太阳城集团

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集成无线能量发射和接收装置的传感器系统.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201010250707.X

申请日:

2010.08.11

公开号:

太阳城集团CN102377249B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02J 17/00申请日:20100811|||公开
IPC分类号: H02J17/00; H02J7/00 主分类号: H02J17/00
申请人: 中国科学院微电子研究所
发明人: 孔延梅; 钟汇才
地址: 100029 北京市朝阳区北土城西路3号
优先权:
专利代理机构: 北京市立方律师事务所 11330 代理人: 马佑平
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201010250707.X

授权太阳城集团号:

102377249B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.07|||2012.04.25|||2012.03.14

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种传感器系统,包括传感元件,对外界能源信号进行感应,以转换所述能源信号为电信号;整流滤波器,对所述电信号进行整流滤波,以得到稳定连续的充电电流;电压调整器,将所述充电电流调整到预定电压;能量存储器,以化学能形式将预定电压的所述充电电流进行存储;以及整流逆变器,将所述化学能逆变为负载所需的能量。本发明的传感器系统利用传感元件的传感与发电性能,使之在使用过程中相结合,在满足传感目的的同时实现发电功能,以实现节能、环保的发电方式。

权利要求书

1: 一种传感器系统, 其特征在于, 所述传感器系统包括 : 传感元件, 所述传感元件对外界能源信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波器, 所述整流滤波器对所述电信号进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电 流; 电压调整器, 所述电压调整器将所述充电电流调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学能形式将预定电压的所述充电电流进行存储 ; 以 及 整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化学能逆变为负载所需的能量。
2: 如权利要求 1 所述的传感器, 其特征在于, 所述负载包括所述整流滤波器和所述电 压调整器。
3: 一种集成无线能量发射装置的传感器系统, 其特征在于, 无线能量发射装置与传感 器系统集成在一起, 所述传感器系统传感换能产生的能量作为所述传感器系统的信号处理 电路的能量源。
4: 如权利要求 3 所述的传感器系统, 其特征在于, 所述传感器系统包括 : 传感元件, 所述传感元件对外界能源信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波器, 所述整流滤波器对所述电信号进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电 流; 电压调整器, 所述电压调整器将所述充电电流调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学能形式将预定电压的所述充电电流进行存储 ; 以 及 整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化学能逆变为所述传感器系统的信号处理电路所 需的能量源, 其中信号处理电路包括所述整流滤波器和所述电压调整器。
5: 如权利要求 3 或 4 所述的传感器系统, 其特征在于, 当所述传感器系统传感换能产生 的能量大于所述传感器系统的信号处理电路所需的能量时, 利用所述无线能量发射装置将 剩余能量发射出去供其他负载使用。
6: 如权利要求 5 所述的传感器系统, 其特征在于, 所述无线能量发射装置通过无线电 磁能量传播方式传输所述传感器系统产生的能量。
7: 一种集成无线能量接收装置的传感器系统, 其特征在于, 无线能量接收装置与所述 传感器系统集成在一起, 所述传感器系统传感换能产生的能量作为所述传感器系统的信号 处理电路的能量源。
8: 如权利要求 7 所述的传感器系统, 其特征在于, 所述传感器系统包括 : 传感元件, 所述传感元件对外界能源信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波器, 所述整流滤波器对所述电信号进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电 流; 电压调整器, 所述电压调整器将所述充电电流调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学能形式将预定电压的所述充电电流进行存储 ; 以 及 整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化学能逆变为所述传感器系统的信号处理电路所 需的能量源, 其中信号处理电路包括所述整流滤波器和所述电压调整器。 2
9: 如权利要求 7 或 8 所述的传感器, 其特征在于, 当所述传感器系统传感换能产生的能 量小于所述传感器系统的信号处理电路所需的能量时, 利用所述无线能量接收装置从外界 能量源接收能量。
10: 如权利要求 9 所述的传感器, 其特征在于, 所述无线能量接收装置通过无线电磁能 量传播方式接收外界能量源的能量。
11: 如权利要求 7 或 8 所述的传感器系统, 其特征在于, 所述传感器系统的信号处理电 路所需的能量由所述传感器系统产生的能量和 / 或所述无线能量接收装置从外界能量源 接收的能量提供。

