用于金属轴承的无源无线温度监测套环的制作方法
【专利摘要】用于金属轴的无源无线温度监测套环，其特征在于：套环分为同心的外、中、内三层，外层是半环形或者螺旋形金属，内层是圆筒状金属，中间层是包括声表面波温敏谐振器、阻抗匹配电感电容在内的绝缘支撑材料；声表面波温敏谐振器的一端接内层金属筒，另一端通过阻抗匹配电感电容接外层金属中间位置；内层金属的孔径与所要安装的金属轴相吻合，外层金属是无线信号辐射层，其外径和周长根据工作频率而定。这种套环式温度监测器具有适合金属轴承安装、完全无源(无需电池就能工作)、信号覆盖好、简单可靠等优点。
【专利说明】用于金属轴承的无源无线温度监测套环
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感器领域，尤其涉及特殊应用的无线传感器。
【背景技术】
[0002]无线传感器在安全监控、自动化管理等方面的应用越来越广泛。但有些特殊部件由于其本身的特殊性，对传感器的形状、体积和工作方式提出了很高的要求。例如，电力开关柜的动、静触头由于经常要开合操作，存在接触不良、触头氧化导致的温度过高现象，有必要安装温度传感器进行监测。火车或机床的转轴、传动轴在如果因为摩擦引起温度过高、会大大降低使用寿命，甚至导致安全事故，对这些轴承进行温度监测就可以及时发现隐患，预防事故发生。这些金属轴承一般在设备的内部，视线有遮挡且数量多，用红外测温方式难以实现。而由于高电压、旋转等原因，用热敏电偶、光纤测温方式不可行，因此无线监测是最佳选择。
[0004]对金属轴承的无线温度监测，其难点在以下几个方面:
[0005]一是金属部件对于无线信号的影响很大。例如在射频识别(RFID)领域，抗金属标签一直是个难点和研究热点。这是因为金属作为良导体，其表面的切向电场为零，这会严重影响贴近金属表面的天线的工作，导致无线读取距离近甚至读不出来。
[0006]二是金属对电磁波有很好的遮挡作用，如果传感器安装在金属轴的一侧，那么由于金属轴的遮挡，会造成无线信号的阴影区，在另一侧可能接收不到传感信号。
[0007]三是对安装和维护要求很高。安装在轴上的监测器不能突出太多，不能因为安装引入其他隐患，以免影响设备工作。维护也要求方便。
【发明内容】
[0008]针对电力开关柜的动静触头、火车轮轴、机械传动轴等这些金属轴承部件的测温需求，本发明提出了一种无源无线的温度监测套环。这种套环具有适合金属轴承安装、完全无源(无需电池就能工作)、信号覆盖好、简单可靠等优点。
[0009]本发明的套环，其特征在于:套环分为同心的外、中、内三层，外层是半环形或者螺旋形金属，内层是圆筒状金属，中间层是包括声表面波温敏谐振器、阻抗匹配电感电容在内的绝缘支撑材料；声表面波温敏谐振器的一端接内层金属筒，另一端通过阻抗匹配电感电容接外层金属中间位置；内层金属的孔径与所要安装的金属轴相吻合，外层金属是无线信号辐射层，其外径和周长根据工作频率而定。
[0010]为了保护外层金属，可以在外层金属层外面添加一层绝缘保护层。内层的金属筒起到参考地的作用，也可以由所安装的金属轴替代而省略。
[0011]本发明的套环，其内外层的金属形成一个天线，在合理的尺寸设计下，可以有效接收和发射声表面波温敏谐振器的无线信号，从而实现与外部检测装置的通信。根据仿真和试验结果，这种套环结构的辐射方向垂直于套环轴心，且在各个方向基本是均匀的。这说明当套环随着金属轴转动时，无线信号的收发是不受影响的，从而保证了信号传输良好，
[0012]声表面波温敏谐振器是一种固有谐振信号随温度变化的无源器件，其厚度可以在Imm多些，长宽几个毫米。它在外部的电磁激励信号下可发生谐振，并在外部激励撤销后释放出某个频率的电磁信号。根据其释放的信号频率与温度的关系就可以检测出温度。由于其工作能量来自于外部激励，因此不需要电池供电，从而大大节省体积，有助于实现小型化，尽量减少了对设备的影响。
