CN205122774U - 一种天线以及传感器 - Google Patents

Abstract

一种天线以及传感器。其中天线整体呈套环形结构，所述天线整体呈环形结构，包括同轴套设的环形绝缘支撑、位于天线内侧的环形地电极以及位于天线外侧的天线辐射体；环形天线地电极与天线辐射体之间径向间隔一定距离；所述天线辐射体绕成环形或弧形；所述天线环形结构对应的中心角为180-360度。本实用新型的无线传感信号强和质量稳定。而且不论电动机如何高速转动，传感器天线和读取天线的距离和相对角度总是保持不变，无线信号强度稳定，测温准确。

Description

一种天线以及传感器

技术领域

本实用新型属于天线及传感器领域，尤其涉及一种天线以及传感器。

背景技术

无线传感器在安全监控、自动化管理等方面的应用越来越广泛。有些特殊部件由于其本身的特殊性，对传感器的形状、体积和工作方式提出了很高的要求。例如，电力开关柜的动、静触头由于经常要开合操作，存在接触不良、触头氧化导致的温度过高现象，有必要安装温度传感器进行监测。火车或机床的转轴、传动轴在如果因为摩擦引起温度过高、会大大降低使用寿命，甚至导致安全事故，对这些轴承进行温度监测就可以及时发现隐患，预防事故发生。这些特殊部件的共同特点是：1)具有细长柱形金属外表；2)因为运动、旋转、高电压、遮挡等问题最好选择无线电信号与外界联系；3)对寿命、体积和维护方便性要求很高，尽量避免使用电池。因为这样的高要求，热敏电偶、光纤测温这些有线传感方式不可行，无线传感器是最佳选择。

无线传感器必须用到天线。但是常规的天线用于柱形体时，往往效果不佳，表现在以下几个方面：

一是金属部件对于无线信号的影响很大。例如在射频识别(RFID)领域，抗金属标签一直是个难点和研究热点。这是因为金属作为良导体，其表面的切向电场为零，这会严重影响贴近金属表面的天线的工作，导致无线读取距离近甚至读不出来。

二是金属对电磁波有很好的遮挡作用，如果传感器安装在金属轴的一侧，那么由于金属轴的遮挡，会造成无线信号的阴影区，在另一侧可能接收不到传感信号。

三是对安装和维护要求很高。安装在轴上的监测器不能突出太多，不能因为安装引入其他隐患，以免影响设备工作。维护也要求方便。

近些年市场上出现了声表面波温度传感器，这种传感器利用压电转换效应将无线射频信号转换成机械波能量而工作。因为传感器工作不需要电池，声表面波温度传感器也被称为“无源无线传感器”。声表面波温度传感器是依靠外部的电磁波获取工作能量的，相对于有源无线传感器都有信号弱、读取距离近的缺点，当用于柱形金属部件时尤其如此。

总之，由于以上诸多原因，目前市场上还没有一种能有效应用于电力开关柜触头、金属轴承的无线温度传感器。现有的解决方案一般存在信号不佳，体积大、寿命短等问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于：解决现有天线无线读取距离近甚至读不出来、造成无线信号的阴影区、缺乏轴对称辐射特性问题、安装和维护不便的问题，提供一种同样适用于柱形待测物的天线。

本实用新型解决的另一技术问题在于：解决现有传感器信号不佳，体积大、寿命短等问题，提供一种传感器，具备无源无线、轴对称收发信号、信号好、体积小、安装便利等特点，同样适用检测金属柱形待测物。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案：一种天线，所述天线整体呈环形结构，包括同轴套设的环形绝缘支撑、位于天线内侧的环形地电极以及位于天线外侧的天线辐射体；环形天线地电极与天线辐射体之间径向间隔一定距离；所述天线辐射体绕成环形或弧形；所述天线环形结构对应的中心角为180-360度。

所述环形天线地电极紧贴于环形绝缘支撑内壁；所述天线辐射体安装于环形绝缘支撑内；所述环形绝缘支撑、环形天线地电极、天线辐射体呈筒状结构；所述环形天线地电极的宽度不小于绝缘支撑宽度；所述天线辐射体宽度不大于天线地电极宽度。

所述天线辐射体与天线地电极之间形成短路或开路；天线辐射体与天线地电极之间添加补偿电容和/或电感。

所述天线辐射体为金属带；所述天线地电极是金属环；所述天线辐射体靠近环形绝缘支撑的外侧壁；所述天线辐射体绕成的环形或弧形其中心角为180-360度；所述天线套环形结构包括连续闭合的环形或者两端断开的开口环形结构；所述开口环形结构的天线，天线环形或弧形周长上形成一段缺口；所述开口环形结构的天线具有弹性，可弹性地张开或向内收拢。

所述环形绝缘支撑为实心环或空心环；当环形绝缘支撑为实心环时，所述天线辐射体嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内且贴近环形外侧壁；当所述环形绝缘支撑为空心环时，所述环形绝缘支撑包括环形内侧壁以及同轴环形外侧壁，所述环形内侧壁与环形外侧壁之间间隔一定距离地形成环形槽，所述天线辐射体环绕于环形槽内紧贴于绝缘支撑的外侧壁，其高度与环形槽上端圆弧面齐平。

本实用新型还提供一种传感器，包括所述的天线，进一步还包括传感芯片，所述传感芯片与所述天线之间电连接。

所述传感芯片为声表面波传感芯片，或者是通过对接收电磁波进行整流取电的半导体传感器芯片。

所述传感器为温度或振动或加速度或角速度传感器，所述传感器进一步包括金属座；所述金属座安装于所述环形绝缘支撑内，所述传感芯片安装于所述金属座上；所述金属座与所述天线地电极外表面紧密接触或为一体结构；所述传感器上设置自锁固结构，可自动张开或锁紧地与位于其环形内心的待测物相配合；所述自锁固结构为弹性结构；所述弹性结构包括由压缩弹簧弹性支撑的弹块，或者为弹簧，或者为弹片。

