感应储能式温度传感器的设计研究

　　温度传感器是一种用于温度测量的常见的仪器，被广泛应用于家用热水器、微波炉、冰箱等家用电器和环境、能源、制造、医疗等领域。《传感器与检测技术及应用》一书将告诉您什么是温度传感器，它是如何工作的，它在哪里使用，以及它有哪些类型。本文将在概述《传感器与检测技术及应用》的基础上，介绍温度传感器尤其是智能温度传感器的设计研究。

　　《传感器与检测技术及应用》由张立新等编著，于2018年由机械工业出版社出版。该书内容包括传感器与检测技术概述、温度传感器及其应用、传感器工程应用实例等部分。该书以实际工作任务为主题，突出“懂理论、会设计、能制作、勇创新”原则。书中首先详细介绍了传感器如何工作，其具体参数如何，随后介绍了传感器实际电路的制作过程。该书是一本理论与实际良好结合的教材，可供各相关专业学生和专业技术人员学习使用。

　　本书选取的传感器类型十分广泛，图片丰富多样，文字内容层次分明，具备清晰的逻辑和合理的结构。另外，该书的讲解浅显易懂，通过多种传感器的案例讲解帮助读者了解传感器。《传感器与检测技术及应用》共有分为六章。第一章首先概述了传感器与检测技术。其内容较为简要，未对包括感应储能式温度传感器在内的现有智能式传感器进行详细梳理。事实上，目前针对感应储能式温度传感器的研究已经广泛展开并取得了一定的成果。感应储能式温度传感器已广泛应用于工业和民用领域。

　　随着电路设计和制造技术的发展，传感器电路可以以低成本小规模实现，这在泛在传感中具有广阔的应用前景。然而，随着更多功能的集成，功耗和预期寿命之间的冲突加剧。用电池供电的传感器通常会受到物理尺寸的制约和定期更换电池的影响。

　　在此背景下，环境信号作为辅助能源的感应储能式温度传感器出现并得到关注。能量收集和存储技术是感应储能式温度传感器的关键技术。一个典型的感应储能式温度传感器由四部分组成:能量采集系统、储能系统、电源管理系统和传感器系统。能量采集器从环境信号中收集能量，然后将其转化为能量存储。

　　由于输出功率通常无法直接被传感器系统使用，通过电源管理系统管理输出功率并为传感器子系统提供可用的电能。《传感器与检测技术及应用》第二章详细介绍了温度传感器的设计与制作过程，并配合各类传感器实例介绍，便于读者理解。实际上，作为传感器的一种类型，温度传感器与其他传感器如位移传感器等存在大量相似的部分。

　　感应储能式传感器的储能系统、电源管理系统均可以应用于其他类型的传感器。《传感器与检测技术及应用》第二章还概述了温度传感器应用电路的设计与制作。该章分电路设计、元件选取、总体制作三部分介绍了温度传感器的设计制作过程。其中介绍了温度传感器的工作原理，即利用不同的能量感应模块将温度数据转化为电气量数据，当电压达到阈值时处理器为温度传感器供电将温度数据发送出去。

　　感应储能式温度传感器的系统架构包括以下部件：

　　(1)能量采集器，负责将温度转化为电能;(2)电源管理模块，收集电能，并将其存储或传送到其他系统组件，以便立即使用;(3)储能，将收集到的能量保存起来以备使用;(4)微控制器;(5)无线电收发机，用于发送和接收信息;(6)传感器;(7)A/D转换器，将传感器产生的模拟信号数字化，供单片机进一步处理;(8)能量感应模块。

　　其中最重要的是储能模块、能量感应模块和传感器模块。感应储能式温度传感器是利用能量感应模块将温度转化为电压，当点储存模块达到阈值后将电压数据发送出去。感应储能式温度传感在设计中应注意：(1)储能模块的选择。电池、超级电容等储能装置各有优劣，如何选取合适的储能装置以满足经济性、安全性是需要考虑的问题。(2)传感器模块的选择。书中对温度传感器的分类和传感器材料进行了阐述。

