本發(fā)明涉及液壓用壓力傳感器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器。

背景技術(shù)：

隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，液壓支架得到廣泛應(yīng)用。而在綜采工作面生產(chǎn)過程中，液壓支架容易出現(xiàn)自動降架、死架、倒架等故障，這就需要通過實時監(jiān)測液壓缸液體壓力的變化來了解液壓支架與頂板的相互作用情況，以判斷支架是否處于良好的工作狀態(tài)。因此液壓用壓力傳感器在保證生產(chǎn)安全中起著重要作用。

同時，由于在生產(chǎn)過程中，礦山開采的工作面會不斷地進行移動和變化，這就增加了有線傳輸電纜布線的復雜度，而有線電纜的存在又限制了液壓支架的動作范圍，使得電纜損壞和扯斷的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，給采煤工作帶來很多安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種既不需要信號線進行信號傳輸，又不需要電源線進行供電的基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器，包括：傳感器本體和傳感器金屬頭，所述傳感器本體包括：具有空腔的封裝殼體，所述封裝殼體的空腔內(nèi)設(shè)有過渡膜，所述過渡膜將所述空腔分隔為油液腔和絕緣腔，所述絕緣腔內(nèi)設(shè)有電路板和壓電模塊，所述壓電模塊呈圓柱體狀且橫置在所述絕緣腔內(nèi)，所述呈圓柱形的壓電模塊的一端緊貼所述過渡膜；所述油液腔內(nèi)設(shè)有過濾元件，所述傳感器金屬頭開有阻尼孔，所述阻尼孔通過所述過濾元件與所述封裝殼體的空腔相連通；所述電路板上設(shè)有能量管理模塊、信號處理模塊和無線傳輸模塊，所述壓電模塊包括壓力傳感單元和壓電俘能器單元，所述壓力傳感單元和所述壓電俘能器單元均由多個上下堆疊在一起的壓電片組成，所述壓電片呈圓柱體狀；所述壓電俘能器單元的輸出電極與所述能量管理模塊的輸入端電氣連接，所述壓力傳感單元的輸出電極與所述信號處理模塊的輸入端電氣連接，所述能量管理模塊的輸出端與所述信號處理模塊的電源端電氣連接，所述無線傳輸模塊的輸入端與所述信號處理模塊的輸出端電氣連接，所述無線傳輸模塊的輸出天線設(shè)置于所述封裝殼體的表面上。

優(yōu)選地，所述壓力傳感單元包括：多個上下堆疊在一起的第一極化壓電片，每一個第一極化壓電片的上下兩端均設(shè)置有第一金屬片，相鄰兩個第一極化壓電片共用一個第一金屬片，且相鄰兩個第一極化壓電片的極化方向相反，所有第一極化壓電片的正極并接在一起形成所述壓力傳感單元的輸出正電極，所有第一極化壓電片的負極并接在一起形成所述壓力傳感單元的輸出負電極；所述壓電俘能器單元包括：多個上下堆疊在一起的第二極化壓電片，每一個第二極化壓電片的上下兩端均設(shè)置有第二金屬片，相鄰兩個第二極化壓電片共用一個第二金屬片，且相鄰兩個第二極化壓電片的極化方向相反，所有第二極化壓電片的正極并接在一起形成所述壓電俘能器單元的輸出正電極，所有第二極化壓電片的負極并接在一起形成所述壓電俘能器單元的輸出負電極；所述呈圓柱形的壓電模塊的上下兩端均設(shè)置有封裝陶瓷片，所述壓力傳感單元和所述壓電俘能器單元之間設(shè)置有非極化隔離層。

優(yōu)選地，所述第一極化壓電片的制作材料為pzt-5h，所述第二極化壓電片的制作材料為pmn-pt。

優(yōu)選地，所述封裝殼體上開有泄壓孔，所述泄壓孔內(nèi)設(shè)有彈簧和彈簧座，所述封裝殼體的空腔內(nèi)設(shè)有閥芯，所述彈簧的一端固定在所述彈簧座上，所述彈簧的另一端與所述閥芯相連。