所述传感芯片安装于环形槽内或嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内；所述金属座安装于所述环形槽内或嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内；所述传感器进一步包括环形盖体，所述盖体盖于所述环形槽上；所述盖体与环形槽侧壁之间通过卡合、螺纹、或涨紧的方式配合；所述盖体上设置有增大手指摩擦的指纹区；所述弹性结构包括一弹簧以及弹块；所述弹簧收容于所述环形绝缘支撑的环形槽内；所述弹簧两端分别抵接于环形槽和弹块之间；所述环形槽的内侧壁上对应设置穿孔，所述弹块可伸缩地穿过所述穿孔，弹性抵紧于所述传感器环形内部安装的待测物体表面。

所述环形天线地电极的宽度大于环形绝缘支撑的宽度，并在其两端向外侧延伸；所述环形天线地电极的两端侧壁上形成穿孔。

所述芯片为声表面波温度传感芯片或通过对接收电磁波进行整流取电的半导体温度传感器芯片。

本实用新型产生的有益效果：通过采用具有轴对称辐射特性的套环形抗金属天线，可以方便的安装在柱形设备外围，具有轴对称辐射特性好、高度低和抗金属的特点，非常适合用于电力设备触头、轴承和火箭导弹等具有金属外壳的柱形装置。

另一方面，本实用新型的无线传感器是无线读取的，不需要电池供电，具有无源无线的优点，而且通过采用具有轴对称辐射特性的套环形抗金属天线，解决了金属柱形体的无线检测信号在不同角度位置差异大的问题；保证了传感器现场安装时无需附加的紧固装置，利用其自身结构固定，安装使用十分便捷与方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例一无源无线温度检测套环具体实施例的轴向结构示意图。

图2是图1套环的俯视图。

图3(a)和图3(b)分别是本实用新型实施例二采用第一种金属带馈电和接地方式的天线结构原理性示意图和结构实现图。

图4是本实用新型实施例二采用第二种金属带馈电和接地方式的天线结构原理性示意图。

图5是本实用新型实施例二采用第三种金属带馈电和接地方式的天线结构原理性示意图。

图6是本实用新型实施例三采用第四种金属带馈电和接地方式的天线结构原理性示意图。

图7是本实用新型实施例三传感器的结构示意图。

图8是本实用新型实施例三传的感器安装动触头臂上示意图。

图9(a)是本实用新型实施例四的传感器平面结构示意；图9(b)是图9(a)的立体爆炸图。

图10是本实用新型实施例四的传感器安装动触头臂上示意图。

图11是本实用新型实施例五传感器立体图。

图12是本实用新型实施例五传感器侧视图。

图13是本实用新型实施例五传感器立体分解图。

图14(a)是本实用新型实施例五传感器的主视平面图；图14(b)是图14(a)沿B-B方向的剖视图。

图15是本实用新型实施例六无线测温系统的示意图。

图16(a)是本实用新型实施六使用的工字弹片的主视平面图；图16(b)是弹片嵌入到传感器两个开槽后的截面图。

图17是本实用新型实施例六测温系统的立体爆炸图。

图18是本实用新型实施例六用于局部增加触臂直径的弹性铝环配件，其中18(a)为立体图，18(b)是18(a)沿C—C线的剖视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的天线，呈套环状，即由环形或筒状元件套设而成的环形结构。该环形天线包括环形或柱形的天线地电极、环形绝缘支撑、天线辐射体同轴地套设。天线地电极位于环形绝缘支撑内侧壁，且紧贴近内侧壁设置。天线辐射体安装于环形绝缘支撑内，并绕成环形或弧形。天线辐射体与天线地电极之间间隔一定径向距离。所述环形绝缘支撑用于固定天线辐射体以及天线地极且相互之间绝缘。天线地电极也可以是环形天线中心穿插的金属柱形待测物或金属中心轴构成，换言之，所述天线地电极是独立设置的金属环或者是由柱形待测物构成的金属环。

利用本实用新型的环形天线，加载传感芯片便可构成环形传感器，穿戴在柱形待测物外侧，测量温度、振动或加速度等。利用该传感器组装于柱形待测物上，结合安装附加部件，与数据处理中心进行通讯，从而构成无线检测系统。该检测系统天线辐射信号均匀稳定，安装方便、结构简单。

以下根据具体实施例进一步说明。

实施例一

无源无线传感器，是指无需电源供电，可无线读取的传感器，典型代表是声表面波传感器。另外，接收电磁波进行整流取电也可以驱动传感电路的工作，此类型的传感器本实用新型中定义为“射频整流取电的半导体传感芯片”。因此无源无线传感芯片可以包括声表面波传感芯片以及射频整流取电的半导体传感芯片。当然，其它类型的无源无线传感芯片也是适用的。无源无线这类传感器在电力开关柜测温等领域具有极大优势。

针对电力开关柜的动静触头、火车轮轴、机械传动轴等这些金属轴承部件的测温需求，本实施例提出了一种无源无线的温度检测套环传感器。这种套环具有适合金属轴承安装、完全无源(无需电池就能工作)、信号覆盖好、简单可靠等优点。

