一種以rf射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，包括天線(xiàn)、能量采集模塊和傳感頭；所述能量采集模塊包括匹配電路、第一二極管和電源管理電路；匹配電路與第一二極管連接；電源管理電路包括DC/DC升壓芯片和蓄能電容，DC/DC升壓芯片的輸入端與第一二極管的陰極相連，DC/DC升壓芯片的負(fù)載電壓輸出端與振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，其蓄能電壓輸出端通過(guò)蓄能電容與振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接；所述傳感頭包括聲表諧振器和三極管。通過(guò)聲表諧振器與三極管結(jié)合形成了聲表振蕩器，可以以更大的功率發(fā)射回傳信號(hào)，增大了傳感器的工作距離和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。閱讀器可以在較遠(yuǎn)距離讀取傳感器的數(shù)據(jù)，使用方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于傳感器領(lǐng)域，尤其涉及振蕩式溫度傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]電力開(kāi)關(guān)柜、變壓器和高壓輸電線(xiàn)等設(shè)備在高壓輸電行業(yè)起著重要的作用。但是這些設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用以后會(huì)產(chǎn)生生銹等老化現(xiàn)象，影響了金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性，導(dǎo)體電阻增加，在高壓狀況下產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。在夏季供電高峰，高溫會(huì)引起火災(zāi)，甚至爆炸。為了解決這個(gè)問(wèn)題，最好的辦法是在設(shè)備內(nèi)部有金屬導(dǎo)體的位置安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，在出現(xiàn)溫度異常的情況下切斷電源。
[0003]但是在高壓設(shè)備內(nèi)部安裝傳感器受到幾個(gè)方面的限制:I)傳感器與外部接收設(shè)備不能存在導(dǎo)線(xiàn)連接，否則會(huì)引起爬電現(xiàn)象，擊穿外部設(shè)備和傳感器。2)傳感器的維護(hù)工作要盡可能的小。3)傳感器體積要小，能夠安裝在金屬導(dǎo)體的表面。
[0004]為了解決上述限制，目前主要使用的傳感器有兩種:1)光纖光柵傳感器。2) SAffR無(wú)源聲表面波傳感器。前一種傳感器成本非常高(10萬(wàn)左右一套)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用非常少。后一種傳感器體積小而且無(wú)源、無(wú)線(xiàn)完全不需要電池。是目前理想的高壓溫度傳感器。該傳感器由天線(xiàn)和聲表諧振器(即傳感頭)組成。閱讀器用于發(fā)射射頻信號(hào)，天線(xiàn)接收閱讀器的射頻信號(hào)，并激勵(lì)聲表諧振器，由于聲表諧振器本身可以蓄積能量。當(dāng)聲表諧振器飽和以后，會(huì)以無(wú)線(xiàn)電波的形式釋放能量，自動(dòng)回傳一個(gè)帶有頻偏的信號(hào)，該信號(hào)頻率偏移的幅度(ft)與溫度呈正比，閱讀器接收到該信號(hào)后通過(guò)頻率偏移的幅度判斷溫度。但是該傳感器仍然存在以下問(wèn)題尚待解決:傳感器的工作距離近(小于3米)，使得閱讀器必須離傳感頭一定距離內(nèi)才能使用，使用不方便。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題是怎樣提供一種工作距離遠(yuǎn)、使用方便的振蕩式溫度傳感器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了如下的技術(shù)方案:
[0007]—種以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，包括天線(xiàn)、能量采集模塊和傳感頭；所述能量采集模塊包括匹配電路、第一二極管和電源管理電路；匹配電路包括匹配電感和匹配電容，匹配電容與天線(xiàn)的饋點(diǎn)端并聯(lián)，匹配電感串聯(lián)在天線(xiàn)的饋點(diǎn)端與第一二極管的陽(yáng)極之間；電源管理電路包括DC/DC升壓芯片和蓄能電容，DC/DC升壓芯片的輸入端與第一二極管的陰極相連，DC/DC升壓芯片的負(fù)載電壓輸出端與所述的振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，DC/DC升壓芯片的蓄能電壓輸出端通過(guò)蓄能電容與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接；所述傳感頭包括聲表諧振器和三極管，三極管的基極與聲表諧振器的輸出端相連，其集電極與振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，其發(fā)射極與振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。
