球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法，传感器包括：无线通信模块，用于与密闭环境中的定位基站进行无线通信获取第一位置信息；IMU模块，用于采集传感器的姿态信息以获取传感器的滚动速度变化和传感器的第二位置信息；抽气泵，用于将外部空气抽入球形壳体内部；温湿度传感模块，用于根据抽气泵抽入球形壳体内部的空气测量温湿度信息，且温湿度传感模块的工作频率和抽气泵的抽气速率随传感器的滚动速度变化而变化；主控模块，用于融合第一位置信息和第二位置信息后得到精准定位信息，以及用于当传感器滚动到开放环境时通过无线通信模块将精准定位信息和温湿度信息传送给上位机，以获取密闭环境中不同位置的温湿度。环境中不同位置的温湿度。环境中不同位置的温湿度。

【技术实现步骤摘要】
球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于传感器
，更具体地，涉及一种球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]传感器是一种环境感知装置，它能感受周围环境的各类信息，并通过一定的方式将环境信息转变成电信号，传递给其余模块，实现信息的采集、转换、存储和控制等功能。传感器的是实现自动控制和自动检测的重要环节。温湿度传感模块是能够感知环境温度和湿度信息，并将其转化成一定大小的电信号的设备。
[0003]然而，目前的温湿度传感模块只能针对开放环境下的温湿度测量状况，做到实时测量与显示，无法在密闭环境中进行自动测量。当需要知道隧道、封闭金属管道等密闭环境中的温湿度信息时，因为此类环境完全封闭或半封闭，在工作时无法使用实时无线通信，无法做到实时的传输与显示，市面上也没有成熟的解决方案能够完成密闭环境下的温度和湿度信息的准确测量。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种球形温湿度传感器、密闭环境温湿度测量系统及测量方法，其目的在于解决难以准确测量密闭环境下的温湿度信息的技术问题。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供了一种球形温湿度传感器，用于测量密闭环境内部不同位置的温湿度，传感器包括球形壳体以及包裹于球形壳体内的温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块、抽气泵、电源模块和主控模块；其中，
[0006]无线通信模块用于与密闭环境中的定位基站进行无线通信以使主控模块获取传感器的第一位置信息；
[0007]IMU模块用于采集传感器的姿态信息以使主控模块获取传感器的滚动速度变化和传感器的第二位置信息；
[0008]抽气泵用于将外部空气抽入球形壳体内部，且抽气速率随传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，抽气速率变快，当滚动速率变慢时，抽气速率变慢；
[0009]温湿度传感模块用于根据抽气泵抽入球形壳体内部的空气测量温湿度信息并存入主控模块，且温湿度传感模块的工作频率随传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，工作频率变快，当滚动速率变慢时，工作频率变慢；
[0010]主控模块用于融合第一位置信息和第二位置信息后得到精准定位信息，以及用于当传感器滚动到开放环境时通过无线通信模块将精准定位信息和温湿度信息传送给外部的上位机。
[0011]在其中一个实施例中，传感器还包括按键模块，按键模块包括测量按键和传输按键，当启动测量按键时，传感器处于测量定位信息和密闭环境内部温湿度信息的工作模式，
当启动传输按键时，传感器处于将存储的定位信息和密闭环境内部温湿度信息发送至上位机的工作模式，当IMU模块检测到传感器不再滚动时，自动关闭测量按键，启动传输按键。
[0012]在其中一个实施例中，温湿度传感模块包括堆叠的热电偶结构层、腔室结构层、电解质结构层、电压控制电路和电流检测电路；
[0013]其中，腔室结构层中设置有第一腔室和第二腔室，热电偶结构层具有邻近第一腔室和第二腔室的加热电路，电解质结构层包括电解质、设置于电解质上表面的顶电极以及设置于电解质下表面的暴露于第一腔室内的第一底电极和暴露于第二腔室内的第二底电极；电压控制电路用于向第一底电极和顶电极之间、以及第二底电极和顶电极之间施加电压，电流检测电路用于检测第二底电极和顶电极之间的电流；
[0014]当温湿度传感模块工作时：以加热电路加热至固定温度作为热电偶的自由端、以加热电路以外的结构作为工作端检测球形壳体内部空气的温度并存入主控模块；抽气泵抽入球形壳体内部的空气先经过第一腔室，经电压控制电路分解并消耗空气中的氧气后再进入第二腔室，在第二腔室中经电压控制电路分解并消耗空气中的水蒸气形成电流并经电流检测电路测得后反馈给主控模块，主控模块根据检测到的电流计算球形壳体内部空气的湿度。
[0015]在其中一个实施例中，电解质为氧化锆电解质。
[0016]在其中一个实施例中，主控模块呈直径与球形壳体内径匹配的圆形并置于球形壳体的内径位置，电源模块置于主控模块的一侧，温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块和抽气泵位于主控模块的另一侧且置于主控模块上。
