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  • 2016-11-14 16:48
主题:  以RF射频信号为能量的振荡式温度传感器
今天为大家介绍一项国家发明授权专利——以RF射频信号为能量的振荡式温度传感器。该专利由中国电子科技集团公司第二十六研究所申请,并于2016年11月2日获得授权公告。
  
内容说明

本发明属于传感器领域,尤其涉及振荡式温度传感器。

发明背景

电力开关柜、变压器和高压输电线等设备在高压输电行业起着重要的作用。但是这些设备经过长期使用以后会产生生锈等老化现象,影响了金属导体的导电性,导体电阻增加,在高压状况下产生发热现象。在夏季供电高峰,高温会引起火灾,甚至爆炸。为了解决这个问题,最好的办法是在设备内部有金属导体的位置安装温度传感器,实时监测温度变化,在出现温度异常的情况下切断电源。

但是在高压设备内部安装传感器受到几个方面的限制:传感器与外部接收设备不能存在导线连接,否则会引起爬电现象,击穿外部设备和传感器。传感器的维护工作要尽可能的小。传感器体积要小,能够安装在金属导体的表面。

为了解决上述限制,目前主要使用的传感器有两种:光纤光栅传感器、SAWR无源声表面波传感器。前一种传感器成本非常高(10万左右一套)在国内市场应用非常少。后一种传感器体积小而且无源、无线完全不需要电池。是目前理想的高压温度传感器。该传感器由天线和声表谐振器(即传感头)组成。阅读器用于发射射频信号,天线接收阅读器的射频信号,并激励声表谐振器,由于声表谐振器本身可以蓄积能量。当声表谐振器饱和以后,会以无线电波的形式释放能量,自动回传一个带有频偏的信号,该信号频率偏移的幅度(ft)与温度呈正比,阅读器接收到该信号后通过频率偏移的幅度判断温度。但是该传感器仍然存在以下问题尚待解决:传感器的工作距离近(小于3米),使得阅读器必须离传感头一定距离内才能使用,使用不方便。

发明内容

针对上述现有技术的不足,本发明所解决的技术问题是怎样提供一种工作距离远、使用方便的振荡式温度传感器。

为了解决上述技术问题,本发明采用了如下的技术方案:以RF射频信号为能量的振荡式温度传感器,包括天线、能量采集模块和传感头;所述能量采集模块包括匹配电路、第一二极管和电源管理电路;匹配电路包括匹配电感和匹配电容,匹配电容与天线的馈点端并联,匹配电感串联在天线的馈点端与第一二极管的阳极之间;电源管理电路包括DC/DC升压芯片和蓄能电容,DC/DC升压芯片的输入端与第一二极管的阴极相连,DC/DC升压芯片的负载电压输出端与所述的振荡式温度传感器的火线连接,DC/DC升压芯片的蓄能电压输出端通过蓄能电容与所述的振荡式温度传感器的地线连接;所述传感头包括声表谐振器和三极管,三极管的基极与声表谐振器的输出端相连,其集电极与振荡式温度传感器的火线连接,其发射极与振荡式温度传感器的地线连接。


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作为上述方案的进一步优化,所述匹配电感与所述第一二极管的阳极之间还串联有隔离电容。所述能量采集模块还包括第二二极管,第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极相连接,第二二极管的阳极与所述的振荡式温度传感器的地线连接。所述DC/DC升压芯片型号为S882Z,蓄能电容为3 .3uF,匹配电感为27nH~33nH,匹配电容为1 .5pF,第一二极管和第二二极管的型号均为HSMS7630。

相对于现有技术,本发明具有以下优点:本发明提供的振荡式温度传感器,声表谐振器与三极管结合形成了声表振荡器,可以以更大的功率发射回传信号,增大了传感器的工作距离。并且利用RF能量采集技术驱动声表振荡器,能量采集模块的灵敏度为-1 0d Bm ,使得当能量采集模块接收的信号强度(ER I P)在20d Bm(915MHz)的时候,该能量采集模块的工作距离(也就是阅读器与传感器的距离)大于3米(大于或等于10米),该距离随发射信号功率的增加而增加。因此与普通无源无线声表传感器相比,它的工作距离远得多。阅读器可以在较远距离读取传感器的数据,使用方便。

此外,本发明提供的振荡式温度传感器,选用型号为S882Z的DC/DC升压芯片,使得声表振荡器的回传信号时间长度大于500us,远远超过了普通无源声表传感器的工作时间。能够帮助简化阅读器的信号接收方式,阅读器甚至不需要使用FFT转换,直接用低成本的MCU对接收信号进行计数就可以实现接收信号频率的精确读取。