[0008]作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述匹配電感與所述第一二極管的陽(yáng)極之間還串聯(lián)有隔離電容。
[0009]作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述能量采集模塊還包括第二二極管，第二二極管的陰極與所述第一二極管的陽(yáng)極相連接，第二二極管的陽(yáng)極與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。
[0010]作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述DC/DC升壓芯片型號(hào)為S882Z。
[0011]作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述蓄能電容為3.3uF。
[0012]作為上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述匹配電感為27η!Γ33ηΗ;所述匹配電容為1.5pF ;所述第一二極管和第二二極管的型號(hào)均為HSMS7630。
[0013]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、本實(shí)用新型提供的振蕩式溫度傳感器，聲表諧振器與三極管結(jié)合形成了聲表振蕩器，可以以更大的功率發(fā)射回傳信號(hào)，增大了傳感器的工作距離。
[0015]2、本實(shí)用新型提供的振蕩式溫度傳感器，利用RF能量采集技術(shù)驅(qū)動(dòng)聲表振蕩器，能量采集模塊的靈敏度為-1OdBm,使得當(dāng)能量采集模塊接收的信號(hào)強(qiáng)度(ERIP)在20dBm(915MHz)的時(shí)候，該能量采集模塊的工作距離(也就是閱讀器與傳感器的距離)大于3米(大于或等于10米)，該距離隨發(fā)射信號(hào)功率的增加而增加。因此與普通無(wú)源無(wú)線(xiàn)聲表傳感器相比，它的工作距離遠(yuǎn)得多。閱讀器可以在較遠(yuǎn)距離讀取傳感器的數(shù)據(jù)，使用方便。
[0016]3、本實(shí)用新型提供的振蕩式溫度傳感器，選用型號(hào)為S882Z的DC/DC升壓芯片，使得聲表振蕩器的回傳信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度大于500us,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通無(wú)源聲表傳感器的工作時(shí)間。能夠幫助簡(jiǎn)化閱讀器的信號(hào)接收方式，閱讀器甚至不需要使用FFT轉(zhuǎn)換，直接用低成本的MCU對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)頻率的精確讀取。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型提供的振蕩式溫度傳感器的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例:
[0020]以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，如圖1所示，包括天線(xiàn)1、能量采集模塊和傳感頭；天線(xiàn)I用于接收射頻信號(hào)；所述能量采集模塊包括匹配電路、第一二極管Dl和電源管理電路；匹配電路包括匹配電感LI和匹配電容C4，匹配電容C4與天線(xiàn)I的饋點(diǎn)端并聯(lián)，匹配電感LI串聯(lián)在天線(xiàn)I的饋點(diǎn)端與第一二極管Dl的陽(yáng)極之間；電源管理電路包括DC/DC升壓芯片Al和蓄能電容C5，DC/DC升壓芯片Al的輸入端與第一二極管Dl的陰極相連，DC/DC升壓芯片Al的負(fù)載電壓輸出端與所述的振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，DC/DC升壓芯片的蓄能電壓輸出端通過(guò)蓄能電容C5與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接；所述傳感頭包括聲表諧振器2和三極管Ql,三極管Ql的基極與聲表諧振器2的輸出端相連，其集電極與振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，其發(fā)射極與振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。
[0021]本實(shí)用新型中，當(dāng)天線(xiàn)接收到RF射頻信號(hào)時(shí)，匹配電路用于對(duì)天線(xiàn)的輸出阻抗進(jìn)行匹配，第一二極管用于對(duì)匹配電路輸出的信號(hào)整形整流，并起到升壓的作用。由于經(jīng)過(guò)第一二極管輸出的信號(hào)電壓大約為0.5-1.0V，顯然無(wú)法驅(qū)動(dòng)后端的傳感頭。因此需要通過(guò)DC/DC升壓芯片(直流升壓電路)將直流電壓升壓到1.8V。經(jīng)過(guò)升壓后的電能被儲(chǔ)存在蓄能電容中，當(dāng)蓄能電容蓄滿(mǎn)電以后立即向傳感頭供電。傳感頭啟動(dòng)以后產(chǎn)生回傳信號(hào)，該信號(hào)的中心頻率取決于聲表諧振器，在溫度變化的情況下聲表諧振器的中心頻率將產(chǎn)生頻偏。閱讀器通過(guò)探測(cè)回傳信號(hào)的頻率便能判斷被測(cè)物的溫度，頻率偏移越大，溫度越高。匹配電路用于使天線(xiàn)的輸出阻抗和整流電路的輸入阻抗相等，起到阻抗匹配作用。