[0017]在其中一个实施例中，密闭环境中的定位基站为UWB基站，无线通信模块用于与UWB基站之间传送UWB信号以计算传感器的第一位置信息。
[0018]在其中一个实施例中，球形壳体由耐高温硅胶制成。
[0019]在其中一个实施例中，球形温湿度传感器用于测量温度大于等于150℃小于等于300℃的温湿度。
[0020]按照本专利技术的第二方面，提供了一种密闭环境温湿度测量系统，包括设置于密闭环境内部的定位基站以及上述的球形温湿度传感器。
[0021]按照本专利技术的第三方面，提供了一种密闭环境温湿度测量方法，设置上述的密闭环境温湿度传感模块系统，使球形温湿度传感器滚入待测的密闭环境中，在上位机上接收精准定位信息和温湿度信息。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0023](1)本专利技术设计的温湿度传感器呈球形，球形温湿度传感器可以在密闭环境中滚动，通过内部集成的温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块，从而可以测量出不同位置的温湿度并进行存储，并且当球形温湿度传感器滚到开放环境时，将存储的定位信息和温湿度信息发送给上位机，获取密闭环境内部不同位置的温湿度信息。
[0024](2)球形温湿度传感器还设计有抽气泵，抽气泵的抽气速率和温湿度传感模块的工作频率与IMU模块的检测结果联动，当根据IMU模块的检测表明球形温湿度传感器滚动速度变慢时，适当降低抽气泵的抽气速率和温湿度传感模块的工作频率，节约系统能耗，当表明球形温湿度传感器滚动速度变快时，适当提升抽气泵的抽气速率和温湿度传感模块的工
作频率，以获取更多位置的温湿度信息。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例提供的密闭环境温湿度测量系统结构示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例提供的球形温湿度传感器内部结构示意图；
[0027]图3是本专利技术实施例提供的球形温湿度传感器内部模块连接示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例提供的温湿度传感模块内部结构示意图；
[0029]图5是本专利技术实施例提供的UWB测距原理示意图；
[0030]图6是本专利技术实施例提供的TOA三维定位算法示意图；
[0031]图7是本专利技术实施例提供的密闭环境温湿度测量方法流程图；
[0032]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0033]1、基站；11、基站天线；12基站控制器；2、球形温湿度传感器；21、温湿度传感模块；211、第一腔室；212、第二腔室；213、加热电路；214、热电偶回路；215、电解质；216、电流检测电路；217、电压控制电路；22、无线通信模块；23、主控模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形温湿度传感器，其特征在于，用于测量密闭环境内部不同位置的温湿度，所述传感器包括球形壳体以及包裹于所述球形壳体内的温湿度传感模块、IMU模块、无线通信模块、抽气泵、电源模块和主控模块；其中，所述无线通信模块用于与密闭环境中的定位基站进行无线通信以使所述主控模块获取所述传感器的第一位置信息；所述IMU模块用于采集所述传感器的姿态信息以使所述主控模块获取所述传感器的滚动速度变化和所述传感器的第二位置信息；所述抽气泵用于将外部空气抽入所述球形壳体内部，且抽气速率随所述传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，抽气速率变快，当滚动速率变慢时，抽气速率变慢；所述温湿度传感模块用于根据所述抽气泵抽入所述球形壳体内部的空气测量温湿度信息并存入所述主控模块，且所述温湿度传感模块的工作频率随所述传感器的滚动速度变化而变化，当滚动速度变快时，工作频率变快，当滚动速率变慢时，工作频率变慢；所述主控模块用于融合所述第一位置信息和第二位置信息后得到精准定位信息，以及用于当所述传感器滚动到开放环境时通过所述无线通信模块将所述精准定位信息和所述温湿度信息传送给外部的上位机。2.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述传感器还包括按键模块，所述按键模块包括测量按键和传输按键，当启动测量按键时，所述传感器处于测量定位信息和密闭环境内部温湿度信息的工作模式，当启动传输按键时，所述传感器处于将存储的定位信息和密闭环境内部温湿度信息发送至上位机的工作模式，当所述IMU模块检测到传感器不再滚动时，自动关闭测量按键，启动传输按键。3.如权利要求1所述的球形温湿度传感器，其特征在于，所述温湿度传感模块包括堆叠的热电偶结构层、腔室结构层、电解质结构层、电压控制电路和电流检测电路；其中，所述腔室结构层中设置有第一腔室和第二腔室，所述热电偶结构层具有邻近所述第一腔室和所述第二腔室的加热电路，所述电解质结构层包括电解质、设置于电解质上表面的顶电极以及设置于电解质下表面的暴露于所述第一腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曦，向洪福，汪振，孙灿，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：