專利名稱：基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及基于射頻識別技術(shù)的溫度監(jiān)控技術(shù)領域，尤其涉及一種基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會用電量的日益增加，承載著大負荷輸送任務的高壓電氣設備如變壓器、互感器、高壓開關(guān)柜、室外刀閘等電力負載也在迅速增加。電網(wǎng)中眾多高壓電氣設備本身、設備之間的聯(lián)接點是電力輸送最薄弱環(huán)節(jié)，這個薄弱環(huán)節(jié)的實質(zhì)問題就是聯(lián)接點發(fā)熱。隨著負荷的增大，導致聯(lián)接點發(fā)熱并形成惡性循環(huán):溫升、膨脹、收縮、氧化、電阻增大、再度升溫直至釀成事故。因此，監(jiān)測高壓設備聯(lián)接點溫升是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵，實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓設備安全運行的重要手段。長期以來，高壓設備的聯(lián)接點運行溫度很難實時在線監(jiān)測，因為這些部位都具有裸露高壓，還有些是密閉空間，通常的溫度測量方法因無法解決高壓絕緣問題而無法使用。目前市場上使用的溫度傳感系統(tǒng)包括光纖溫度傳感器、紅外測溫和無線測溫系統(tǒng)等，光纖溫度傳感器采用光導纖維傳輸溫度信號，光導纖維的絕緣度高，能夠隔離開關(guān)柜內(nèi)的高壓，但是光纖表面易受到污染，會導致光纖沿面的放電。紅外測溫為非接觸式測溫，但極易受環(huán)境灰塵及周圍的電磁場影響，如灰塵等易遮蓋紅外測溫頭，導致溫度檢測不準確而誤報的情況，另外開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹小，無法安裝紅外測溫探頭。無線測溫系統(tǒng)不受開關(guān)柜體結(jié)構(gòu)的限制，傳感器可以直接安裝在高壓設備上，溫度測量準確，可以徹底解決電氣絕緣問題，而且不受環(huán)境的影響，可以測量室內(nèi)外任何高壓帶電體的溫度。然而，目前國內(nèi)的無線溫度傳感器使用鋰電池，其帶有很多隱患，如電池壽命，電池老化造成短路，以及電池的耐高溫性能，已不能滿足現(xiàn)今溫度實時監(jiān)測的需要。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有無線溫度傳感監(jiān)測系統(tǒng)在檢測時存在的上述問題，提供了一種低功耗、高效率基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。為解決上述問題，本實用新型的技術(shù)方案是:一種基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于連接發(fā)射基站的天線端、用于解調(diào)或調(diào)制信號及將天線端感應到的射頻信號能量轉(zhuǎn)換成電能的射頻模擬前端、溫度傳感器和用于存儲及處理數(shù)字信息的數(shù)字模塊，射頻模擬前端分別與天線端、數(shù)字模塊和溫度傳感器相連，用以提供電源及信號時序，所述溫度監(jiān)測系統(tǒng)還包括用于將溫度傳感器傳輸?shù)哪M信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送給數(shù)字模塊的傳感器界面，傳感器界面分別與溫度傳感器和數(shù)字模塊相連，射頻模擬前端為傳感器界面提供電源及信號時序；所述溫度傳感器為熱電阻，傳感器界面包括第一 RC振蕩器、第二 RC振蕩器、計數(shù)器和控制器，熱電阻為第一 RC振蕩器的振蕩電阻，控制器分別與第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器相連，第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器的振蕩輸出端分別與計數(shù)器相連，控制器和計數(shù)器分別與數(shù)字模塊相連，計數(shù)器接收并計數(shù)由第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器輸出的振蕩信號，數(shù)字模塊接收計數(shù)器輸出的計數(shù)值。溫度監(jiān)測系統(tǒng)由天線端、射頻模擬前端、數(shù)字模塊、溫度傳感器和傳感器界面組成，天線端用于從發(fā)射基站上接收射頻信息并傳送給射頻模擬前端，并將數(shù)字模塊實時的溫度檢測信息發(fā)射到發(fā)射基站上。