優(yōu)選地，所述絕緣腔內(nèi)設(shè)有電氣保護殼和連接體，所述電路板位于所述電氣保護殼內(nèi)，所述連接體位于所述電氣保護殼和所述壓電模塊之間，所述連接體內(nèi)具有通孔，所述通孔內(nèi)設(shè)有導線，所述電路板通過所述導線與所述壓電模塊電氣連接。

優(yōu)選地，所述傳感器金屬頭的外圓周面上設(shè)有密封圈。

優(yōu)選地，所述油液腔內(nèi)設(shè)有空心細堵頭，所述過濾元件通過所述空心細堵頭固定在所述油液腔內(nèi)。

優(yōu)選地，所述信號處理模塊包括：電荷放大電路、低通濾波電路和mcu處理電路，所述電荷放大電路包括：放大器u1、放大器u2、放大器u3、放大器u4和放大器u5，所述低通濾波電路包括：放大器u6，所述mcu處理電路包括：mcu控制芯片u7；所述壓力傳感單元的一個輸出電極通過電阻r1與所述放大器u1的反相輸入端相連，所述壓力傳感單元的另一個輸出電極通過電阻r2與所述放大器u2的反相輸入端相連，所述放大器u1的反相輸入端還通過電阻r3與所述放大器u1的輸出端相連，所述電阻r3的兩端并接有電容c1，所述放大器u2的反相輸入端還通過電阻r4與所述放大器u2的輸出端相連，所述電阻r4的兩端并接有電容c2，所述放大器u1的同相輸入端通過電阻r5接地，所述放大器u2的同相輸入端通過電阻r6接地；所述放大器u3的同相輸入端通過電阻r7與所述放大器u1的輸出端相連，所述放大器u4的同相輸入端通過電阻r8與所述放大器u2的輸出端相連，所述放大器u3的輸出端依次通過電阻r9、電阻r10和電阻r11與所述放大器u4的輸出端相連，所述放大器u3的反相輸入端與所述電阻r9和所述電阻r10之間的連線相連，所述放大器u4的反相輸入端與所述電阻10和所述電阻r11之間的連線相連，所述放大器u3的輸出端通過電阻r12與所述放大器u5的反相輸入端相連，所述放大器u4的輸出端通過電阻r13與所述放大器u5的同相輸入端相連，所述放大器u5的同相輸入端還通過電阻r14接地，所述放大器u5的反相輸入端還通過電阻r5與所述放大器u5的輸出端相連；所述放大器u5的輸出端依次通過電阻r16、電阻r18與所述放大器u6的同相輸入端相連，所述r16和所述電阻r18之間的連線通過電容c3接地，所述放大器u6的同相輸入端還通過電容c4接地，所述放大器u6的反相輸入端通過電阻r17接地，所述放大器u6的反相輸入端還通過電阻r19與所述放大器u6的輸出端相連，所述放大器u6的輸出端與所述mcu控制芯片u7的輸入端p_a/d相連；所述放大器u6的輸入輸出端口dio_7為所述mcu控制芯片u7的輸入端p_a/d，所述mcu控制芯片u7的第一無線輸出端rx_tx通過電容c5接地，所述mcu控制芯片u7的第二無線輸出端rf_n通過電感l(wèi)1與第一無線輸出端rx_tx相連，所述第二無線輸出端rf_n還通過電感l(wèi)2與第三無線輸出端rf_p相連，所述第三無線輸出端rf_p還通過電容c7接地，所述第二無線輸出端rf_n還依次通過電容c6、電感l(wèi)4、電感l(wèi)5與所述輸出天線相連，所述電容c6和所述電感l(wèi)4之間的連線通過電容c8接地，所述電感l(wèi)4和所述電感l(wèi)5之間的連線通過電容c9接地，所述電容c6和所述電感l(wèi)4之間的連線還通過電感l(wèi)3與所述第三無線輸出端rf_p相連，所述mcu控制芯片u7的輸入輸出端口dio_5、輸入輸出端口dio_6分別為所述自供電壓力傳感器的有線輸出端jtag_tdo、有線輸出端jtag_tdi，所述mcu控制芯片u7的電源端vcc與3.3v電源相連。

