一种无线无源温湿度监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于温湿度监测评估领域，尤其涉及一种无线无源温湿度监测装置和方法。该无线无源温湿度监测装置以热敏电阻为温度敏感元件，以叉指电极电容传感器为湿度敏感元件，通过集成化的仪器控制端来接受敏感元件的阻抗变化，从而实现对传感器单元侧温湿度的监测；具有不需要破坏被测结构、监测速度快、稳定性高、低成本、小型化、现场实用性强特点。一种无线无源温湿度监测装置，包括有：传感器单元以及仪器控制端；传感器单元中包括有传感侧多匝电感线圈、与传感侧多匝电感线圈串联设置的热敏电阻、与传感侧多匝电感线圈串联设置的叉指电极；仪器控制端中包括有仪器控制侧多匝电感线圈、电流采样模块、锁相放大器、嵌入式微控制单元、DDS模块。DDS模块。DDS模块。

【技术实现步骤摘要】
一种无线无源温湿度监测装置和方法


[0001]本专利技术属于温湿度监测评估领域，尤其涉及一种无线无源温湿度监测装置和方法。

技术介绍

[0002]目前所使用的大部分温度和湿度监测系统均为有源温湿度传感器，需要将电源模块置于被测环境中，为传感器提供能量。这种温湿度传感器模式存在有电源更换麻烦、适应性差、不容易维护等缺陷。而无线无源温湿度传感器在这些方面正好有着无可比拟的优点，尤其在如旋转部件、密封部件等某些特殊应用场景中无线无源温湿度传感器更是有着独特的优势。
[0003]在现有的无线无源监测技术中，LC无源传感器是基于电感线圈之间的电磁耦合原理形成，传感器由无源电感和电容组成，外部读取系统的电感线圈通过弱场耦合实现对传感器信号的感测，传感器组成元件以及两个线圈的间距都可以作为无线无源敏感系统的参数敏感单元，不需要外部能量的供应，可以实现非接触式的信号收发，是目前国内外无线无源传感器测试研究的一个重点，被广泛的应用于各种参数的测试。
[0004]然而，进一步研究后发现，现有的LC无源温度和湿度传感器均使用电容为敏感元件，电容值随温度或湿度的变化将导致系统的谐振频率变化，通过测量谐振频率得到当前温度或湿度信息，但其不足之处在于无法使用同一套设备同时完成对温度和湿度的监测；且监测时需要设备连续产生不同频率的激励信号，对设备要求较高，测量传感器的谐振频率难度大，不易实现。此外，现阶段LC温湿度传感器的两线圈难以对中以及间距不易控制，导致其应用难度较大。因此，有必要提出一种仅需固定频率正弦电压信号激励即可同时实现温度和湿度监测，且不需要破坏被测结构、监测速度快、稳定性高、低成本、小型化、现场实用性强的无线无源便携式原位温湿度监测装置和方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种无线无源温湿度监测装置和方法，该无线无源温湿度监测装置以热敏电阻为温度敏感元件，以叉指电极电容传感器为湿度敏感元件，通过集成化的仪器控制端来接受敏感元件的阻抗变化，从而实现对传感器单元侧温湿度的监测；同时本专利技术提出一种以固定频率正弦电压信号激励的无线无源温湿度监测方法，该无线无源温湿度监测装置和方法具有不需要破坏被测结构、监测速度快、稳定性高、低成本、小型化、现场实用性强等特点。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种无线无源温湿度监测装置，包括有：传感器单元以及仪器控制端；所述传感器单元中包括有传感侧多匝电感线圈、与传感侧多匝电感线圈串联设置的热敏电阻、与传感侧多匝电感线圈串联设置的叉指电极；所述仪器控制端中包括有仪器控制侧多匝电感线圈、电流采样模块、锁相放大器、
嵌入式微控制单元、DDS模块；其中，传感器单元中的传感侧多匝电感线圈、热敏电阻、叉指电极采用柔性印刷方式制备形成，且嵌入待监测的材质基底中；仪器控制侧多匝电感线圈与传感侧多匝电感线圈形成电磁耦合配合。
[0007]较为优选的，所述嵌入式微控制单元选用型号为STM32G071CBT6的芯片；其中，芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的VDD引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的VSS引脚接地；芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的OSC_IN、OSC_OUT引脚之间连接设置有外部晶振。
[0008]较为优选的，所述电流采样模块由采样电阻、带SMA接头的电流采样输入端、第一电流采样放大电路、带SMA接头的电流采样输出端以及第二电流采样放大电路构成；其中，第一电流采样放大电路由多级第一电流采样运算放大器串联构成，第一运算放大器选用型号为LM7332的芯片；第二电流采样放大电路由多级第二电流采样运算放大器串联构成，第二运算放大器选用型号为LM7332的芯片。
[0009]较为优选的，所述DDS模块选用型号为AD9833BRMZ的芯片；其中，芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的VDD引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的FSYNC引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB12引脚相连接；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的SCLK引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB13引脚相连接；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的SDATA引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB15引脚相连接。
[0010]较为优选的，还包括有：与嵌入式微控制单元相连接的SWD调试模块以及施密特触发反相器；其中，所述SWD调试模块的型号为JP_STM32_SWD；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的VCC引脚接+3.3V工作电压；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的GND引脚接地；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的SWCLK引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA14
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BOOT0引脚相连接；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的SWDAT引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA13引脚相连接；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的NRST引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PF2
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NRST引脚相连接；所述施密特触发反相器选用型号为SN74LVC1G14DBVR的芯片；其中，芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的VCC引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的GND引脚接地；芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的Y引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA4引脚相连接。