说明书


集成无线能量发射和接收装置的传感器系统

    【技术领域】
     本发明涉及传感器领域, 具体而言, 本发明涉及集成无线能量发射和接收装置的传感器。 背景技术 传感器为能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置, 通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器作为一种检测装置, 能感受到被测量的太阳城集团, 并能 将检测感受到的太阳城集团, 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的太阳城集团输出, 以满足信 息的传输、 处理、 存储、 显示、 记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环 节。
     目前, 传感器例如光电、 振动、 压电等, 在人类活动的各个领域的应用都极为广泛, 传感器作为一个信号源, 其后续调理电路包括电荷的放大、 滤噪及数模转换等处理, 这就需 要额外提供电压源。由此, 使得传感器系统的供电装置复杂。并且, 在考虑传感器的应用前 景时, 仅考虑其信号的分析, 而其所实现的其他如光、 机械等能量转化成的电能则没有合理
     应用的方案。
     另一方面, 传感器在实现能量转化方面可以作为能量转换器, 能够实现其他形式 的能量向电能的转换。在低碳新能源的开发中, 该能量转换可以应用在发电装置中作为潜 在新能源。以压电传感器为例, 目前诸多的应用前景主要是利用公路路面振动能量压电发 电用于道路灯具系统, 实现压电地板、 保温鞋等装置实现能量的收集, 主要局限于能量的直 接应用或能量的存储。
     传感器和发电器都是作为单独的设备有着应用或应用前景。 传感器系统都需要直 流或交流电压装置提供其信号处理电路的电源, 由此带来的便携、 绿色性能差, 对环境要求 高。 传感器系统也是机械能转换为电能的换能器, 不对该能量进行合理利用, 造成能量的损 失。 目前的传感或发电元件的功能单一, 往往仅从实现传感或发电功能等单一目标来出发。
     目前为止, 尚没有将传感器和发电装置结合使用, 即在实现传感的同时对其产生 的信号进行存储利用, 输出信号可储存或经过无线发射装置发射出去, 经由能量接收装置 接收。目前也没有将传感器的转换能量应用在其自身的能量需求上。 发明内容
     本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一, 特别针对将传感器的转换能量应 用在其自身的能量需求上, 满足传感目的的同时实现发电功能, 以实现节能、 环保的发电方 式, 提出了一种集成无线能量发射和接收装置的传感器系统。
     为实现上述目的, 本发明的实施例的一个方面提出了一种集成无线能量发射装置 的传感器系统, 将无线能量发射装置集成于传感器系统, 将传感换能产生的能量作为所述 传感器系统的信号处理电路的能量源。
     根据本发明的实施例, 所述传感器系统包括 : 传感元件, 所述传感元件对外界能源信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波器, 所述整流滤波器对所述电信号 进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电流 ; 电压调整器, 所述电压调整器将所述充电电流 调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学能形式将预定电压的所述充电电流 进行存储 ; 以及整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化学能逆变为所述传感器系统的信号 处理电路所需的能量源, 其中信号处理电路包括所述整流滤波器和所述电压调整器。
     当所述传感器系统传感换能产生的能量大于所述传感器系统的信号处理电路需 要的能量时, 利用所述无线发射装置将剩余能量发射出去供其他负载使用。
     所述无线能量发射装置通过无线电磁能量传播方式传输所述传感器系统产生的 能量。
     本发明的实施例的另一方面提出了一种集成无线能量接收装置的传感器系统, 将 无线能量接收装置集成于传感器系统, 将传感换能产生的能量作为所述传感器系统的信号 处理电路的能量源。
     根据本发明的实施例, 所述传感器系统包括 : 传感元件, 所述传感元件对外界能源 信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波器, 所述整流滤波器对所述电信号 进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电流 ; 电压调整器, 所述电压调整器将所述充电电流 调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学能形式将预定电压的所述充电电流 进行存储 ; 以及整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化学能逆变为所述传感器系统的信号 处理电路所需的能量源, 其中信号处理电路包括所述整流滤波器和所述电压调整器。
     当所述传感器系统传感换能产生的能量小于所述传感器系统的信号处理电路需 要的能量时, 利用所述无线能量接收装置从外界能量源接收能量。
