通过来自被感测系统的能量变换进行供电的无线传感节点技术方案

感测系统用于感测与处理过程或事物有关的条件或特性。感测系统包括一个或多个能量变换器和一个传感器，它们被耦合到处理过程或事物。节点被耦合到传感器和能量变换器，并且节点由来自能量变换器的输出进行供电。在一个具体实施例中，节点包括控制器，控制器实施一个或多个例程，用于根据预定的条件有选择地供电节点的无线发射机。预定的条件可规定传感器输出值处在预定的范围内，或低于或大于预定的阈值。替换地，预定的条件可规定从能量变换器输出的电能低于预定的阈值。远端计算机可无线地连接到节点，且可包括软件和／或硬件，软件和／或硬件适于处理由传感器输出的信息，并经由节点中继到计算机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过来自被感测系统的能量变换进行供电的无线传感节点 优先权的权利要求本专利技术要求于2005年1月25日提交的、题目为"Wireless Measurement of Operating Parameters"的美国临时专利申请序歹寸 号60/647，176的优先权，该专利申请因此被引用以供参考，就如在 该申请中为所有目的被完全阐述。
技术介绍
本专利技术总的涉及感测系统，且更具体地，涉及被使用来感测与处 理过程或事物有关的条件或特性的网络。感测系统在包括矾土处理工厂仪表、山火检测和监视；以及天气 监视和预报的各种需求应用中被采用。这样的应用常常要求万用感 测系统，它们可以容易地提供有价值的信息来改进预测，制造技术 等等。通用的和有效的感测系统在氧化铝(矾土 )处理应用中是特别重 要的，其中牵涉到高电压和高温的极端工作条件常常妨碍潜在地不 安全的、笨重的或麻烦的感测系统的使用。 一个示例性矾土处理工 厂包括多个铝还原单元，也称为电解槽(pot)或Hall-H6roult单元。 Hall-H6roult单元包括含有铝的电解液。电流流过在碳阳极与碳阴极 之间的溶液，引起在矾土与碳之间的化学反应，产生二氧化碳气体 和铝。不幸地，用于测量诸如温度、单元电压、废气压力等Hall-H"oult 单元处理特性的传统的传感器系统常常需要连接传感器到一个或多 个计算机的电线。附加的电线把传感器连接到电源。在Hal1-貼roult 单元应用中实施这样的感测系统所需要的硬件会引起安全考虑，干 扰现有的硬件，需要过度的维护，以及消耗过度的功率。因此，由于这样的问题，Hall-H6roult单元常常只配备有相当少 的传感器。从而，常常无法得到可以带来单元能效改进的感测的数 据。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供感测系统，用于感测与处理过程或事物有关的条件或特性，诸如，但不限于，在Hall-H"oult单元中发生的铝还 原处理过程。感测系统包括一个或多个能量变换器，所述能量变换 器可包括热电产生器。感测系统还包括至少一个传感器，所述传感 器被耦合到处理过程或事物(即，"被感测的系统，，，以便与感测 系统区分开)。与无线发射机/接收机或Mote处理器无线电有关的节 点被耦合到传感器和能量变换器。节点由来自能量变换器的输出进 行供电，所述节点也被耦合到处理过程或事物。能量可以从被感测的系统的任何适当的性质、特性或效应得到。 例如,皮感测的系统的热、振动、化学、电的、磁的、电磁、核的、 重力或其它特性都可被用作为能源。温度、压力、电荷、酸度、通 量等等的差值可被用来得出给本专利技术的各种实施例中的各种部件或 功能块供电的能量。被感测的系统的一个或多个特性可被使用来为 一个或多个传感器、节点或其它部件提供电源。部件可以感测与被 使用来提供功率的特性相同的或不同的特性。在具体实施例中，节点包括控制器，所述控制器实施一个或多个 例程，用于根据预定的条件有选择地调节加到节点的无线发射机的 功率。预定的条件可规定传感器输出值处在预定的范围内，或低于 或高于预定的阈值。替换地，预定的条件可规定从能量变换器输出 的电能低于预定的阈值。远端计算机可包括一个或多个例程，适于 处理由传感器输出的信息，并通过被包括在节点中的发射机把信息 转发到计算机。在更具体的实施例中，系统包括设备，所述设备包括传感器， 用于感测处理过程的特性；热电产生器，具有第一和第二温度源， 其中第 一温度源是从由传感器感测的材料或对象得到的；以及无线 发射机，被耦合到热电产生器和传感器，其中无线发射机从热电产 生器得到功率，以便把感测的特性的指示从传感器发送到接收机。