CN104521151B - 在预定空间中检测金属物件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于检测外来物件的系统、方法和设备。在一方面中，提供一种用于检测物件的存在的设备。所述设备包括谐振电路，所述谐振电路具有谐振频率。所述谐振电路包括感测电路，所述感测电路包括导电结构。所述设备进一步包括耦合电路，所述耦合电路耦合到所述感测电路。所述设备进一步包括检测电路，所述检测电路经由所述耦合电路而耦合到所述感测电路。所述检测电路经配置以响应于检测取决于所述谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。所述耦合电路经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述谐振频率的变化。

Description

在预定空间中检测金属物件的方法和设备
技术领域
本发明大体上涉及无线电力传送(wireless power transfer)，且更具体来说，涉及与到例如包括蓄电池的车辆等远程系统的无线电力传送有关的装置、系统和方法。更具体来说，本发明涉及外来物件的检测。
背景技术
已引入例如车辆等远程系统，其包括源于从例如蓄电池等能量存储装置接收的电的运转电力(locomotion power)。举例来说，混合式电动车辆包括使用来自车辆制动和传统马达的电力以对车辆进行充电的机载充电器。仅仅为电动的车辆通常从其它来源接收电以用于对蓄电池进行充电。常常提议经由某一类型的有线交流电(AC)(例如，家用或商用AC电源)而对蓄电池电动车辆(电动车辆)进行充电。有线充电连接需要实体地连接到电力供应器的缆线或其它相似连接器。缆线和相似连接器有时可能不方便或麻烦且具有其它缺点。能够在自由空间中传送电力(例如，经由无线场)以用以对电动车辆进行充电的无线充电系统可克服有线充电解决方案的缺陷中的一些。因而，有效率地且安全地传送电力以用于对电动车辆进行充电的无线充电系统和方法是理想的。
发明内容
在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方面，所述方面中无任何单一方面仅仅负责本文所描述的理想属性。在不限制所附权利要求书的范围的情况下，本文描述一些显著特征。
附图和以下描述中阐述本说明书所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从描述内容、图式和所附权利要求书变得显而易见。应注意，以下各图的相对尺寸可未按比例绘制。
本发明的一方面提供一种用于检测物件的存在的设备。所述设备包括谐振电路，所述谐振电路具有谐振频率。所述谐振电路包括感测电路，所述感测电路包括导电结构。所述设备进一步包括耦合电路，所述耦合电路耦合到所述感测电路。所述设备进一步包括检测电路，所述检测电路经由所述耦合电路而耦合到所述感测电路。所述检测电路经配置以响应于检测取决于所述谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。所述耦合电路经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述谐振频率的变化。
本发明的另一方面提供一种用于检测物件的存在的方法的实施方案。所述方法包括将信号施加到谐振电路，所述谐振电路具有谐振频率。所述谐振电路包括感测电路，所述感测电路包括导电结构。耦合电路耦合到所述感测电路。所述方法进一步包括经由检测电路响应于检测取决于所述谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在，所述检测电路经由所述耦合电路而耦合到所述感测电路。所述耦合电路经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述谐振频率的变化。
本发明的又一方面提供一种用于检测物件的存在的设备。所述设备包括用于在谐振频率下谐振的装置。所述设备进一步包括用于响应于检测取决于所述谐振装置正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振装置的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在的装置。所述设备进一步包括用于缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测装置进行的所述谐振频率的变化的装置。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物件的存在的设备。所述设备包括第一感测电路，所述第一感测电路包括第一导电结构。至少所述第一感测电路形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频率。所述设备进一步包括第二感测电路，所述第二感测电路包括第二导电结构。至少所述第二感测电路形成第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率。所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。所述设备进一步包括检测电路，所述检测电路耦合到所述第一感测电路和所述第二感测电路。所述检测电路经配置以响应于检测取决于所述第一谐振电路正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差或取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物件的存在的方法的实施方案。所述方法包括将第一信号施加到第一感测电路，所述第一感测电路包括第一导电结构。至少所述第一感测电路形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频率。所述方法进一步包括将第二信号施加到第二感测电路，所述第二感测电路包括第二导电结构。至少所述第二感测电路形成第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率。所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。所述方法进一步包括经由检测电路响应于检测取决于所述第一谐振电路正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差或取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物件的存在的设备。所述设备包括用于在第一谐振频率下谐振的第一装置。所述设备进一步包括用于在第二谐振频率下谐振的第二装置。所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。所述设备进一步包括用于响应于检测取决于所述第一谐振装置正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差或取决于所述第二谐振装置正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在的装置。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物件的存在的设备。所述设备包括电力电路，所述电力电路经配置以产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由所述磁场而以无线方式传送电力。所述磁场造成所述物件的振动。所述设备进一步包括检测电路，所述检测电路经配置以发射信号且基于所述经发射信号的反射而检测由所述磁场造成的所述物件的所述振动的频率。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物件的存在的方法的实施方案。所述方法包括产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由所述磁场而以无线方式传送电力。所述磁场造成所述物件的振动。所述方法进一步包括发射信号且基于所述经发射信号的反射而检测由所述磁场造成的所述物件的所述振动的频率。
本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物件的存在的设备。所述设备包括用于产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由所述磁场而以无线方式传送电力的装置。所述磁场造成所述物件的振动。所述设备进一步包括用于发射信号的装置，和用于基于所述经发射信号的反射而检测由所述磁场造成的所述物件的所述振动的频率的装置。
附图说明
图1为根据示范性实施例的用于对电动车辆进行充电的示范性无线电力传送系统的图解。
图2为图1的无线电力传送系统的示范性核心组件的示意图。
