一种基于热电转换自供电的无线温度监测系统的制作方法

本发明涉及热电换能无源传感领域，具体涉及一种基于热电转换自供电的无线温度监测系统。

背景技术：

1、温度监测是电炉炼钢、铝电解槽等高温工业过程控制与设备维护中的关键环节。传统温度监测方式主要依赖有线传感器和电缆供电，然而，该类系统在工业现场部署时需要铺设大量电缆，不仅占用空间，而且电缆长期处于高温、强振动、多尘环境中，极易老化破损，导致监测系统失效，维护工作量大、成本高昂。

2、为克服有线方案的缺陷，现有技术中出现了基于电池供电的无线温度传感器，以及基于温差发电的自供能无线传感器。然而，这两类方案在实际应用中仍存在以下显著缺陷：

3、第一，电池供电的无线传感器功耗较高，电池在高温环境下寿命急剧缩短，需频繁更换，难以满足工业现场对长期免维护运行的需求。第二，现有的自供能无线传感器虽然解决了供电来源问题，但其发电量极为微弱，通常仅能支持传感器自身的测温及简单的信号处理，难以驱动远距离无线通信模块，导致数据传输距离受限，在复杂环境下信号穿透力不足、丢包率高，监测准确性和稳定性难以保证。第三，无论是有线传感器还是现有自供能传感器，其安装过程均涉及打孔、焊接、螺丝紧固等复杂操作，现场调试周期长，无法实现快速部署；尤其对于自供能传感器，还存在冷启动困难、通信参数配置繁琐等问题，严重制约了设备的便捷性和可维护性。第四，现有监测系统通常采用单点测温方式，难以覆盖设备表面大面积区域，且缺乏有效的传感器身份标识和空间定位机制，后台无法精准识别异常温度点的具体位置，故障排查效率低下。第五，现有系统在数据处理层面普遍存在传输速度慢、分析能力弱的问题，难以满足现代工业生产对温度监测实时性和智能化预警的需求。

4、由此可见，现有温度监测方案均无法同时解决免布线供电、远距离可靠传输、快速免工具安装、多点精准定位和实时智能分析等多个维度的问题。亟需一种能够在高温环境下稳定工作，兼具自供电、免维护、易部署、精确定位和实时分析能力的无线温度监测系统。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于热电转换自供电的无线温度监测系统，包括无线温度传感器组件、热电转换自供电装置、无线通信模块和数据处理终端。

2、具体而言，所述无线温度传感器组件包括多个温度传感器，每一所述温度传感器采用热电转换方式为自身供电，以采集待测热源表面与每一所述温度传感器的身份标识相对应的温度数据；每一所述温度传感器分别封装于独立的安装壳体中，所述安装壳体的底部设有磁吸件，所述安装壳体通过所述磁吸件吸附固定于所述待测热源的导磁表面；

3、所述热电转换自供电装置包括热电模块和储能模块，所述热电模块具有热端面和冷端面，所述热端面用于导热连接待测热源，所述冷端面用于与环境进行热交换，所述热电模块利用待测热源与环境之间的温差产生电能；所述储能模块与所述热电模块电性连接，用于存储所述电能；

4、所述无线通信模块与每一所述温度传感器电性连接，以获取所述温度数据；所述无线通信模块内置有天线，用于将所述温度数据向外发送；所述无线通信模块的供电端与所述储能模块电性连接，由所述储能模块为其供电；

