一种微型无源无线温度传感器和测温系统的制作方法

本发明涉及温度检测技术领域，尤其涉及一种微型无源无线温度传感器和测温系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在高能电场温度监控领域中，电场电势高达1000v/m以上，传感器设备的电源取电具有一定的危险性。发明人认为现有的测温传感器存在以下几种技术问题：一是传感器数据采集系统较为复杂，包含了单片机系统，功耗较大；无线功能的温度传感器还必须配备射频芯片进一步增加系统复杂性；二是温度采集系统的电源方式在温度监控节点数量庞大时存在接线工作量巨大，线路复杂；当采用电池为温度采集系统进行供电时，虽减少接线，但采用电池供电无法在小体积前提下满足长时间的巡航工作；三是一般温度采集系统配有塑料壳体，在野外紫外线直射条件下容易老化；四是温度采集系统回传当前主要采用总线回传的有线方式，或者采用lora、wifi等常见无线通讯方式，尤其常用的无线通讯所需要的芯片，外围电路复杂，造价较高。五是采用单片机的温度传感器在恶劣天气下无法正常工作，一般单片机工作温度和湿度都有特殊要求，在野外条件下，设备容易老化。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种微型无源无线温度传感器和测温系统，通过电源极板产生电势，经电流电路整流稳压后，为射频电路供电，通过射频电路实现温度检测，省去了外部电源连线。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种微型无源无线温度传感器，包括，上电源极板、下电源极板和主板，主板上设置电源电路和射频电路，上电源极板与下电源极板通过馈电柱与电源电路连接，电源电路为射频电路供电，射频电路包含电容三点式振荡器，电容三点式振荡器中包含热敏电阻，热敏电阻随温度改变阻值发生变化，使电容三点式振荡器发出调频信号，实现温度测量。

进一步的，电容三点式振荡器包括三极管，三极管的基极连接lc谐振回路，调频信号通过lc谐振回路发出，三极管的集电极与发射极之间串联热敏电阻和滤波电容，在热敏电阻滤波电容组成的串联电路上并联电感。

进一步的，热敏电阻与电源电路连接，电源电路提供的电压经热敏电阻加载至三极管上。

进一步的，热敏电阻上依次并联电阻r4、电容c9、电容c6和电阻r6。

进一步的，热敏电阻与电源电路之间连接由上阻尼电阻和下阻尼电阻形成的并联电路。

进一步的，主板上设置射频天线，射频天线接收调频信号并将调频信号发出。

进一步的，电源电路包括整流电路和稳压电路，整流电路通过馈电柱与上电源极板与下电源极板连接，稳压电路与整流电路连接，整流电路与电容三点式振荡器连接。

进一步的，上电源极板与上电极底板连接，下电源极板与下电极底板连接，上电极底板、下电极底板和主板通过绝缘支撑柱固定于底座上方，所述底座与外壳连接，上电源极板、下电源极板和主板均位于外壳内。

进一步的，底座的下方设置螺纹盲孔。

第二方面，提出了一种微型无源无线测温系统，包括，所述的一种微型无源无线温度传感器。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本公开通过电源极板产生电势，经电源电路整流稳压后，为射频电路供电，通过射频电路实现温度检测，省去了外部电源连线，且能够适应野外长时间的使用。

2、本公开依靠射频电路中的热敏电阻实现温度检测，主板上没有控制芯片，全为模拟电路，功耗较低。

3、本公开在通过电源极板产生电势为射频电路供电时，增加了电源电路，通过电源电路对电势整流稳压后为射频电路供电，提高了射频电路工作的稳定性。

4、本公开还在热敏电阻与电源电路之间连接由上阻尼电阻和下阻尼电阻形成的并联电路，通过上阻尼电阻和下阻尼电阻过滤高频杂波和调节电流，在热敏电阻上依次并联电阻r4、电容c9、电容c6和电阻r6来抑制高频，减少了高频信号的产生，提高射频电路的抗干扰能力。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例1去除上壳后的结构示意图；

