一种无源测温芯片及温度在线监测系统

技术领域

本发明涉及安全监测技术领域，具体而言，尤其是涉及一种无源测温芯片及温度在线监测系统。

背景技术

开关柜、变压器、电容器、互感器柜等电气设备对下游用电设备设施进行供电和调配，长期处于高负荷运行状态，因其导体内部应力、高低温变化、氧化腐蚀、接头工艺等原因，导体连接部位容易发生连接松动、接触压力不足、接触电阻上升、甚至局部放电，进而导致局部异常发热升温，最终造成燃爆事故。

因此需要对上述电气设备关键导体部位的温度实现精准、实时、在线的监测，确保供电的安全和稳定，但是大部分电气设备无法或不便于在带电情况下开柜，红外温枪根本无法测量其在带电运行状态下的内部导体温度；而停电开柜检测，又无法反映导体带电运行时的温度，做到在设备通电运行期间精确、提前发现事故隐患；且，针对于常规的监测设备而言，通常为有源结构，基于化合物、电池或金属导体向其供电，存在自身燃爆或爬电等安全隐患。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

针对于现有技术中通常采用有缘温度测试器存在安全隐患的问题，本发明提供了一种无源测温芯片及温度在线监测系统，在保证安全性的同时，能够实现电气设备内温度的实时监测，保证监测的实时性，从而达到提前发现事故隐患目的。

本发明通过如下技术方案实现：

第一方面

本发明实施例提供了一种无源测温芯片，包括：射频天线模组，所述天线模组用于接收射频信号；射频电路，所述射频电路用于接收射频信号并将所述射频信号转化为DC功率；温度感知模组，所述温度感知模组与所述射频电路电连接。

在本方案中，所述无源测温芯片包括射频天线模组、射频电路、温度感知模组，所述射频天线模组用于接收射频信号，所述射频电路用于将所述射频信号转化为电压信号，从而实现对所述温度感知模组的通电，基于该种激发方式，能够有效降低甚至避免通过设置电源带来的自身燃爆或爬电等安全隐患，从而保证监测的安全性。

进一步的，所述射频电路包括电荷泵电路，所述电荷泵电路包括射频能量的输入端、输出端、第一二极管、第二二极管、第一储能电容以及第二储能电容；所述第一二极管的一端与所述第二二极管串联设置，所述第一二极管的另一端接地，其中电流从所述第一二极管流向所述第二二极管；所述射频能量的输入端通过所述第一储能电容与所述第一二极管与所述第二二极管之间的电连接点连接；所述第二二极管的另一端通过所述第二储能电容接地，所述输出端与所述第二二极管与所述第二储能电容之间的电连接点连接。

进一步的，所述射频电路包括多个所述电荷泵电路，多个所述电荷泵电路串联设置，其中，沿电流的流向，上一个的所述电荷泵电路的所述输出端与下一个的所述电荷泵电路的所述第一二极管的接地端连通；多个所述电荷泵电路的射频能量的输入端并联设置，均与射频输入源连接。

进一步的，所述第一二极管以及所述第二二极管均为mos管。

进一步的，所述温度感知模组为低耗温度传感模组。

进一步的，还包括电源管理模组，所述电源管理模组与所述射频电路以及所述温度感知模组电连接，用于实现对所述射频电路转化的DC功率进行限流和稳压。

第二方面

本发明还涉及一种温度在线监测系统，包括上述一种无源测温芯片，还包括超高频读卡基站，所述超高频读卡基站包括读卡器以及无线传输模组，所述读卡器与所述无源测温芯片信号连接，用于读取实时的温度信号；所述无线传输模组与所述读卡器信号连接，用于接收所述温度信号并向外传递。

进一步的，还包括终端设备，所述终端设备与所述无线传输模组，用于实现温度的实施监测。

进一步的，还包括无线中继器，所述无线中继器用于实现所述终端设备与所述无线传输模组的信号连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明实施例提供了一种无源测温芯片，采用无源设计，基于射频电路用于将所述射频信号转化为电压信号，从而实现对所述温度感知模组的通电，基于该种激发方式，能够有效降低甚至避免通过设置电源带来的自身燃爆或爬电等安全隐患，从而保证监测的安全性；

本发明还涉及一种温度在线监测系统，基于上述无源测温芯片，在保证安全性的同时，能够实现电气设备内温度的实时监测，保证监测的实时性，从而达到提前发现事故隐患目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种无源测温芯片的结构图；

图2为本发明实施例提供的电荷泵电路的示意图；

图3为本发明实施例提供的多个电荷泵电路的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的温度在线监测系统的架构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

100-射频天线模组、200-射频电路、300-温度感知模组、400-读卡器、500-无线中继器、600-终端设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明实施例提供了一种无源测温芯片，包括：射频天线模组100，所述天线模组用于接收射频信号；射频电路200，所述射频电路200用于接收射频信号并将所述射频信号转化为DC功率；温度感知模组300，所述温度感知模组300与所述射频电路200电连接。