射頻模擬前端用于將天線端感應到的射頻信號能量轉(zhuǎn)換成電能，并供應給數(shù)字模塊、溫度傳感器和傳感器界面，用于向數(shù)字模塊和溫度傳感器提供時鐘信號；同時用于解調(diào)由天線端傳送的射頻信號，并將數(shù)字模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，方便實時溫度檢測信息的發(fā)送，數(shù)字模塊用于控制溫度傳感器和傳感器界面的工作。溫度傳感器直接安裝在高壓設備上，溫度傳感器用于檢測溫度，并將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻值發(fā)送到傳感器界面。傳感器界面用于將電阻值通過第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器轉(zhuǎn)換成可計數(shù)的時間信號，并通過計數(shù)器和控制器輸出數(shù)字計數(shù)值到數(shù)字模塊中，由數(shù)字模塊存儲及處理，并發(fā)送到射頻模擬前端上。相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用熱電阻完成溫度檢測變化到電阻值變化的轉(zhuǎn)變，采用簡單的傳感器界面使電阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間變化信號，并將時間變化信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，避免了使用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使系統(tǒng)的體積大大減小，同時又降低了功耗，具有實時高效檢測、使用壽命長的特點。優(yōu)選地，所述熱電阻由下到上依次包括襯底層、金屬薄膜層和保護層，襯底層為陶瓷材料襯底層、玻璃材料襯底層、硅材料襯底層和藍寶石材料襯底層中的一種，金屬薄膜層為銅薄膜層、鎳薄膜層和鉬薄膜層中的一種，保護層為環(huán)氧樹脂保護層和玻璃保護層中的一種。上述溫度傳感器測量精度高，耐高溫，非常適合在高溫環(huán)境中的準備檢測。優(yōu)選地，所述金屬薄膜層的厚度為1-10納米。優(yōu)選地，所述傳感器界面還包括乘法器，第二 RC振蕩器的振蕩輸出端與乘法器的輸入端相連，第一 RC振蕩器的振蕩輸出端通過控制器后與乘法器的輸入端相連，乘法器的輸出端與計數(shù)器相連，第二 RC振蕩器的電阻和電容為定值，第一 RC振蕩器的電容為定值，第二 Re振蕩器的振蕩頻率高于第一 RC振蕩器的振蕩頻率。采用簡單的傳感器界面使電阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間變化信號，并將時間變化信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，避免了使用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使系統(tǒng)的體積大大減小，同時又降低了功耗。優(yōu)選地，所述射頻模擬前端包括調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和與之相連的能量采集系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設有ASK解調(diào)器和背反射調(diào)制器，ASK解調(diào)器解調(diào)天線端感應到的射頻能量到能量采集系統(tǒng)中，背反射調(diào)制器接收并調(diào)制數(shù)字模塊輸出的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)由天線端發(fā)送；能量采集系統(tǒng)包括電壓倍頻器、電壓傳感器、電壓限制器和電源重置電路，電壓倍頻器與ASK解調(diào)器的輸出端相連，電壓倍頻器的輸出端依次與電壓傳感器、電壓限制器相連，電壓傳感器與電源重置電路相連，電壓限制器和電源重置電路的輸出端與數(shù)字模塊相連。本系統(tǒng)中天線端接收的能量不足以驅(qū)動系統(tǒng)工作，在電壓倍頻器的作用下使感應的直流電壓放大至足夠驅(qū)動芯片工作，這樣可以大大減小輸入的能量。優(yōu)選地，所述數(shù)字模塊包括數(shù)字邏輯電路和與之相連的電可擦可編程只讀存儲器，數(shù)字邏輯電路與傳感器界面的控制器和計數(shù)器相連，數(shù)字邏輯電路的傳輸基于EPCGen2通信協(xié)議。
