出端，所述超级电容的负极同时作为升压模块的正极输入端。升压模块将电压提升到足够后续电路使用的程度。

作为优选，所述升压模块还包括稳压保护电路，所述稳压保护电路的正极连接超级电容的正极，所述稳压保护电路的负极连接超级电容的负极。稳压保护电路防止升压模块的输出电压过大损坏其他元件。

作为优选，所述升压模块和微处理器之间还串接有管理电路，所述管理电路包括电压检测芯片和第一开关管，所述电压检测芯片与超级电容并联；所述第一开关管的被控端连接电压检测芯片的控制端，所述第一开关管的输入端连接超级电容的正极，第一开关管的输出端连接微处理器的电源输入端正极。管理电路能在超级电容能量收集未满时，将系统供电电源与后级电路完全切断，使能量收集工作在更高效的状态。

作为优选，无源无线测温测流系统还包括电磁感应取电模块，所述电磁感应取电模块包括铁芯和围绕在铁芯上的绕线线圈，所述绕线线圈放置在有被测电路的导线旁并与导线垂直，绕线线圈的与振动发电片并联。在振动发电片产生的电量不足时，可以通过感应取电的方式获取能量。

作为优选，所述磁芯的材质为坡莫合金。利用坡莫合金特有的磁特性，在超强交变电磁场下的特殊应用场合，几乎不产生由于铁磁振荡产生的振动、声音和发热现象，传统硅钢铁芯不能在此场合应用或需要很大的功率（体积）。

作为优选，无源无线测温测流系统还包括温差发电片，所述温差发电片与振动发电片并联，所述温差发电片贴合在被测电路的电缆接线端子上。电力电缆中有电流时，由于触头处有微电阻的存在，电缆接线端子处的温度会比其周围的温度高6～12摄氏度。本系统采用市场上常见的半导体温差发电片，将此温差转换成电能，采用专用的充电泵将电能累积于电容器，以供系统实用。

本实用新型带来的有益效果是，可以实现设备的长期运行，减少了检修带来的不便；通过调整振动发电片的质量来使其固有频率与电机的振动频率接近，有效提高能量采集能力；增强测温测流数据的实时性，及时反馈监测信息；自身无振动和发热产生，减少了对电力设备的危险性和设备损坏；无需电池供电；可以工作在多种环境下。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路图；

图2是本实用新型的一种振动发电片结构示意图；

图中：1、振动发电片，2、温差发电片，3、电磁感应取电模块，4、自举升压电路，5、稳压保护电路，6、电压检测芯片，7、微处理器，8、温度测量模块，9、无线通讯模块，10、电流测量模块，11、金属片，12、陶瓷片，13、配重孔。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种无源无线测温测流系统，如图1所示，包括温度测量模块8、电流测量模块10、微处理器7、无线通讯模块9和为整个传感器供电的供电模块。电流测量模块10和温度测量模块8分别与微处理器模块7电连接，微处理器7和无线通讯模块9之间连接有第二开关管T2，第二开关管T2的被控端与微处理器7的控制端连接，第二开关管的输入端T2与微处理器7的电源输出端连接，第二开关管T2的输出端与无线通讯模块9的电源输入端连接，微处理器7还通过SPI通讯总线连接无线通讯模块9。

供电模块包括振动发电片1、温差发电片2、电磁感应取电模块3、整流电路、过压保护电路、继流电容C1、管理电路和升压模块。整流电路采用整流二极管D1。过压保护电路包括两个负极相互连接的单向稳压二极管D2和D3，单相稳压二极管D2和D3的正极分别连接振动发电片1的两个输出端。振动发电片1的正极连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极连接继流电容C1的正极，振动发电片1的负极连接继流电容C1的负极。

升压模块包括自举升压电路4、充电泵K、超级电容C2和稳压保护电路5，自举升压电路4是一个自激振荡电路，自举升压电路4的输入端连接继流电容C1的正极，自举升压电路4的输出端连接超级电容C2的正极，充电泵K的控制端连接自举升压电路4的控制端，另一端连接超级电容C2的负极，超级电容C2的正极为升压模块的正极输出端，超级电容C2的负极同时作为为升压模块的负极输入端和升压模块的负极输出端，自举升压电路4的输入端为升压模块的正极输入端。继流电容C1的正极连接升压模块的正极输入端，继流电容C1的负极连接升压模块的负极输入端。稳压保护电路5的正极连接超级电容C2的正极，负极连接超级电容C2的负极。

管理电路包括电压检测芯片6和第一开关管T1，电压检测芯片6与超级电容C2并联；第一开关管T1的被控端连接电压检测芯片6的控制端，第一开关管T1的输入端连接超级电容C2的正极，第一开关管T1的输出端连接微处理器7的电源输入端正极。微处理器的电源输入端负极连接升压模块的负极输出端。

如图2所示，振动发电片包括贴合在一起的金属片11和陶瓷片12，金属片11为振动发电片的负极，陶瓷片12为振动发电片的正极，金属片11的面积大于陶瓷片12的面积，金属片11未被陶瓷片12覆盖的部分开有若干个用于安装配重件的配重孔13，配重件包括螺母和螺栓。振动发电片固定在被测电机上。陶瓷片为常见的锆、钛、铅的氧化物配制后烧结而成的锗钛酸铅压电陶瓷片。