本实施例的套环，套环分为同心的外、中、内三层，外层是半环形或者螺旋形金属，内层是圆筒状金属，中间层是包括声表面波温敏谐振器、阻抗匹配电感电容在内的绝缘支撑；声表面波温敏谐振器的一端接内层金属筒，另一端通过阻抗匹配电感电容接外层金属中间位置；内层金属的孔径与所要安装的金属轴相吻合，外层金属是无线信号辐射层，其外径和周长根据工作频率而定。

为了保护外层金属，可以在外层金属层外面添加一层绝缘保护层。内层的金属筒起到参考地的作用，也可以由所安装的金属轴替代而省略，作为天线地电极。

本实施例的套环，其内、外层的金属形成一个天线，在合理的尺寸设计下，可以有效接收和发射声表面波温敏谐振器的无线信号，从而实现与外部接收装置的通信。根据仿真和试验结果，这种套环结构的辐射方向垂直于套环轴心，且在各个方向基本是均匀的(即具有轴对称辐射特性)。这说明当套环随着金属轴转动时，或者接收天线位于不同方向时，无线信号的收发是不受影响的，从而保证了信号传输良好。声表面波温敏谐振器是一种固有谐振信号随温度变化的无源器件，其厚度可以在1mm多些，长宽几个毫米。它在外部的电磁激励信号下可发生谐振，并在外部激励撤销后释放出某个频率的电磁信号。根据其释放的信号频率与温度的关系就可以检测出温度。由于其工作能量来自于外部激励，因此不需要电池供电，从而大大节省体积，有助于实现小型化，尽量减少了对设备的影响。

本实施例的套环在本质上是一个无源无线温度传感器，但由于其特殊的设计而解决了金属轴的无线温度检测问题，具有体积小、信号不受金属轴转动影响、安装维护方面等优点。尤其适合电力开关柜动静触头、火车轮轴、机床转轴等物体的测温。

将声表面波温敏谐振器换成带有质量加载块的声表面波谐振器，就构成无源无线振动或者角速度监测套环。从而根据需要，在本实施例的基础上实现温度以外的检测。

如果空间允许，声表面波温敏谐振器可以换成有源的无线温度或振动检测电路和电池，从而构成有源的温度或振动监测套环。有源的优势在于监测距离远。

请参照图1～2。其中标号1表示筒状金属层；标号2表示外层辐射金属层；标号3表示绝缘支撑；标号4表示声表面波温敏谐振器；标号5表示阻抗匹配电路；标号6表示通孔；标号7表示外壳。图1是无源无线温度检测套环具体实施例的轴向结构示意图。工作频率为900MHz，筒状金属层1为铜质材料，内经35mm。绝缘支撑3是一个圆形电路板，板材为RF4，介电常数4.3。圆形电路板上面焊接声表面波温敏谐振器4和匹配电路5，谐振器尺寸为5mm*5mm*12mm，匹配电感电容元件共有3个，0603封装。电路板外直径75mm，外层的辐射金属层为铜质半环形，周长在半波长左右。为了正确反映金属轴的温度，声表面波温敏谐振器4的外壳以及一个端与筒状金属层1紧密相连。阻抗匹配电路5一端连接声表面波温敏谐振器4的一端，另一端连接外层金属。绝缘外壳7为整个套环的提供保护。

通过HFSS软件对套环结构进行仿真计算，尤其是优化外层金属周长，可以使该结构对900MHz频率有很高的辐射特性，而且在垂直于轴向的各个方向上，辐射基本相等，也就是说在垂直轴向的辐射方向图是全向的。这样可以保证随着套筒的旋转，信号的接收和发射不受影响。

如果套环的外直径受到安装尺寸限制，则可以缩小外直径，根据要求的直径重新仿真计算得到合适的外层金属尺寸。总之，针对某个工作频率，套环的尺寸不是唯一的，而是根据需要而定。

实施例二

请参照图3～6，本实施例提出了一种具有轴对称辐射特性的套环形抗金属天线20，可以方便的安装在柱形设备外围，具有轴对称辐射特性好、高度低和抗金属的特点，非常适合用于电力设备触头、轴承和火箭导弹等具有金属外壳的柱形装置的温度、振动、加速度的测量。

本实施例提出的天线20，整体呈套环形，由位于内侧作为参考地(即天线地电极)的内金属环21、环形绝缘支撑22、位于外侧作为天线辐射体的金属带23三者同轴地由内至外地套设形成圆筒状结构。套环形天线20进一步设有产生谐振的电容28和/或电感27。内金属环21位于环形最内层绝缘支撑22的内侧；而金属带23埋设于或贴合安装于绝缘支撑22内部环绕成弧形或环形结构且与内金属环间隔一定间隔。作为一种实施方式，金属带23环绕于环形绝缘支撑22的外侧。环形绝缘支撑22的外径根据环境要求、天线20的带宽要求和绝缘材料的介电常数而确定。作为一具体实施，环形绝缘支撑22为一空心结构，具体是由其筒状内侧壁和筒状外侧壁之间形成环形槽，金属带23环绕于环形槽内贴近外侧壁。作为另一种实施方式，环形绝缘支撑22为实心环状，金属带23嵌埋于环形绝缘支撑22内靠近外侧壁。作为再一种实施方式，金属带23位于套设于环形绝缘支撑外侧壁，在金属带23外另设绝缘保护。作为又一种实施方式，金属带23实为环形绝缘支撑22外侧壁上的金属镀层或者导电涂层。本实施例中，参照图3(b)，环形绝缘支撑22包括环形内侧壁222，外侧壁220以及两侧壁与底壁共同限定的环形槽221。金属带23紧贴外侧壁220内位于环形槽内的内侧面而绕成弧形。天线地电极即内金属环21与外层金属带23构成天线结构，收发无线信号并与外部处理中心相互通讯。金属带23的宽度小于内侧金属环21的宽度(或称轴向高度)。金属带23的长度通过选择绝缘支撑材料的介电常数、金属带23的接地及馈电方式、添加谐振补偿电感27或者电容28来控制，但其长度主要满足绕套环20的弧形角度或中心角度在180度～360度之间，以获得较好的轴对称辐射特性。