圖1是本實用新型基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的模塊原理框圖。圖2是本實用新型基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖。圖3是本實用新型基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)中射頻模擬前端的原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例進一步詳細說明本實用新型，但本實用新型的保護范圍并不限于此。參照圖1，本實用新型的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括天線端、射頻模擬前端、數(shù)字模塊、溫度傳感器和傳感器界面，天線端與射頻模擬前端相連，射頻模擬前端分別與溫度傳感器和數(shù)字模塊相連，數(shù)字模塊與傳感器界面相連，溫度傳感器和傳感器界面相連。本實用新型采用的溫度傳感器為無源器件，其所需的能量可以通過熱能、震蕩、機械運動和太陽能等各種形式提供，本實用新型中采用電磁感應的方式給系統(tǒng)提供能量。溫度傳感器直接安裝在高壓設備上，溫度傳感器為熱電阻，熱電阻的阻值隨著溫度的改變而改變，溫度傳感器將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻值發(fā)送到傳感器界面，完成溫度檢測變化到電阻值變化的轉(zhuǎn)變。熱電阻由下到上依次包括襯底層、金屬薄膜層和保護層，襯底層為陶瓷材料襯底層、玻璃材料襯底層、硅材料襯底層和藍寶石材料襯底層中的一種，保護層為環(huán)氧樹脂保護層和玻璃保護層中的一種。金屬薄膜層為銅薄膜層、鎳薄膜層和鉬薄膜層中的一種，換句話說即為可重復性電阻與溫度關(guān)系的金屬材料，金屬薄膜層在襯底層上沉積而成，金屬薄膜層的厚度為1-10納米，該溫度傳感器的檢測溫度可達到300攝氏度。天線端用于從發(fā)射基站上接收射頻信息并傳送給射頻模擬前端，又將數(shù)字模塊上實時的溫度檢測信息、溫度傳感器地址及編號等通過通信協(xié)議發(fā)射到發(fā)射基站上，發(fā)射基站如用射頻識別讀碼器可實現(xiàn)，一個射頻識別讀碼器可以給多個無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)提供能量。發(fā)射基站通過因特網(wǎng)與智能電網(wǎng)的控制中心相連，實現(xiàn)在線實時監(jiān)測。天線端接收到發(fā)射基站發(fā)射的射頻信號，射頻信號通過整流和放大給系統(tǒng)提供能量，天線端感應的直流電壓一般不足以驅(qū)動溫度監(jiān)測系統(tǒng)的電路，和傳統(tǒng)的將接收到的能量直接用于驅(qū)動芯片不同。參照圖2-3，射頻模擬前端包括調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和與之相連的能量采集系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)用于解調(diào)由天線端傳送的射頻信號，并將數(shù)字模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，方便實時溫度檢測信息的發(fā)送。能量采集系統(tǒng)用于將天線端感應到的射頻信號能量轉(zhuǎn)換成電能，并供應給數(shù)字模塊、溫度傳感器和傳感器界面，用于向數(shù)字模塊和溫度傳感器提供時鐘信號。調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設有ASK解調(diào)器和背反射調(diào)制器，ASK解調(diào)器解調(diào)天線端感應到的射頻能量到能量采集系統(tǒng)中，背反射調(diào)制器接收并調(diào)制數(shù)字模塊輸出的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)由天線端發(fā)送。能量采集系統(tǒng)包括電壓倍頻器、電壓傳感器、電壓限制器和電源重置電路，電壓倍頻器與ASK解調(diào)器的輸出端相連，電壓倍頻器的輸出端依次與電壓傳感器、電壓限制器相連，電壓傳感器與電源重置電路相連，電壓限制器和電源重置電路的輸出端與數(shù)字模塊相連。本系統(tǒng)中天線端接收的能量不足以驅(qū)動系統(tǒng)工作，電壓倍頻器的前級設電壓整流裝置，電壓整流裝置和電壓倍頻器將產(chǎn)生的直流電壓放大至足夠驅(qū)動芯片，這樣就大大減少了需要的輸入能量。電壓限制器保持輸出電壓小于擊穿電壓，用于系統(tǒng)的保護，電壓倍頻器采用改進的DICKSON電壓倍增器，其包括四級放大并由低障壓肖特基二極管組成。數(shù)字模塊用于控制溫度傳感器和傳感器界面的工作，并存儲及處理數(shù)字信息。