(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211223886.7 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 中国石油大 学 （华东） 地址 257061 山东省东营市北二路271号 (72)发明人 殷晓康　王涛　古卓永　文凯杰　 张兆瑞　荣光强　石昆三　袁新安　 李肖　李伟　陈国明　 (74)专利代理 机构 东营双桥专利代理有限责任 公司 37107 专利代理师 方圆 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01K 7/22(2006.01) G01N 27/22(2006.01) (54)发明名称 一种无线无源温湿度监测装置和方法 (57)摘要 本发明属于温湿度监测评估 领域， 尤其涉及 一种无线无源温湿度监测装置和方法。 该无线无 源温湿度监测装置以热敏电阻为温度敏感元件， 以叉指电极电容传感器为湿度敏感元件， 通过集 成化的仪器控制端来接受敏感元件的阻抗变化， 从而实现对传感器单元侧温湿度的监测； 具有不 需要破坏被测结构、 监测速度快、 稳定性高、 低成 本、 小型化、 现场实用性强特点。 一种无线无源温 湿度监测装置， 包括有： 传感器单元以及仪器控 制端； 传感器单元中包括有传感侧多匝电感线 圈、 与传感侧多匝电感线圈串联设置的热敏电 阻、 与传感侧多匝电感线圈串联设置的叉指电 极； 仪器控制端中包括有仪器控制侧多匝电感线 圈、 电流采样模块、 锁相放大器、 嵌入式微控制单 元、 DDS模块。 权利要求书3页 说明书10页 附图12页 CN 115307689 A 2022.11.08 CN 115307689 A 1.一种无线无源温湿度监测装置， 其特 征在于， 包括有： 传感器单 元以及仪器控制端； 所述传感器单元中包括有传感侧多匝电感线 圈、 与传感侧多匝电感线圈串联设置的热 敏电阻、 与传感侧多匝电感线圈串联设置的叉指电极； 所述仪器控制端中包括有仪器控制侧多匝电感线圈、 电流采样模块、 锁相放大器、 嵌入 式微控制单 元、 DDS模块； 其中， 传感器单元中的传感侧多匝电感线圈、 热敏电阻、 叉指电极采用柔性印刷方式制 备形成， 且嵌入待监测的材质基底中； 仪器控制侧多匝电感线圈与传感侧多匝电感线圈形 成电磁耦合配合。 2.根据权利要求1所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 所述嵌入式微控 制单元选用型号 为STM32G071CBT6的芯片； 其中， 芯片 型号为STM32 G071CBT6的嵌入式微控制单元的VDD引脚接+3.3V工作电压； 芯 片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的VSS引脚接地； 芯片型号为STM32G071CBT6 的嵌入式微控制单 元的OSC_I N、 OSC_OU T引脚之间连接设置有外 部晶振。 3.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 所述电流采样模 块由采样电阻、 带SMA接头的电流采样 输入端、 第一电流采样放大电路、 带S MA接头的电流采 样输出端以及第二电流采样放大电路构成； 其中， 第一电流采样放大电路由多级第一电流采样运算放大器串联构成， 第一运算放 大器选用型号 为LM7332的芯片； 第二电流采样放大电路由多级第 二电流采样运算放大器串联构 成， 第二运算放大器选 用型号为LM7332的芯片。 4.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 所述DDS模块选 用型号为AD9833BRMZ的芯片； 其中， 芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的VDD引脚接+3.3V工作电压； 芯片型号为 AD9833BRMZ的DDS模块的FSYNC引脚与芯片型号为STM32G071CBT6 的嵌入式微控制单元的 PB12引脚相连接； 芯片型号为AD9833BRMZ的DDS模块的SCLK引脚与芯片型号为 STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB13引脚相连接； 芯片型号为AD9833BRMZ的DDS 模块 的SDATA引脚与芯片型号 为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单 元的PB15引脚相连接 。 5.