CN101379515A - 无线无源传感器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自供电传感器，其通过将一种形式的能转化成另一种形式来检测或测量事件。该转化的能可调整以及调节以驱动无线发送器和编码器。接收器可检测并且验证接收到的消息。如果经过验证，该消息可经处理或解码并且处理以确定已经识别或请求的内容。

Description

无线无源传感器

优先权声明

本申请要求2006年2月9日提出的美国临时申请No.60/772,477的优先权，本申请通过引用将其合并到此文中。

技术领域

本发明涉及一种传感器，更详细地，涉及一种可使用在用于运输人或物的装置或构造中的自供电传感器。

相关技术

交通工具安全装置设计成保护交通工具的乘客。当交通工具移动时，安全带可将人牢固地保持在座位上。如果发生意外事故或当交通工具突然停止时，安全腰带和/或肩带可防止乘客撞击交通工具内部。虽然统计学提出当乘客待在他们的座位上，安全带没有普遍地使用时存在较高的生存比率。

在有些情况下，乘客可能没有意识到他们的安全带没有接合。在有些交通工具中，固定在驾驶员座位上的安全带是受监控的。当钩环没有接合驾驶员的安全带末端时，可发布警告。有些监控器要求给驾驶员的安全带提供动力以当安全带接合时进行检测。这些监控器由于配线成本、线束限制或电力负荷限制不可使用于其它安全带或有源限制装置。在有些系统中对可移动的交通工具座位装设电线是不切实际的。因此存在对可监控安全限制装置的自供电系统的需要。

附图简述

参照下列附图和说明可更好地理解本发明。附图中的元器件不必限制、强调本发明的范围而是设置以举例说明本发明的原理。此外在附图中同样的参考标号在不同的视图中指示对应的部件。

图1显示在安全带扣环内的自供电传感器。

图2是在安全带扣环内的自供电传感器的俯视图。

图3是耦接代码转换器的自供电传感器的示意图。

图4是耦接代码转换器的自供电传感器备选的示意图。

图5是耦接拨动开关的自供电传感器的侧视图。

图6是图5所示的拨动开关的俯视图。

图7是控制车窗移动的自供电传感器的侧视图。

图8是图7所示控制车窗移动的自供电传感器的第二侧视图。

图9是自供电传感器的方框图。

图10是自供电传感器备选的方框图。

图11是与接收器通信的自供电传感器的方框图。

图12是自供电传感器的示意图。

图13是自供电传感器备选的示意图。

图14是传送单事件的自供电传感器的方框图。

图15是传送多事件的自供电传感器的方框图。

图16是传送安全带扣环状态自供电传感器的方框图。

图17是传送后挡板状态的自供电传感器的方框图。

图18显示耦接自供电传感器的可移动以及折叠式的座位。

图19是自供电传感器发送编码信号的过程。

优选实施方式的详细描述

自供电传感器通过将非电能转化成电能检测或测量事件。在有些系统中，应用于自供电传感器内元件的物理压力可产生电脉冲。当包含或者集成在发送器或收发器内时，该电脉冲可调节。自供电传感器可驱动发送器或收发器以及编码器。该编码器可使用在无线监控系统、无线控制系统、无线登录系统，或者其它无线应用中。在操作中，接收器可检测并且验证接收到的消息。如果经过验证，该消息可处理或者解码并处理以确定已经识别或请求的内容。

图1显示集成在安全带之内的自供电传感器。该自供电传感器集成或定位在扣环的接收部内。定位在钩环近端近旁的换能器可检测扣环的插入端。当插入端插入钩环时，插入的机械应力转化成电。该电然后转化成另一种形式的能。在图1中，换能器产生提供给驱动编码器以及发送器的调整器的电。在图1中发送器可将编码数据无线发送给接收器。通过交通工具中的控制器接收并且验证信号。当分配了独一无二的识别码时，自供电传感器可识别交通工具内各安全带或坐椅安全带的接合。交通工具可为用于运输人或物的装置或构造(例如汽车、卡车、公共汽车或飞机)。接合可通过接收到的有效的消息或与测量时间结合的有效的消息确定。该消息可编码或者可不编码。