另一个实施例提供用于得到传感器读数的方法，方法包括使用 热电产生器来生成电能，其中热电产生器从一个源得到热量；使用 传感器来测量源的特性；以及使用由电能供电的无线发射机来发送 测量的特性。另一个实施例包括把热电产生器附着到(例如，用磁铁)外部单 元上的热表面，以便提供电功率到与产生器合并在一起或在它旁边 的传感器/无线发射机，并且电连接到它，传感器测量某些处理过程 变量，诸如从单元外部的热通量。因此，本专利技术的实施例提供有效供电的感测系统，它避免对于有 潜在危险的电线和电源的需要。本专利技术的实施例可以提供相对较安 全的和成本经济的传感平台，它提供对于伴随的工厂操作最小的干 扰。而且，感测系统可以通过有效地利用来自现有处理过程的浪费 的能量而降低能耗和相关的成本。附图说明图l是按照本专利技术的第一实施例的、适用于Hall-H"oult单元的 感测系统的图。图2是说明适用于Hall-H6roult单元的、本专利技术的第二实施例的图。图3是说明适用于Hal l-H6roul t电解槽系列的、本专利技术的第三实 施例的图。图4是适用于图2-3的实施例的方法的流程图。具体实施例方式为了清晰起见，各种熟知的部件，诸如放大器、通信端口、互联 网服务供应商(ISP)等等从图上省略。然而，阅读本教导的本领域应用的需要。图l是按照本专利技术的第一实施例的、适用于Hall-H6roult单元12 的感测系统10的图。在本具体实施例中，系统10包括与计算机16通 信的传感器节点14;单元电压测量装置18;热敏电阻，热偶，或其它 温度测量装置20;以及热电产生器组件22。传感器节点14包括节点控制器24，所述节点控制器与功率变换器 26通信，并接收来自模拟-数字转换器(ADC) 28的输入。节点控制 器24还与节点收发信机30通信。节点控制器24、收发信机30、和ADC28 由来自功率变换器26的输出供电。节点收发信机30实施无线发射机和接收机，用于发送无线信号到计算机16的计算机收发信机68和接 收来自其的无线信号。本领域技术人员可以经由组装的DC-DC转换器 实施功率变换器26。在本具体实施例中，控制器30运行各种软件和/或硬件，包括Tiny 0S(操作系统)34，所述Tiny OS支持Tiny DB (数据库)36。功率变 换器26接收来自控制器34的控制信号32，该信号可以经由各种例 程，包括Tiny DB例程36被生成，其有选择地控制从功率变换器26输 出到收发信机30、 ADC 28和各种传感器18，20的功率，正如下面更详 细地讨论的。在本具体实施例中，节点控制器24利用在Tiny OS 34上运行的定 制的软件，Tiny OS 34实施Tiny-DB应用编程接口 (API)软件36且 进一步执行以下的动作，其也为感测系统提供多个节点，正如下面 更全面地讨论的1) 给出组装的图形用户接口 (GUI)，用于用户选择和输入各 种变量(诸如，但不限于，采样频率等等)，和选择要监视的处理 过程参数，诸如温度。2) 显示来自每个节点的接收数据，包括日期和时间、询问号、 每个节点的识别号、选择的处理过程参数、热电产生器功率输出信 息、和关于该节点跳过其到达计算机16的母节点的信息，正如下面 更全面地i寸论的。3) 将接收数据以电子表格格式和/或文本文件来存储。4) 每12小时创建新的文件，以及统计地分析以前的文件。5) 可以运行三个分离的GUI: a)显示当前的节点统计数据，b) 显示在每个节点与中心计算机16之间的实时网络显像，以及c)允许 运营商在规定的时间间隔内监本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于感测系统的条件的设备，该设备包括：　　　　被耦合到系统的能量变换器；　　　　被耦合到系统的传感器；　　　　被耦合到传感器和能量变换器的节点，其中节点由来自能量变换器的输出进行供电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW埃文斯，MH施奈德，DA斯坦加特，PK赖特，DP齐格勒，
申请(专利权)人：加州大学评议会，阿尔科技术中心，
类型：发明
国别省市：US[美国]