本质安全型温差发电传感器的制作方法

1.本发明涉及一种基于温差发电的本安型传感器，通过收集温差能转换为电能为传感器供电，适用于煤矿井下存在温差条件的机械设备。

背景技术：

2.传统传感器一般采用有线供电或电池供电的方式，在煤矿井下复杂的工况环境中，电池供电受环境影响无法保证预期寿命，有线供电易发生断线等物理损伤，如何克服工况环境因素对传感器供电造成的影响成为亟需解决的难题。

技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种本质安全型温差发电传感器，通过收集煤矿井下热能并转换为电能为传感器供电，替代传统的有线供电或电池供电方式，提高传感器供电的可靠性。
4.本发明的主要技术方案有：
5.一种本质安全型温差发电传感器，包括依次连接的温差发电模块、能量收集管理模块和传感器模块，所述温差发电模块包括蓄热器、温差发电片和散热器，蓄热器和散热器分别连接在温差发电片的热端和冷端，所述温差发电片为pn结半导体温差发电结构，使用高温硅胶进行密封，所述温差发电片的内部、pn结半导体之间填充有隔热减振保护层。
6.所述蓄热器优选采用高性能蓄热材料。
7.所述散热器可以包括热管和散热片，散热片设置在热管周围。热管的热端贴合温差发电片的冷端。
8.所述传感器模块采用低功耗设计。
9.所述传感器模块内部可以设有无线通讯模块和红外唤醒模块。
10.所述无线通讯模块可以采用蓝牙模块和/或wi-fi模块。
11.所述能量收集管理模块优选包括依次连接的变压电路、整流电路、稳压电路、能量输出控制电路和能量存储电路，所述能量输出控制电路的输出端连接所述传感器模块的电源输入端，所述变压电路的输入端连接所述温差发电模块的电压输出端。
12.所述变压电路设有升压变压器t1、mosfet管s1、电容c1和防反二极管ds，防反二极管的正极端和地分别构成为变压电路的正极输入端和负极输入端，电容c1连接在防反二极管的负极端与地之间，升压变压器t1的初级线圈与mosfet管s1串联且该串联回路与电容c1并联，其中升压变压器t1靠近防反二极管。
13.本发明的有益效果是：
14.本发明通过收集环境中的热能并将其转换为电能，能为传感器模块提供便携的传感器供电方式，用于替代传统的电池供电或有线供电方式，克服了传统的传感器供电方式受工况环境因素影响大的缺陷，可降低传感器的故障发生率，提高传感器的工作可靠性。并且，利用热能进行温差发电具有功率密度高、能量收集方式简单等优点。
15.所述温差发电片为pn结半导体温差发电结构，基板采用铝制材料，且使用高温硅
胶进行密封，所述温差发电片的内部、pn结半导体之间填充有隔热减振保护层，使温差发电片具有密封性好、抗振抗粉尘等优点，因此采用温差发电片实现温差发电非常适用于煤矿井下的工况环境。
16.采用蓄热器连接温差发电片的热端，可以增加热能收集总量，提高热能收集效率，明显提升并保持热端的高温；采用热管与散热片相结合的相对独立的散热器连接在温差发电片的冷端，散热效果好，可以大幅降低冷端的温度。蓄热器与散热器相结合显著增大了温差发电片热端与冷端的温差，因此明显提高了能量转换效率。
17.所述能量收集管理模块对温差发电片产生的电能进行实时监测和管理，通过升压、整流以及稳压为传感器模块提供稳定的电能，并将多余能量存储于储能元件中，在温差发电片产生的能量不足时通过储能元件为传感器供电。
18.所述传感器模块进行了低功耗设计，采用蓝牙、wi-fi等无线通信模式，并通过红外唤醒模块使传感器模块从非工作状态切换为工作状态，尽可能降低电能消耗，延长所述本质安全型温差发电传感器的使用寿命。
附图说明
19.图1是本发明的原理框图；
20.图2是所述温差发电模块的结构图；
21.图3是所述散热器的一个实施例的结构图；
22.图4是所述能量收集管理模块的电路原理框图。
23.附图标记：1.温差发电模块；2.能量收集管理模块；4.传感器模块；7.无线通讯模块；8.红外唤醒模块；9.蓄热器；10.温差发电片；10-1.隔热减振保护层；11.散热器；12.散热片；13.热管。
具体实施方式
24.本发明公开了一种本质安全型温差发电传感器，如图1、2、3、4所示，包括依次连接的温差发电模块1、能量收集管理模块2和传感器模块4。所述温差发电模块可以收集环境中产生的热能，所述能量收集管理模块将温差发电模块产生的低压电转换为传感器模块需要的工作电压，代替传统的电池供电或有线供电。所述温差发电模块包括蓄热器9、温差发电片10和散热器11，蓄热器和散热器分别连接在温差发电片的热端和冷端。所述温差发电片为pn结半导体温差发电结构，顶底基板采用铝制材料，侧边使用高温硅胶进行密封，pn结半导体靠近温差发电片的热端的端部设有金属电极，所述温差发电片的内部、pn结半导体之间填充有隔热减振保护层，使温差发电片具有抗振、抗粉尘等特点，因此可以在煤矿井下恶劣的工况环境中工作。
25.所述隔热减振保护层可以采用硅橡胶等弹性绝缘材料制成。
26.采用蓄热器连接温差发电片的热端，可以提高热能收集效率，明显提升并保持热端的高温，进而增大温差发电片热端与冷端的温差，因此明显提高了能量转换效率。
27.所述蓄热器与热源贴合，避免温差发电片与热源直接接触，减少振动等因素对温差发电片的影响。
28.所述蓄热器优选采用高性能蓄热材料，确保较高的热能收集效率。
29.所述散热器包括热管13和散热片12，散热片设置在热管周围。热管的热端贴合温差发电片的冷端，热管中的液体工作介质从温差发电片吸热后挥发至热管的冷端进行散热，最终使温差发电片的冷端迅速降温。所述散热片可以进一步加强温差发电片的冷端的降温效果。散热片与热管结合的方式，可以提高温差发电片的冷端的散热效果和冷却效率，大幅降低冷端的温度，进一步增大温差发电片热端与冷端的温差。
30.所述传感器模块采用低功耗设计。
31.所述传感器模块内部设有无线通讯模块7和红外唤醒模块8。当需要传感器模块工作时，利用红外唤醒模块对传感器模块进行唤醒，使其切换到工作状态，更大限度地节约电能。
32.所述无线通讯模块采用蓝牙模块和/或wi-fi模块。
33.所述能量收集管理模块包括依次连接的变压电路、整流电路、稳压电路、能量输出控制电路和能量存储电路。所述能量输出控制电路的输出端连接所述传感器模块的电源输入端，所述变压电路的输入端连接所述温差发电模块的电压输出端。能量输出控制电路用于协调控制和管理能量收集管理模块中各功能模块的工作，将温差发电模块产生的低压电经变压、整流和稳压后转换成传感器模块需要的工作电压，同时根据传感器模块的能量需求，确定由谁为传感器模块供电。具体地，所述能量输出控制电路对温差发电片转换的能量进行监测，当收集到的能量大于传感器模块所需能量时，将多余能量存储在能量存储电路中，当收集到的能量低于传感器模块所需能量时，使用能量存储电路所存储的能量为传感器模块供电，最终使所述能量收集管理模块始终能为传感器模块提供稳定的电能。
34.所述能量存储电路中的储能元件可以采用超级电容。
35.所述变压电路包括升压变压器t1、mosfet管s1、电容c1和防反二极管ds，防反二极管的正极端和地分别构成为变压电路的正极输入端和负极输入端，电容c1连接在防反二极管的负极端与地之间，升压变压器t1的初级线圈与mosfet管s1串联且该串联回路与电容c1并联，其中升压变压器t1靠近防反二极管。所述变压电路采用dc转ac升压电路，将温差发电模块产生的直流电转换为交流电。防反二极管ds控制进线侧dc电压单相流通，预防正负接反。mosfet管s1将直流电转换成脉冲电。电容c1用于将直流电能存储起来，并能够抑制直流电压波动，稳定直流电压。升压变压器t1用于将低压电升压到合适的电压范围。
36.本发明采用本质安全型设计，适用于煤矿井下恶劣的工况环境，可以避免有线供电和电池供电的不利影响，提高传感器的可靠性。