　　材料的选择、传感器的设计是实现高性能温度传感器的基础，其设计过程值得重点关注。《传感器与检测技术及应用》还介绍了传感器技术及传感器产品在工业质检、工程测绘、生产辅助流程中的创新应用。在工业产品的生产过程中，产品质量检测与产品出厂校验是整个生产流程中最重要的环节之一。

　　在此环节中不但需要保障生产产品的基本质量与性能，还需要对产品品质、产品细节等做到全面把控。为了达到这一目的，激光传感器、扫描传感器等传感器设备被灵活地嵌入现有工业产线，以完成大宗生产产品的质检工作，在保障工业产品质量的同时，极大地提升了生产与检验效率。传感器技术还在工程测绘与测量任务之中得到广泛的应用。传感器设备响应速度快、测量精度高的优势为测绘过程提供了一种全新的问题解决方案。

　　例如，3D激光扫描测绘传感器的应用显著优化了工程测绘任务的工作流程，进一步提高了测量与测绘的细节精度。在测绘过程中，测绘人员仅需要将3D激光扫描测绘传感器放置在合适的位置，并根据测绘任务需求进行一定的参数调整，就能通过该类设备快速获得测量数值。基于传感器技术的测绘设备与测绘方法在近些年已然成为了测绘行业中主流的作业方案，传感器技术的发展应用有效促进了测绘领域的发展。

　　此外，传感器技术及传感器产品在生产流程辅助方面也逐步得到广泛运用。在传统的工业生产流程中，生产人员常需要进行一系列分拣、拆卸与组装任务，这些任务重复性强、流程单一且较为耗时。面对该类任务，通过合理利用多种传感器，并配合电机、机械臂等设备可以实现自动化分拣、拆卸与组装，提高了自动化程度，省去了人工作业过程，极大的节省了人力资源，并提高了作业效率。传感器技术在生产流程中的应用节约了企业的成本，越来越广泛地被接受和采用。

　　在《传感器与检测技术及应用》介绍的各类传感器的工程应用实例中，温度传感器在岩土监测领域的应用令读者眼前一亮。如何测量土壤、钻孔、巨大的混凝土水坝或建筑物的温度?实际上，这可以由特定的温度传感器实现。温度传感器广泛应用于定期检查混凝土结构、桥梁、铁轨、土壤等用途。针对岩土检测工况等复杂的使用场合，感应储能式传感器较传统温度传感器具备适应性更强、可靠性更高的优势。

　　综上，《传感器与检测技术及应用》一书以简洁的语言介绍了目前传感器的理论设计和实例应用。通读《传感器与检测技术及应用》有益于读者了解温度传感器尤其是感应储能式温度传感器的制作过程及存在的缺陷。随着科学技术发展的需要，传感器的重要地位越发受到肯定和重视，各种用途的传感器的研制开发收到国际各行业的关注，如日本将传感器列为国内技术发展的重点对象，欧洲各国亦在国家发展战略中对传感技术予以考量。

　　高精度传感器在科技发展中发挥了巨大作用，例如美国近年来进行火星研究的“勇气号”“机遇号”“凤凰号”等探测器中使用了大量传感器以测量数据和保证探测器安全稳定运行。传感技术在我国也被列为重点科技发展项目，我国先后成立了许多科研机构与学术团体，在诸多学校设立相关专业，近年来连续召开了多次全国及国际性的学术会议及展览会。

　　目前，传感技术已逐步发展成为一个快速发展的学科，并将在未来的国民经济发展中发挥越来越重要的作用。传感技术属交叉学科，涉及知识面广，从事相关行业要综合运用到各方面的理论知识，应加强理论学习。而且，传感技术实践性强，针对工程实际问题、检测手段与方法，要通过检测技术试验巩固理论知识，训练试验研究能力与动手能力。读者可阅读《传感器与检测技术及应用》等优秀出版物认识和了解传感器，并在此基础上通过实践加深对传感技术的认识程度。