图3为展示图1的无线电力传送系统的示范性核心和辅助组件的另一功能框图。
图4为根据一示范性实施例的展示安置于电动车辆中的可更换非接触式蓄电池的功能框图。
图5A、图5B、图5C和图5D为根据示范性实施例的用于感应线圈和铁氧体材料相对于蓄电池的放置的示范性配置的图解。
图6为根据一示范性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率的频谱的图表。
图7为根据一示范性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率和发射距离的图表。
图8A、图8B和图8C为根据示范性实施例的示范性物件检测电路系统的部分的图解。
图9为根据一实施例的经配置以检测嵌入于磁性垫内的物件的感测回路的侧视图。
图10为根据一示范性实施例的用于检测相对于感测回路位于不同位置处的物件的示范性物件检测电路系统的部分的图解。
图11A、图11B和图11C为根据示范性实施例的用于经配置以检测物件的感测回路的不同示范性配置的图解。
图12为根据示范性实施例的经配置以基于磁场感测而检测物件的示范性电路的功能框图。
图13为根据示范性实施例的经配置以基于感测回路阻抗测量而检测物件的示范性电路的功能框图。
图14A为根据示范性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件的示范性电路的功能框图。
图14B为根据一实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件的示范性电路的功能框图。
图15为根据示范性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件的示范性电路的另一功能框图。
图16为根据示范性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件的示范性电路的另一功能框图。
图17A、图17B和图17C为根据示范性实施例的示范性弱耦合谐振感测回路配置的图解。
图18A和图18B为根据一示范性实施例的等效电路和示范性电感耦合谐振感测回路的示意图。
图19为根据一示范性实施例的经配置以使用检测电路与感测电路之间的耦合电路来检测物件的示范性电路的功能框图。
图20为根据一示范性实施例的如图19所展示的电路的功能框图，其中检测电路经由耦合回路而与感测电路进行电感耦合。
图21为根据一示范性实施例的如图19所展示的电路的功能框图，其中检测电路与感测电路进行电容耦合。
图22为根据一示范性实施例的经配置以使用检测电路与多个感测电路之间的多个耦合电路来检测物件的示范性电路的功能框图。
图23为根据一示范性实施例的经配置以使用经配置成具有不同谐振频率的多个感测电路来检测物件的示范性电路的功能框图。
图24为根据一示范性实施例的如图23所展示的电路的功能框图，其中检测电路与具有不同谐振频率的感测电路进行电感耦合。
图25A、图25B、图25C、图25D、图25E和图25F为根据一示范性实施例的与检测电路进行电感或电容耦合的示范性配置感测回路阵列的图解。
图26A、图26B、图26C、图26D、图26E和图26F为根据一示范性实施例的电感或电容耦合谐振回路阵列的示范性等效电路的示意图。
图27为根据一示范性实施例的展示在补偿耦合回路的阻抗之前和之后的电感耦合谐振回路阵列的相位响应的标绘图。
图28为根据一示范性实施例的用于检测集成于经配置以用无线方式发射电力的电感性充电垫内的物件的示范性电路的功能框图。
图29为根据一示范性实施例的用于检测物件的示范性电感耦合谐振滤波器的功能框图。
图30A为根据一示范性实施例的用于检测物件的另一示范性系统的功能框图。
图30B为根据一示范性实施例的图30A的系统的检测电路的功能框图。
图31为根据一示范性实施例的用于检测物件的存在的示范性方法的流程图。
图32为根据一示范性实施例的用于检测物件的存在的设备的功能框图。
图33为根据一示范性实施例的用于在磁场中检测物件的存在的示范性方法的流程图。
图34为根据一示范性实施例的用于在磁场中检测物件的存在的设备的功能框图。
图式所说明的各种特征可未按比例绘制。因此，为清楚起见，可任意地扩大或缩减各种特征的尺寸。另外，图式中的一些可并未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最后，类似参考数字可用以贯穿本说明书和各图而表示类似特征。
具体实施方式
下文结合附图而阐述的具体实施方式希望作为示范性实施例的描述，且不希望表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿此具体实施方式而使用的术语“示范性”表示“充当实例、例子或说明”，且未必应被认作比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对示范性实施例的透彻理解的目的，具体实施方式包括特定细节。在一些例子中，以框图形式展示一些装置。
以无线方式传送电力可指代在不使用实体电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器(例如，可经由自由空间而传送电力)。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可由“接收线圈”接收、俘获或耦合以实现电力传送。
本文使用电动车辆来描述远程系统，其实例为包括(作为运转能力的部分)源于可充电能量存储装置(例如，一或多个可再充电电化电池或其它类型的蓄电池)的电力的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为混合式电动车辆，其除了包括电动马达以外还包括用于直接运转或用以对车辆的蓄电池进行充电的传统燃机。其它电动车辆可从电力汲取所有运转能力。电动车辆不限于汽车且可包括摩托车、手推车、小轮机踏车及其类似者。作为实例而非限制，本文以电动车辆(EV)的形式来描述远程系统。此外，还预期可使用可充电能量存储装置而被至少部分地供电的其它远程系统(例如，比如个人计算装置及其类似者等电子装置)。
图1为根据一示范性实施例的用于对电动车辆112进行充电的示范性无线电力传送系统100的图解。无线电力传送系统100使得能够在电动车辆112停放于基座无线充电系统(base wireless charging system)102a附近时对电动车辆112进行充电。待遍及对应基座无线充电系统102a和102b而停放的停放区域中说明用于两个电动车辆的空间。在一些实施例中，本地分配中心130可连接到电力骨干132，且经配置以将交流电(AC)或直流电(DC)供应经由电力链路110而提供到基座无线充电系统102a。基座无线充电系统102a还包括用于以无线方式传送或接收电力的基座系统感应线圈104a。电动车辆112可包括蓄电池单元118、电动车辆感应线圈116，和电动车辆无线充电系统114。电动车辆感应线圈116可与基座系统感应线圈104a相互作用，例如，经由基座系统感应线圈104a所产生的电磁场的区。
在一些示范性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由基座系统感应线圈104a产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收电力。所述场对应于由基座系统感应线圈104a输出的能量可由电动车辆感应线圈116俘获的区。举例来说，由基座系统感应线圈104a输出的能量可处于足以对电动车辆112进行充电或供电的电平。在一些状况下，所述场可对应于基座系统感应线圈104a的“近场(near field)”。所述近场可对应于存在由基座系统感应线圈104a中的电流和电荷引起的强电抗场的区，所述强电抗场不会使电力辐射离开基座系统感应线圈104a。在一些状况下，近场可对应于处于基座系统感应线圈104a的波长的约1/2π内的区(且针对电动车辆感应线圈116反之亦然)，如下文将进一步所描述。
本地分配130可经配置以经由通信回程134而与外部来源(例如，电力网)通信，且经由通信链路108而与基座无线充电系统102a通信。
在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与基座系统感应线圈104a对准，且因此，简单地由驾驶员使电动车辆112相对于基座系统感应线圈104a正确地定位而安置于近场区内。在其它实施例中，驾驶员可被给出视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确定电动车辆112何时被适当地放置以用于无线电力传送。在另外其它实施例中，电动车辆112可由自动引示系统定位，所述自动引示系统可使电动车辆112来回地移动(例如，以锯齿形移动)直到对准误差已达到容许值为止。此情形可由电动车辆112在无驾驶员干预或仅有最少驾驶员干预的情况下自动地且自主地执行，其限制条件为：电动车辆112经装备有伺服方向盘、超音波传感器，和用以调整所述车辆的智能。在另外其它实施例中，电动车辆感应线圈116、基座系统感应线圈104a或其组合可具有用于使感应线圈116和104a相对于彼此位移和移动以使所述感应线圈更准确地定向且在所述感应线圈之间显现更有效率的耦合的功能性。