图2为本公开实施例1整体结构示意图；

图3为本公开实施例1整体结构示意图二；

图4为本公开实施例1主板电路示意图；

图5为本公开实施例1整流电路示意图；

图6为本公开实施例1稳压电路示意图；

图7为本公开实施例1射频电路示意图。

其中：1、底座，2、上壳，3、螺纹盲孔，4、上电极底板，5、上电极极板，6、绝缘支撑柱，7、下电极底板，8、下电极极板，9、上电极馈电柱，10、下电极馈电柱，11、主板，12、主板电路。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例1

在该实施例中，公开了一种微型无源无线温度传感器，如图1-7所示，包括，外壳和设置于外壳内的主板11与电源极板。

如图2所示，外壳包括底座1和上壳2，底座1和上壳2密封连接，主板11和电源极板设置于上壳2内，通过密封的外壳对主板和电源极板进行高等级防护。

如图1所示，电源极板包括上电极极板5和下电极极板8，上电极极板5固定于上电极底板4上，下电极极板8固定于下电极底板7上，上电极底板4、下电极底板8和主板11通过绝缘支撑柱6固定于底座1的上方。上电极极板5通过上电极馈电柱9与下电极极板8连接，下电极极板8通过下电极馈电柱10与主板11连接。

上电极极板5和下电极极板8采用容易导电的金属材料，上电极极板5和下电极极板8的作用是在电场环境中聚集电荷，当电场方向变化时，上电极极板5和下电极极板8上随电场周期性变化而有规律的聚集电荷，从而在上电极极板5和下电极极板8之间形成相应变化的电势。

如图4所示，主板11上设置主板电路12，主板电路12包括电源电路和射频电路，电源电路包括相连接的整流电路和稳压电路，上电极极板5和下电极极板8之间产生的电势通过整流电路将交流电流转变为直流后，经稳压电路进行稳压，获得稳定的电压输出，上电极极板5和下电极极板8之间产生的电势经电源电路整流稳压后，作为射频电路的电源，为射频电路供电。

如图5所示，整流电路包括整流二极管d1、d2、d3、d4，整流二极管d1、d3串联于上电极极板5和下电极极板8之间，整流二极管d2、d4串联后并联于串联的整流二极管d1、d3上，通过整流二极管d1、d2、d3、d4将交流电流转变为直流。

如图6所示，稳压电路包括稳压二极管d5，稳压二极管d5的一端连接于整流二极管d1、d3之间，另一端连接于整流二极管d2、d4之间，通过稳压二极管对上电极极板5和下电极极板8之间产生的电势进行稳压，避免击穿射频电路。

在上电极极板与整流二极管之间、下电极极板与整流二极管之间分别串联调谐电容c1、c2，在稳压二极管d5上并联调谐电容c3和c4，通过增加调谐电容c1、c2、c3、c4来保证振荡电路的稳定性。

如图7所示，射频电路的一端连接于整流二极管d1、d3之间，另一端连接于整流二极管d2、d4之间，由电源电路提供稳定的直流电压，射频电路包括由上阻尼电阻r1、下阻尼电阻r2形成的并联电路和电容三点式振荡器。

其中，电容三点式振荡器包括三极管q1，三极管q1的基极串联电感l2和二级滤波电容c8，电感l2和二级滤波电容c8串联形成lc谐振回路，调频信号从电感l2抽头经二级滤波电容c8输出，输出的调频信号被射频天线接收后发出，被无线接收总机接收，总机对这个调频信号分析，获得检测的温度值。

三极管q1的集电极与发射极之间串联热敏电阻r3、二级滤波电容c11和一级滤波电容c7，在热敏电阻r3、二级滤波电容c11和一级滤波电容c7组成的串联电路上并联电感l1，通过热敏电阻r3感知环境温度变化，热敏电阻r3串联由上阻尼电阻r1、下阻尼电阻r2形成的并联电路，由上阻尼电阻r1、下阻尼电阻r2形成的并联电路接入整流二极管d1、d3之间，通过由上阻尼电阻r1、下阻尼电阻r2形成的并联电路过滤高频杂波和调节电流，热敏电阻r3、二级滤波电容c11和一级滤波电容c7组成的串联电路与电感l1并联后接入整流二极管d2、d4之间，在热敏电阻r3上依次并联电阻r4、电容c9、电容c6和电阻r6，抑制高频信号的产生，通过由上阻尼电阻r1和下阻尼电阻r2形成的并联电路，及在热敏电阻r3上依次并联电阻r4、电容c9、电容c6和电阻r6，使最终产生的调频信号低于无线接收总机处探头的耐受值，防止探头啸叫，且提高探头的使用寿命。