[0022]本振蕩式溫度傳感器由三極管為聲表諧振器供電，形成了有源的聲表振蕩器，可以以更大的功率發(fā)射回傳信號(hào)，增大了傳感器的工作距離。閱讀器可以在較遠(yuǎn)距離讀取傳感器的數(shù)據(jù)，使用方便。具體實(shí)施時(shí)，三極管Ql可選用型號(hào)為BFR92A的三極管，電容Cl、C2決定聲表振蕩器的反饋增益，電阻Rl、R2、R3決定三極管的直流偏置點(diǎn)。
[0023]為了更好地過(guò)濾掉匹配電路輸出信號(hào)中的直流分量，防止直流電流從整流電路反饋到天線(xiàn)。所述匹配電感LI與所述第一二極管Dl的陽(yáng)極之間還串聯(lián)有隔離電容C3。
[0024]為了更好地濾波，所述能量采集模塊還包括第二二極管D2，第二二極管D2的陰極與所述第一二極管Dl的陽(yáng)極相連接，第二二極管D2的陽(yáng)極與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。第二二極管同樣起到整流和升壓的作用。
[0025]所述DC/DC升壓芯片Al型號(hào)為S882Z。采用S882Z使得聲表振蕩器的回傳信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度大于500us，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通無(wú)源聲表傳感器的工作時(shí)間。能夠幫助簡(jiǎn)化閱讀器的信號(hào)接收方式，閱讀器甚至不需要使用FFT轉(zhuǎn)換，直接用低成本的MCU對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)頻率的精確讀取。
[0026]所述蓄能電容C5為3.3uF。3.3uF的電容正好可以蓄積足夠的電能保持聲表振蕩器工作500us以上。
[0027]所述匹配電感LI為27nH?33nH ;所述匹配電容C4為1.5pF ;所述第一二極管Dl和第二二極管D2的型號(hào)均為HSMS7630。采用上述型號(hào)的匹配電感、匹配電容、第一二極管和第二二極管，使得能量采集模塊的靈敏度為-lOdBm。這樣當(dāng)能量采集模塊接收的信號(hào)強(qiáng)度(ERIP)在20dBm (915MHz)的時(shí)候，該能量采集模塊的工作距離(也就是閱讀器與傳感器的距離)大于3米(大于或等于10米)。該距離隨發(fā)射信號(hào)功率的增加而增加。因此與普通無(wú)源無(wú)線(xiàn)聲表傳感器相比，它的工作距離遠(yuǎn)得多。閱讀器可以在較遠(yuǎn)距離讀取傳感器的數(shù)據(jù)，使用方便。
[0028]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，包括天線(xiàn)、能量采集模塊和傳感頭；所述能量采集模塊包括匹配電路、第一二極管和電源管理電路；匹配電路包括匹配電感和匹配電容，匹配電容與天線(xiàn)的饋點(diǎn)端并聯(lián)，匹配電感串聯(lián)在天線(xiàn)的饋點(diǎn)端與第一二極管的陽(yáng)極之間；電源管理電路包括DC/DC升壓芯片和蓄能電容，DC/DC升壓芯片的輸入端與第一二極管的陰極相連，DC/DC升壓芯片的負(fù)載電壓輸出端與所述的振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，DC/DC升壓芯片的蓄能電壓輸出端通過(guò)蓄能電容與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接；所述傳感頭包括聲表諧振器和三極管，三極管的基極與聲表諧振器的輸出端相連，其集電極與振蕩式溫度傳感器的火線(xiàn)連接，其發(fā)射極與振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，所述匹配電感與所述第一二極管的陽(yáng)極之間還串聯(lián)有隔離電容。
3.如權(quán)利要求1所述的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，所述能量采集模塊還包括第二二極管，第二二極管的陰極與所述第一二極管的陽(yáng)極相連接，第二二極管的陽(yáng)極與所述的振蕩式溫度傳感器的地線(xiàn)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，所述DC/DC升壓芯片型號(hào)為S882Z。
5.如權(quán)利要求1所述的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，所述蓄能電容為3.3uF。
6.如權(quán)利要求1所述的以RF射頻信號(hào)為能量的振蕩式溫度傳感器，其特征在于，所述匹配電感為27η!Γ33ηΗ ;所述匹配電容為1.5pF ;所述第一二極管和第二二極管的型號(hào)均為HSMS7630。
【文檔編號(hào)】G01K11/22GK204043817SQ201420537332
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】肖立, 龍崢, 陳婷婷 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所