基座无线充电系统102a可位于多种部位中。作为非限制性实例，一些合适部位包括在电动车辆112的拥有者的住宅处的停放区域、在常规以石油为基础的加油站的后模型化的为电动车辆无线充电而保留的停放区域，和在例如购物中心和工作场所等其它部位处的停放坪。
以无线方式对电动车辆进行充电可提供众多益处。举例来说，充电可自动地执行，而实际上无驾驶员干预和操控，借此改进对用户的方便性。还可不存在经暴露的电接点且不存在机械磨损，借此改进无线电力传送系统100的可靠性。可无需运用缆线和连接器的操控，且可不存在可在户外环境中暴露于湿气和水的缆线、插头或插座，借此改进安全性。还可不存在可见或可接取的插座、缆线和插头，借此缩减电力充电装置的潜在破坏行为。另外，因为电动车辆112可作为分配式存储装置而用以使电力网稳定，所以可使用衔接到电网解决方案以增加车辆针对车辆到电网(V2G)操作的可用性。
如参看图1所描述的无线电力传送系统100还可提供美学和非妨碍优点。举例来说，可不存在可有碍于车辆和/或行人的料柱(charge column)和缆线。
作为对车辆到电网能力的进一步解释，无线电力发射和接收能力可被配置为互逆，使得基座无线充电系统102a将电力传送到电动车辆112且电动车辆112将电力传送到基座无线充电系统102a，例如，在能量短缺时间内。此能力可用于通过允许电动车辆在由需求过度造成的能量短缺时间或再现性能源产生(例如，风或太阳能)的短缺时间内将电力贡献给整体分配系统而使电力分配网稳定。
图2为图1的无线电力传送系统100的示范性核心组件的示意图。如图2所展示，无线电力传送系统200可包括基座系统发射电路206，基座系统发射电路206包括具有电感L1的基座系统感应线圈204。无线电力传送系统200进一步包括电动车辆接收电路222，电动车辆接收电路222包括具有电感L2的电动车辆感应线圈216。本文所描述的实施例可使用形成谐振结构的电容性负载电线回路(即，多匝线圈)，如果初级和次级两者被调谐到共同谐振频率，那么所述谐振结构能够经由磁性或电磁近场而将能量从初级结构(发射器)有效率地耦合到次级结构(接收器)。所述线圈可用于电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204。使用谐振结构以用于耦合能量可被称作“磁耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。无线电力传送系统200的操作将基于从基座无线电力充电系统202到电动车辆112的电力传送予以描述，但不限于此情形。举例来说，如上文所论述，电动车辆112可将电力传送到基座无线充电系统102a。
参看图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将电力PSDC供应到基座无线电力充电系统202以将能量传送到电动车辆112。基座无线电力充电系统202包括基座充电系统电力转换器236。基座充电系统电力转换器236可包括例如以下各者等电路系统：AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准电源AC转换到处于合适电压电平的DC电力；和DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换到处于适合于无线高电力传送的操作频率的电力。基座充电系统电力转换器236将电力P1供应到基座系统发射电路206，基座系统发射电路206包括与基座系统感应线圈204串联以发射处于所要频率的电磁场的电容器C1。电容器C1可并联地抑或串联地与基座系统感应线圈204耦合，或可由呈并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。可提供电容器C1以与基座系统感应线圈204形成在所要频率下谐振的谐振电路。基座系统感应线圈204接收电力P1且在足以对电动车辆112进行充电或供电的电平下以无线方式发射电力。举例来说，由基座系统感应线圈204以无线方式提供的功率电平可为大约数千瓦特(kW)(例如，从1kW到110kW的任何值或更高或更低)。
包括基座系统感应线圈204的基座系统发射电路206和包括电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222可被调谐到实质上相同频率，且可定位于由基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216中的一者发射的电磁场的近场内。在此状况下，基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216可变得彼此耦合，使得电力可传送到包括电容器C2和电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222。可提供电容器C2以与电动车辆感应线圈216形成在所要频率下谐振的谐振电路。电容器C2可并联地抑或串联地与电动车辆感应线圈204耦合，或可由呈并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。元素k(d)表示在线圈分离下引起的互耦合系数。等效电阻Req,1和Req,2表示可为感应线圈204和216以及防电抗电容器C1和C2所固有的损耗。包括电动车辆感应线圈216和电容器C2的电动车辆接收电路222接收电力P2且将电力P2提供到电动车辆充电系统214的电动车辆电力转换器238。
电动车辆电力转换器238可尤其包括LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以将处于操作频率的电力转换回到电压电平匹配于电动车辆蓄电池单元218的电压电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换电力PLDC以对电动车辆蓄电池单元218进行充电。电力供应器208、基座充电系统电力转换器236和基座系统感应线圈204可静止且位于如上文所论述的多种部位处。蓄电池单元218、电动车辆电力转换器238和电动车辆感应线圈216可包括于为电动车辆112的部分或蓄电池组(未图示)的部分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可经配置以将电力经由电动车辆感应线圈216而以无线方式提供到基座无线电力充电系统202以将电力反馈到电网。电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204中的每一者可基于操作模式而充当发射或接收感应线圈。
虽然未图示，但无线电力传送系统200可包括负载断接单元(load disconnectunit,LDU)以使电动车辆蓄电池单元218或电力供应器208从无线电力传送系统200安全地断接。举例来说，在紧急或系统失败的状况下，LDU可经触发以使负载从无线电力传送系统200断接。除了用于管理对蓄电池的充电的蓄电池管理系统以外还可提供LDU，或LDU可为蓄电池管理系统的部分。
另外，电动车辆充电系统214可包括用于将电动车辆感应线圈216选择性地连接到电动车辆电力转换器238且使电动车辆感应线圈216从电动车辆电力转换器238断接的切换电路系统(未图示)。使电动车辆感应线圈216断接可暂时中止充电且还可调整如由基座无线充电系统102a(充当发射器)“看见”的“负载”，此情形可用以“隐匿”电动车辆充电系统114(充当接收器)以免为基座无线充电系统102a所见。如果发射器包括负载感测电路，那么可检测负载改变。因此，例如基座无线充电系统202等发射器可具有用于确定例如电动车辆充电系统114等接收器何时存在于基座系统感应线圈204的近场中的机构。
如上文所描述，在操作中，在假定能量朝向车辆或蓄电池传送的情况下，从电力供应器208提供输入电力，使得基座系统感应线圈204产生用于提供能量传送的场。电动车辆感应线圈216耦合到辐射场且产生输出电力以供电动车辆112存储或消耗。如上文所描述，在一些实施例中，基座系统感应线圈204和电动车辆感应线圈216根据相互谐振关系被配置，使得此时电动车辆感应线圈216的谐振频率与基座系统感应线圈204的谐振频率极接近或实质上相同。当电动车辆感应线圈216位于基座系统感应线圈204的近场中时，基座无线电力充电系统202与电动车辆充电系统214之间的发射损耗最小。
如所陈述，通过将发射感应线圈的近场中的大部分能量耦合到接收感应线圈而非以电磁波将大多数能量传播到远场而发生有效率能量传送。当在近场中时，可在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。可发生此近场耦合的围绕感应线圈的区域在本文中被称作近场耦合模式区。