5、所述数据处理终端与所述无线通信模块无线通信连接，用于接收所述温度数据，所述数据处理终端内置有智能分析模块，用于对所述温度数据进行异常识别和/或故障预测。

6、优选地，每一所述温度传感器包括导热底座、热电偶、热电芯片、温度敏感元件和模数转换模块，

7、所述导热底座设置于所述温度传感器的底部，用于与待测热源表面导热接触；所述热电偶具有热端和冷端，所述热端与所述导热底座导热连接，所述冷端用于与环境进行热交换，所述热电偶基于所述热端与所述冷端之间的温差产生电能；所述热电芯片与所述热电偶电性连接，用于对所述电能进行变换处理，以输出适配所述温度敏感元件的工作电压；所述温度敏感元件与所述导热底座导热连接，用于感测所述导热底座处的温度并输出温度检测信号，所述温度检测信号经模数转换模块转换后形成所述温度数据，所述温度数据通过所述无线通信模块与所述温度传感器的电性连接被所述无线通信模块获取。

8、优选地，所述热电偶为铠装式热电偶，包括金属保护套管和封装于所述金属保护套管内的热电偶丝。

9、优选地，所述热电模块为内外双层结构，内层为热电材料层，外层为绝热材料层；所述绝热材料层包裹于所述热电材料层侧向外周，且不覆盖所述热端面和所述冷端面；所述绝热材料层用于阻止热量向侧向散失，以维持所述热端面与所述冷端面之间的温差。

10、优选地，所述无线通信模块还包括定位模块，所述定位模块用于获取所述无线通信模块的位置信息；

11、所述数据处理终端根据所述位置信息确定所述无线通信模块所在区域，并根据与所述温度数据相对应的身份标识，结合预设的传感器安装位置映射关系，确定对应温度传感器在所述区域内的具体安装点位。

12、优选地，所述智能分析模块配置有经历史温度数据训练得到的深度学习模型，所述深度学习模型为长短期记忆网络模型或循环神经网络模型，用于将所述温度数据输入所述深度学习模型，由所述深度学习模型输出异常温度模式和/或温度变化趋势的识别结果，并在识别到所述异常温度模式时发出预警信号；以及根据所述温度变化趋势输出所述待测热源的故障发生概率和/或故障发生时间的预测结果。

13、优选地，所述磁吸件为永磁体，所述永磁体的表面设有防锈涂层，且所述永磁体的居里温度高于所述待测热源的表面温度，以使所述永磁体在所述待测热源的表面温度下保持足以吸附固定所述安装壳体的磁吸力。

14、优选地，所述无线通信模块将所述温度数据按照预设的封装格式进行数据封装后向外发送。

15、优选地，所述无线通信模块采用nb-iot通信技术和/或lte-m通信技术。

16、优选地，所述安装壳体由耐高温合金材料制成，且所述安装壳体的外壁设有散热鳍片。

1.一种基于热电转换自供电的无线温度监测系统，其特征在于，包括无线温度传感器组件、热电转换自供电装置、无线通信模块和数据处理终端，

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每一所述温度传感器包括导热底座、热电偶、热电芯片、温度敏感元件和模数转换模块，

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热电偶为铠装式热电偶，包括金属保护套管和封装于所述金属保护套管内的热电偶丝。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热电模块为内外双层结构，内层为热电材料层，外层为绝热材料层；

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块内设有定位模块，所述定位模块用于获取所述无线通信模块的位置信息；

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能分析模块配置有经历史温度数据训练得到的深度学习模型，所述深度学习模型为长短期记忆网络模型或循环神经网络模型，用于将所述温度数据输入所述深度学习模型，由所述深度学习模型输出异常温度模式和/或温度变化趋势的识别结果，并在识别到所述异常温度模式时发出预警信号；以及根据所述温度变化趋势输出所述待测热源的故障发生概率和/或故障发生时间的预测结果。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁吸件为永磁体，所述永磁体的表面设有防锈涂层，且所述永磁体的居里温度高于所述待测热源的表面温度，以使所述永磁体在所述待测热源的表面温度下保持足以吸附固定所述安装壳体的磁吸力。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块将所述温度数据按照预设的封装格式进行数据封装后向外发送。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块采用nb-iot通信技术和/或lte-m通信技术。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述安装壳体由耐高温合金材料制成，且所述安装壳体的外壁设有散热鳍片。