图2是图1所示的在安全带内的自供电传感器的俯视图。虽然换能器定位在钩环近端近旁，在备选的系统中该换能器可定位在扣环内或扣环上任何地方。在有些备选的系统中它定位在扣环插入端上或扣环插入端近旁。

图3是耦接代码转换器(transcoder)的自供电传感器的示意图。该代码转换器将一种类型的能(电能)转化成另一种(射频)。当受到机械应力时压电陶瓷或元件通过电气联系(electrical link)产生电。该产生的电或电压是通过有源元件、线性元件以及以一个方向通过电流的元件调整。不管调整的电压的变化，当检测到输入电压时，稳压器可提供大致不变的输出电压。在图3中代码转换器包括编码器，例如与发送器结合或者是发送器的单一部件的跳码编码器。在有些系统中该跳码编码器可就几乎每次发送改变发送的代码字。当由稳压器产生源电压时，首先将消息编码并且然后发送。在有些系统中可随同该消息传送独一无二的代码字。在其它系统中该消息可在没有编码和代码字的情况下发送。

图4是备选的耦接代码转换器的自供电传感器的示意图。当受到机械应力时，压电陶瓷或元件通过电气联系产生电。该产生的电或电压是通过有源元件、线性元件以及控制电流的二极管调整。不管调整的电压的变化，稳压器可对代码转换器提供大致不变的输出电压。在图4中代码转换器包括编码器，例如与发送器结合的跳码编码器。当接收到源电压时，编码并且发送消息给接收器。在有些系统中可随同该消息传送独一无二的代码字。在其它系统中该消息可不编码或随同代码字发送。

在图5和图6中自供电传感器耦接开关。如图7和图8所示，该开关例如拨动开关的接合可升高或降低一个或多个窗玻璃(window)。该窗玻璃可升高或降低到任何位置，其取决于开关启动持续的时间。该开关可包括表示向下的特征，由此通过使开关向下的部分接合预定的时间使一个或多个窗玻璃完全下降。

图9是自供电传感器900的方框图。传感器900包括发电机904、功率调节单元906、编码单元908以及射频发送器910。机械压力902可以应用于发电机904。发电机904将机械压力902转化成可提供给功率调节单元906的电信号。功率调节单元906包括无源和有源电路元件以及稳压器。该单元906可转化电信号并且来源于稳压器。稳压器可产生大致不变的电压并且提供给编码单元908。在图9中，编码单元908可将消息编码成数据包以通过射频发送器910发送。射频发送器910将射频信号912发送给接收器。在有些系统中，射频信号912可编码和/或包含代码字。在其它系统中，射频信号912可在没有编码和/或代码字的情况下发送。射频信号912可以大约315MHz、大约433MHz或以其它频率发送，并且可以各种字长以及功率电平发送。

图10是备选的自供电传感器1000的方框图。传感器1000可包括发电机904、功率调节单元906、编码单元908以及射频收发器1004。机械压力1002可应用于发电机904，发电机904将机械压力1002转化成电信号。发电机904可为响应物理压力产生电信号的元件，例如压电陶瓷或元件；响应磁场方向的改变产生电信号的元件(例如，电动发电机)；或将非电能转化成电能的一种类型的发电机。将来自发电机904的电信号提供给转化电信号的功率调节单元906并且提供给稳压器。稳压器可产生提供给编码单元908的电压。

在图10中，编码单元908可将消息编码成固定或可变数据包以通过射频收发器1004发送。射频收发器1004将射频信号1006发送给接收器或收发器。射频收发器1004还可接收来自发送器或收发器的射频信号1008。接收到的射频信号1008可包含更新传感器、同步代码字的信息，或包含其它信息或命令。射频信号1006和1008可以大约315MHz5，以大约433MHz，或以其它频率发送以及接收，并且可以各种功率电平发送以及接收。