優(yōu)選地，所述能量管理模塊包括：能量管理芯片u31和鋰電池bat；所述能量管理芯片u31的交流輸入端ac1與所述壓電俘能器單元的一個輸出電極相連，所述能量管理芯片u31的交流輸入端ac2與所述壓電俘能器單元的另一個輸出電極相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin通過電容c31與所述能量管理芯片u31的電容連接端cap相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin還通過電容c32接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin2通過電容c33接地，所述能量管理芯片u31的電池充電使能端charge依次通過電阻r31、電容c34接地，所述能量管理芯片u31的變壓輸入端bb_in與所述電阻r31和所述電容c34之間的連線相連，所述能量管理芯片u31的變壓輸入端bb_in還與所述能量管理芯片u31的電池隔離開關(guān)輸出端bat_out相連，所述能量管理芯片u31的備用電源輸入端bat_in通過所述鋰電池bat接地，所述鋰電池bat的兩端并接有電容c35；所述能量管理芯片u31的降壓變壓器開關(guān)端sw串接電感l(wèi)1后與所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout相連，所述能量管理芯片u31的swa端子通過電感l(wèi)2與所述能量管理芯片u31的swb端子相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout通過電容c36與所述能量管理芯片u31的超級電容公共端bal相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout通過電容c37接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout與所述能量管理芯片u31的的超級電容平衡器輸入端scap相連，所述能量管理芯片u31的超級電容公共端bal還通過電容c38接地，所述能量管理芯片u31的邏輯參考點vin3通過電容c39接地，所述能量管理芯片u31的接地端gnd接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout輸出3.3v電壓。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1、本發(fā)明中的液壓用壓力傳感器，將壓力傳感單元、壓電俘能器單元、能量管理模塊、信號處理模塊和無線傳輸模塊集成在一個封裝殼體內(nèi)，使用時，將傳感器金屬頭放入液壓支架上的測壓孔內(nèi)，被測油液從傳感器金屬頭上的阻尼孔進入封裝殼體的空腔內(nèi)，經(jīng)過過濾元件濾除油液里的雜質(zhì)后到達過渡膜，過渡膜將油液壓力傳遞給壓電模塊；當受到外部壓力時，壓電模塊會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，一方面，壓力傳感單元產(chǎn)生的電荷通過其輸出電極輸送給信號處理模塊，信號處理模塊將該電荷轉(zhuǎn)化為標準的數(shù)字信號后通過無線傳輸模塊輸出至傳感器外部，另一方面，壓電俘能器單元產(chǎn)生的電荷通過其輸出電極輸送給能量管理模塊，能量管理模塊將電能進行存儲，并控制著對其他電路部分的電能輸出；本發(fā)明把傳感器部分、處理電路部分、自供電部分集成為一體，能夠直接輸出數(shù)字信號，使得壓力傳感器能夠獨立自主地工作，不會給外部電路帶來任何負擔，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高等優(yōu)點；而且，利用了壓電材料良好的測壓和俘能特性，制作出了自供電的無線液壓傳感器，保證了液壓傳感器既不需要信號線進行信號傳輸，又不需要電源線進行供電，從根本上解決了傳輸線給被監(jiān)測設(shè)備的移動帶來的限制及減少了一定的安全隱患。

2、本發(fā)明中的第一極化壓電片作為測壓壓電片，其制作材料選為pzt-5h，由于其具有大的電壓輸出且內(nèi)阻較大，輸出電壓與所受壓力有較好的線性關(guān)系，能表現(xiàn)出很好的靈敏度；而第二極化壓電片作為俘能器壓電片，其制作材料選為pmn-pt，因其內(nèi)阻小，能量密度大，從而更有利于能量的采集。

3、本發(fā)明可在封裝殼體上開設(shè)泄壓孔，在封裝殼體的空腔內(nèi)設(shè)置閥芯，泄壓孔內(nèi)設(shè)有彈簧和彈簧座，彈簧的一端固定在彈簧座上，彈簧的另一端與閥芯相連；當油壓變化時，彈簧由于受力會發(fā)生一定的形變，壓力過大時，閥芯回縮至打開狀態(tài)，封裝殼體空腔內(nèi)的油液從泄壓孔流出，空腔內(nèi)的壓力得到一定的宣泄，防止了液壓過大損壞傳感器。