所述内金属环21实际上是圆筒状的天线地电极的一种，其内径根据安装尺寸需要而定，与安装环境相吻合。

内金属环21上设置馈电的SMA射频接头25。SMA射频接头25的金属外壳与金属环21相连，SMA射频接头25的芯导体26与金属带23连接。环形绝缘支撑22的内侧壁222上形成一段开口223用于金属带23与内金属环21之间的短路线及芯导体26连接通道。

套环20的内径和外径通常是由安装环境而定的，当绝缘支撑22的材料也确定后，就需要设计天线金属带长度、馈电和接地方式，基本设计方法的具体实例如后文所详述。

参照图3(a)(b)，第一种类似于平面倒F天线(或PIFA天线)，金属带23的长度约在四分之一波长，一端与作为天线地电极的金属环21相连短路，另一端开路。馈电的射频接头芯导体26位于作为外层辐射体的金属带23中间偏短路一侧，使得短路的一侧形成电感效应；开路的一侧形成电容效应；二者在工作频点上形成并联谐振。金属带23的左端是开路的，右端是短路的，金属带23的电长度可以根据绝缘支撑22的材料介电常数和形状计算得到，这决定了该天线的工作频率。通过在金属带23上选择合适的位置作为馈电点，与射频接头芯导体26相连，该结构就会在这个频率上产生谐振，也就具有了天线的功能。

参照图4，第二种情况下，金属带23的一端连接馈电的射频接头芯导体26，另一端为开路状态，长度略小于四分之一波长，形成电容效应。射频接头芯导体26的旁边对地电极(内金属环21)之间接入一个电感27。金属带23与电感27在工作频点上产生谐振。相较于图3所示结构，图4所示的天线是将图3的天线从射频接头芯导体26右侧短路的部分金属带去掉，并接入一个适当的电感27，天线的基本性能不变，但金属带23的电长度缩小了。

参照图5，第三种情况下，金属带23的一端作为馈电点，另一端为短路状态，长度略小于四分之一波长，形成电感效应；在馈电点对地之间接入一个电容28；金属带23与电容28在工作频点上产生谐振。

参照图6，第四种情况下，套环20的直径较大，四分之一波长的金属带23绕套环不足半圈(180度)时，天线辐射的轴对称性就较差，这时可以采用长度约二分之一波长的金属带23，其一端作为馈电点，另一端与作为参考地电极的金属环21相连短路，金属带23与金属环21之间构成回路，在工作频点产生谐振。当套环天线要求的外径比较大，可采用二分之一波长的金属带23。图6的金属带23与内侧的铜环21构成了一个回路环，在某个频率上，这个回路环的周长就是一个波长，在这个频率上就具有良好的天线功能。

从以上四种情况下也可以看出，金属带23的长度是可以灵活控制的。在微波学上，微带线是具有电尺寸周期性的，所以容易推断，当套环直径比波长大很多时，金属带23的长度可以选择比二分之一波长还要长。而控制金属带23长度的方法就是通过金属带23的不同接地、谐振电容或电感值的选择，最终目的是使天线具有较好的轴对称辐射特性。

另外，本实施例的天线从外观上看是一个套环状，实际上并不要求一定是个360度封闭的套环。在没有辐射体金属带23的区域，即使开一个缺口对天线的性能影响也不大。这就为该天线的灵活安装和应用提供了更多可能。具体参照后述实施例三中的开口环形传感器中的天线结构

根据图4的结构设计了一款具体的天线，该天线的中心工作频点设计为433MHz；金属环21的内径为50～51mm，其轴向高度16mm；绝缘支撑22的材料为尼龙，空心，外径为76～78mm；金属带23宽5mm，长约14cm；调节电感7的值使其谐振在433MHz。经测试，该天线在垂直轴的平面上，其各个方向的增益相差小于4dB。

实施例三

将本实用新型的上述天线中设置传感芯片，或者用传感芯片取代天线中的射频接头，获得无线传感器。请参阅图7～8，本实施例提供一种环形开口结构的无线传感器10。该传感器10包括传感芯片101和环形开口天线30。该环形天线30整体呈弧形，即环形上缺损一段圆弧，从而形成弧形开口102。该环形天线30包括内开口金属环31、绝缘支撑32，开口金属环状的天线辐射体金属带33。金属环31、绝缘材料壳体32呈侧壁断开的筒状结构且相互套接。金属带33环绕绝缘材料壳体32呈弧形，开口102处无金属带33。

其中，内金属环31作为参考地，同时因其金属材质，用于电力开关柜动触头测温时，便于动触头发热部位更好的传导给传感芯片101。传感芯片101内接环形天线，由于天线呈弧形，信号向四周辐射，解决了不同角度位置引起的信号强度差异的问题。

绝缘支撑32包括环形外侧壁320和内侧壁322限定的一敞口环形槽321。环形绝缘支撑以及环形槽321具有一定高度。开口金属环31紧固定于环形绝缘支撑32的内侧壁322的内圆弧面。金属环31的高度不低于环形绝缘支撑32的高度(即宽度)，二者的圆弧长度相应，本实施例中二者圆弧角度或中心角相等。金属带32紧贴于环形槽321外侧壁320的内侧面绕成开口环形结构。金属带32的圆弧长度与内金属环31的长度相适应。本实施例中，内金属环31、绝缘支撑32、金属带33三者圆弧角度相等，且大于180度小于360度的大半圆弧，从而使得传感器的环形开口结构具备较佳的张紧力。

