一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器

1.本发明涉及一种无源无线风速传感器。


背景技术：

2.物联网正迅速发展，传感器是其重要一环。通常，传感器节点是采用电池供电和有线连接的，这阻碍了在某些无法进入或难以到达的地方进行部署，而频繁更换电池也会增加维护成本，且电池和走线会增加面积，不利于实现高能效和高密度分布。无源无线传感器能够连续实时检测，要求传感器远程供电，并在某些难以建立线路连接的苛刻和密封的环境中占用更少量的空间。
3.几十年来，风速传感器一直被广泛应用，迄今为止，基于微机电系统（mems）技术，对采用不同原理的各种风传感器进行了广泛的研究。作为测量风速的设备，风速传感器要求外形小巧轻便，便于携带和组装，能便捷有效获得风速信息。主要用在气象、农业、船舶、工业和环境保护等领域，要求可长期在室外使用。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，解决现有风速传感器由于需要电池和走线无法满足物联网技术中小型化的问题。
5.技术方案：一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，包括读数端和传感器端；所述传感器端包括第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感；所述第一平面螺旋电感为柔性平面螺旋电感，并固定在受风形变的柔性基底表面；所述第二平面螺旋电感所在的基底受风不发生形变，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感形成串联回路；读数端包括第三平面螺旋电感，所述第三平面螺旋电感与第二平面螺旋电感保持近磁场耦合，所述第三平面螺旋电感的输出端连接lcr测试仪。
6.进一步的，包括风洞支架板，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感设置在柔性基底表面的上半部分和下半部分，柔性基底部分位置贴合在风洞支架板的一面上，柔性基底部的顶部延伸到风洞支架板端部外侧，所述第一平面螺旋电感的平面中心正对风洞支架板端部位置；所述第三平面螺旋电感固定在所述风洞支架板的另一面并正对所述第二平面螺旋电感设置。
7.进一步的，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感均设置在柔性基底的同一面上，在所述柔性基底上设有若干通孔，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感由穿过所述通孔并位于基底另一面的导线串联连接。
8.有益效果：（1）本发明通过以柔性电感结构作为传感器敏感元件实现风速传感器，将具有形变即时性特点的柔性电感应用于风速传感器，能够使得风速传感器能够实时监测风速数据。
9.（2）本发明利用互感电路原理实现风速检测，实现读数端与传感器端能量的无线传输，传感器端内部无电源。使得风速传感器小型化、低成本、高能效。
10.（3）本发明利用互感电路原理实现风速检测，实现读数端与传感器端数据量的无线传输，读数端与传感器端之间无线路连接。使得风速传感器能够适用于无法建立线路连接的苛刻和密封的环境。
附图说明
11.图1是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器的结构示意图；图2是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器的传感器端结构示意图；图3是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器的读数端结构示意图；图4是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器不受风时侧面结构示意图；图5是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器受风时侧面结构示意图；图6是基于柔性电感结构的无源无线风速传感器的互感电路原理示意图。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
13.如图1至图6所示，一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，包括读数端、传感器端以及风洞支架板8。传感器端包括第一平面螺旋电感3、第二平面螺旋电感2，以及柔性基底4。柔性基底4为长方形，第一平面螺旋电感3和第二平面螺旋电感2位于柔性基底4的正面，并分别位于上半部和下半部位置。在柔性基底4上设有若干通孔7，第一平面螺旋电感3和第二平面螺旋电感2由穿过通孔7并位于基底反面的导线5串联连接，形成回路。柔性基底4部分贴合在风洞支架板8的一面上，第一平面螺旋电感3的平面中心正对风洞支架板8的端部位置，作为敏感元件，受风发生形变。第二平面螺旋电感2所在的基底由于风洞支架板8的支撑，受风不发生形变。
14.读数端包括第三平面螺旋电感1，第三平面螺旋电感1固定在风洞支架板8的另一面并正对第二平面螺旋电感2设置。第三平面螺旋电感1与第二平面螺旋电感2保持近磁场耦合，以实现读数端与传感器端能量与数据的无线传输，传感器端内部无电源，两端之间无线路连接。第三平面螺旋电感1的输出端连接lcr测试仪。
15.上述速度传感器的检测方法为：无风及有风时，风速传感器侧面结构如图4、图5所示；第三平面螺旋电感1与传感器端下半部分的第二平面螺旋电感4通过风洞支架板8固定，二者之间相隔一定距离并保持相对位置不变，将传感器端敏感元件——柔性电感结构垂直面向受风方向，第一平面螺旋电感3下半部分由风洞支架板8支撑固定，当柔性基底受风弯曲时，电感在平面上的投影面积会减小，从而导致电感值减小，本发明仅以第一平面螺旋电感3上半部分以及柔性基底4顶端延伸部分受风以使得该第一平面螺旋电感3由受风形变弯曲导致的感量变化最显著。风吹过传感器时，通过lcr测试仪检测读数端端口6等效电感变化，如图6，根据互感电路公式将电路中耦合电感结构等效为“t”型结构，通过lcr测试仪测量ab端口等效电感反推传感器端柔性电感l3感量变化以测量风速。
16.相对于传统的mems风速传感器，基于柔性电感结构的无源无线风速传感器的敏感元件采用柔性材料，实现风速数据实时监测；读数端与传感器端能量与数据无线传输，传感器端内部无电源、读数端与传感器端之间无线路连接。使得风速传感器小型化、低成本、高
能效且能够适用于无法建立线路连接的苛刻和密封的环境。
17.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，其特征在于，包括读数端和传感器端；所述传感器端包括第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感；所述第一平面螺旋电感为柔性平面螺旋电感，并固定在受风形变的柔性基底表面；所述第二平面螺旋电感所在的基底受风不发生形变，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感形成串联回路；读数端包括第三平面螺旋电感，所述第三平面螺旋电感与第二平面螺旋电感保持近磁场耦合，所述第三平面螺旋电感的输出端连接lcr测试仪。2.根据权利要求1所述的基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，其特征在于，包括风洞支架板，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感设置在柔性基底表面的上半部分和下半部分，柔性基底部分位置贴合在风洞支架板的一面上，柔性基底部的顶部延伸到风洞支架板端部外侧，所述第一平面螺旋电感的平面中心正对风洞支架板端部位置；所述第三平面螺旋电感固定在所述风洞支架板的另一面并正对所述第二平面螺旋电感设置。3.根据权利要求2所述的基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，其特征在于，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感均设置在柔性基底的同一面上，在所述柔性基底上设有若干通孔，所述第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感由穿过所述通孔并位于基底另一面的导线串联连接。

技术总结
本发明公开了一种基于柔性电感结构的无源无线风速传感器，包括读数端和传感器端；传感器端包括第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感；第一平面螺旋电感为柔性平面螺旋电感，并固定在受风形变的柔性基底表面；第二平面螺旋电感所在的基底受风不发生形变，第一平面螺旋电感和第二平面螺旋电感形成串联回路；读数端包括第三平面螺旋电感，第三平面螺旋电感与第二平面螺旋电感保持近磁场耦合，第三平面螺旋电感的输出端连接LCR测试仪。本发明实现了基于互感电路原理的能量信息无线传输与风速测量，解决了现有风速传感器由于需要电池和走线无法满足物联网技术中小型化、高能效、适用环境灵活等应用需求的技术问题。环境灵活等应用需求的技术问题。环境灵活等应用需求的技术问题。


技术研发人员：易真翔 程星全
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2021.08.23
技术公布日：2021/11/23