基于单片机温度时间计算器设计方案外文翻译.docVIP

一个无源无线温度传感器在恶劣环境下的应用 收到：2008十月21；在修订的形式：2008 / 3十二月4十二月接受：2008 /发布：8十二月2008 摘要：高温传感器能够在恶劣的环境中工作是为了防止结构或系统功能故障导致温度升高造成的灾害。大多数现有的温度传感器不能满足是因为他们需要无论是物质接触或进行信号通信的电源电池，并且，它们不能承受高温也没有旋转的应用。本文提出了一种新的无源无线温度传感器，适合在恶劣的环境中工作的高温旋转部件的监测。一个完全无源LC谐振遥测方案，依赖已成功地应用于压力，湿度和化学测量的频率变化输出，集成了独特的高-K温度敏感陶瓷材料，以及无接触测量温度，有源元件，或在传感器内的电源。在本文中，在高温度传感器的设计和性能分析的基础上进行机械和电气的建模，以最大限度地提高感应距离，Q因子和灵敏度。最后，该传感器的原型制造和校准成功达235oC，证明了温度传感无源无线通信的概念。 关键词：高温传感器，哈希环境下的应用，无源，无线 1.介绍 为了防止因高温引起的结构失效引起的灾害，传感器能够测量恶劣环境下的高温度是必要的，例如，对航天飞机热砖耐高温监测，对飞机发动机旋转轴承的高温测试，以及盘式制动器，喷气发动机的动力和高速轴旋转的资格测试[1-4]。 简要介绍了现有的高温度传感装置，在本节中，其中包括高温热电偶，温度高的光学传感器，高温表面声波传感器（SAW），以及射频供电LC传感器。 热电偶是将两根线的一端接合在不同的金属上，热端，用于温度测量，并且在其另一端，冷端，在0℃下，一些可用的高温热电偶甚至能够测量温度高达2300°C。然而，从热电偶输出的信号是弱的，并且可以很容易地共模噪声影响他们在高温环境下显漂移在长期操作然后可以与所对应的温度被测量的数量。检测到的温度信息，通过跨天线的手持式读取器，然后传输到笔记本电脑。该项目扩展无源无线温度传感技术，在恶劣的环境和先进的嵌入式预测健康监测技术的知识基础。研究的独特和新奇的是： 在第2节，基于机械和电气建模对新的无源无线温度传感器进行设计与仿真。一个完全无源LC谐振遥测方案，并已成功地应用于压力[11-13]，化学[14][15]和湿度测量，与高介电常数的温度敏感陶瓷材料结合，在本文中，来衡量被包含在传感器的温度变化，有源元件，或电源。温度传感器是由远程读取器，读取器的天线和传感器的电感之间的感应链路发送振荡磁场在一个共振频率的温度信息发送到读取器通过感应链路远程阅读器可以检测传感器的响应频率变化通过监控带宽，读取器天线端子之间的阻抗 温度传感器，如图3所示，是由一个陶瓷多层电容器的平面电感器集成的，从而形成一个LC谐振电路。该平板电容器的结构设计，结合厚膜K温度敏感陶瓷材料和厚的薄膜电极，使传感器易于连接和可用于旋转部件，如在航空发动机轴承。 电容（EC）是该温度传感器的基本设计原理。该传感器的电容敏感材料的介电常数的函数。平面电容器，当暴露在恶劣的环境中，有一个线性的介电常数随温度的变化。对温度响应的电容的变化可以表示在方程（1）。 其中ε0是8.85×10-12 F／M的自由空间的介电常数并且εr对应于该介电材料的相对介电常数。A是一个电极板的面积，T是电极板之间的距离，这也正是介电材料的厚度。当传感器暴露在变化的温度，材料的εr（T）会发生变化。 图3.传感器设计原理图。 螺旋电感，如图4所示，构成LC谐振电路元件的温度传感器，它提供了一个高质量的因素，就是在恶劣的环境中应用的可行性。耦合的主要是（图2），螺旋电感作为基于电磁感应原理的变压器。交流电压频率相同的原因是传感器电感引起的。环境温度变化引起频率变化，这可以通过监测阻抗在较宽的带宽阅读器天线端子上。换句话说，电能是从输入线圈传输到传感器并在同一时间，设备的温度信息被检测到从读出器横跨所耦合的磁性字段的 为了读取温度信息，有必要制作合适的电感若是有一个合理的电感并在高温下设计品质因子。实际上，有圆形的螺旋电感器的电感没有封闭形式的解决方案 在这里，n表示线圈匝数，R表示环半径，一个对应于线半径，和自由空间μ0磁导率是4π×10-7 H / M 该传感器的谐振频率表示一个突然变化出现的阻抗的频率响应的点。谐振频率的表达式是由以下方程定义： 模拟已经完成，目前的谐振频率和介电常数的关系的总体思路，如图5所示，为电极板，一个感应区域，范围从10毫米到25毫米，厚度为敏感材料，T为0.480毫米，导线的半径，0.337毫米，电感器的半径，R为8.5毫米，和电感的匝，N为2。 性能分析 3.1电气模型 分析无线传感器系统的经典方法是消除耦合读取器线圈和回读传感器的反射阻抗，为了说明读取器线圈电压的变化。等效电路图如图6所示。在这里，Zr和ZS表示固有阻抗分别为读取器和传感器，RR和RS是读取器自身的电