整个环形开口传感器10呈开口圆形，因此其整体具有一定的张力和弹力，安装于检测系统时，只需对传感器施加一定的张力便可套入柱形待测物如柱形动触头臂上，撤销所施加的张力后由传感器自身的弹力便可与柱形待测物夹牢紧固。安装使用十分便捷与方便。下面以开关柜动触头测温安装实施为例，说明该传感器其使用的优越性。

参照图8，是将环形开口无线传感器10用于电力开关柜动触头臂51测温的结构示意图。在实施过程中，将需安装使用的开关柜断路器的梅花头52取下，然后把开口环形传感器套入动触头臂锥形部位，在传感器10的开口处施加一定的力，传感器受力而使圆环扩大后，将传感器10推入动触头臂圆柱形部位，其后撤消施加的张力，环形传感器10自身具有的弹力作用于圆柱形动触头51。如此可使开口环形传感器与动触头臂挤压弹紧。最后将梅花头52套上，实现环形开口无线传感器对动触头臂的温度测量。

实施例四

请参阅图9-10，提供一种可以利用自身结构固定的环形无线传感器11。传感器11现场安装时无需附加的紧固装置，利用其自身的紧固机构112即可固定。下面以此无线传感器11在电力高压开关柜动触头测温安装应用为例，说明该传感器11使用的优越性。传感器11包括传感器电路板111、环形天线40、自紧固机构112。其中环形天线40包括传感器壳体即环形绝缘支撑42、天线地电极导热铜环41以及环绕成弧形的金属带43。

所述环形绝缘支撑42具有一定的轴向宽度或高度，包括环形外侧壁420和间隔一定距离的同心环形内侧壁422，环形外侧壁420与环形内侧壁422及底壁(未图示)共同限定敞口环形槽421。内金属环41紧贴于环形绝缘支撑42内侧壁422的内侧面。金属带43安装于环形槽421内紧贴绝缘支撑42的环形外侧壁420上，金属带43绕成成弧形，其弧形长度适合于其绕套环天线40的角度在180度～360度之间，以获得较好的轴对称辐射特性。

内金属环41的轴向长度即宽度一般不低于环形绝缘支撑42的宽度。

传感器电路板111上设置有感温芯片(未图标)用于检测环形天线40内部套设的动触臂51表面的温度并将温度信号传送至处理中心。感温芯片与环形天线40连接。电路板111安装于环形绝缘支撑42的环形槽421内。作为一种实施例，承载传感芯片的电路板111安装于由内金属环41径向延伸形成的导热金属座113上。导热金属座113是由沿内金属环41外侧径向向外延伸一定长度且穿过环形绝缘支撑42的内侧壁422上设置的开孔后，收容于环形槽421内。导热金属座113与内金属环41之间可以是不可分离的一体式结构，也可以是相互独立但相互紧密接触，有利于内金属环41的热量迅速传递给导热金属座，因此芯片能准确检测传感器40内部套设的动触臂温度。导热金属座113实质为芯片支撑座，用于安装芯片，使芯片与内金属环41以及金属带43之间相互电连接。

自紧固机构112为设置于环形传感器11环形内壁与待测柱形物体相接触，环形传感器11通过该自紧固机构112与待测柱形物体之间可自动卡紧或张开地相互配合，作为一种实施方式，二者之间弹性配合，自紧固机构112为弹性机构。

本实施例中，自紧固机构112包括弹块1120以及弹簧1121。弹块1120与弹簧1121相抵接，使弹块1120弹性抵接于动触臂或待测柱形物体表面。当柱形结构的动触臂或待测物体插入环形传感器11内部时，推动弹块1120压缩弹簧1121，弹块1120在弹簧1121弹力作用下紧紧抵接于动触头或待测柱形物体表面，从而达到固定作用。本实施例中，弹块1120安装于绝缘支撑42的环形槽421内，其一端即前端而可伸缩地穿过环形内侧壁422上对应的穿孔423以及内金属环41上的穿孔413后与动触臂或待测柱形物体51的表面弹性抵接；弹块1120的另一端即后端抵接于压缩弹簧1121。弹簧1121一端固定于环形槽421，另一端抵接于弹块1120的后端。具体是在环形槽421内设置导向盒(未图标)，弹簧1121定位于导向盒内。

本实施例的内金属环为接地导热铜环，其为金属材质，具有优良的导热性能，有助于将动触臂51发热部位热量迅速地传导到传感器电路板111上的感温芯片内部，同时该铜环41也作为环形天线40的地电极。环形天线40与传感器电路板111相连接，作为无线信号传输的通道，其圆弧结构特性保证了无线信号能够向四周辐射，解决了不同角度位置引起的无线信号强度差异较大的问题。环形传感器内部设置的弹块1120、弹簧1121的自动紧固机构112，能够保证传感器11跟被测物体51紧密接触。由于传感器11安装时无需其他的紧固装置，因此安装使用十分便捷与方便。

本实施例传感器11优良的导热性能有助于将动触臂51发热部位热量迅速的传导到传感器电路板111上的感温芯片内部。环形传感器11整体结构为环形状或筒状结构相互套设，现场安装时只需要将传感器套在被测柱形物体51上，传感器11内侧设置有突出的弹块1120，弹块1120跟壳体40上的弹簧1121相连，传感器11放置后弹块1120会利用弹簧1121的弹力紧紧压在被测物体51上。