虽然未图示，但基座充电系统电力转换器236和电动车辆电力转换器238两者均可包括振荡器、例如功率放大器等驱动器电路、滤波器，和用于与无线电力感应线圈进行有效率耦合的匹配电路。振荡器可经配置以产生所要频率，所述所要频率可响应于调整信号予以调整。振荡器信号可由功率放大器以响应于控制信号的放大量而放大。可包括滤波器和匹配电路以滤除谐波或其它非想要频率且使电力转换模块的阻抗匹配于无线电力感应线圈。电力转换器236和238还可包括整流器和用以产生合适电力输出以对蓄电池进行充电的切换电路系统。
如贯穿所揭示实施例而描述的电动车辆感应线圈216和基座系统感应线圈204可被称作或被配置为“回路”天线，且更具体来说，多匝回路天线。感应线圈204和216还可在本文中被称作或被配置为“磁性”天线。术语“线圈”希望指代可以无线方式输出或接收能量以用于耦合到另一“线圈”的组件。线圈还可被称作经配置以用无线方式输出或接收电力的类型的“天线”。如本文所使用，线圈204和216为经配置以用无线方式输出、以无线方式接收和/或以无线方式中继电力的类型的“电力传送组件”的实例。回路(例如，多匝回路)天线可经配置以包括空芯或实芯，例如，铁氧体芯。空芯回路天线可允许将其它组件放置于芯区域内。包括铁磁体或铁磁性材料的实芯天线可允许显现较强电磁场和改进型耦合。
如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配谐振期间发生发射器与接收器之间的有效率能量传送。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以较低效率来传送能量。通过将能量从发射感应线圈的近场耦合到驻留于此近场被建立的区内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区的预定距离内)的接收感应线圈而非将能量从发射感应线圈传播到自由空间中而发生能量传送。
谐振频率可基于包括如上文所描述的感应线圈(例如，基座系统感应线圈204)的发射电路的电感和电容。如图2所展示，电感通常可为感应线圈的电感，而电容可添加到感应线圈以创建处于所要谐振频率的谐振结构。作为一非限制性实例，如图2所展示，电容器可与感应线圈串联地被添加以创建产生电磁场的谐振电路(例如，基座系统发射电路206)。因此，对于较大直径的感应线圈，诱发谐振所需要的电容的值可随着线圈的直径或电感增加而减低。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的有效率能量传送面积可增加。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可并联地放置于感应线圈的两个端子之间(即，并联谐振电路)。此外，感应线圈可经设计成具有高质量(Q)因数以改进感应线圈的谐振。举例来说，Q因数可为300或更大。
如上文所描述，根据一些实施例，揭示处于彼此的近场中的两个感应线圈之间的耦合电力。如上文所描述，近场可对应于围绕感应线圈的区，在所述区中，存在电磁场，但电磁场可不传播或辐射离开感应线圈。近场耦合模式区可对应于接近感应线圈的实体体积的体积，通常在波长的小分率内。根据一些实施例，例如单匝和多匝回路天线等电磁感应线圈用于发射和接收两者，这是因为：相比于电性类型天线(例如，小偶极)的电近场，对于磁性类型线圈，实际实施例中的磁性近场振幅倾向于较高。此情形允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电性”天线(例如，偶极和单极)或磁性天线与电性天线的组合。
图3为展示图1的无线电力传送系统300的示范性核心和辅助组件的另一功能框图。无线电力传送系统300说明通信链路376、导引链路366，和用于基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316的对准系统352、354。如上文参看图2所描述，且在假定能量朝向电动车辆112流动的情况下，在图3中，基座充电系统电力接口354可经配置以将电力从例如AC或DC电力供应器126等电源提供到充电系统电力转换器336。基座充电系统电力转换器336可从基座充电系统电力接口354接收AC或DC电力以使基座系统感应线圈304在其谐振频率下励磁或接近其谐振频率而励磁。当在近场耦合模式区中时，电动车辆感应线圈316可从近场耦合模式区接收能量以在谐振频率下振荡或接近谐振频率而振荡。电动车辆电力转换器338将来自电动车辆感应线圈316的振荡信号转换到适合于经由电动车辆电力接口而对蓄电池进行充电的电力信号。
基座无线充电系统302包括基座充电系统控制器342，且电动车辆充电系统314包括电动车辆控制器344。基座充电系统控制器342可包括介接到例如计算机和电力分配中心或智能型电力网等其它系统(未图示)的基座充电系统通信接口162。电动车辆控制器344可包括介接到例如车辆上的机载计算机、其它蓄电池充电控制器、车辆内的其它电子系统和远程电子系统等其它系统(未图示)的电动车辆通信接口。
基座充电系统控制器342和电动车辆控制器344可包括用于具有分离通信信道的特定应用的子系统或模块。此等通信信道可为分离实体信道或分离逻辑信道。作为非限制性实例，基座充电对准系统352可经由通信链路376而与电动车辆对准系统354通信，以提供用于自主地或在操作员辅助的情况下使基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316更紧密地对准的反馈机制。相似地，基座充电导引系统362可经由导引链路而与电动车辆导引系统364通信，以提供用以导引操作员使基座系统感应线圈304和电动车辆感应线圈316对准的反馈机制。另外，可存在由基座充电通信系统372和电动车辆通信系统374支持的分离一般用途通信链路(例如，信道)，以用于在基座无线电力充电系统302与电动车辆充电系统314之间传达其它信息。此信息可包括关于电动车辆特性、蓄电池特性、充电状态以及基座无线电力充电系统302和电动车辆充电系统314两者的电力能力的信息，以及用于电动车辆112的维护和诊断数据。此等通信信道可为分离实体通信信道，例如，Bluetooth、zigbee、蜂窝式等等。
电动车辆控制器344还可包括管理电动车辆主蓄电池的充电和放电的蓄电池管理系统(BMS)(未图示)、基于微波或超音波雷达原理的停放辅助系统、经配置以执行半自动停放操作的制动系统，和方向盘伺服系统，方向盘伺服系统经配置以辅助很大程度上自动化停放“线控停放(park by wire)”，其可提供较高停放准确度，因此缩减针对基座无线充电系统102a和电动车辆充电系统114中任一者中的机械水平感应线圈对准的需要。另外，电动车辆控制器344可经配置以与电动车辆112的电子件通信。举例来说，电动车辆控制器344可经配置以与视觉输出装置(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出装置(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入装置(例如，键盘、触控屏幕，和例如摇杆、轨迹球等等的指向装置)和音频输入装置(例如，具有电子语音辨识的麦克风)通信。
此外，无线电力传送系统300可包括检测和传感器系统。举例来说，无线电力传送系统300可包括供用以将驾驶员或车辆适当地导引到充电地点的系统使用的传感器、用以使具有所需分离/耦合的感应线圈相互对准的传感器、用以检测可妨碍电动车辆感应线圈316移动到特定高度和/或位置以实现耦合的物件的传感器，和供用以执行系统的可靠、无损坏且安全操作的系统使用的安全性传感器。举例来说，安全性传感器可包括用于如下操作的传感器：检测在安全半径之外的接近无线电力感应线圈104a、116的动物或儿童的存在、检测接近可被加热(感应加热)的基座系统感应线圈304的金属物件、检测基座系统感应线圈304上例如白炽物件等危险事件，和对基座无线电力充电系统302和电动车辆充电系统314的组件进行温度监视。
无线电力传送系统300还可支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可集成两个不同充电器的输出，此后将电力传送到电动车辆112或从电动车辆112传送电力。切换电路可提供为支持无线充电和经由有线充电端口的充电两者所需要的功能性。
为了在基座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间通信，无线电力传送系统300可使用频带内传信和RF数据调制解调器(例如，在未授权频带中经由无线电的以太网)两者。频带外通信可提供足够带宽以用于将加值服务分派给车辆用户/拥有者。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干涉的频带内传信系统。