图11是与接收器1110通信的自供电传感器900方框图。接收器1110包括射频接收器1104以及解码单元1106。机械压力1100可应用于传感器900内的发电机904。传感器900可发送射频信号1102，该射频信号1102可包含编码成数据包的消息。冗余的消息可自动发送以确保该消息在接收器1104端接收到。接收器1104可接收射频信号1102并且将其转化成可传达给解码单元1106的数据包。解码单元1106可将数据包译码、处理和/或验证成事件通知信号1108。该信号1108适合于确定已经识别或请求的内容。事件通知信号1108可通过交通工具数据总线发送到交通工具的电子控制单元，例如发动机控制模块、车身控制模块、暖通空调(“HVAC”)控制模块或其它控制模块。交通工具数据总线可包括控制器局域网(“CAN”)、局部互连网(“LIN”)、J1850、J1939、FlexRay，车载媒体导向系统(“MOST”)，DSI总线，Intellibus，IDB-1394，SMARTwireX，或其它交通工具数据总线。

图12是自供电传感器1200的示意图。传感器1200将一种形式的能(机械压力)转化成另一种形式的能(射频)。传感器1200包括发电机1202、功率调节单元1204，以及代码转换器1206。在图12中，发电机1202包括压电陶瓷或元件，其在受到机械压力时可产生短暂高压以及低电流暂态电气输出。发电机1202电气连接到功率调节单元1204。在图12中，功率调节单元1204包括离散的无源和有源电气元件1210以及稳压器1208。在有些系统中，元件1210可包括离散的无源和/或有源电路元器件或可包括集成的电气元器件。

电路元件1210通过整流和滤波处理发电机1202的暂态输出。在图12中，稳压器1208包括集成元件但在其它有些系统中可包括离散的无源和/或有源电气元件。不管来自电路元件1210的调整的电压的变化，稳压器1208可提供大致不变的电压给代码转换器1206。在图12中，代码转换器1206包括集成在单一装置中的编码单元以及射频发送器。在备选的系统中，编码单元和发送器可为分开的元件。当源电压供应给代码转换器1206时，将消息编码并且作为射频信号发送。

图13是备选的自供电传感器1300的示意图。传感器1300包括发电机1302和1310、功率调节单元1314，以及代码转换器1306。发电机1302和1310中的任意一个或二者均可将机械压力转化成高电压以及低电流暂态电气输出。在图13中，功率调节单元1314包括离散的无源和有源电气元件1304和1312以及稳压器1308。发电机1302和1310分别电连接到元件1304和1312，。在有些系统中，元件1304和1312可包括单一元器件。元件1304和1312将发电机1302和1310的暂态输出转化成提供给稳压器1308的调整的电压。不管调整的电压的变化，稳压器1308可将大致不变的或瞬时电压提供给代码转换器1306。在图13中，组成代码转换器1306的编码单元以及射频发送器包括单一装置。编码单元可包括对于有些或每次发送可改变发送的代码字的跳码编码器。当将源电压供应给代码转换器1306时，将消息编码并且作为射频信号发送。

图14是将单事件传送到接收器1412的自供电传感器900的方框图。机械压力或偏压1402可应用于发电单元904，其产生电压和电流1404。功率调节单元906将输出1404转化为调节的直流电1406。该调节的直流电1406可提供给可选择的编码单元908和/或射频发送器910。编码单元908可将传达单事件的消息(例如，检测到机械压力1402)编码成固定或可变的数据包1408，以用于通过发送器910发送。通过射频接收器1412接收到的射频信号1410转化成数据包1414。数据包1414可传达到可选择的解码单元1416以将数据还原到它原始的形式。解码单元1416可将数据包译码、处理和/或验证成事件通知信号1418，信号1418可适合于确定已经识别或请求的内容。事件通知信号1418可通过交通工具数据总线发送到交通工具内的电子控制单元。编码单元908和/或发送器910可包括微型控制器、微处理器，应用特殊集成电路、离散电路，或其它类型的电路或逻辑的结合。