在本方案中，所述无源测温芯片包括射频天线模组100、射频电路200、温度感知模组300，所述射频天线模组100用于接收射频信号，所述射频电路200用于将所述射频信号转化为电压信号，从而实现对所述温度感知模组300的通电，基于该种激发方式，能够有效降低甚至避免通过设置电源带来的自身燃爆或爬电等安全隐患，从而保证监测的安全性。

如图2-3所示，在一些实施例中，所述射频电路200包括电荷泵电路，所述电荷泵电路包括射频能量的输入端、输出端、第一二极管、第二二极管、第一储能电容以及第二储能电容；所述第一二极管的一端与所述第二二极管串联设置，所述第一二极管的另一端接地，其中电流从所述第一二极管流向所述第二二极管；所述射频能量的输入端通过所述第一储能电容与所述第一二极管与所述第二二极管之间的电连接点连接；所述第二二极管的另一端通过所述第二储能电容接地，所述输出端与所述第二二极管与所述第二储能电容之间的电连接点连接。

具体的，通过射频电路200电路的结构设计，通过二极管的结构设计实现电流方向仅能从接地端流向输出端；且在射频能量的输入端与第一二极管直接设置有第一储能电容，通过第一储能电容的设置，能够信号中的直流成分的隔离，且通过第二储能电容的设置，用于实现稳定输出电压。具体的，针对于所述的第二储能电容产生的电压V

V

其中，V

为得到更高的直流电压，在一些实施例中，所述射频电路200包括多个所述电荷泵电路，多个所述电荷泵电路串联设置，其中，沿电流的流向，上一个的所述电荷泵电路的所述输出端与下一个的所述电荷泵电路的所述第一二极管的接地端连通；多个所述电荷泵电路的射频能量的输入端并联设置，均与射频输入源连接。

具体的，在本实施例子中，针对于所述的第二储能电容产生的电压V

V

其中，N为电荷泵电路的个数。

在一些实施例中，所述第一二极管以及所述第二二极管均为mos管。

其中，采用mos管，在具有单向导线特性的同时，可在反向电流远低于正向电流用做整流器件。

在一些实施例中，所述温度感知模组300还设置有振荡器电路，所述振荡器电路为温度感知模组300产生全局时钟信号，具体的，所述振荡器电路核心是环形振荡器，由一串反相器首尾相连组成，且在串联的反相器串顶部增加电流源，即控制了反相器串的总电流，也间接使振荡器核心环路工作在低于外部电压的环境中，从而降低了功耗。

其中，需要说明的是，为减小温度、电压和工艺角对时钟频率偏移带来的影响，本电路通过比例可调的电流镜来实现频率调整工艺角偏差。

在一些实施例中，所述温度感知模组300还设置有随机数发生器，所述随机数发生器用于产生串行的随机数。

在一些实施例中，所述温度感知模组300为低耗温度传感模组。

具体的，低功耗温度传感器的基本原理是采用与温度相关的脉冲转换(TPC)，产生一个与温度呈线性关系的时钟脉冲信号，利用一个与温度无关的基准时钟作为时间数字转换器(TDC)，即计数器来对该PW值进行量化，可以得出随温度变化的PW值的数字量化值。

其中，与温度无关的时钟电路通过分频器将天线的射频信号分频到低频时钟信号作为计数器的系统时钟。分频器由7级2分频电路和一级3分频电路组成。

在一些实施例中，还包括电源管理模组，所述电源管理模组与所述射频电路200以及所述温度感知模组300电连接，用于实现对所述射频电路200转化的DC功率进行限流和稳压。

进一步的，所述电源管理模组包括保护电路与稳压电路，获取稳定的输出电压。

进一步的，所述电源管理模组还包括调制与解调电路，用于实现数字电平的转换。

具体的，通过电荷泵电路、保护电路与稳压电路、低功耗振荡器、低功耗温度传感器、低功耗ASK解调电路、低功耗随机数发生器等低功耗射频模拟前端关键电路。基于低功耗射频模拟前端电路设计了适用于电力设备测温的超高频射频温度传感芯片。

如图4所示，本发明还涉及一种温度在线监测系统，包括上述一种无源测温芯片，还包括超高频读卡基站，所述超高频读卡基站包括读卡器400以及无线传输模组，所述读卡器400与所述无源测温芯片信号连接，用于读取实时的温度信号；所述无线传输模组与所述读卡器400信号连接，用于接收所述温度信号并向外传递。

其中，所述读卡器400为超高频阅读器，发出射频信号，实现对所述无源测温芯片的实时测温。

在一些实施例中，还包括终端设备600，所述终端设备600与所述无线传输模组，用于实现温度的实施监测。

在一些实施例中，还包括无线中继器500，所述无线中继器500用于实现所述终端设备600与所述无线传输模组的信号连接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。