电磁感应取电模块3包括磁芯和围绕在磁芯上的绕线线圈，绕线线圈放置在有被测电路的导线旁并与导线垂直，绕线线圈的与振动发电片并联。述磁芯的材质为坡莫合金。

温差发电片与振动发电片并联，并贴合在被测电路的电缆接线端子上。

本方案具有以下特点：

1、电磁感应取电：根据安培定则，将带铁芯的绕线线圈放在有电流流过的导体旁，使导线与绕线线圈垂直相交，则能从绕线线圈感应出电能，采用专用的充电泵将电能累积起来，以供整个测温测流系统使用，取代了传统的电池供电技术。

2、坡莫合金取代绕线线圈的铁芯：利用其特有的磁特性，在超强交变电磁场下的特殊应用场合，几乎不产生由于铁磁振荡产生的振动，声音和发热现象，传统硅钢铁芯不能在此场合应用或需要很大的功率（体积）。

3、温差发电：电力电缆中有电流时，由于触头处微接触电阻的存在，电缆接线端处的温度会比其周围的环境温度高6～12℃，本系统利用市场上常见的半导体温差发电片，将此温差转换成电能，采用专用的充电泵将电能累积于电容器，以供测量系统使用，取代了传统的电池供电方式。

4、振动发电：在电机测温系统中，由于电机工作中会产生一定频率的振动，本系统采用压电陶瓷振动片，通过调整其大小和重量，使其产生与电机接近的振动频率（谐振），采用专用的充电泵电路，将电能存储于电容器中，以供测量系统使用，取代了传统的电池供电方式。

5、稳压二极管保护电路：传统的CT取电一般用TVS管连接于绕线线圈两端来防止由于电流太大（过压）时烧坏后级电路来保护，本系统采用两只单向稳压二极管负端相连组成的保护系统，将取电电压钳位在系统设计的定值，能长时间稳定的工作，工作原理与TVS管截然不同。TVS管不能长时间工作在稳压（击穿）状态。

6、电源阀电路：由NMOS场管和电压监测芯片组成的电源阀。本系统设计的电源阀，能在能量收集未满时，将系统供电电源与后级电路完全切断，使能量收集工作在更高效的状态。

7、高精度温度采样芯片：本系统采用高精度（±0.5℃），宽量程（-55℃ ～ +150℃）温度采样芯片，以满足电力行业无线测温要求。

8、高精度电流采样芯片：本系统采用高精度、宽量程电流采样芯片测量量程可达（10A ～ 3000A），以满足电力行业无线测量电流要求

9、超低功耗MCU设计：本系统采用业内流行的超低功耗MCU设计,并在程序上做电源和低功耗管理，只需很小的绕线线圈就能给整个系统稳定供电。

10、RF隔离技术：本系统采用高频无线电数据传输技术，数据接收装置与被测点无需任何物理连接，电气隔离更安全可靠。

11、CRC校验：本系统采用循环冗余码校验技术，数据接收端对收到的数据进行CRC校验，进一步提高测量的可靠性，避免了数据错报和误报。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了振动发电片、充电泵、开关管等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims

1.一种无源无线测温测流系统，包括电流测量模块、温度测量模块、微处理器、无线通讯模块和为整个系统供电的供电模块，其特征在于，所述电流测量模块和温度测量模块分别与所述微处理器电连接，所述微处理器和所述无线通讯模块之间连接有第二开关管，所述第二开关管的被控端与微处理器的控制端连接，所述第二开关管的输入端与微处理器的电源输出端连接，所述第二开关管的输出端与无线通讯模块的电源输入端连接，所述微处理器还通过串行接口连接无线通讯模块；所述供电模块包括振动发电片、整流电路和升压模块，所述振动发电片的正极通过整流电路连接升压模块的正极输入端，振动发电片的负极连接升压模块的负极输入端，升压模块连接微处理器的电源输入端，所述振动发电片包括贴合在一起的金属片和陶瓷片，所述金属片为负极，陶瓷片为正极，所述金属片的面积大于陶瓷片的面积，金属片未被陶瓷片覆盖的部分开有若干个用于安装配重件的配重孔，所述配重件包括螺母和螺栓，所述振动发电片固定在被测电机上。

2.根据权利要求1所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，所述供电模块还包括继流电容，所述继流电容的正极连接升压模块的正极输入端，所述继流电容的负极连接升压模块的负极输入端。

3.根据权利要求2所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，所述升压模块包括自举升压电路、充电泵和超级电容，所述自举升压电路的输入端连接继流电容的正极，所述自举升压电路的输出端连接超级电容的正极，所述充电泵的控制端连接自举升压电路的控制端，充电泵的另一端连接超级电容的负极，所述超级电容的正极为升压模块的正极输出端，所述超级电容的负极同时作为升压模块的正极输入端。

4.根据权利要求3所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，所述升压模块还包括稳压保护电路，所述稳压保护电路的正极连接超级电容的正极，所述稳压保护电路的负极连接超级电容的负极。

5.根据权利要求4所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，所述升压模块和微处理器之间还串接有管理电路，所述管理电路包括电压检测芯片和第一开关管，所述电压检测芯片与超级电容并联；所述第一开关管的被控端连接电压检测芯片的控制端，所述第一开关管的输入端连接超级电容的正极，第一开关管的输出端连接微处理器的电源输入端正极。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，还包括电磁感应取电模块，所述电磁感应取电模块包括磁芯和围绕在磁芯上的绕线线圈，所述绕线线圈放置在有被测电路的导线旁并与导线垂直，绕线线圈的与振动发电片并联。

7.根据权利要求6所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，所述磁芯的材质为坡莫合金。

8.根据权利要求6所述的无源无线测温测流系统，其特征在于，还包括温差发电片，所述温差发电片与振动发电片并联，所述温差发电片贴合在被测电路的电缆接线端子上。