图15是将多事件传达到接收器1512的自供电传感器1520的方框图。传感器1524可检测事件并且产生输出1526以编码并且发送。机械压力1502可应用于产生电压和电流1504的发电单元904。功率调节单元906将输出1504转化为调节的直流电1506。直流电1506可提供给编码单元908、射频发送器910和/或传感器1524。传感器1524可包括编码单元908和/或射频发送器910的单一部件或者可为分开的装置。传感器1524可通过检测一个、两个或多个能级的改变检测不同的状态。

首先，在大约同时，或者在应用机械压力1502之后，可发生进入传感器1524的输入1522。传感器1524产生可通过编码单元908检测的输出1526。编码单元908可将传达一个、两个或多个事件的消息(例如，在图15中，检测到机械压力1502以及传感器输入1522的状态)编码成数据包1508以便由发送器910发送。射频信号1510可由射频接收器1512接收。接收器1512将信号1510转化成可传达到解码单元1516的固定或可变的数据包1514。解码单元1516可将数据包译码、处理和/或验证成事件通知信号1518。接收器1512和解码单元1516可包括单一装置或者可由分开的元器件组成。接收器1512可包括允许或禁止交通工具内的特征的遥控钥匙(“RKE”)接收器或者可包括促进其它无线通信的远程接收器。

图16是传达安全带扣环状态的自供电传感器1620的方框图。传感器1620将安全带扣环的扣环状态传达到交通工具内的接收器，例如RKE接收器1628。传感器1620可利用依据安全带扣住或未扣住产生的机械压力1600以提供给发送器910并且发送指示扣环状态的消息。在图16中，依据安全带扣住或未扣住产生的机械压力1600可应用于压电发电机1602。压电发电机1602可产生电压和/或电流输出1604。暂态输出1604可经整流并且存储在功率调节单元906中。功率调节单元906可将直流电电压1606提供给编码单元908、射频发送器910和/或接触传感器1624。

首先，在大约同时，或者在应用机械压力1600之后，接触传感器1624可通过传感器开关输入1622检测安全带扣住或未扣住。接触传感器1624可产生二次扣环状态信号1626。编码单元908可将传达扣环状态的消息编码成数据包1608以便通过发送器910发送。在图16中，射频信号1610可由RKE接收器1628接收。RKE接收器1628可包括射频接收器1612和解码单元1616。接收器元件1612将信号1610转化成可传达到可选择的解码单元1616的数据1614。解码单元1616可将数据包译码、处理和/或验证成事件通知1618。事件通知1618可用于通过音频、图象和/或触觉提示通知交通工具乘客安全带的扣环状态，例如，通过仪表板上的指示灯，通过重复的鸣音，其它提示。信号1618可无线地或通过交通工具数据总线发送到交通工具内的电子控制单元。

图17是传达门状态，例如后挡板状态的自供电传感器1720的方框图。传感器1720将状态(例如向上或向下、打开或关闭等)传达到交通工具内的接收器，例如RKE接收器1728。传感器1720可利用磁性或机械压力1700以提供给发送器910并且发送指示状态的消息。在非机械应用中，电压和电流1704可由电动发电机1702或其它发电机引起。暂态输出1704可经整流并且存储在功率调节单元906内。功率调节单元906可将调节的直流电电压1706供应给编码单元908、射频发送器910和/或非接触传感器1724。