技术特征：

1.一种本质安全型温差发电传感器，其特征在于：包括依次连接的温差发电模块、能量收集管理模块和传感器模块，所述温差发电模块包括蓄热器、温差发电片和散热器，蓄热器和散热器分别连接在温差发电片的热端和冷端，所述温差发电片为pn结半导体温差发电结构，使用高温硅胶进行密封，所述温差发电片的内部、pn结半导体之间填充有隔热减振保护层。2.如权利要求1所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述蓄热器采用高性能蓄热材料。3.如权利要求1所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述散热器包括热管和散热片，散热片设置在热管周围，热管的热端贴合温差发电片的冷端。4.如权利要求1所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述传感器模块采用低功耗设计。5.如权利要求1所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述传感器模块内部设有无线通讯模块和红外唤醒模块。6.如权利要求5所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述无线通讯模块采用蓝牙模块和/或wi-fi模块。7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述能量收集管理模块包括依次连接的变压电路、整流电路、稳压电路、能量输出控制电路和能量存储电路，所述能量输出控制电路的输出端连接所述传感器模块的电源输入端，所述变压电路的输入端连接所述温差发电模块的电压输出端。8.如权利要求7所述的本质安全型温差发电传感器，其特征在于：所述变压电路设有升压变压器t1、mosfet管s1、电容c1和防反二极管ds，防反二极管的正极端和地分别构成为变压电路的正极输入端和负极输入端，电容c1连接在防反二极管的负极端与地之间，升压变压器t1的初级线圈与mosfet管s1串联且该串联回路与电容c1并联，其中升压变压器t1靠近防反二极管。

技术总结

本发明涉及一种本质安全型温差发电传感器，包括依次连接的温差发电模块、能量收集管理模块和传感器模块，所述温差发电模块包括蓄热器、温差发电片和散热器，蓄热器和散热器分别连接在温差发电片的热端和冷端，所述蓄热器采用高性能蓄热材料，所述散热器包括热管和散热片，散热片设置在热管之间，所述温差发电片为PN结半导体温差发电结构，基板采用铝制材料，使用高温硅胶进行密封。本发明通过收集煤矿井下热能并转换为电能为传感器供电，替代传统的有线供电或电池供电方式，提高传感器供电的可靠性。的可靠性。的可靠性。