專利名稱：一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置。
背景技術：
隨著技術的發(fā)展、自動化程度的不斷提高，越來越多的設備采用各種環(huán)境參數實 時監(jiān)測，以保障運行的可靠性。電力系統(tǒng)配電變壓器和配電線路的開關觸點、母排或電纜連 接處等部位可以通過實時監(jiān)測其表面發(fā)熱情況判斷預測運行狀態(tài)，提示故障隱患；大型機 電設備可以通過持續(xù)監(jiān)測振動情況，發(fā)現事故前兆，通過科學的關鍵參數在線監(jiān)測可以預 防事故的發(fā)生，且成本合理。上述各種監(jiān)測裝置需安裝在不同地點不同部位，組成監(jiān)測系統(tǒng)時相互間的無線連 接是必然需求。隨著電子器件日益低功耗和電池技術的發(fā)展，內置電池成為可能，但畢竟電 池供電使用壽命較短，且體積大因而難以滿足使用要求；目前也出現了利用太陽能發(fā)電來 實現無線供電，但太陽能供電也有體積過大的、成本較高的缺陷，并且因受天氣和安裝位置 的影響而導致太陽能利用的不穩(wěn)定性，因而局限了太陽能在供電上的使用，不能滿足穩(wěn)定 供電的使用要求。綜上所述，現有技術存在壽命短、使用不穩(wěn)定、局限性大等技術缺陷。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種工作穩(wěn)定、使 用壽命長、通過無線電傳輸電能的無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置。本實用新型所采用的技術方案是本實用新型包括高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測 裝置，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置包括傳感器檢測單元、控制及存儲單元、啟動 信號電路、控制信號電路、解調電路、發(fā)射電路及天線，所述一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝 置還包括RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置還包 括RF功率接收器、電源恢復模塊穩(wěn)壓儲能模塊，所述RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置與所 述RF功率接收器電磁波感應連接，所述RF功率接收器與所述電源恢復模塊電連接，所述電 源恢復模塊與所述穩(wěn)壓儲能模塊電連接，所述穩(wěn)壓儲能模塊向所述高頻無線式環(huán)境參數在 線監(jiān)測裝置輸出工作電源。所述RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置包括功率分配器、功率放大器、環(huán)形器、混 頻器、LNA低噪放大器、LF濾波器、VGA可變增益入大器、解調節(jié)器、發(fā)射單元和轉換開關及 泄放電阻、發(fā)射天線，所述功率分配器與所述功率放大器和混頻器電連接，所述混頻器、LNA 低噪放大器、LF濾波器、VGA可變增益入大器、解調節(jié)器依次電連接，所述功率放大器連接 所述轉換開關的中心端，所述轉換開關的另兩個端子分別邊接所述環(huán)形器和所述泄放電 阻，所述泄放電阻的另一端接共地，所述環(huán)形器還分別連接所述LNA低噪放大器和發(fā)射單 元，所述發(fā)射單元連接所述發(fā)射天線。所述發(fā)射單元包括相互串聯的電容I Cl、線圈I Li、電阻I R1，所述RF功率接收器包括線圈II L2、電阻II R2、電容II C2，所述線圈II L2、電阻II R2串聯后與所述電容 II C2并聯，所述線圈I Ll受電后所產生的電磁波感應至所述線圈II L2。所述電源恢復模塊包括采用肖特基勢壘二極管和電容組成的多級二極管倍壓電 路，將交流射頻信號電流整流為所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置所需的直流工作電 壓。所述穩(wěn)壓儲能模塊包括三只串聯的二極管Dl、D2、D3、電阻R、電容C、MOS管M組 成的開關電路，控制對所述電容的充電狀態(tài)達到穩(wěn)定的電壓輸出。