在图17中，非接触传感器1724可通过霍尔效应输入1722检测后挡板的状态。该非接触传感器1724产生后挡板状态信号1726。可选择的编码单元908可将传达后挡板状态的消息编码成数据1708以便由发送器910发送。在图17中，射频信号1710可由RKE接收器1728接收。接收器1712将信号1710转化成可传达给可选择的解码单元1716的数据1714。解码单元1716可将数据包译码、处理和/或验证成事件通知信号1718，其可用于通知交通工具乘客后挡板的状态。

图18显示了耦接自供电传感器的可移动以及折叠式的座位。交通工具中的座位可移除或折叠起来以产生更多空间或者如果不需要座位而不需手动断开任何配线。自供电传感器可耦接各可移动的或折叠式的座位以对交通工具乘客指示安全带扣环状态。独一无二的识别码可分配给可移动的或折叠式座位上的各自供电传感器以单独识别特定座位的扣环状态。在图18中，如果座位中间行的中间座位已经移除，剩余座位的扣环状态仍可传送通过它们各自的自供电传感器检测。

图19是自供电传感器发送编码信号的过程1900。机械压力1502可转化为模拟信号1504(动作1902)。信号1504可为调整的大致不变的电压1506(动作1904)。电压1506可激励编码单元908和/或射频发送器910(动作1906)。传感器1524可检测事件的输入1522(动作1908)。传感器1524可产生识别事件的输出1526(动作1910)。在动作906中提供了调节电压1506的编码单元908可将传感器的输出编码成固定或可变的数据包1508(动作1912)。将数据包1508发送到接收器(动作1914)。接收器可接收该引入的信号(动作1916)并且数据包可解码成事件通知信号1518以便在系统中使用(动作1918)。该系统可确定已经识别或请求的内容。

自供电传感器的特殊元器件可包括附加的或不同的元器件。稳压器、编码单元和/或解码单元为可选择的。特殊元器件可作为微型控制器、微处理器，应用特殊集成电路、离散电路，或者其它类型的电路或逻辑的结合实现。逻辑函数或所描述的任何元件可通过数字电路，通过源代码，通过模拟电路，或者通过类似来源例如通过电、音频、视频或者光学信号实现。无线通信信号可作为射频信号、微波信号、红外或其它光学信号、声学信号或者其它形式的信号实现。

自供电传感器可随同其它检测或测量状态的技术使用。在有些应用中，多个自供电传感器可检测座椅安全带接合以及乘客的存在。如果定位在座位下方或在座位内，自供电传感器可通过检测乘客的存在或重量识别他们的位置。如果座位在使用中而乘客没有扣住他们的安全带，耦接接收器或收发器的控制器可通过一个或多个输出装置向乘客、驾驶员或交通工具的其它乘客发布音频、图象和/或触觉提示。自供电传感器还可随同其它交通工具内以及交通工具外的系统使用。在交通工具中，自供电传感器可监控或识别未栓上的门、顶板、引擎罩、闭锁、车厢、天线、未锁的门或将儿童从成人中区别开来。如果通过检测由压电陶瓷或元件产生的电压级别识别出儿童，则可允许或禁止其它交通工具安全装置的使用(例如，气囊可被禁止或修正膨胀率)。其它交通工具应用可包括耦接接收器或收发器的控制器，当门打开时其触发交通工具内部的灯；或检测野营车、拖车或娱乐性交通工具中的电冰箱、抽水机、天线或者其它元器件的状态。在交通工具外部，自供电传感器可随同包括无键登录系统和/或远程控制在内的任何无线发送器使用。