4、在封裝殼體內(nèi)，可將整個傳感器的電氣部分放置在單獨的電氣保護殼體中，起到電氣隔離的作用，提高了整個壓力傳感器的工作精度。

5、可在傳感器金屬頭的外圓周面上設(shè)置密封圈，在密封圈的作用下，可將傳感器本體與液壓支架上的測壓孔進行很好的連接，提高了壓力傳感器的工作穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中壓電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中壓電片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中信號處理模塊的電路原理圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中能量管理模塊的電路原理圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點示意圖；

圖中：1為傳感器本體，2為傳感器金屬頭，10為封裝殼體，20為阻尼孔，21為密封圈，101為過渡膜，102為電路板，103為壓電模塊，104為過濾元件，105為彈簧，106為彈簧座，107為閥芯，108為電氣保護殼，109為連接體，110為空心細堵頭，1021為能量管理模塊，1022為信號處理模塊，1023為無線傳輸模塊，1031為壓力傳感單元，1032為壓電俘能器單元，1033為封裝陶瓷片，1034為非極化隔離層，10221為電荷放大電路，10222為低通濾波電路，10223為mcu處理電路，10231為輸出天線，10311為第一極化壓電片，10312為第一金屬片，10321為第二極化壓電片，10322為第二金屬片。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例；基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1的俯視圖，如圖1、圖2所示，一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器，包括：傳感器本體1和傳感器金屬頭2，所述傳感器本體1包括：具有空腔的封裝殼體10，所述封裝殼體10的空腔內(nèi)設(shè)有過渡膜101，所述過渡膜101將所述空腔分隔為油液腔和絕緣腔，所述絕緣腔內(nèi)設(shè)有電路板102和壓電模塊103，所述壓電模塊103呈圓柱體狀且橫置在所述絕緣腔內(nèi)，所述呈圓柱形的壓電模塊103的一端緊貼所述過渡膜101；所述油液腔內(nèi)設(shè)有過濾元件104，所述傳感器金屬頭2開有阻尼孔20，所述阻尼孔20通過所述過濾元件104與所述封裝殼體10的空腔相連通。

所述電路板102上設(shè)有能量管理模塊1021、信號處理模塊1022和無線傳輸模塊1023，所述壓電模塊103包括壓力傳感單元1031和壓電俘能器單元1032，所述壓力傳感單元1031和所述壓電俘能器單元1032均由多個上下堆疊在一起的壓電片組成，所述壓電片呈圓柱體狀；所述壓電俘能器單元1032的輸出電極與所述能量管理模塊1021的輸入端電氣連接，所述壓力傳感單元1031的輸出電極與所述信號處理模塊1022的輸入端電氣連接，所述能量管理模塊1021的輸出端與所述信號處理模塊1022的電源端電氣連接，所述無線傳輸模塊1023的輸入端與所述信號處理模塊1022的輸出端電氣連接，所述無線傳輸模塊1023的輸出天線10231設(shè)置于所述封裝殼體10的表面上。

本實施例中的液壓用壓力傳感器，將壓力傳感單元1031、壓電俘能器單元1032、能量管理模塊1021、信號處理模塊1022和無線傳輸模塊1023集成在一個封裝殼體內(nèi)，使用時，將傳感器金屬頭2放入液壓支架上的測壓孔內(nèi)，被測油液從傳感器金屬頭2上的阻尼孔20進入封裝殼體10的空腔內(nèi)，經(jīng)過過濾元件104濾除油液里的雜質(zhì)后到達過渡膜101，過渡膜101將油液壓力傳遞給壓電模塊103；當受到外部壓力時，壓電模塊103會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，一方面，壓力傳感單元1031產(chǎn)生的電荷通過其輸出電極輸送給信號處理模塊1022，信號處理模塊1022將該電荷轉(zhuǎn)化為標準的數(shù)字信號后通過無線傳輸模塊1023輸出至傳感器外部，另一方面，壓電俘能器單元1032產(chǎn)生的電荷通過其輸出電極輸送給能量管理模塊1021，能量管理模塊1021將電能進行存儲，并控制著對其他電路部分的電能輸出；本發(fā)實施例把傳感器部分、處理電路部分、自供電部分集成為一體，能夠直接輸出數(shù)字信號，使得壓力傳感器能夠獨立自主地工作，不會給外部電路帶來任何負擔，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高等優(yōu)點；而且，利用了壓電材料良好的測壓和俘能特性，制作出了自供電的無線液壓傳感器，保證了液壓傳感器既不需要信號線進行信號傳輸，又不需要電源線進行供電，從根本上解決了傳輸線給被監(jiān)測設(shè)備的移動帶來的限制及減少了一定的安全隱患。