图10是将环形自固定无线传感器11在动触臂51上测温的具体实施方式作进一步的说明。在实施过程中将需安装使用的开关柜断路器梅花头取下，然后把环形自固定传感器11套在动触臂51上靠近梅花头的部位，传感器11上设置的弹块1120因为后端弹簧1121的推动向前产生移动，继而跟动触臂51贴合在一起，此时弹簧1121并没有完全松弛因此会产生一定的推动力，弹块1121选用摩擦系数较大的材料制成，因此传感器11在动触头臂51上不会产品移动或者转动。整个传感器11安装过程没有其他附加操作，从而实现了传感器11的快速安装与固定。

实施例五

本实施例提出了一种用于电力开关柜触头测温的环形无源无线温度传感器11。传感器具有抗金属、信号轴向对称、高度低的特点，可有效解决目前工程中的电力开关柜触头的测温难题。具体请参阅图11～14。

传感器11包括由声表面波温度传感芯片1110、导热金属座113、环形盖板115、轴对称辐射的抗金属环形天线40组成。传感芯片1110设置于电路板111上，通过螺钉114安装于导热金属座113上。导热金属座113设置于天线40的内金属环41的外壁径向向外延伸，可以是与内金属环113不可分离的一体式结构，也可以是独立元件，与内金属环113的外壁之间紧密接触，利于热传导。芯片1110通过PCB板111承载而安装于导热金属座113的上表面且与紧密接触，从而适时感应金属座113的温度。所述的温度传感芯片1110通过电路板111及螺钉114拧紧固定在导热金属座113上。所述导热金属座113与所述天线的内金属环41连接在一起。

所述轴对称辐射的抗金属环形天线40包括作为参考地电极的内金属环41、外侧的耐高温绝缘材料支撑42和绕在绝缘材料支撑上的天线辐射体金属带43。

内金属环41可以是导热性及导电性强的材质做成导热导环状体，最佳为金属材料，也可采用导热及导电的非金属材质或复合材料或复合结构，也可称为内导热环，用于传导安装于其环形中心内部的待测物体表面的热量，以及作为天线40的参考地电极。内金属环41在轴向的高度大于环形绝缘支撑42的轴向高度，其两端轴向突出于绝缘支撑42的环形侧壁上设有穿孔116，通过用工具勾住穿孔116而可将传感器11安装于待测物体上或从待测物体上拉出传感器11，用于传感器11的安装固定和拆卸。

绝缘支撑42也为环形结构或筒状结构，包括环形内侧壁422、环形外侧壁420，以及二者之间间隔一定间隔形成的环形槽421。

所述的温度传感芯片1110、电路板111和导热金属座113都位于绝缘支撑42的环形槽421内。环形内侧壁422对应导热金属座113设置有通孔(未图标)，导热金属座422自内金属环41外表面穿过该通孔而收容于环形槽421中。

内金属环41紧贴于环形绝缘支撑42的环形内侧壁422的内侧面，二者之间可通过涨紧配合、摩擦配合、卡合、螺纹或其它可适用的方法，而将内金属环41安装于环形内侧壁422的内侧面。内金属环41与绝缘支撑42同轴安装。

金属带43为薄金属片呈长形带状，具有柔性，从而可绕环形绝缘支撑42绕成环形或弧形。天线辐射体金属带43紧贴在绝缘支撑42的环形外侧壁420的内侧面，位于环形槽内同轴安装。金属带43的上端圆弧边缘与环形绝缘支撑42的上端面齐平，利于天线信号收发。金属带43的长度末端设置连接线，与芯片1110及电路板111之间形成电连接。作为举例，芯片1110的地极与环形内金属环41相连，芯片1110的信号管脚通过匹配电感或者电容与金属带43相连。金属带43的长度一般不低于半周长，即金属带绕制成的弧形角度大于或等于180度而小于或等于360度。以确保较佳的轴对称辐射特性。

参照图14(b)，金属带43、芯片1110(装载于路板111)、导热金属座113、内金属环41之间相互接触，实现热传导和电连接。

本实施例中，绝缘支撑42做成中空的圆盒加盖板的形式，内部容纳传感芯片1110、电路板111、导热金属座113和螺钉114。这种方式可以方便内部部件的检修和更换。

盖板115为环状，环形内侧壁设有卡扣1152，对应地，绝缘支撑42内侧壁422的外侧面(位于环形槽421内)上对应设置卡槽(未图标)。盖板115在绝缘支撑42上旋转一下即可卡住，二者之间通过卡扣或者通过螺纹结构旋紧配合，或者通过弹性卡扣将盖板115扣紧在绝缘支撑42上。为方便手指操作，盖板115的上端面设有增大手指摩擦力的指纹区1150。

本实用新型的套环形传感器可能的用途是测量柱形物体的温度、振动、加速度等。套环形结构适用于圆环形或其它形状的环形。本实用新型传感芯片最佳为无源无线传感芯片。可以是由声表面波技术或半导体技术或现有技术获得的无源无线传感芯片，也称作无线取能式温度传感芯片。无线取能式温度传感芯片包含但不限于声表面波温度传感芯片和射频整流取电的半导体传感芯片1110。声表面波传感芯片包括谐振型和延迟线型。谐振型的声表面波温度传感芯片如声表面波温敏谐振器。

作为替代方案，环形绝缘支撑42还可以是实心的，通过浇注将传感芯片1110、电路板111、导热金属座113和螺钉114，辐射金属带43这些内部部件包裹在内部。实心结构的传感器结实耐用，成本低，适合大批量生产。缺点是无法打开检修和替换元件，只能整体更换。