本實用新型的有益效果是由于本實用新型包括高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝 置，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置包括傳感器檢測單元、控制及存儲單元、啟動信 號電路、控制信號電路、解調電路、發(fā)射電路及天線，所述無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置還包 括RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置還包括RF功 率接收器、電源恢復模塊穩(wěn)壓儲能模塊，所述RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置與所述RF功 率接收器電磁波感應連接，所述RF功率接收器與所述電源恢復模塊電連接，所述電源恢復 模塊與所述穩(wěn)壓儲能模塊電連接，所述穩(wěn)壓儲能模塊向所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測 裝置輸出工作電源。所以本實用新型是一種通過無線電傳輸電能的無源環(huán)境參數無線監(jiān)測 裝置，配上遠程計算機可組成多級監(jiān)測預警系統(tǒng)，它具有在高壓、高溫環(huán)境下實現高絕緣、 高隔離的性能，免去拉線、更換電池，方便現場安裝應用；適用于多種場合多種環(huán)境參數的 實時監(jiān)測，預防事故的發(fā)生，保障受監(jiān)測設備的安全運行，且工作穩(wěn)定、使用壽命長。本實用 新型所涉及的無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，無需外引線供電或電池供電，通過高頻無線方 式取電、采用合理休眠方式節(jié)能，具有多種環(huán)境參數采集、安裝使用方便、實時數據處理、靈 活設置參數等特點。本實用新型適合于多種場合的應用，尤其是需高壓電氣隔離或不方便 布線的場合，可對多種運行環(huán)境參數作實時監(jiān)測，以便于及時發(fā)現和消除潛在問題，提高總 體經濟效益。

圖1是本實用新型電路結構框圖；圖2是本實用新型RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置結構框圖；圖3是本實用新型電能無線傳輸電路示意圖；圖4是本實用新型電源恢復模塊電路示意圖；圖5是本實用新型穩(wěn)壓儲能模塊電路示意圖；圖6是本實用新型解調電路示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本實用新型包括高頻無線式環(huán)境參數在線 監(jiān)測裝置1，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置1包括傳感器檢測單元、控制及存儲單 元、啟動信號電路、控制信號電路、解調電路、發(fā)射電路及天線，所述一種無源環(huán)境參數無線 監(jiān)測裝置還包括RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置2，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝 置1還包括RF功率接收器11、電源恢復模塊12、穩(wěn)壓儲能模塊13，所述RF電能發(fā)射和主信 號源發(fā)射裝置2與所述RF功率接收器11電磁波感應連接，所述RF功率接收器11與所述電源恢復模塊12電連接，所述電源恢復模塊12與所述穩(wěn)壓儲能模塊13電連接，所述穩(wěn)壓 儲能模塊13向所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置1輸出工作電源。所述RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置2包括功率分配器21、功率放大器22、環(huán)形 器23、混頻器24、LNA低噪放大器25、LF濾波器26、VGA可變增益入大器27、解調節(jié)器28、 發(fā)射單元29和轉換開關及泄放電阻、發(fā)射天線，所述功率分配器21與所述功率放大器22 和混頻器24電連接，所述混頻器24、LNA低噪放大器25、LF濾波器26、VGA可變增益入大 器27、解調節(jié)器28依次電連接，所述功率放大器22連接所述轉換開關的中心端，所述轉換 開關的另兩個端子分別邊際連接所述環(huán)形器23和所述泄放電阻，所述泄放電阻的另一端 接共地，所述環(huán)形器23還分別連接所述LNA低噪放大器25和發(fā)射單元29，所述發(fā)射單元 29連接所述發(fā)射天線。所述發(fā)射單元29包括相互串聯的電容I Cl、線圈I Li、電阻I Rl，所述RF功率接 收器11包括線圈II L2、電阻II R2、電容II C2，所述線圈II L2、電阻II R2串聯后與所 述電容II C2并聯，所述線圈I Ll受電后所產生的電磁波感應至所述線圈II L2。