另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路而执行某一通信。举例来说，无线电力感应线圈304和316还可经配置以充当无线通信发射器。因此，基座无线电力充电系统302的一些实施例可包括用于在无线电力路径上启用键控型协议的控制器(未图示)。通过在预定义时间间隔下以预定义协议来键控发射功率电平(幅移键控)，接收器可检测来自发射器的串行通信。基座充电系统电力转换器336可包括负载感测电路(未图示)，所述负载感测电路用于检测在由基座系统感应线圈304产生的近场附近的主动式电动车辆接收器的存在或不存在。作为实例，负载感测电路监视流动到功率放大器的电流，所述电流受到在由基座系统感应线圈104a产生的近场附近的主动式接收器的存在或不存在影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可由基座充电系统控制器342监视，以用来确定是否启用振荡器以用于发射能量、与主动式接收器通信，或其组合。
为了启用无线高电力传送，一些实施例可经配置以传送处于从10kHz到60kHz的范围内的频率的电力。此低频耦合可允许可使用固态装置而实现的高度有效率电力转换。另外，相比于其它频带，无线电系统可存在较少共存问题。
所描述的无线电力传送系统100可与包括可再充电或可更换蓄电池的多种电动车辆102一起使用。图4为根据一示范性实施例的展示安置于电动车辆412中的可更换非接触式蓄电池的功能框图。在此实施例中，低蓄电池位置可用于电动车辆蓄电池单元，所述电动车辆蓄电池单元集成无线电力接口(例如，充电器到蓄电池无线接口426)且可从嵌入于地面中的充电器(未图示)接收电力。在图4中，电动车辆蓄电池单元可为可再充电蓄电池单元，且可容纳于蓄电池隔室424中。电动车辆蓄电池单元还提供无线电力接口426，无线电力接口426可集成整个电动车辆无线电力子系统，所述整个电动车辆无线电力子系统包括在以地面为基础的无线充电单元与电动车辆蓄电池单元之间进行有效率且安全的无线能量传送所需要的谐振感应线圈、电力转换电路系统以及其它控制和通信功能。
可有用的是使电动车辆感应线圈与电动车辆蓄电池单元的底侧或车辆主体齐平地集成，使得不存在突起部分且使得可维持经指定地面到车辆本体间隙。此配置可需要电动车辆蓄电池单元中专用于电动车辆无线电力子系统的一些空间。电动车辆蓄电池单元422还可包括蓄电池到EV无线接口422和充电器到蓄电池无线接口426，充电器到蓄电池无线接口426在电动车辆412与如图1所展示的基座无线充电系统102a之间提供非接触式电力和通信。
在一些实施例中且参看图1，基座系统感应线圈104a和电动车辆感应线圈116可处于固定位置，且所述感应线圈通过电动车辆感应线圈116相对于基座无线充电系统102a的整体放置而被带入于近场耦合区内。然而，为了快速地、有效率地且安全地执行能量传送，可需要缩减基座系统感应线圈104a与电动车辆感应线圈116之间的距离以改进耦合。因此，在一些实施例中，基座系统感应线圈104a和/或电动车辆感应线圈116可为可部署和/或可移动的以使其进行较佳对准。
图5A、图5B、图5C和图5D为根据示范性实施例的用于感应线圈和铁氧体材料相对于蓄电池的放置的示范性配置的图解。图5A展示完全铁氧体嵌入式感应线圈536a。无线电力感应线圈可包括铁氧体材料538a和围绕铁氧体材料538a而缠绕的线圈536a。线圈536a自身可由绞合漆包线(stranded Litz wire)制成。可提供导电屏蔽532a以保护车辆的乘客免受过度EMF发射影响。导电屏蔽可特别用于由塑料或复合物制成的车辆中。
图5B展示用以增强耦合且缩减导电屏蔽532b中的涡电流(热耗散)的经最佳定尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背衬)。线圈536b可完全地嵌入于非导电非磁性(例如，塑料)材料中。举例来说，如图5A到图5D所说明，线圈536b可嵌入于保护性外壳534b中。由于磁耦合与铁氧体磁滞损耗之间的折衷，在线圈536b与铁氧体材料538b之间可存在分离。
图5C说明线圈536c(例如，铜绞合漆包线多匝线圈)可在横向(“X”)方向上可移动的另一实施例。图5D说明感应线圈模块在向下方向上部署的另一实施例。在一些实施例中，蓄电池单元包括可部署和非可部署电动车辆感应线圈模块540d中的一者作为无线电力接口的部分。为了防止磁场穿透到蓄电池空间530d且穿透到车辆的内部中，在蓄电池空间530d与车辆之间可存在导电屏蔽532d(例如，铜薄片)。此外，非导电(例如，塑料)保护性层534d可用以保护导电屏蔽532d、线圈536d和铁氧体材料538d免于环境影响(例如，机械损坏、氧化等等)。此外，线圈536d可在横向X和/或Y方向上可移动。图5D说明电动车辆感应线圈模块540d在向下Z方向上相对于蓄电池单元本体而部署的实施例。
此可部署电动车辆感应线圈模块542d的设计相似于图5B的设计，只是在电动车辆感应线圈模块542d处不存在导电屏蔽。导电屏蔽532d与蓄电池单元本体留在一起。当电动车辆感应线圈模块542d不处于部署状态时，保护性层533d(例如，塑料层)提供于导电屏蔽532d与电动车辆感应线圈模块542d之间。电动车辆感应线圈模块542从蓄电池单元本体的实体分离可对感应线圈的性能有正面影响。
如上文所论述，所部署的电动车辆感应线圈模块542d可仅含有线圈536d(例如，绞合漆包线)和铁氧体材料538d。可提供铁氧体背衬以增强耦合且防止车底中或导电屏蔽532d中的过度涡电流损耗。此外，电动车辆感应线圈模块542d可包括与电力转换电子件和传感器电子件的柔性电线连接。此电线束可集成到机械齿轮中以用于部署电动车辆感应线圈模块542d。
参看图1，上文所描述的充电系统可在多种部位中用于对电动车辆112进行充电或将电力传送回到电力网。举例来说，可在停放坪环境中发生电力传送。应注意，“停放区域”也可在本文中被称作“停放空间”。为了增强车辆无线电力传送系统100的效率，可使电动车辆112沿着X方向和Y方向对准，以使电动车辆112内的电动车辆感应线圈116能够与关联停放区域内的基座无线充电系统102a适当地对准。
此外，所揭示实施例适用于具有一或多个停放空间或停放区域的停放坪，其中停放坪内的至少一停放空间可包含基座无线充电系统102a。可使用导引系统(未图示)以辅助车辆操作员将电动车辆112定位于停放区域中，以使电动车辆112内的电动车辆感应线圈116与基座无线充电系统102a对准。导引系统可包括以电子为基础的途径(例如，无线电定位、测向原理，和/或光学、准光学和/或超音波感测方法)或以机械为基础的途径(例如，车轮导引、轨迹或停止)，或其任何组合，以用于辅助电动车辆操作员定位电动车辆112，以使电动车辆112内的感应线圈116能够与充电基座(例如，基座无线充电系统102a)内的充电感应线圈适当地对准。
如上文所论述，电动车辆充电系统114可放置于电动车辆112的底面上以用于从基座无线充电系统102a发射和接收电力。举例来说，电动车辆感应线圈116可集成到车底中，优选地接近中心位置，从而提供关于EM暴露的最大安全距离且准许电动车辆的前向和反向停放。
图6为根据一示范性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率的频谱的图表。如图6所展示，用于到电动车辆的无线高电力传送的潜在频率范围可包括：在3kHz到30kHz频带中的VLF；在30kHz到150kHz频带中的较低LF(对于类ISM应用)，其中存在一些排除；HF 6.78MHz(ITU-R ISM频带6.765MHz到6.795MHz)；HF 13.56MHz(ITU-R ISM频带13.553到13.567)；和HF 27.12MHz(ITU-R ISM频带26.957到27.283)。
图7为根据一示范性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示范性频率和发射距离的图表。可用于电动车辆无线充电的一些实例发射距离为约30mm、约75mm和约150mm。一些示范性频率可为在VLF频带中的约27kHz，和在LF频带中的约135kHz。
本文所描述的各种实施例的方面有关于物件(例如，经指定区内的金属物件)的检测。如本文所描述的用于金属物件的检测的系统和方法可并入到上文针对无线电力传送所描述的系统中。举例来说，如下文所描述的用于物件的检测的实施例可被并入为系统(例如，上文针对电能从初级结构横越气隙而到次级结构的电感性传送所描述的系统)的部分。用于能量的电感性传送的示范性频率可在从20kHz到150kHz的范围内，但不限于此频率范围。更具体来说，用于物件的检测的实施例和本文所描述的方法的一个应用为静止电动路行车辆的电感性充电，且特别为在地面上存在磁性结构(充电垫)且存在装配于车辆的底侧(车底)处的拾取垫的实施例。其它应用可为在移动中的电动车辆的电感性供电或充电(动态充电)、便携式电装置和电子装置的电感性充电、感应加热，或产生强交变磁场的任何其它系统。