上阻尼电阻r1和下阻尼电阻r2为0欧的磁珠，用于过滤高频杂波和调节电流。

经电源电路整流稳压后的电压，经上阻尼电阻r1和下阻尼电阻r2过滤掉高频杂波和调节电流后，经热敏电阻r3加载到三极管q1的变容二极管vd上，使得vd的pn结电容随之变化。由于vd并联在lc谐振回路上，结电容的变化会改变lc谐振回路的参数，使得振荡频率随调制信号的幅度而改变。最终的调频信号通过二级滤波电容c8和电感l2经射频天线at发出。

射频电路采用三极管构成震荡源，使用电容c11、c8和电感l1、l2构成滤波电路。电路通过增加调谐电容c1、c2、c3、c4来保证振荡电路稳定性。

在电源电路上还设置了指示灯，通过指示灯指示电源电路部分的工作状态。

在该实施例中，三极管选用9018三极管。

为了方便安装，如图3所示，在底座1的底面上设置螺纹盲孔3，通过螺纹盲孔方便本实施例的温度传感器的固定安装，底座1的底面为位于外壳外的面。

其中，底座选用金属底座，上壳选用脂封上壳，脂封外壳将主板、电源极板密封起来，形成较高等级的防护，并在脂封上壳内设置透音布，以使射频天线能够将音频信号发出。

本实施例公开的一种微型无源无线温度传感器工作时，上电源极板与下电源极板在交变电场作用下周期性聚集正负电荷，周期性过程伴随着电荷的聚散流动。上下电极板间在电场中有一定的电压，电荷流动形成的电流经主板整流电路形成直流，经稳压电路稳压后，驱动射频电路形成特定的调频射频信号，经过主板上的射频天线发射出去。

射频电路中的温度敏感元件，该温度敏感元件为热敏电阻r3，其参数与温度存在特定的关系曲线。当温度变化时，调频电路的lc谐振回路随着其电路中的温度敏感元件的参数变化而产生变化。变化的温度，通过变化的调频信号发射出去。

设备在场强达到一定强度的交变电场中即可以工作。由于主板上没有控制芯片，全部为模拟电路，功耗较低。当设备处于强交变电场中时，周期性的电荷聚集开始，便形成具有驱动能力的电流，进而驱动射频电路开始工作。

本实施例描述的射频电路的电源取电方式省去了外部电源连线，且温度测量回传采用模拟调频方式，比采用wifi、蓝牙等无线ic的无线回传方式功耗更小，设置的脂封外壳，具备更好的防护等级，可以适应野外擦汗那个时间的安装部署使用。且本实施例能够对温度进行实时监测，自适应低温环境，能够在室外高低温环境下稳定工作。

本实施例中的电阻均采用贴片电阻，电感采用贴片电感，有效减小了主板的体积，使无源无线温度传感器的整体体积较小，具备微型特点，方便携带。

且在电板外部加装外壳，外壳上设置同色透音布，射频天线无法从外部目视，在实现射频天线伪装的同时，不妨碍调频信号的发出。

本公开还通过在热敏电阻r3上电阻r4、电容c9、电容c6和电阻r6，抑制了高频信号的发出，防止了信号接收探头处啸叫的发生，提高探头的使用寿命。

本公开在功率相应自动增加基础上，可以切换备份频率组合，进一步提高干扰效率。

实施例2

在该实施例中，公开了一种微型无源无线测温系统，包括，实施例1公开的一种微型无源无线温度传感器。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。