所述電源恢復模塊12包括采用肖特基勢壘二極管和電容組成的多級二極管倍壓 電路，將交流射頻信號電流整流為所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置1所需的直流工 作電壓。所述穩(wěn)壓儲能模塊13包括三只串聯的二極管Dl、D2、D3、電阻R、電容C、MOS管M 組成的開關電路，控制對所述電容的充電狀態(tài)達到穩(wěn)定的電壓輸出。本實施例中，綜合運用高頻無線通信技術、數字化傳感技術、無線電能傳輸，實時 自動檢測，預警現場各關鍵參數，有效提高設備運行的可靠性，對可能出現的不安全狀況提 前預警。和傳統(tǒng)的無線監(jiān)測系統(tǒng)相比，本實用新型的創(chuàng)新點在于一、無需外供電源，并且能適應不方便布線的場合，安全性較傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)要好。 徹底解決需拉線、維護及更換電池的問題。二、采用ASK反向散射技術進行調制發(fā)射，進一步大大降低在線監(jiān)測裝置功耗。1、RF功率發(fā)射器和接收器RF功率發(fā)射與普通天線發(fā)射并沒有太大區(qū)別，特點是發(fā)射線圈較大，主要發(fā)射 ASK調制信號。接收天線尺寸較小，采用對偶極子天線。2、電源恢復模塊采用肖特基勢壘二極管和電容組成的二極管倍壓電路，將交流的射頻信號整流為 監(jiān)測單元所需要的直流電壓。3、儲能電路采用串聯的二極管與電阻組成的電壓感應器，控制開關管M的柵極電壓，當電源 恢復電路送來的輸入電壓達到Dl D3的開啟電壓總和時，M導通，停止對儲能電容C進行 充電。4、監(jiān)測模塊監(jiān)測模塊由低功耗單片機和傳感器共同組成，和傳統(tǒng)的監(jiān)測模塊沒有什么不同， 由傳感器測出相應的環(huán)境參數，再由單片機按要求順序讀出。5、調制電路這里用到一項關鍵的技術反向散射技術。通過改變芯片的輸入阻抗來改變芯片與天線間的反射系數，從而改變發(fā)射信號的信號強度，達到ASK調制目的。一般接收天線信 號時天線的的阻抗和芯片的阻抗是匹配的，達到最大的傳輸效率，而當調制信號時，通過控 制MOS管的導通，改變芯片的輸入阻抗，從而增大反射系數，達到反向散射信號的目的。6、解調電路為解決不同場強下包絡檢波的正確性，在原有的二極管檢波的基礎上增加了電流 泄放電路。當天線處于較強的發(fā)射天線近場時，由于電容兩端的電壓，使得晶體管導通，泄 放一部分的電流，使得電壓鉗位在某個較固定的值，當接收到受調制的信號時，由于電阻、 電容組成的延時電路的作用，晶體管仍然導通，使得信號能迅速地降低，達到解調的目的。本實用新型具有如下特點1、參數檢測模塊無需外供電源，無需拉線或更換電池，體積小，方便安裝應用，2、多參數監(jiān)測本裝置可配合多種傳感器(溫度、濕度、壓力等)，能在線實時自 動檢測多個環(huán)境參數，多個裝置配合后臺計算機、通訊線路組合成一套完整的實時監(jiān)測系 統(tǒng)；3、參數過界預警可根據現場情況設定每個關鍵點的報警值，當檢測到越限時，主 動給出報警信號；4、無線傳輸采用無線電能傳輸，無線信號傳送，參數采集發(fā)射單元無線傳輸數 據，測量點與接收點無直接聯系，電氣上完全隔離，安全，且省去接線的麻煩，解決了此類產 品的難點——供電問題；5、免維護采用先進的微功率無線通信和獨特的電能傳送方式，軟硬件省電設計， 無需更換電池；6、擴展性能好使用時可根據實際情況隨時增加或刪減環(huán)境參數測量的數量；本實用新型可以達到或實現如下功能1、無線方式供電通過無線傳輸電能方式給分散安裝的采集發(fā)射單元供電，解決 了此類產品的供電問題。2、測點采集，數據顯示有效在線監(jiān)測運行設備的環(huán)境參數，采集并顯示被測關鍵 點的位置及對應參數值。3、閾值設定，越限報警可獨立設定各被檢點的閾值，當檢測到的參數超過設定閾 值時，由該裝置所組成的預警系統(tǒng)將自動發(fā)出故障信息報警。4、數據存儲，信息上傳當出現故障信息時，由該裝置所組成的預警系統(tǒng)通過短信 方式將故障信息上傳至預設手機，或通過多種通訊方式將信息上傳到遠程計算機，同時將 信息存儲以供查詢。本實用新型可廣泛應用于環(huán)境參數在線監(jiān)測領域。