此外，虽然某些实施例可用于无线电力传送系统中，但应了解，本文所描述的各种实施例可适用于在与产生交变磁场的系统无关的预定空间中检测金属物件的其它应用。举例来说，本文所描述的实施例的方面可用于检测从预定空间移除的金属物件的防盗检测器、安全性系统、质量保证系统、电子物品监测、电子物品管理及其类似者中。
本文可使用以下缩写：
EMF 电磁场
FOD 外来物件检测
HF 高频
IF 中频
LF 低频
LMS 最小均方
MTBF 失败间平均时间
MUX 多路复用器
NCO 数值控制振荡器
PCB 印刷电路板
PSTN 公众交换式电话网络
PWB 印刷线路板
SNR 信噪比
本文所描述的原理、方法和实施例的某些描述提及电动车辆(EV)或混合式电动车辆(HEV)的感应充电且在此上下文中必须被重视。基本原理中的一些还可有用于如上文所提及的其它应用。然而，实施例可被修改且适应于此等应用的特定要求。
关于感应充电，取决于能量传送速率(功率电平)、操作频率、初级和次级磁性结构的大小和设计以及所述磁性结构之间的距离，一些部位处的气隙中的通量密度可超过0.5mT且可达到几毫特斯拉(Millitesla)。如果将包括某一量的良好导电材料(例如，金属)的物件插入到初级结构与次级结构之间的空间中，那么在此物件中产生涡电流(楞次定律(Lenz's law))，其可导致电力耗散和后续加热效应。此感应加热效应取决于磁通量密度、交变磁场的频率、物件的导电结构的大小、形状、定向和电导率。当物件暴露于磁场历时足够长时间时，其可变热到可被认为关于如下方面而危险的温度：
·自燃(如果物件包括易燃材料，或如果其直接接触此类材料，例如，包括薄金属化箔的香烟封装)；
·可拾取此类热物件(例如，钱币或钥匙)的个人的手的灼伤；或
·初级或次级结构(例如，熔融成塑料的物件)的塑料围封体的损坏。
还可在包括可实质上非导电但展现明显磁滞效应的铁磁性材料的物件中或在产生磁滞损耗和涡电流损耗两者的材料中预期温度增加。因而，检测此类物件有益于避免对应有害结果。如果物件检测系统集成于用于提供无线电力的系统内，那么响应于检测有害物件，所述系统可缩减功率电平或关断直到可采取措施移除有害物件为止。
在家庭和公众地区中的电动车辆的电感性电力传送(例如，充电)的某些应用中，出于个人和设备的安全性的原因，可强制性的是能够检测具有变热到临界温度的可能性的外来物件。此情形可在临界空间敞开且可被接取以使得外来物件可偶然地到达或可被有意地放到此空间中(例如，在恶意破坏的状况下)的系统中特别成立。
举例来说，用于电动路行车辆的电感性充电的德国VDE/DKE方针(VDE-AR-E2122-4-2Elektrische Ausrüstung von Elektro-Straβenfahrzeugen-Induktive Ladung vonElektrofahrzeugen-Teil 4-2:Niedriger Leistungsbereich)(在下文中为“VDE-AR-E”)(例如)定义针对电感性充电系统的功能空间中的热效应的保护极限。已遵循关于低电压电安装的国际标准(IEC 60364-4-42:2010-05的“Low-voltage electrical installations-Part 4-42:Protection for safety-Protection against thermal effects”)而选择此等极限。德国方针VDE-AR-E还定义待用于符合测试的参考物件，例如，€5分钱币和铝涂布箔。
本文所描述的实施例有关于在下文中自动地检测可位于预定义空间中的危险外来物件(例如，“金属物件”)。详细来说，某些实施例有关于检测经定位成邻近于初级或次级磁性结构的表面(其中磁通量密度可超过特定值(例如，0.5mT))的小金属物件(例如，钱币)。
金属检测在各种工业、军事和安全性相关区域中具有许多应用。金属检测器用于(例如)：排雷(地雷检测)；例如刀和枪的武器的检测，例如，机场安检；地球物理勘探；考古学；和寻宝。金属检测器还用以检测食品中的外来物件，且在建筑工业中用以检测混凝土中的钢筋以及埋入于墙壁和地板中的管路和电线。
在许多应用中，金属检测器通过频繁地重新校准其传感器和电路而实现所需高敏感度。在此等应用中，在基于用户输入的重新校准程序期间可排除金属物件的存在。与此对比，高电力感应充电应用可必须很大程度上自动地、自主地且无人式地操作。因而，各种实施例的某些方面有关于经配置以在无需实质重新校准的情况下提供固有检测敏感度和稳定性达数年的物件检测系统。
使用在可见光中和/或在短波红外线中敏感的摄影机的被动式光学感测(Conductix-Wampfler、Abschlussbericht zum Verbundvorhaben的“Kabelloses Ladenvon Elektrofahrzeugen”、im Rahmen des FuE-Programms的“von Forschungund Entwicklung im Bereich der”(Weil am Rhein，2011年11月)(在下文中为“Conductix-Wampfler”))可用以检测预定区域中的外来物件。因为“金属物件”一般在此波长范围内不具有特异特性，所以此方法可能无法提供足够选择性，使得将检测任何外来物件，包括不表示危险物的外来物件。在一些状况下，此情形对于系统的用户可能不良。此外，光学传感器可不特别适合于如在车辆下方预期的恶劣环境中，其中通常存在强污染和由机械影响引起的损坏风险。可需要例如自动清洁等等特殊保护性措施。
可提供通过发射在可见或短波IR范围内的光信号而对外来物件的主动式光学感测。此技术结合基于Ringbeck,T、Hagebeuker,B.的“A 3D time of flight camera forobject detection”(Optical 3-D Measurement Techniques，ETH Zürich，PlenarySession 1:Range Imaging I，2007年7月09到12日(在下文中为“Rinkbeck”))中描述的飞行时间测距技术的3D摄影机而使用。在一些状况下，使用主动式光学感测可能不能够解析处于能量传送垫的表面上的小且薄的物件(例如，钱币)。此外，如同被动式光学感测一样，所述方法可能不能够区分金属物件与非金属物件。可检测在光学波长下显得不透明的任何物件。
因为危险物件为具有变热到临界温度的可能性的那些物件，所以Conductix-Wampfler中描述的热感测为忽视环境因素的另一途径。可通过将温度传感器集成到能量传送垫的围封体中而实现一个解决方案。为了局域化小热物件，可提供高传感器密度，例如，具有30mm的光栅大小。因为传感器需要受到机械保护，所以其可以足够深度嵌入到塑料围封体中，此情形可减低其敏感度且归因于热传播延迟而增加其检测等待时间。此类途径可关于检测具有高燃烧风险的物件(例如，薄金属化纸箔)而缓慢且不可靠。
使用Conductix-Wampfler中描述且WO 2011/006876A2(Wechlin M.,Green,A.(Conductix-Wampfler AG)，“Device for the inductive transfer of electricenergy”)中描述的热电被动式红外线(PIR)传感器可提供一替代热感测解决方案。通常用于根据个人的运动而检测个人的此等传感器在长波IR范围内敏感，在长波IR范围内，辐射谱密度针对处于低于100℃的温度的物件变得最大(韦恩定律(Wien's law))。由于每单位面积的传感器的数目与成本之间的折衷，PIR传感器阵列不能提供适当空间分辨率以用于检测例如电动车辆电感性充电垫等较大区域上的小到20mm的物件。此情形可在外来物件与垫表面之间的温度差变低(例如，在可在车辆被停放以供充电之前已发生的通过太阳辐照而进行的垫加热的状况下)的情况下特别成立。除了有限敏感度以外，此解决方案还可易受污染和机械影响。
基于辐射热计焦点阵列的Conductix-Wampfler中描述的IR摄影机可在最佳波长范围内提供足够分辨率。然而，其成本可高。此情形可针对(例如)适合于安装于车辆下方的高低不平设计特别成立。此类摄影机可需要特殊保护性措施，例如，在不使用热检测且车辆在移动中的情况下闭合的机械挡板。另外，可需要使用很少雨刷的IR透镜保护窗的自动清洁或相似概念。另外，如果必须考虑最小地面间隙，那么车辆底部装配式摄影机可具有用于监视整个临界空间的不利视角和用于监视所述摄影机的有限空间。如果摄影机经装配成接近于磁性结构，那么可需要定制超广角IR透镜，或如果摄影机装配于某一距离内(其中风景显得高度透视且未良好地匹配于商用现货辐射热计阵列)，那么可需要高分辨率(高数目个像素)。
Conductix-Wampfler中描述的声学感测可为用于检测外来物件的替代途径。可使用雷达原理而通过发射超音波信号且分析经接收响应来主动式地执行声学感测。超音波频率(例如，高于200kHz)可提供足够分辨率以用于检测处于能量传送垫的表面上的小且薄的物件(例如，钱币)的存在。然而，具有某一质量密度的所有物件可被检测，因此倾向于假警报。