數(shù)字模塊包括數(shù)字邏輯電路和與之相連的電可擦可編程只讀存儲器，在圖2中標記為存儲器，數(shù)字邏輯電路與傳感器界面的控制器和計數(shù)器相連，數(shù)字邏輯電路的傳輸基于EPCGen2通信協(xié)議。當系統(tǒng)中的相關(guān)信號穩(wěn)定后，數(shù)字邏輯電路就開始工作并從基站接收指令，解讀收到的指令并開始運行，其將指令發(fā)送至溫度傳感器和傳感器界面，并及時保存溫度傳感器身份信息和實時溫度數(shù)據(jù)到電可擦可編程只讀存儲器中，相關(guān)數(shù)據(jù)就通過調(diào)制并由天線端無線傳輸。參照圖2，傳感器界面用于將溫度傳感器傳輸?shù)哪M信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送給數(shù)字模塊，具體為將電阻值通過第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器轉(zhuǎn)換成可計數(shù)的時間信號，并通過計數(shù)器和控制器輸出數(shù)字計數(shù)值到數(shù)字模塊中，由數(shù)字模塊存儲及處理，并發(fā)送到射頻模擬前端上。傳感器界面包括第一 RC振蕩器、第二 RC振蕩器、乘法器、計數(shù)器和控制器，熱電阻為第一 RC振蕩器的振蕩電阻，控制器分別與第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器相連，第二 RC振蕩器的振蕩輸出端與乘法器的輸入端相連，第一 RC振蕩器的振蕩輸出端通過控制器后與乘法器的輸入端相連，乘法器的輸出端與計數(shù)器相連，第二 RC振蕩器的電阻和電容為定值，第一 RC振蕩器的電容為定值，第二 RC振蕩器的振蕩頻率高于第一 RC振蕩器的振蕩頻率，即第一 RC振蕩器為低頻振蕩器，第二 RC振蕩器為高頻振蕩器，第二 RC振蕩器的振蕩周期為定值，而第一 RC振蕩器的振蕩周期隨溫度變化而變化。控制器和計數(shù)器分別與數(shù)字模塊中的數(shù)字邏輯電路相連，計數(shù)器計算低頻振蕩器在高位時的總振蕩次數(shù)，數(shù)字模塊接收計數(shù)器輸出的計數(shù)值。根據(jù)數(shù)字模塊得到的計數(shù)值，及電阻值與溫度、電阻值與振蕩頻率之間的關(guān)系，即可得到當前檢測的溫度值。采用簡單的傳感器界面使電阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間變化信號，并將時間變化信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，避免了使用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使系統(tǒng)的體積大大減小，同時又降低了功耗，具有實時高效檢測、使用壽命長的特點。本實用新型在工作時，由天線端接收發(fā)射基站的射頻信號，射頻信號首先進入ASK解調(diào)器中解調(diào)，解調(diào)后輸出數(shù)據(jù)信號到能量采集系統(tǒng)中，數(shù)字邏輯電路得到發(fā)射基站的指令，控制溫度傳感器和傳感器界面開始工作，同時，能量采集系統(tǒng)給系統(tǒng)各個部分供電和提供時序信號；溫度傳感器根據(jù)當前溫度值，輸出對應的電阻值，并確定了第一 RC振蕩器的振蕩頻率，通過第二 RC振蕩器的參考頻率，計數(shù)器輸出當前的計數(shù)值并入到數(shù)字邏輯電路中，數(shù)字邏輯電路控制并將該數(shù)值存儲到電可擦可編程只讀存儲器中保存，當數(shù)值到達系統(tǒng)需要發(fā)送的數(shù)值時，由數(shù)字邏輯電路控制電可擦可編程只讀存儲器將數(shù)值輸送到背反射調(diào)制器中，使該信號符合天線端傳輸。上述說明中，凡未加特別說明的，均采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)技術(shù)手段。