權利要求一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，它包括高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)包括傳感器檢測單元、控制及存儲單元、啟動信號電路、控制信號電路、解調電路、發(fā)射電路及天線，其特征在于所述一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置還包括RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置(2)，所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)還包括RF功率接收器(11)、電源恢復模塊(12)、穩(wěn)壓儲能模塊(13)，所述RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置(2)與所述RF功率接收器(11)電磁波感應連接，所述RF功率接收器(11)與所述電源恢復模塊(12)電連接，所述電源恢復模塊(12)與所述穩(wěn)壓儲能模塊(13)電連接，所述穩(wěn)壓儲能模塊(13)向所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)輸出工作電源。
2.根據權利要求1所述的一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述RF電能 發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置(2)包括功率分配器(21)、功率放大器(22)、環(huán)形器(23)、混頻 器(24)、LNA低噪放大器(25) ,LF濾波器(26)、VGA可變增益入大器(27)、解調節(jié)器(28)、 發(fā)射單元(29)和轉換開關及泄放電阻、發(fā)射天線，所述功率分配器(21)與所述功率放大器 (22)和混頻器(24)電連接，所述混頻器(24)、LNA低噪放大器(25)、LF濾波器(26)、VGA 可變增益入大器(27)、解調節(jié)器(28)依次電連接，所述功率放大器(22)連接所述轉換開關 的中心端，所述轉換開關的另兩個端子分別邊接所述環(huán)形器(23)和所述泄放電阻，所述泄 放電阻的另一端接共地，所述環(huán)形器(23)還分別連接所述LNA低噪放大器(25)和所述發(fā) 射單元(29)，所述發(fā)射單元(29)連接所述發(fā)射天線。
3.根據權利要求2所述的一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述發(fā)射單 元(29)包括相互串聯的電容IC1、線圈IL1、電阻IR1，所述RF功率接收器(11)包括線圈 IIL2、電阻IIR2、電容IIC2，所述線圈IIL2、電阻IIR2串聯后與所述電容IIC2并聯，所述線 圈ILl受電后所產生的電磁波感應至所述線圈IIL2。
4.根據權利要求1或2所述的一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述電 源恢復模塊(12)包括采用肖特基勢壘二極管和電容組成的多級二極管倍壓電路，將交流 射頻信號電流整流為所述高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)所需的直流工作電壓。
5.根據權利要求1或2所述的一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，其特征在于所述穩(wěn) 壓儲能模塊(13)包括三只串聯的二極管D1、D2、D3、電阻R、電容C、M0S管M組成的開關電 路，控制對所述電容的充電狀態(tài)達到穩(wěn)定的電壓輸出。
專利摘要本實用新型公開了一種無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置，旨在提供一種工作穩(wěn)定、使用壽命長、通過無線電傳輸電能的無源環(huán)境參數無線監(jiān)測裝置。本實用新型包括高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)、RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置(2)，高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)包括RF功率接收器(11)、電源恢復模塊(12)、穩(wěn)壓儲能模塊(13)，RF電能發(fā)射和主信號源發(fā)射裝置(2)與RF功率接收器(11)電磁波感應連接，所述RF功率接收器(11)與電源恢復模塊(12)電連接，電源恢復模塊(12)與穩(wěn)壓儲能模塊(13)電連接，穩(wěn)壓儲能模塊(13)向高頻無線式環(huán)境參數在線監(jiān)測裝置(1)輸出工作電源。本實用新型可廣泛應用于環(huán)境參數無線監(jiān)測預警領域。
文檔編號G08C17/02GK201622686SQ20102012684
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權日2010年3月4日
發(fā)明者李學紅, 王濤 申請人:珠海賽迪生電氣設備有限公司