相对于超音波雷达，Conductix-Wampfler中描述的被动式声学感测具有选择性地检测金属物件的可能性。当暴露于强磁场时，导电物件归因于在磁性结构的移动电荷(电流)与外来物件的移动电荷(涡电流)之间发生的力而开始振动。此等力可通过楞次定律和劳仑兹力而解释。此等力在交变磁场的第一谐波(双重频率)下交替。对于高于20kHz的磁场频率，此等声学发射可在超音波范围内高于40kHz。因此，金属物件可通过其在双重频率下乃至在其谐波下的声学发射而检测。因为整个磁性结构在该频率下振动，所以可提供高空间分辨率，以便检测小物件的存在。此情形可在超音波频率下使用需要高数目个传感器的相控阵列技术而实现。由于感应加热和不可接受的涡电流损耗，在一些状况下可难以将传感器集成到垫表面中。可必须(例如)沿着车辆垫的周边而配置传感器，如Conductix-Wampfler中所建议，其为很可能不提供用于可靠地检测小物件的足够分辨率的解决方案。如同光学和IR传感器一样，超音波传感器可倾向于污染和由机械影响引起的损坏。
Conductix-Wampfler中描述的电容性感测为基于电场感测的途径。电容性感测用于触控屏幕中。可(例如)使用产生泄漏电场的薄敞开回路电线结构来实现电容性传感器阵列。此电线结构可嵌入到垫的塑料围封体中。如同光学感测一样，电容性感测不能提供金属的选择性检测。电容性感测可感测改变电场而因此改变电容的任何物件。此物件包括导电材料和非导电电介质材料，例如，小石头、湿叶子等等。
根据某些实施例，可优选地使用基于磁场的电感性感测，这是因为可经由磁场而感测的物件可为潜在地危险的物件。磁场感测可对导电和铁磁性物件具高度选择性。在(例如)低于20MHz的频率下(其中磁场可被认为准静止)，实际上可不存在与非导电电介质物件的相互作用，且几乎不存在与例如具有高盐度的水或水浸润的纸、湿木材和树叶等等不良导电材料的相互作用。
在一些状况下，可归因于有限范围而稍微难以检测小物件。在一些状况下，如果较小物件极近接于传感器，那么可检测较小物件。在空间中可存在物件需要被检测的部位，其中较小物件不能被检测。此情形在出于机械保护和稳固性的原因而将磁场传感器集成到能量传送垫的围封体中的情况下特别成立。
WO 2011/006758A2(Wechlin,M.,Green,A.(Conductix-Wampfler AG)的“Devicefor the inductive transfer of electric energy”)(在下文中为“Wechlin”)揭示用于检测位于初级电感与次级电感之间的预定空间内的金属物件的存在的装置。此装置具有用于测量电感的至少一单元、用于测量所述测量电感的阻抗的测量单元，和连接到所述测量单元的评估单元。
根据Wechlin，测量电感可相似于初级电感，且初级电感用于检测金属物件。此情形可适用于需要(例如)针对较大物件的较小检测敏感度的解决方案。为了增加(例如)针对显著地小于初级结构的物件的检测敏感度，可缩减测量电感的大小。
Wechlin的感测装置可经装备有多个较小测量电感，所述测量电感形成大致在一个平面中延伸的规则二维配置。所述平面垂直于由初级电感在操作期间产生的磁场的主方向。关于较低成本和较容易生产，此等测量电感可为共同衬底(例如，多层PCB)上的平面线圈。为了实现增加的线圈封装密度(线圈重叠)，Wechlin描述具有相等光栅大小但相对于第一阵列偏移达所述光栅大小的一半的第二线圈阵列的集成。
Wechlin还描述测量电感连接在一起而形成群组，且每群组存在一阻抗测量单元。在另一实施例中，Wechlin描述用于整个阵列的共同阻抗测量单元。在此实施例中，阻抗测量单元可经由模拟多路复用器(开关)而连接到单测量电感或测量电感群组。
如Wechlin中描述的评估单元比较测定阻抗值与经预存储参考值且提供输出以指示超过预定值的偏差。此等输出可连接到控制单元和指示器装置以输出光学或声学提醒信号。控制单元还可输出命令以撤销启动电感性能量传送。
在Conductix-Wampfler中，描述用于检测导电或可磁化物件的替代方法。此方法使用放置于初级结构的顶部上的数个测量线圈。在此方法中，金属物件或铁磁性物件的检测基于其变更或扰动如存在于初级结构的表面处的磁场的效应。Conductix-Wampfler描述测量在电感性电力发射频率下感应到线圈中的每一者中的电压。Conductix-Wamplfer还指示此方法很可能对在x和y上的位移敏感，但未明确地提及次级结构相对于初级结构的位移(对准偏移)。
Conductix-Wampfler还描述被称为“trafo”的另一方法。所述“trafo”方法使用经调谐到接近1MHz的频率的电容性负载线圈，从而形成谐振变压器。放置于变压器线圈上的金属物件改变场且因此改变经发射电力。
图8A为根据一实施例的示范性物件检测电路系统的部分的图解，所述物件检测电路系统经配置以经由测量感应到感测回路822a中的电压而检测物件824a。根据各种实施例，感测回路822a可为多匝回路(线圈)，例如，以用于增加敏感度。经放置成近接于所述回路的金属物件824a中的涡电流改变通过所述回路的磁通量且因此改变感应电压。磁场Bex为经产生用于在操作频率下的电感性能量传送的外部场。举例来说，基座系统感应线圈104a可产生磁场Bex。一般来说，感测回路感应电压取决于物件的电性质和磁性质而在振幅和相位两个方面改变。
图8B为根据一实施例的示范性物件检测电路系统的部分的另一图解，所述物件检测电路系统经配置以经由测量感测回路阻抗而检测物件824b。一般来说，感测回路822b可为多匝回路(线圈)。为了测量回路阻抗，将小高频感测电流Isense注入到感测回路822b中。近接于所述回路的金属物件824b修改如由感测回路电流Isense产生的磁通量且因此修改所述回路的电感和电阻(阻抗的虚数和实数部分)。
与外部磁场不同的频率(例如，经提供用于无线能量传送的另一磁场)可用于阻抗测量，以便避免来自外部磁场的基波或谐波的干涉。
图8C为根据一实施例的示范性物件检测电路系统的部分的又一图解，所述物件检测电路系统经配置以经由测量初级感测回路结构822c与次级感测回路结构822d之间的耦合或互阻抗(互感)而检测物件824c。一般来说，感测回路822c和822d可为多匝回路(线圈)。可通过将小高频电流注入到初级回路822c中且测量次级回路处的开路电压(振幅和相位)而感测互感或互阻抗改变。或者，次级回路可为电阻性负载的，且测量到负载中的能量传送。此处，金属物件修改由初级回路电流Isense产生且正传递通过次级回路的磁通量，因此修改一般具有虚数和实数部分的互阻抗。
互阻抗方法还可被理解为回路感应电压方法，然而，其中差异为：外部磁场(例如，如用于无线电力传送)由特别出于由专用初级感测回路822c在不同于如用于(例如)能量传送的外部磁场的频率的频率下进行金属检测的目的而产生的磁场取代。初级回路可覆盖整个区域或所述区域的实质待保护部分。
电感性感测
根据某些实施例的某些方面，电感性感测或磁场感测可提供若干益处，例如：
·电感性感测可对良好导电(金属)物件具高度选择性；
·预期无由其它非金属(电介质)物件造成的减损；
·电感性感测电路系统可集成到能量传送垫的塑料围封体中以保护传感器免于环境影响(污染、机械)，其具有微小性能降级；以及
·电感性感测电路系统可并入到充电基座中，这是因为：在大多数状况下，物件可位于基座垫表面上。此情形可允许车辆机载设备的成本节省。
用以增强电感性感测的方法和概念
如上文所陈述，大回路可不提供如检测可显著地小于待保护区域的钱币、钥匙或饮料罐盖子所需要的足够高敏感度。根据各种实施例，为了检测小物件，可根据各种实施例而使用多个较小回路。
图9为根据一示范性实施例的嵌入于无线充电垫926内的感测回路922的侧视图，感测回路922经配置以检测物件924。所述垫具有塑料围封体928，且可经配置以固持平面感测回路922且检测放置于垫926的表面上的任何地方的物件。充电垫926可进一步包括基座系统感应线圈104a(图1)和如上文参看图1到图3所描述的关联电路系统，且可经配置以检测垫926上的物件。图5A到图5D中展示垫配置的另外实例。
传感器的先天敏感度可被定义为如由最小物件(参考物件)的存在(如果放置于最坏状况位置处)造成的测定量(例如，回路感应电压、回路阻抗)的百分比改变。外来物件检测器的总敏感度取决于传感器的先天敏感度且取决于可为(例如)评估单元的部分的额外后处理方法的性能。
对于小于回路大小的物件，先天敏感度随着回路大小减低而增加。减低回路大小隐含增加覆盖给定区域所需要的回路的数目，从而引起增加的复杂性和成本以及较高的假警报和失败机率。
根据某些实施例，可在运用与最小待检测物件的大小相等或为最小待检测物件的大小的两倍的回路光栅大小的情况下实现先天敏感度与电路复杂性之间的适当折衷。举例来说，如果最小物件为具有20mm直径的钱币，那么适当回路光栅大小可为30mm。此情形可用于回路感应电压方法和回路阻抗方法两者。