具體地，所述封裝殼體10上可開有泄壓孔，所述泄壓孔內(nèi)設(shè)有彈簧105和彈簧座106，所述封裝殼體10的空腔內(nèi)設(shè)有閥芯107，所述彈簧105的一端固定在所述彈簧座106上，所述彈簧105的另一端與所述閥芯107相連。

本實施例中，當油壓變化時，彈簧105由于受力會發(fā)生一定的形變，壓力過大時，閥芯107回縮至打開狀態(tài)，封裝殼體10空腔內(nèi)的油液從泄壓孔流出，空腔內(nèi)的壓力得到一定的宣泄，防止了液壓過大損壞傳感器。

具體地，所述絕緣腔內(nèi)可設(shè)有電氣保護殼108和連接體109，所述電路板102位于所述電氣保護殼108內(nèi)，所述連接體109位于所述電氣保護殼108和所述壓電模塊103之間，所述連接體109內(nèi)具有通孔，所述通孔內(nèi)設(shè)有導線，所述電路板102通過所述導線與所述壓電模塊103電氣連接。

本實施例中，將整個傳感器的電氣部分放置在單獨的電氣保護殼體中，起到電氣隔離的作用，提高了整個壓力傳感器的工作精度。

具體地，所述傳感器金屬頭2的外圓周面上可設(shè)有密封圈21。

本實施例中，在密封圈的作用下，可將傳感器本體與液壓支架上的測壓孔進行很好的連接，提高了壓力傳感器的工作穩(wěn)定性。

具體地，所述油液腔內(nèi)設(shè)有空心細堵頭110，所述過濾元件104通過所述空心細堵頭110固定在所述油液腔內(nèi)。

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中壓電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中壓電片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3、圖4所示，所述壓力傳感單元1031可包括：多個上下堆疊在一起的第一極化壓電片10311，每一個第一極化壓電片10311的上下兩端均設(shè)置有第一金屬片10312，相鄰兩個第一極化壓電片10311共用一個第一金屬片10312，且相鄰兩個第一極化壓電片10311的極化方向相反，所有第一極化壓電片10311的正極并接在一起形成所述壓力傳感單元1031的輸出正電極，所有第一極化壓電片10311的負極并接在一起形成所述壓力傳感單元1031的輸出負電極。

所述壓電俘能器單元1032可包括：多個上下堆疊在一起的第二極化壓電片10321，每一個第二極化壓電片10321的上下兩端均設(shè)置有第二金屬片10322，相鄰兩個第二極化壓電片10321共用一個第二金屬片10322，且相鄰兩個第二極化壓電片10321的極化方向相反，所有第二極化壓電片10321的正極并接在一起形成所述壓電俘能器單元1032的輸出正電極，所有第二極化壓電片10321的負極并接在一起形成所述壓電俘能器單元1032的輸出負電極。

所述呈圓柱形的壓電模塊103的上下兩端均設(shè)置有封裝陶瓷片1033，所述壓力傳感單元1031和所述壓電俘能器單元1032之間設(shè)置有非極化隔離層1034。

更具體地，所述第一極化壓電片10311的制作材料可為pzt-5h，所述第二極化壓電片10321的制作材料可為pmn-pt。

本發(fā)實施例中的第一極化壓電片10311作為測壓壓電片，其制作材料選為pzt-5h，由于其具有大的電壓輸出且內(nèi)阻較大，輸出電壓與所受壓力有較好的線性關(guān)系，能表現(xiàn)出很好的靈敏度；而第二極化壓電片10321作為俘能器壓電片，其制作材料選為pmn-pt，因其內(nèi)阻小，能量密度大，從而更有利于能量的采集。

