CN206583478U - 一种无线振动与温度复合传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种无线振动与温度复合传感器，用于检测机械振动和表面温度的一种装置。其特征在于：所述的装置有集成的温度和振动加速度传感器模组，内置PCB天线和功率放大芯片组成的功率放大模块，且具有电池电量检测功能。所述装置有传感器模组，锂电池组，PCB电路板，以及硬质防爆塑料端盖和防爆外壳。PCB电路板上集成了低功耗开关模块，功率放大模块，电压转换模块和无线收发器模块。所述的传感器模组与PCB电路板相连，然后通过PCB电路板上的无线收发器模块以无线的方式将采集到的振动与温度信号无线发送至通信站。所述的通信站是能够接收由功率放大模块发来的振动信号与温度信号的一种装置。锂电池组为传感器模组和PCB电路板供电。本实用新型具有功耗低、精度高、使用方便的特点，解决了工业现场有线采集系统布线繁琐、灵活性差、维护成本高等缺点，为工业现场设备智能化、自动化奠定了基础。

Description

一种无线振动与温度复合传感器

技术领域

本实用新型涉及的是一种采集工业现场设备振动信号和温度信号的无线复合传感器，可用于工业现场设备的振动与温度信号的采集、处理和无线发送。

背景技术

目前，工业现场设备振动加速度信号大都是通过有线的传感器来采集，这种采集系统存在着一系列的弊端，比如：布线复杂，甚至有的区域无法或者不允许布线，尤其是随着系统容量的不断提升，布线对系统的应用推广起到了很大的限制作用，只能在条件允许的场合使用。一旦监测某设备的传感器线缆出现破损或断裂，则会使局部区域失去监测能力，造成该设备的监测系统失效，对工业生产带来潜在的威胁和不安全；并且有线采集系统还存在布线复杂、监测点和网络结构相对固定，灵活性不足且扩展性差，系统部署和维护成本高等缺点，而无线传感器自身具有无需布线、能够适应各种环境、检测精确度较高和可靠性高等优点，能够很好的弥补有线传感器现有的难题，因此在工业现场设备监测中非常实用。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种能用于工业现场的无线传感器且能满足恶劣环境，以达到对工业现场设备的振动加速度、温度信号进行采集，并且具有低电量报警功能。

为解决上述问题本实用新型是一种无线振动和温度复合传感器，其包括有防爆外壳、硬质防爆塑料端盖、传感器模组、PCB电路板、锂电池组。

传感器模组内部集成了温度传感器、振动加速度传感器以及电荷放大器，能够拾取工业现场设备的振动信号和温度信号，电荷放大器通过将振动加速度传感器采集到的信号放大处理，便于后续信号处理。

进一步，上述PCB电路板中集成了低功耗开关模块，功率放大模块，电压转换模块和无线收发器模块，传感器模组采集到的信号，经过无线收发器模块A/D转换，然后通过功率放大模块发送出去。

进一步，所述的PCB电路板上的无线收发器模块，其提供了微控制单元和无线设备之间的一个接口，使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序，且带有12位的A/D转换功能，能将传感器模组采集到的模拟信号进行转换为数字信号。

进一步，所述的PCB电路板上的功率放大模块，是由内置PCB天线和功率放大芯片组成，从无线收发器模块发出的振动与温度信号经过功率放大芯片进行放大，然后通过内置PCB天线将信号发送至远程通信站，内置PCB天线具有体积小，增益高与功率放大芯片共同作用，进一步提升传输距离。

进一步，所述的PCB电路板上的低功耗开关模块，为所述的传感器模组供电，当传感器模组进行信号采集时，将供电打开，传感器模组采集结束，关闭供电，减少对锂电池组的电量消耗，降低功耗。

进一步，所述的PCB电路板上的电压转换模块，其将锂电池组的电压稳定在PCB电路板上各个模块的工作电压以及传感器模组的供电电压。所述的电压转换模块能够对锂电池组的电量进行低电压报警，通过修改电阻阻值大小，来设定报警阈值，当锂电池组电压降到阈值以下，发出报警信号，从而更换新的锂电组。

进一步，本实用新型装置还有防爆外壳和硬质防爆塑料端盖，所述的传感器模组位于防爆外壳内，PCB电路板以及内置PCB天线和锂电池组在硬质防爆塑料端盖与防爆外壳之间。防爆外壳材料采用的是铸铁，可在普通铸铁中加入了合金元素，其具有很高的表面硬度和耐磨性，能够保证复合传感器在恶劣环境下正常的工作，所述的硬质防爆塑料端盖，采用不燃材料，能够承受260°的热稳定性试验，与防爆外壳旋合而且能够不屏蔽内置PCB天线发送出来的振动与温度信号。

进一步，锂电池组是由三节并联的锂电池组成，并联后电池容量大，能够持续为复合传感器供电。

本实用新型解决工业现场设备的振动、温度参数的获取分析问题，并能达到为今后工业现场甚至煤矿井下设备工作状态的监测与分析提供了先决条件。由于本实用新型采用了以上的技术方案，所以具有以下优点：

1、集成了温度和振动传感单元，可以同时采集工业现场设备振动、温度信号；

2、通过无线的方式将获取的振动和温度信号传输到配套的通信站，解决当前工业现场有线传感器监测系统部署复杂、维护困难的问题；

3、无线发射天线采用内置PCB天线和功率放大芯片共同作用，既能避免外置天线易弯折和损坏的缺陷，又同时提升了信号发射功率；

4、具有电量监测功能，能够及时了解传感器电量信息，便于电池更换的优点；

5、具有防尘、防水功能，可以在环境恶劣的工业现场工作。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是一种无线振动与温度复合传感器的外观形状。