[0011]较为优选的，还包括有：用于建立嵌入式微控制单元与显示单元之间数据连接关系的显示单元连接器；所述显示单元连接器的产品编号为FPC0.5
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30P_C132513；其中，产品编号为FPC0.5
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30P_C132513的显示单元连接器的Pin2接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB8引脚相连接；产品编号为FPC0.5
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30P_C132513的显示单元连接器的Pin3
接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB7引脚相连接；产品编号为FPC0.5
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30P_C132513的显示单元连接器的Pin4接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB6引脚相连接；产品编号为FPC0.5
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30P_C132513的显示单元连接器的Pin13接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB5引脚相连接；产品编号为FPC0.5
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30P_C132513的显示单元连接器的Pin14接口与芯片型号为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，包括有：传感器单元以及仪器控制端；所述传感器单元中包括有传感侧多匝电感线圈、与传感侧多匝电感线圈串联设置的热敏电阻、与传感侧多匝电感线圈串联设置的叉指电极；所述仪器控制端中包括有仪器控制侧多匝电感线圈、电流采样模块、锁相放大器、嵌入式微控制单元、DDS模块；其中，传感器单元中的传感侧多匝电感线圈、热敏电阻、叉指电极采用柔性印刷方式制备形成，且嵌入待监测的材质基底中；仪器控制侧多匝电感线圈与传感侧多匝电感线圈形成电磁耦合配合。2.根据权利要求1所述的一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，所述嵌入式微控制单元选用型号为STM32G071CBT6的芯片；其中，芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的VDD引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的VSS引脚接地；芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的OSC_IN、OSC_OUT引脚之间连接设置有外部晶振。3.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，所述电流采样模块由采样电阻、带SMA接头的电流采样输入端、第一电流采样放大电路、带SMA接头的电流采样输出端以及第二电流采样放大电路构成；其中，第一电流采样放大电路由多级第一电流采样运算放大器串联构成，第一运算放大器选用型号为LM7332的芯片；第二电流采样放大电路由多级第二电流采样运算放大器串联构成，第二运算放大器选用型号为LM7332的芯片。4.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，所述DDS模块选用型号为AD9833BRMZ的芯片；其中，芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的VDD引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的FSYNC引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB12引脚相连接；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的SCLK引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB13引脚相连接；芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的SDATA引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB15引脚相连接。5.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，还包括有：与嵌入式微控制单元相连接的SWD调试模块以及施密特触发反相器；其中，所述SWD调试模块的型号为JP_STM32_SWD；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的VCC引脚接+3.3V工作电压；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的GND引脚接地；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的SWCLK引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA14
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BOOT0引脚相连接；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的SWDAT引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA13引脚相连接；型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的NRST引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PF2
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NRST引脚相连接；所述施密特触发反相器选用型号为SN74LVC1G14DBVR的芯片；其中，芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的VCC引脚接+3.3V工作电压；芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的GND引脚接地；芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施
密特触发反相器的Y引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA4引脚相连接。6.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置，其特征在于，还包括有：用于建立嵌入式微控制单元与显示单元之间数据连接关系的显示单元连接器；所述显示单元连接器的产品编号为FPC0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：殷晓康，王涛，古卓永，文凯杰，张兆瑞，荣光强，石昆三，袁新安，李肖，李伟，陈国明，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：