可以理解，芯片1110也可以通过其它可适用的载体取代PCB板和/或导热金属座113而与内金属环41热传导接触，从而适时感应其温度。电路板111作为芯片1110的载体保护芯片1110。芯片1110也可不通过螺钉安装，直接卡接或其它合适方式固定。

实施例六

本实施例以开关柜温度检测系统为例进行说明本实用新型的无线检测系统。开关柜测温适用于各种类型的开关柜温度在线监测，具有可靠的高压隔离、抗强电场、磁场干扰及良好的热稳定等特性。通过实时监测开关触头等发热点温度，可发现异常发热故障苗头，从而防止故障的发生，并且通过温度历史记录，对开关柜“状态维修”提供科学数据依据。对开关柜设备的安全运行具有重要的意义。本实施例是用声表面波无线测温方式检测电力开关柜触头的温度，将上述实施例的传感器11用于检测开关柜触头温度，构成的开关柜测温装置50。常规的传感器是音叉型，适合母排测温。其安装的位置是在开关柜内与触头相连的母排上。但这种测温方式有三个缺点：一是传感器距离发热点(触头)至少在10～20cm，测温不够准确；二是需要整个开关柜停电才能安装，这在很多情况下是不允许的，也不利于后期维护检修；三是母排位于开关柜后端的高压腔室内，读取天线也势必也要从开关柜的后端穿到前面的仪表腔室，工程量大，耗时长。另一种方法是将常规的音叉型传感器做小，安装在触臂上，带来的缺点是信号差，对读取天线的位置敏感。而采用本实用新型的传感器结构就能解决这个问题。

参照图15所示的电力柜触头温度检测系统50，包括柱形待测物体触臂51、梅花头52、绝缘套筒53、弹簧55、传感器11。其中，绝缘套筒53套设于触臂51外起到保护作用，套筒53与触臂51同轴安装间隔一定间距容纳传感器11，套筒在靠近触臂51的末端径向地向内延伸从而形成卡紧凸环(未图标)，凸环抵持于触臂51外表面而固定于触臂51上。在凸环外侧并排设置环箍54进一步紧密地套设于触臂51外壁，凸环与环箍54紧密配合从而阻止凸环及套筒53在触臂51表面滑动，进而阻止套筒53与触臂51之间相对移动。

传感器11套设于触臂51一端，一端面抵接于环箍54，另一端面由梅花头52抵紧，从而固定。

梅花头52可拆卸地安装于触臂51的套设传感器的一末端(即自由端)，传感器11固定在触臂51。

为将传感器11稳定地安装于开关柜测温装置中，进一步地设置弹簧55，弹簧55两端分别抵接于梅花头52与传感器11外端面上，从而将传感器11弹性抵紧于触臂51。

本实施例中，传感器11安装于触臂51端部距离梅花头52约3～4cm的位置。触臂51是与电力开关柜触头相连的圆柱形结构，是铜质或者铝质的金属圆柱形物体，具有优异的导热性能，因此其上距离梅花头55约3～4cm的温度完全可以反应开关柜触头的整体温度。传感器11安装在这个位置不会受到碰撞，可靠性高，而且距离梅花头52有3～4cm的距离，避免了梅花头52对天线40性能的影响。

电力开关柜中，630安培和1250安培是使用量最大的。这两种电力开关柜的触臂51直径绝大多数是48～50mm，少量为28mm和35mm等。而触臂51的绝缘套筒53内径为80mm。根据这一实际情况，传感器11的外径设计为76～78mm，内径设计为50～51mm。也就是传感器11呈圆环状，内径应当略大于电力开关柜的触臂51直径，外径略小于绝缘套筒53的内径，即套在触臂51和其绝缘套筒53之间。取出传感器11，只需要用螺丝刀等工具勾住传感器内金属环上的穿孔116，即可将其拉出。

本实用新型实施例的测温装置50中，由于传感器的信号是轴对称的，因此不存在需要调整传感器角度的问题；对读取天线的安装要求也不高，只要放置在开关柜的断路器腔室内、传感器的周围方便的位置即可，不存在常规的无源无线传感器在安装时需要反复调整传感器和读取天线位置的问题。电力设备维护停电时间短，对安装速度要求高。本实用新型的检测装置能很好地满足要求。

由于传感器11的内径比触臂51略大，因此仅仅是套在上面不能保证良好的接触，这一方面会导致传感器11与触臂51之间有温度差，测温不准。另一方面传感器11的内金属环41也是天线的参考地，接触不好会影响天线的性能，导致传感器11信号弱。再者，如果传感器11在触臂上可以滑动，在设备推入拉出的操作中会造成对传感器11的碰撞，造成传感器11的损坏。针对这一问题，可采取以下措施：

当传感器11的内径与触臂51的直径相差不大时，二者仅有一个小缝隙。这种情况对天线性能和导热影像不大，可以通过金属弹片或者弹簧固定。

同时参照图16(b)，内金属环41在绝缘支撑42两端面均轴向地突出一定高度，且其侧壁上对称设有穿孔116；每侧有3个穿孔，其中，位于沿轴向同一直线上的一对穿孔116位于温度传感芯片的对面，另外两个在其左右各90度的两侧的位置。工字形弹性金属片117两端分别穿过位于芯片1110正对面的两个穿孔116卡紧，弹性金属片117中间段朝传感芯片1110的方向凸起，弹性金属片的凸起将触臂51向芯片方向压紧，使触臂51压紧在传感芯片1110底部，有利于提高测温精度。其它的穿孔116用于方便整个传感器11从触臂51的套筒53里勾出。