本實施例中，所述壓電俘能器單元1032堆疊在所述壓力傳感單元1031的上方，所述第一極化壓電片10311和所述第二極化壓電片10321的數(shù)量均為三個，圖中的箭頭方向為壓電片的極化方向，內(nèi)部電路的信號輸出線可通過封裝殼體10的底座通孔引出。

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中信號處理模塊的電路原理圖，如圖5所示，所述信號處理模塊1022可包括：電荷放大電路10221、低通濾波電路10222和mcu處理電路10223，所述電荷放大電路10221包括：放大器u1、放大器u2、放大器u3、放大器u4和放大器u5，所述低通濾波電路10222包括：放大器u6，所述mcu處理電路10223包括：mcu控制芯片u7；所述壓力傳感單元1031的一個輸出電極通過電阻r1與所述放大器u1的反相輸入端相連，所述壓力傳感單元1031的另一個輸出電極通過電阻r2與所述放大器u2的反相輸入端相連，所述放大器u1的反相輸入端還通過電阻r3與所述放大器u1的輸出端相連，所述電阻r3的兩端并接有電容c1，所述放大器u2的反相輸入端還通過電阻r4與所述放大器u2的輸出端相連，所述電阻r4的兩端并接有電容c2，所述放大器u1的同相輸入端通過電阻r5接地，所述放大器u2的同相輸入端通過電阻r6接地；所述放大器u3的同相輸入端通過電阻r7與所述放大器u1的輸出端相連，所述放大器u4的同相輸入端通過電阻r8與所述放大器u2的輸出端相連，所述放大器u3的輸出端依次通過電阻r9、電阻r10和電阻r11與所述放大器u4的輸出端相連，所述放大器u3的反相輸入端與所述電阻r9和所述電阻r10之間的連線相連，所述放大器u4的反相輸入端與所述電阻10和所述電阻r11之間的連線相連，所述放大器u3的輸出端通過電阻r12與所述放大器u5的反相輸入端相連，所述放大器u4的輸出端通過電阻r13與所述放大器u5的同相輸入端相連，所述放大器u5的同相輸入端還通過電阻r14接地，所述放大器u5的反相輸入端還通過電阻r5與所述放大器u5的輸出端相連；所述放大器u5的輸出端依次通過電阻r16、電阻r18與所述放大器u6的同相輸入端相連，所述r16和所述電阻r18之間的連線通過電容c3接地，所述放大器u6的同相輸入端還通過電容c4接地，所述放大器u6的反相輸入端通過電阻r17接地，所述放大器u6的反相輸入端還通過電阻r19與所述放大器u6的輸出端相連，所述放大器u6的輸出端與所述mcu控制芯片u7的輸入端p_a/d相連；所述放大器u6的輸入輸出端口dio_7為所述mcu控制芯片u7的輸入端p_a/d，所述mcu控制芯片u7的第一無線輸出端rx_tx通過電容c5接地，所述mcu控制芯片u7的第二無線輸出端rf_n通過電感l(wèi)1與第一無線輸出端rx_tx相連，所述第二無線輸出端rf_n還通過電感l(wèi)2與第三無線輸出端rf_p相連，所述第三無線輸出端rf_p還通過電容c7接地，所述第二無線輸出端rf_n還依次通過電容c6、電感l(wèi)4、電感l(wèi)5與所述輸出天線10231相連，所述電容c6和所述電感l(wèi)4之間的連線通過電容c8接地，所述電感l(wèi)4和所述電感l(wèi)5之間的連線通過電容c9接地，所述電容c6和所述電感l(wèi)4之間的連線還通過電感l(wèi)3與所述第三無線輸出端rf_p相連，所述mcu控制芯片u7的輸入輸出端口dio_5、輸入輸出端口dio_6分別為所述自供電壓力傳感器的有線輸出端jtag_tdo、有線輸出端jtag_tdi，所述mcu控制芯片u7的電源端vcc與3.3v電源相連。