1．硬质防爆塑料端盖，2.硬质防爆塑料端盖内部，3.防爆外壳，4.复合传感器底座。

图2是一种无线振动与温度复合传感器的视图。

5.PCB电路板安装肋板。

图3是PCB板的结构图。

6.传感器模组接口，7.低功耗开关模块，8.无线收发器模块，9.电压转换模块，10.功率放大模块。

具体实施方式

请参阅图1和2所示，本实用新型是基于ZigBee协议的一种无线振动与温度复合传感器，其中包括有1.硬质防爆塑料端盖，2.硬质防爆塑料端盖内部，3.防爆外壳，4.底座，5.PCB电路板安装肋板。

请参阅图1，2，3所示，将传感器模组的接线接入PCB电路板上6传感器模组接口，然后用锂电池组给PCB电路板供电，同时也为传感器模组供电，然后将锂电池和PCB电路板安放在2硬质防爆塑料端盖内部，固定在5 PCB电路板安装肋板上，然后将1硬质防爆塑料端盖通过螺纹与3防爆外壳旋合，通过磁力吸座或者强力胶将4底座粘贴在机械部件表面，采集机械的振动与温度信号。

请参阅图3所示，传感器模组的电源线接到7低功耗开关模块，低功耗开关模块选用的是PNP型三极管，将电源线引入到三极管的集电极，而9电压转换模块选用的是DC/DC芯片是TPS60120，将9电压转换模块输出的3.3V接到三极管的发射级，通过8无线收发器模块的一个I/O口的高低电平控制三极管的基极的高低电平，8无线收发器模块选用的是CC2530芯片，属于增强型8051型CPU，从而达到对传感器模组的供电控制。传感器模组的振动输出信号线接入CC2530的A/D转换通道，通过CC2530的A/D转换将采集到的模拟信号转换为数字信号，而温度传感器选用的DS18B20直接接入CC2530的I/O，通过时序控制即可对采集到的温度数据进行读取。

请参阅图3所示，10功率放大模块是由内置PCB天线和功率放大芯片共同组成，内置PCB天线经过用HFSS设计出一款倒F天线，其体积小，而且满足了阻抗匹配，增益大等优点。功率放大芯片选用的是CC2591芯片，增大CC2530无线收发模块发出的信号功率，然后经过内置PCB天线进一步提升信号强度，将信号发送至远程通信站。

请参阅图3所示，9电压转换模块的DC/DC芯片TPS60120，将锂电池组的电压转换到3.3V为CC2530，三极管，传感器模组供电以及CC2591功率放大芯片供电，同时TPS60120芯片的LBO引脚接到CC2530的一个I/O引脚，通过设置TPS60120分压电阻来设定阈值，然后读取CC2530的I/O引脚的高低电平来判断锂电池电量是否低于设定的阈值，从而达到报警的目的。

以上所述，仅是本实用新型的较佳操作实例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本装置可在工业现场方便快速进行部署，尤其在不方便布线的环境中实现设备振动与温度信号的采集，扩大了振动设备的检测范围，同时内置PCB天线，也克服了现场安装的不便。

Claims (6)

1.一种无线振动和温度复合传感器，其通过PCB电路板上的功率放大模块以无线方式发送给通信站完成振动与温度信号的采集和发送，其特征在于：所述的复合传感器包括有防爆外壳、硬质防爆塑料端盖、传感器模组、PCB电路板、锂电池组，所述的传感器模组包括振动加速度传感器、电荷放大器、温度传感器，所述振动加速度传感器与所述的电荷放大器相连并且与PCB电路板相连，所述的温度传感器也与PCB电路板相连，所述的PCB电路板上集成了低功耗开关模块，功率放大模块，无线收发器模块和电压转换模块，其电压转换模块将锂电池组的电压稳定在PCB电路板上各个模块的工作电压以及传感器模组的供电电压而且能够对锂电池组的电量进行低电压报警，通过修改电阻阻值分压，来设定报警阈值，当锂电池组电压降到阈值以下，发出报警信号，从而更换新的锂电组。

2.根据权利要求1所述的一种无线振动和温度复合传感器，其特征在于：所述的PCB电路板上的无线收发模块，其提供了微控制单元和无线设备之间的一个接口，使得可以发出命令，读取状态，自动操作和确定无线设备事件的顺序。

3.根据权利要求1所述的一种无线振动和温度复合传感器，其特征在于：所述的PCB电路板上的功率放大模块，是由内置PCB天线和功率放大芯片组成，内置PCB天线具有体积小，增益高与功率放大芯片共同作用，提升传输距离。

4.根据权利要求1所述的一种无线振动和温度复合传感器，其特征在于：所述的PCB电路板上的低功耗开关模块，其为所述的传感器模组供电，当传感器模组进行信号采集时，将供电打开，传感器模组信号采集结束，关闭供电，减少对锂电池组的电量消耗，降低功耗。

5.根据权利要求1所述的一种无线振动和温度复合传感器，其特征在于：所述的防爆外壳是铸铁，在普通铸铁中加入了合金元素，其具有很高的表面硬度和耐磨性，能够保证复合传感器在恶劣环境下正常的工作。

6.根据权利要求1所述的一种无线振动和温度复合传感器，其特征在于：所述的硬质防爆塑料端盖，采用不燃材料，能够承受260°的热稳定性试验，与防爆外壳旋合，且能够不屏蔽功率放大模块发送出来的振动与温度信号。