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 还包括有： 与嵌 入式微控制单 元相连接的SWD调试模块以及施密特触发反相器； 其中， 所述SWD调 试模块的型号为JP_STM32_SWD； 型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块 的VCC引脚接+3.3V工作电压； 型号为JP_STM32_SWD的SWD调试模块的GND引脚接地； 型号为 JP_STM32_SWD的SWD调试模块的SWCLK引脚与芯片型号为STM32G07 1CBT6的嵌入式微控制单 元的PA14 ‑BOOT0引脚相连接； 型号为JP_STM32 _SWD的SWD调试模块的SWDAT引脚与芯片型号 为STM32G07 1CBT6的嵌入式微控制单元的PA13引脚相连接； 型号为JP_STM32 _SWD的SWD调试 模块的NRST引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PF2 ‑NRST引脚相连 接； 所述施密特触发反相器选用型号为SN74LVC1G14DBVR的芯片； 其中， 芯片型号为 SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的VCC引脚接+3.3V工作电压； 芯片型号为 SN74LVC1G14DBVR的施密特触发反相器的GND引脚接地； 芯片型号为SN74LVC1G14DBVR的施权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115307689 A 2密特触发反相器的Y引脚与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PA4引脚相连 接。 6.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 还包括有： 用于 建立嵌入式微控制单 元与显示单 元之间数据连接关系的显示单 元连接器； 所述显示单元连接器的产品编号为FPC0.5 ‑30P_C132513； 其中， 产品编号为FPC0.5 ‑ 30P_C132513的显示单元连接器的Pin2接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制 单元的PB8引脚相连接； 产品编号为FPC0.5 ‑30P_C132513的显示单元连接器的Pin3接口与 芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB7引脚相连接； 产品编号为FPC0.5 ‑ 30P_C132513的显示单元连接器的Pin4接口与芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制 单元的PB6引脚相连接； 产品编号为FPC0.5 ‑30P_C132 513的显示单元连接器的Pin13接口与 芯片型号为STM32G071CBT6的嵌入式微控制单元的PB5引脚相连接； 产品编号为FPC0.5 ‑ 30P_C132513的显示单元连接器的Pin14接口与芯片型号为S TM32G071CBT6的嵌入式微控制 单元的PB3引脚相连接 。 7.根据权利要求2所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 还包括有： 电源 模块以及低压 差稳压模块； 其中， 电源模块选用型号为LM2594M的芯片； 芯片型号为LM2594M的电源模块用于将+ 12V的输入电压转换为 ±5V的工作电压； 低压差稳压模块选用型号为NCP114ASN330T1G的芯片； 芯片型号为NCP114ASN330T1G的 低压差稳压模块用于将+5V的工作电压转换为+3.3V的工作电压 。 8.根据权利要求1所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 还包括有： 设置 在电流采样模块与 锁相放大器之间的滤波 单元； 所述滤波 单元由相互串联的多级低通缓冲 滤波放大器以及带S MA接头的低通滤波输出端构成； 其中， 低通缓冲滤波放大器选用型号为 LM7332的芯片。 9.根据权利要求1所述的一种无线无源温湿度监测装置， 其特征在于， 还包括有： 用于 对齐传感侧多匝电感线圈与仪器控制侧多匝电感线圈的线圈对中装置； 所述线圈对中装置由传感侧对中单元和仪器控制侧对中单元构 成； 传感侧对中单元由 传感侧对中单元主体、 设置在传感侧对中单元主体上 的传感侧对中定位构成； 仪器控制侧 对中单元由仪器控制侧对中单元主体、 设置在仪器控制侧对中单元主体上的仪器控制侧对 中定位构成； 其中， 传感侧对中定位与仪器控制侧对中定位相互配合； 传感侧对中单元主体 上还开设有与传感侧多匝电感线圈相匹配的定位凹槽 。 10.一种无线无源温湿度监测方法， 其特 征在于， 包括有如下步骤： S101： 根据服役环境， 确定传感侧多匝电感线圈与仪器控制侧多匝电感线圈之间的间 距h； 测量得到间距h条件下传感侧多匝电感线圈与仪器控制侧多匝电感线圈互感时的谐振 频率f； S102： 在恒湿条件下控制环境温度变化， 拟合得到传感侧多匝电感线圈与仪器控制侧 多匝电感线圈的温度 ‑电压幅值 函数； S103： 调整传感侧多匝电感线圈的补偿电容， 使其在湿度为50%的情况下， 与仪器控制 侧多匝电感线圈互感时的半谐振阻抗 点的频率 落在f上；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115307689 A 3