在信號處理模塊1022中，電荷放大電路10221將壓力傳感單元1031產(chǎn)生的電荷量轉(zhuǎn)化為便于測量的電壓信號，低通濾波電路10222將這個電壓信號進行濾波和變壓處理，再通過mcu處理電路10223中的mcu控制芯片u7的ad轉(zhuǎn)換功能將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過mcu控制芯片u7的計算處理得出壓力信息，然后將壓力信息通過無線或有線的方式輸出。

更具體地，所述mcu控制芯片u7可為cc2650芯片。

cc2650芯片具有ad轉(zhuǎn)換及zigbee無線通信的功能，再加上cc2650本身具有低功耗及超低功耗休眠的特點，很適合作為此傳感器的mcu。

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中能量管理模塊的電路原理圖，如圖6所示，所述能量管理模塊1021可包括：能量管理芯片u31和鋰電池bat；所述能量管理芯片u31的交流輸入端ac1與所述壓電俘能器單元1032的一個輸出電極相連，所述能量管理芯片u31的交流輸入端ac2與所述壓電俘能器單元1032的另一個輸出電極相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin通過電容c31與所述能量管理芯片u31的電容連接端cap相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin還通過電容c32接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸入端vin2通過電容c33接地，所述能量管理芯片u31的電池充電使能端charge依次通過電阻r31、電容c34接地，所述能量管理芯片u31的變壓輸入端bb_in與所述電阻r31和所述電容c34之間的連線相連，所述能量管理芯片u31的變壓輸入端bb_in還與所述能量管理芯片u31的電池隔離開關(guān)輸出端bat_out相連，所述能量管理芯片u31的備用電源輸入端bat_in通過所述鋰電池bat接地，所述鋰電池bat的兩端并接有電容c35；所述能量管理芯片u31的降壓變壓器開關(guān)端sw串接電感l(wèi)1后與所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout相連，所述能量管理芯片u31的swa端子通過電感l(wèi)2與所述能量管理芯片u31的swb端子相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout通過電容c36與所述能量管理芯片u31的超級電容公共端bal相連，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout通過電容c37接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout與所述能量管理芯片u31的的超級電容平衡器輸入端scap相連，所述能量管理芯片u31的超級電容公共端bal還通過電容c38接地，所述能量管理芯片u31的邏輯參考點vin3通過電容c39接地，所述能量管理芯片u31的接地端gnd接地，所述能量管理芯片u31的電壓輸出端vout輸出3.3v電壓。

本實施例中的能量管理模塊1021負責把壓電俘能器單元1032獲得的能量經(jīng)過整流、濾波、變壓等處理將電能存儲起來，還負責控制對其他電路的供電。

更具體地，所述能量管理芯片u31可為ltc3331芯片。

ltc3331芯片同時連接著壓電俘能器單元1032和鋰電池bat。在壓電俘能器單元103產(chǎn)生電能充足的情況下，可以在利用壓電俘能器單元1032獲得的能量為整個電路系統(tǒng)供電的同時，給鋰電池bat充電；在壓電俘能器單元1032產(chǎn)生電能不充足的情況下，能量管理芯片u31會調(diào)用鋰電池bat來為整個電路系統(tǒng)供電。其中，能量管理芯片u31的引腳vout為電壓輸出端口，為整個系統(tǒng)提供電能。

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種基于壓電技術(shù)的自供電無線液壓用壓力傳感器中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點示意圖，如圖7所示，多個無線傳感器節(jié)點可將數(shù)據(jù)發(fā)送到對應(yīng)的路由節(jié)點；路由節(jié)點通過多跳的方式將這些數(shù)值傳至sink節(jié)點，路由節(jié)點同樣負責將sink節(jié)點收到的上位機命令傳到傳感器節(jié)點；sink節(jié)點負責將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有傳感器節(jié)點采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器上傳至上位機，通過計算機顯示與控制，最終實現(xiàn)整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的液壓支架壓力監(jiān)測。

本發(fā)明作為一種基于壓電效應(yīng)的自供電無線液壓用壓力傳感器，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高等特點，直接性解決了無線和自供電的問題，間接性解決了通信和供電線纜對設(shè)備移動的限制問題。此傳感器可在物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點等領(lǐng)域廣泛使用，具有很大的利用價值。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。