参照图17的另一种实施方式，作为替代方案，可以不使用金属弹片12，而是通过内径略大于触臂的弹簧55固定。弹簧55套在触臂51上，介于传感器11和梅花头52之间。通过弹簧55的压力，将传感器11压紧在触臂内侧的环箍54上。本实施例中，触臂51末端为圆椎形，环形传感器11(内金属环未突出环形厚度)收容于套筒53、套筒53敞开端形成的凸环、触臂51之间围成的环形槽中，并卡紧于触臂51的外侧面。

另一种实施方式，将实施例四的传感器11套设于触臂51上，传感器11内金属环41的内侧壁的开口装入弹簧1121和活动顶块1120，弹簧1121介于活动顶块1120和绝缘支撑42的外壁420之间。自由状态下，活动顶块1120在弹簧弹力下突出于内金属环3、4mm左右，套在触臂51上之后，活动顶块被部分压缩进绝缘支撑42环形槽421内部。在活动顶块1120在弹性作用下，传感器11的内金属环41和触臂51之间是紧密接触的。

再一实施例中，将实施例三中的具有开口的环形传感器10安装于测温装置50中，因开口环形自身具有一定弹性，其内径略小于触臂51的直径，依靠自身收紧的弹性紧固在触臂51上。缺口102设置在没有辐射金属带33的位置，这样对天线30的性能没有影响。

本实用新型传感器用于电力测温时，绝缘支撑32、42的材料耐受的温度较佳地至少要达到150摄氏度，且要求具有一定强度，能够保持自身形状以保护内部的元器件，另外还要有一定弹性。掺杂一定比例的玻璃纤维的硅胶是一种较好的可选材料用于绝缘支撑32、42。

当触臂51的直径比传感器11内经小很多时，例如传感器11内径51mm，触臂51的直径35mm。这就无法依靠传感器11及其附件的弹性来达到紧固的目的了。在这种情况下，需要先在触臂51上安装一个扩大触臂51局部直径的配件56，使扩大后的直径与传感器11内径吻合，然后再装传感器11，参照图18。较佳地，此配件是一个开有缺口的金属环，金属环的内径略小于触臂的直径，套在触臂51上之后的外径略小于传感器11的内径。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，所述天线整体呈环形结构，包括同轴套设的环形绝缘支撑、位于天线内侧的环形地电极以及位于天线外侧的天线辐射体；环形天线地电极与天线辐射体之间径向间隔一定距离；所述天线辐射体绕成环形或弧形。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述环形天线地电极紧贴于环形绝缘支撑内壁；所述天线辐射体安装于环形绝缘支撑内的；所述环形绝缘支撑、环形天线地电极、天线辐射体呈筒状结构；所述环形天线地电极的宽度不小于绝缘支撑宽度；所述天线辐射体宽度不大于天线地电极宽度。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线辐射体与天线地电极之间形成短路或开路；天线辐射体与天线地电极之间添加补偿电容和/或电感；所述天线环形结构对应的中心角为180-360度。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线辐射体为金属带；所述天线地电极是金属环；所述天线辐射体靠近环形绝缘支撑的外侧壁；所述天线辐射体绕成的环形或弧形其中心角为180-360度；所述天线套环形结构包括连续闭合的环形或者两端断开的开口环形结构；所述开口环形结构的天线，天线环形或弧形周长上形成一段缺口；所述开口环形结构的天线具有弹性，可弹性地张开或向内收拢。

5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述环形绝缘支撑为实心环或空心环；当环形绝缘支撑为实心环时，所述天线辐射体嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内且贴近环形外侧壁；当所述环形绝缘支撑为空心环时，所述环形绝缘支撑包括环形内侧壁以及同轴环形外侧壁，所述环形内侧壁与环形外侧壁之间间隔一定距离地形成环形槽，所述天线辐射体环绕于环形槽内紧贴于绝缘支撑的外侧壁，其高度与环形槽上端圆弧面齐平。

6.一种传感器，其特征在于，包括如权利要求1~5中任一项所述的天线，进一步还包括传感芯片，所述传感芯片与所述天线之间电连接。

7.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述传感芯片为声表面波传感芯片，或者是通过对接收电磁波进行整流取电的半导体传感器芯片。

8.如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述传感器为温度或振动或加速度或角速度传感器；所述传感器进一步包括金属座；所述金属座安装于所述环形绝缘支撑内，所述传感芯片安装于所述金属座上；所述金属座与所述天线地电极外表面紧密接触或为一体结构；所述传感器上设置自锁固结构，可自动张开或锁紧地与位于其环形内心的待测物相配合；所述自锁固结构为弹性结构；所述弹性结构包括由压缩弹簧弹性支撑的弹块，或者为弹簧，或者为弹片。

9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于，所述传感芯片安装于环形槽内或嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内；所述金属座安装于所述环形槽内或嵌埋于所述绝缘支撑的实心环内；所述传感器进一步包括环形盖体，所述盖体盖于所述环形槽上；所述盖体与环形槽侧壁之间通过卡合、螺纹、或涨紧的方式配合；所述盖体上设置有增大手指摩擦的指纹区；所述弹性结构的所述弹簧收容于所述环形绝缘支撑的环形槽内，所述弹簧两端分别抵接于环形槽和所述弹块之间；所述环形槽的内侧壁上对应设置穿孔，所述弹块可伸缩地穿过所述穿孔，弹性抵紧于所述传感器环形内部安装的待测物体表面。

10.如权利要求6所述的传感器，所述环形天线地电极的宽度大于环形绝缘支撑的宽度，并在其两端向外侧延伸；所述环形天线地电极的两端侧壁上形成穿孔；所述芯片为声表面波温度传感芯片或通过对接收电磁波进行整流取电的半导体温度传感器芯片。