[0013]本发明的套环在本质上是一个无源无线温度传感器，但由于其特殊的设计而解决了金属轴的无线温度检测问题，具有体积小、信号不受金属轴转动影响、安装维护方面等优点。尤其适合电力开关柜动静触头、火车轮轴、机床转轴等物体的测温。
[0014]将声表面波温敏谐振器换成带有质量加载块的声表面波谐振器，就构成无源无线振动或者角速度监测套环。从而根据需要，在本发明的基础上实现温度以外的检测。
[0015]如果空间允许，声表面波温敏谐振器可以换成有源的无线温度或振动检测电路和电池，从而构成有源的温度或振动监测套环。有源的优势在于监测距离远。
[0016]下文将结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是无源无线温度监测套环具体实施例的轴向结构示意图。
[0018]图2是图1套环的俯视图。
[0019]附图标记:1、筒状金属层；2、外层辐射金属层；3、绝缘支撑；4、声表面波温敏谐振器；5、阻抗匹配电路；6、通孔；7、外壳。
【具体实施方式】
[0020]图1是无源无线温度监测套环具体实施例的轴向结构示意图。工作频率为900MHz，筒状金属层(I)为铜质材料，内经35_。绝缘支撑(3)是一个圆形电路板，板材为1^4，介电常数4.3。圆形电路板上面焊接声表面波温敏谐振器⑷和匹配电路(5)，谐振器尺寸为2mm,匹配电感电容元件共有3个，均为0603封装。电路板外直径75mm，外层的辐射金属层为铜质半环形，周长在半波长左右。为了正确反映金属轴的温度，声表面波温敏谐振器(4)的外壳以及一个端与筒状金属层(I)紧密相连。阻抗匹配电路(5) —端连接声表面波温敏谐振器(4)的一端，另一端连接外层金属。绝缘外壳(7)为整个套环的提供保护。
[0021]通过HFSS软件对套环结构进行仿真计算，尤其是优化外层金属周长，可以使该结构对900MHz频率有很高的辐射特性，而且在垂直于轴向的各个方向上，辐射基本相等，也就是说在垂直轴向的辐射方向图是全向的。这样可以保证随着套筒的旋转，信号的接收和发射不受影响。
[0022]如果套环的外直径受到安装尺寸限制，则可以缩小外直径，根据要求的直径重新仿真计算得到合适的外层金属尺寸。总之，针对某个工作频率，套环的尺寸不是唯一的，而是根据需要而定。
[0023]尽管已经结合上述示例实施例对本发明做出了说明，但是显然:本领域的技术人员的仍然可以对其所用的部件做出替换、修改和变形。因此本发明的示例性实施及其变形和修改仍然落入由所附权利要求书限定的保护范围内。
【权利要求】
1.用于金属轴的无源无线温度监测套环，其特征在于:套环分为同心的外、中、内三层，外层是半环形或者螺旋形金属，内层是圆筒状金属，中间层是包括声表面波温敏谐振器、阻抗匹配电感电容在内的绝缘支撑材料；声表面波温敏谐振器的一端接内层金属筒，另一端通过阻抗匹配电感电容接外层金属中间位置；内层金属的孔径与所要安装的金属轴相吻合，外层金属是无线信号辐射层，其外径和周长根据工作频率而定。
2.根据权利I要求的无源无线温度监测套环，其特征在于:内层圆筒状金属由所安装的金属轴替代而省略。
3.根据权利I要求的套环，其特征在于:将声表面波温敏谐振器换成带有质量加载块的声表面波谐振器，构成无源无线振动或者角速度监测套环。
4.根据权利I要求的套环，其特征在于:将声表面波温敏谐振器可以换成有源的无线温度或振动检测电路和电池，构成有源的温度或振动监测套环。
【文档编号】G01K11/26GK104374490SQ201410647396
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】王东方 申请人:王东方