虽然自供电传感器在上下文中描述为用于交通工具，自供电传感器还可使用在非交通工具应用中以检测或监控状态。自供电传感器可监控和/或识别门、大门、窗户或者人或物的存在或缺席。例如，如果自供电传感器识别出门、大门或窗户是打开的，或者人或物的存在或缺席，耦接接收器或收发器的控制器可通过输出装置发布音频、图象和/或触觉通知。基于该状态，控制器还可控制装置将其开启或关掉，以履行功能和/或履行其它动作(例如，当人进入通风区域时可起动风扇，当门打开或者当交通工具进入行车道时可触发灯，等等)。在有些应用中，自供电传感器可使用在远程控制单元中(例如控制电视、音频系统、录像机，等等)以在推动按钮时发送信号。在计算机应用中，自供电传感器可用于无线发送键击、鼠标移动或其它对计算机的远程用户界面输入。其它应用可包括检测游泳池大门、车库门或其它门、窗户或大门的闭锁状态，其可选择地可与警报系统集成在一起；检测人或物的存在(例如，检测停车场空间内交通工具的存在，检测电影院座位中人的存在，将人或物的位置使用全球定位系统接收器发送，等等)；或作为产生用于闪光灯、手提收音机，等等的能量的来源。

虽然已经描述了本发明的各种实施例，对于本领域的普通技术人员来说显而易见在本发明的范围内的更多的实施例和实现方式是可能的。因此，本发明不受除了根据附上的权利要求以及他们的等同物的限制。

Claims (24)

1.一种无线无源传感器，包括:

当受到机械应力时产生电的第一换能器；以及

将所述第一换能器的输出转化为无线通信信号的第二换能器；

所述第一换能器和所述第二换能器机械地耦接带扣以当所述带扣接合或释放时传送所述无线通信信号。

2.如权利要求1所述的无线无源传感器，其特征在于:所述第二换能器包括耦接发送器的跳码编码器。

3.如权利要求1所述的无线无源传感器，其特征在于:所述带扣耦接安全腰带。

4.如权利要求3所述的无线无源传感器，其特征在于:所述带扣耦接肩带。

5.一种无线无源传感器，包括:

当受到压力时产生输出的第一换能器；以及

电连接到所述第一换能器的第二换能器，其将所述第一换能器的输出转化为无线通信信号。

6.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述第一换能器包括电力耦接功率调节单元的压电发电机。

7.如权利要求6所述的无线无源传感器，其特征在于:所述功率调节单元包括变压器和稳压器。

8.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述第二换能器包括耦接发送器的编码单元。

9.如权利要求8所述的无线无源传感器，其特征在于:所述编码单元包括跳码编码器。

10.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述压力包括磁性压力。

11.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述无线通信信号包括射频信号。

12.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述第二换能器包括耦接收发器的编码单元。

13.如权利要求5所述的无线无源传感器，其特征在于:所述无线无源传感器进一步包括耦接所述第二换能器的传感器，所述第二换能器包括电连接发送器的编码单元。

14.如权利要求13所述的无线无源传感器，其特征在于:所述编码单元适合于将所述传感器的输出编码。

15.如权利要求13所述的无线无源传感器，其特征在于:所述传感器适合于在所述带扣接合或释放时进行检测。

16.一种向无线无源传感器提供动力以及传送编码信号的方法，包括:

将机械压力转化为第一电信号；

将所述第一电信号调整为第二电信号；

将所述第二电信号提供给编码单元和发送器；

将所述第二电信号编码成数据包；以及

传送所述数据包。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于:所述方法进一步包括检测事件；以及产生指示所述事件的信号。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于:所述检测事件包括当带扣接合或释放时进行检测。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于:所述方法进一步包括将所述第二电信号提供给传感器。

20.如权利要求16所述的方法，其特征在于:将所述第一电信号调整为第二电信号包括将所述第一电信号整流；以及将所述第一电信号调节为所述第二电信号。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于:将所述第二电信号编码成数据包包括将独一无二的识别码编码进所述数据包。

22.如权利要求16所述的方法，其特征在于:传送所述数据包包括传送射频信号。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于:所述方法进一步包括接收数据包；以及将数据包解码成事件通知信号。

24.一种无线无源传感器，包括:

当受到机械压力时产生电的换能器；

用于将所述换能器的输出转化为编码的数据包的部件；以及

用于将所述编码的数据包转化为无线通信信号的部件。

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