     所述传感器系统的信号处理电路需要的能量通过所述传感器系统传感换能产生 的能量和 / 或所述无线能量接收装置从外界能量源接收的能量提供。
     并且, 所述无线能量接收装置通过无线电磁能量传播方式接收外界能量源的能 量。
     本发明的实施例的再一方面提出了一种传感器系统, 所述传感器系统包括 : 传感 元件, 所述传感元件对外界能源信号进行感应, 以转换所述能源信号为电信号 ; 整流滤波 器, 所述整流滤波器对所述电信号进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电流 ; 电压调整 器, 所述电压调整器将所述充电电流调整到预定电压 ; 能量存储器, 所述能量存储器以化学 能形式将预定电压的所述充电电流进行存储 ; 以及整流逆变器, 所述整流逆变器将所述化 学能逆变为负载所需的能量。
     根据本发明实施例提供的传感器系统, 合理将传感元件的传感与发电功能结合起 来, 传感换能产生的能量可以作为其自身信号处理电路或其他负载的能量源, 实现节能绿 色发电和传感。
     此外, 将传感元件和无线能量发射和接收装置集成在一起, 以实现能量的无线传 输。当传感元件的传感功耗大于其自身所提供的能量时, 可以由无线能量接收器件接收外 界的发射能量, 省略了大体积的电压源, 降低了对环境的要求。
     当传感元件的传感功能的耗能小于其自身所提供的能量时, 可以由无线能量发射 器件将剩余能量发射出去, 供其他用途来使用。 利用传感元件的传感与发电性能, 使之在使 用过程中相结合, 在满足传感目的的同时实现发电功能, 以实现节能、 环保的发电方式。本发明提出的上述方案, 对现有系统的改动很小, 不会影响系统的兼容性, 而且实 现简单、 高效。
     本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出, 部分将从下面的描述中变 得明显, 或通过本发明的实践了解到。 附图说明 本发明上述的和 / 或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解, 其中 :
     图 1 为根据本发明实施例的传感器系统的结构框图 ;
     图 2 为根据本发明实施的集成无线能量发射装置的传感器系统的结构框图 ;
     图 3 为根据本发明实施的集成无线能量接收装置的传感器系统的结构框图 ;
     图 4 为根据本发明实施例无线能量发射和接收装置与传感器系统的传输能量示 意图。
     具体实施方式 下面详细描述本发明的实施例, 所述实施例的示例在附图中示出, 其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的, 仅用于解释本发明, 而不能解释为对本发明的限制。
     参考图 1, 该图为根据本发明实施例的传感器系统的结构框图。
     如图 1 所示, 本发明实施例的传感器系统包括所述传感器系统包括传感器 2、 能量 存储器 3 以及整流逆变器 4。其中, 传感器 2 包括传感元件 22、 整流滤波器 24 以及电压调 整器 26。
     传感元件 22 对外界能源信号, 例如力、 光、 热等信号进行感应, 并转换所述能源信 号为电信号。 但是, 该信号没有稳定的较长太阳城集团的连续充电电流, 因此需要利用整流滤波器 24 对该电信号进行整流滤波, 以得到稳定连续的充电电流。并且, 由电压调整器 26 将整流 滤波器 24 输出的充电电流调整到预定电压。
     能量存储器 3 则以化学能形式将电压调整器 26 输出的预定电压的充电电流进行 存储, 能量存储器 3 可以例如是蓄电池等设备, 其中能量存储器 3 的容量及其他的特性参数 可以依照传感器 2 换能量的大小而合理选择。
     化学能形式的能量可以进一步通过整流逆变器 4, 从而将化学能逆变为负载 10 所 需的交流或直流电供给其他负载用户使用。
     当整流逆变器 4 将化学能逆变成传感器 2 所需的电能、 提供给传感器 2 时, 从而传 感器系统换能产生的能量可以用作其自身信号处理电路的能量源, 其中信号处理电路可以 包括整流滤波器 24、 电压调整器 26 以及其他的传感器后续调理电路, 例如电荷放大、 滤噪 及数模转换等处理电路 ( 图中未显示 )。 当然, 整流逆变器 4 输出的电能也可以为传感元件 22 和其信号处理电路连接时所需的电学器件或电路供电。
     相比目前传感器系统需要直流或交流电压装置提供其信号处理电路的电源, 本发 明的便携性能好, 而且对环境要求较低。
     图 2 示出了本发明实施例的集成无线能量发射装置的传感器系统的结构框图。如
     图中所示, 将无线能量发射装置 5 集成于传感器系统, 将传感器系统传感换能产生的能量 作为其自身信号处理电路的能量源。
     结合图 4 所示, 传感器系统为实现传感的目的, 其信号处理电路需要消耗外界能 量, 该能量可以通过其自身所产生的能量提供。
     根据本发明实施例, 将传感器系统和无线能量发射装置 5 集成在一起, 传感器系 统的传感元件产生的电荷通过无线电磁能量传播方式进行传输。 其将传感换能产生的能量 可以作为其自身信号处理电路的能量源。 当传感器系统传感换能产生的能量大于其传感元 件的传感功耗, 即其信号处理电路需要的能量时, 利用无线能量发射装置 5 将剩余能量发 射出去, 以供其他的设备应用。