權(quán)利要求1.一種基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于連接發(fā)射基站的天線端、用于解調(diào)或調(diào)制信號及將天線端感應到的射頻信號能量轉(zhuǎn)換成電能的射頻模擬前端、溫度傳感器和用于存儲及處理數(shù)字信息的數(shù)字模塊，射頻模擬前端分別與天線端、數(shù)字模塊和溫度傳感器相連，用以提供電源及信號時序，其特征在于，所述溫度監(jiān)測系統(tǒng)還包括用于將溫度傳感器傳輸?shù)哪M信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送給數(shù)字模塊的傳感器界面，傳感器界面分別與溫度傳感器和數(shù)字模塊相連，射頻模擬前端為傳感器界面提供電源及信號時序； 所述溫度傳感器為熱電阻，傳感器界面包括第一 Re振蕩器、第二 RC振蕩器、計數(shù)器和控制器，熱電阻為第一 RC振蕩器的振蕩電阻，控制器分別與第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器相連，第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器的振蕩輸出端分別與計數(shù)器相連，控制器和計數(shù)器分別與數(shù)字模塊相連，計數(shù)器接收并計數(shù)由第一 RC振蕩器和第二 RC振蕩器輸出的振蕩信號，數(shù)字模塊接收計數(shù)器輸出的計數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述熱電阻由下到上依次包括襯底層、金屬薄膜層和保護層，襯底層為陶瓷材料襯底層、玻璃材料襯底層、硅材料襯底層和藍寶石材料襯底層中的一種，金屬薄膜層為銅薄膜層、鎳薄膜層和鉬薄膜層中的一種，保護層為環(huán)氧樹脂保護層和玻璃保護層中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述金屬薄膜層的厚度為1-10納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器界面還包括乘法器，第二 RC振蕩器的振蕩輸出端與乘法器的輸入端相連，第一 RC振蕩器的振蕩輸出端通過控制器后與乘法器的輸入端相連，乘法器的輸出端與計數(shù)器相連，第二 RC振蕩器的電阻和電容為定值,第一 RC振蕩器的電容為定值,第二 RC振蕩器的振蕩頻率高于第一 RC振蕩器的振蕩頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻I旲擬如端包括調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)和與之相連的能量米集系統(tǒng),調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)設有ASK解調(diào)器和背反射調(diào)制器，ASK解調(diào)器解調(diào)天線端感應到的射頻能量到能量采集系統(tǒng)中，背反射調(diào)制器接收并調(diào)制數(shù)字模塊輸出的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)由天線端發(fā)送；能量采集系統(tǒng)包括電壓倍頻器、電壓傳感器、電壓限制器和電源重置電路，電壓倍頻器與ASK解調(diào)器的輸出端相連，電壓倍頻器的輸出端依次與電壓傳感器、電壓限制器相連，電壓傳感器與電源重置電路相連，電壓限制器和電源重置電路的輸出端與數(shù)字模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字模塊包括數(shù)字邏輯電路和與之相連的電可擦可編程只讀存儲器，數(shù)字邏輯電路與傳感器界面的控制器和計數(shù)器相連，數(shù)字邏輯電路的傳輸基于EPCGen2通信協(xié)議。
專利摘要本實用新型涉及一種基于無線無源射頻技術(shù)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括天線端、射頻模擬前端、傳感器界面、溫度傳感器和數(shù)字模塊，傳感器界面分別與溫度傳感器和數(shù)字模塊相連；溫度傳感器為熱電阻，傳感器界面包括第一RC振蕩器、第二RC振蕩器、計數(shù)器和控制器，熱電阻為第一RC振蕩器的振蕩電阻，控制器分別與第一RC振蕩器和第二RC振蕩器相連，第一RC振蕩器和第二RC振蕩器的振蕩輸出端分別與計數(shù)器相連，控制器和計數(shù)器分別與數(shù)字模塊相連。本實用新型采用熱電阻完成溫度檢測變化到電阻值變化的轉(zhuǎn)變，采用簡單的傳感器界面使電阻值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間變化信號，并將時間變化信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，避免了使用傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，降低了功耗。
文檔編號G01K7/16GK203069289SQ20132006029
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者王國安, 王莉 申請人:杭州得誠電力科技有限公司