     结合图 4 可知, 无线能量发射装置 5 可将蓄电池等能量存储器 4 中的剩余能量发 射给外部负载或者能量存储装置 6。无线能量发射装置 5 可以通过无线电磁能量传播方式 传输传感器系统产生的能量。无线能量发射装置 5 是将剩余能量传输出去的一个装置, 该 能量可以作为外界能量源供其他耗能负载使用, 并经由能量发射站如射频等无线传输方式 发射出去。
     本发明实施例的另一方面公开了一种集成无线能量接收装置的传感器系统, 图3 示出了上述集成无线能量接收装置的传感器的结构示意图。如图 3 中所示, 将无线能量接 收装置 7 集成于传感器系统, 将传感换能产生的能量作为传感器系统的信号处理电路的能 量源。 当传感器系统传感换能产生的能量小于其传感元件的传感功耗时, 即其自身提供 的能量已经不能满足需要时, 由无线能量接收装置 7 接收来自外界的能量源 8。其中, 外界 能量源 8 是经由电磁传输的能量。由此, 可以省略大体积的电压源, 降低了对环境的要求。
     外界能量源 8 一般来讲是能量发射电站, 该能量发射站与无线能量接收器 7 之间 能定点传输能量 ; 另外, 该结构还可以与各种将其他的能量转换为电能的装置集成, 将其他 能源转换为电能的装置有将机械能、 太阳能、 风能等转换为电能的装置。
     具体的说, 结合图 4 所示, 传感器系统为实现传感的目的, 其信号处理电路需要消 耗外界能量。该能量可以通过其自身所产生的能量, 也可以通过无线能量接收装置 7 接收 来自外界能量源 8, 例如能量发射站或者集成的换能装置的能量。
     根据本发明实施例, 将传感器系统和无线能量接收装置 7 以及无线能量发射装置 5 集成在一起, 传感器系统的传感元件产生的电荷通过无线电磁能量传播方式进行传输。 其 将传感换能产生的能量可以作为其自身信号处理电路的能量源。 当传感器系统传感换能产 生的能量大于其传感元件的传感功耗, 即其信号处理电路需要的能量时, 利用无线能量发 射装置 5 将剩余能量发射出去, 以供其他的设备应用。结合图 4 可知, 无线能量发射装置 5 可将剩余能量发射给无线能量接收装置 7 和 / 或外部负载或者能量存储装置 6。
     当传感器系统传感换能产生的能量小于其传感元件的传感功耗时, 即其自身提供 的能量已经不能满足需要时, 由无线能量接收装置 7 接收来自外界能量源 8。其中, 外界能 量源 8 是经由电磁传输的能量。由此, 可以省略大体积的电压源, 降低了对环境的要求。
     在传感器系统传感换能产生的能量大于或小于其传感元件的传感功耗的前提下, 控制①和②对应的开通或断开状态, 从而确定由无线能量发射装置 5 将来自整流逆变器 4 的剩余能量发射出去, 还是由无线能量接收装置 7 接收来着外界能量源 8 的外部能量。
     优选的, 传感器系统的传感元件包括压力传感器、 压电传感器或磁力传感器。 上述 类型的传感器均可与无线能量发射装置和 / 或无线能量接收装置相集成, 实现上述实施例 中涉及的功能。
     根据本发明实施例提供的集成无线能量发射和接收装置的传感器系统, 合理将传 感元件的传感与发电功能结合起来, 实现节能绿色发电和传感。将传感元件和无线能量发 射和接收系统集成在一起, 以实现能量的无线传输。
     当传感元件的传感功耗大于其自身所提供的能量时, 可以由无线能量接收器件接 收外界的发射能量, 省略了大体积的电压源, 降低了对环境的要求。 当传感元件的传感功能 的耗能小于其自身所提供的能量时, 可以由无线能量发射器件将剩余能量发射出去, 供其 他用途来使用。 利用传感元件的传感与发电性能, 使之在使用过程中相结合, 在满足传感目 的的同时实现发电功能, 以实现节能、 环保的发电方式。
     本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可 以通过程序来指令相关的硬件完成, 所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中, 该程序在执行时, 包括方法实施例的步骤之一或其组合。
     另外, 在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中, 也可以 是各个单元单独物理存在, 也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模 块既可以采用硬件的形式实现, 也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如 果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时, 也可以存储在一个计算机 可读取存储介质中。 上述提到的存储介质可以是只读存储器, 磁盘或光盘等。
     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。
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集成 无线 能量 发射 接收 装置 传感器 系统
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