图10为根据一示范性实施例的用于检测相对于感测回路1022位于不同位置处的物件1024的示范性物件检测电路系统的部分的图解。作为一实例，图10可说明在40kHz下使用放置于矩形电线回路1022上的不同位置处的钱币1024(例如，直径为25mm且厚度为1.7mm)进行的以百分比为单位的回路感应电压改变。所述回路可由3匝细瓷漆铜线制成。关于回路阵列到如图9所展示的磁性垫926的塑料围封体928中的可能未来集成，可将钱币放置于回路结构上方的高度处。举例来说，当物件1024放置于感测回路1022的左上角落时，回路感应电压的百分比改变可为大约(例如)负百分之六。当物件1024放置于感测回路1022的中心时，回路感应电压的百分比改变可为大约(例如)负百分之二十二。当物件1024放置朝向感测回路1022的右上角落时，回路感应电压的百分比改变可为大约(例如)负百分之十五。提供此等值以说明当物件1024位于不同位置中时回路感应电压的百分比改变的相对程度，且此等值仅仅为示范性的。
同样地，还可针对用于图10所展示的配置的不同位置提供回路阻抗改变。对于物件1024，测定阻抗改变为实质上归因于其改变电感的改变。举例来说，当物件1024放置于感测回路1022的左上角落时，回路阻抗的百分比改变可为大约(例如)负百分之二。当物件1024放置于感测回路1022的中心时，回路阻抗的百分比改变可为大约(例如)负百分之八。当物件1024放置朝向感测回路1022的右上角落时，回路阻抗的百分比改变可为大约(例如)负百分之五。提供此等值以说明当物件1024位于不同位置中时阻抗的百分比改变的相对程度，且此等值仅仅为示范性的。
尽管展示较高先天敏感度，但感应回路方法可需要对付如由邻近磁性垫、车底结构或导电地面的变化位置(偏移和距离)造成的磁场的显著改变。可需要考虑此等效应。
另一方面，回路阻抗方法展现较低先天敏感度，但也可对其金属和铁磁性环境的改变较不敏感。相对于感应回路方法，如果经由连接引线进行测量，那么其敏感度可稍微降级。取决于回路阵列的大小和阻抗分析器的部位，可能最坏状况引线长度可为1m，此假定阻抗分析器集成到磁性垫926中。
对于两种方法，物件924可在放置于回路922的中心的情况下具有最强影响且在放置于边缘上且特别是放置于角落中时具有最弱影响。然而，应注意，对于“边缘”和“角落”位置，阻抗/感应电压在邻近回路中也可改变，此假定回路阵列。根据各种实施例，可在后处理中采用邻近回路中的同步改变以改进总检测敏感度。
感测回路的形状、定向和包装
图11A、图11B和图11C为根据示范性实施例的用于经配置以检测物件的感测回路的不同示范性配置的图解。使用如图11A所说明(例如，如图11A所展示)的重叠回路1122a和1122b的阵列1122可改进电感性传感器系统的先天敏感度。在此配置中，回路1122a和1122b稍微大于所述阵列的光栅大小。使如图11A所展示的回路重叠会改进最坏状况敏感度，而以最佳状况敏感度为代价(居中于回路的钱币)。重叠会缩减对感测回路阵列1122的敏感度涟波。对于使用印刷电路板的实施例，行和列中的重叠可使用(例如)至少4个铜层。
可通过将回路的尺寸设定成在x方向和y方向两者上同样地稍微大于光栅大小而使先天敏感度变化相等。重叠面积对非重叠面积的比率可在从0.5到2的范围内，其可提供各种益处。
根据各种实施例，代替使用正方形或矩形形状，回路1122a和1122b可为圆形、六边形、三角形。在回路阵列1122中，经致密包装的六边形回路可提供改进型敏感度，其中非重叠结构在实施于印刷电路板中时需要较低数目个铜层。
此外，回路的大小、形状或光栅大小可适应于局域敏感度要求。在具有(例如)磁通量密度的局域变化的表面上，可存在具有热效应的较低可能性而因此具有放宽的敏感度要求的区域/地区。较大回路可放置于此等较不关键区域中，从而对敏感度、布线和电路复杂性进行折衷。
对于回路阻抗测量方法，产生磁通量的例如如图11B所展示的双重回路、三重回路(三叶草)乃至四重回路的其它回路拓扑在受到感测电流驱动时从一个极点区域到另一极点区域成拱形。图11B展示用于双重回路1122c的拓扑，其展示感测电流方向。此等结构可用于优化检测性能，例如，用于主要水平场分量可用于检测金属物件的应用中。
产生经不同定向的磁场的结构的组合(例如，双重回路加单回路)在以90°相位偏移而受到驱动的情况下产生旋转磁性向量场。使用此类圆形或椭圆形偏振场还可在某些应用中导致改进型检测性能。
根据一实施例，通过在实质上平行于磁场线的平面中使用电线回路922，使得实际上零通量传递通过所述回路，可显著地增加回路感应电压方法的先天敏感度。为了将其集成到充电垫926的围封体中，存在如图11C所说明的低剖面螺线管线圈1122，在图11C中，螺线管线圈1122可处于实质上平行于磁场的方向的平面中。
即使小金属物件也可急剧地提升通过回路的通量，这是因为其改变磁场线的方向。在此状况下的回路感应电压的相位通常相对于外部磁场而偏移。如上文已经陈述，此相位偏移取决于物件的电性质和磁性质。导电物件相比于铁磁性物件产生不同相移。
然而，如果磁性垫位移或垫电流改变，那么还可经历增加的通量和相移。谐振电感性能量传送的特征为初级电流与次级电流之间的90度相移。此情形还可造成经感测电压的相移。
根据一些实施例，使用正交回路系统(实质上处于垂直平面中的回路，例如，平面线圈和螺线管)还可增强回路感应电压方法的敏感度。因为金属物件通常可改变其外界中的磁场的方向，所以由正交回路配置感测通量分量可提供额外信息以改进检测器的性能。
此外，使用一对回路(例如，呈双重“D”配置)的感应平衡为实施于金属检测器中的技术，例如，如用于地雷检测。通过连续地执行校准程序而维持平衡。外来物件可稍微改变传递通过两个线圈的通量。一般来说，此改变在两个回路中可不相等，因此暂时使桥接器不平衡。此方法可对磁场可归因于其它因素而改变的情形敏感。
还可基于图8A的回路阻抗而实现电感性平衡或基于使用图8C的两个耦合回路的互阻抗方法而实现电感性平衡。对于后者，回路822c和822d可经定位成使得由初级回路822c产生的通量在次级回路822d中实际上或实质上抵消(零耦合)。当将一物件放置于此等回路822c和822d的敏感区域中时，其使通过次级的通量不平衡，因此急剧地增加耦合。垫的磁性结构还可使系统不平衡。即使在印刷电路板布局中考虑此等效应，解决方案也可对制造容许度极其敏感。
为了在感测回路中的短路的不太可能事件中避免PWB的过度加热和连续损坏，可使回路熔断。可根据设计而使用细电线或细PWB迹线来实现熔断，或如果通过在经界定部位处将尖顶插入于PWB迹线中而不准许电阻增加，那么可实现熔断。
用于增强磁场感测的方法
图12为根据示范性实施例的经配置以基于磁场感测而检测物件的示范性电路1200的功能框图。此章节描述用于增强基于感测如由磁性结构(例如，遍及预定区域的充电垫926)产生的磁场(通量密度)的金属物件检测器的性能的实施例。充电垫926可对应于如上文参看图1到图3所描述的充电系统。电路1200可包括若干感测回路1222a、1222b、1222c和1222d(在下文中被集体地称作感测回路1222)。感测回路1222可形成覆盖金属物件可被检测的待保护区域的经致密包装回路阵列的部分。如上文所描述，可通过测量感应到感测回路1222中的电压而实现物件924的检测。电路1200包括检测电路1230，检测电路1230经由多路复用器1228而选择性地耦合到感测回路1222中的每一者。检测电路1230包括磁场测量单元1234，磁场测量单元1234经配置以测量感测回路1222中的每一者的磁场强度。感测回路的测定值Bk提供到包括比较器1236和决定器1238的评估单元1232。比较器接收测定磁场值Bk且比较值Bk与参考磁场值Bref,k。参考磁场值可对应于在不存在任何待检测物件的情况下用于感测回路1222a的磁场的预期值。基于比较器1236的输出，决定器1238经配置以确定是否存在物件。举例来说，决定器1238可确定测定值Bk与参考值之间的差大于阈值且作为响应而输出物件被检测的信号。决定器1238可基于可影响结果以使其增加的已知操作特性而进一步补偿比较器的输出。
或者，关于图12中的电路，可使用霍耳效应传感器的阵列或基于巨磁电阻(GMR)效应或适合于感测磁场的任何其它方法的传感器。
还可有用的是分离地感测磁场向量的x分量、y分量和z分量中的至少一者。
根据图12的电路的实施例可在如下使用状况下有用：其中在基座垫表面上存在经受(例如)归因于可处于不同垂直和水平位置(不同对准偏移)的车辆拾取垫和金属车底结构的存在的暂时改变(扰动、失真)的磁场。评估可基于最小均方误差准则且可实施到检测器的评估单元1232中。还可使用运用其它误差度量和反复程序的其它更复杂方法，例如，RANSAC(随机样本一致方法)。
可如下制订用于检测物件的示范性程序：
寻找摘录对如存在于磁性充电垫的表面上的磁场型样的很小影响(失真、扰动、干扰)的小金属物件。此场型样可展现归因于非均质磁性结构(钱币、铁氧体)的流量密度的强变化，和归因于车辆垫和金属车底结构的不同位置的额外暂时变化(失真)。举例来说，可存在显著场失真和来自垫对准偏移的其它影响。
然而，相比于归因于对准偏移的场失真，由小金属物件(例如，钱币，特别是在以四个邻近回路的次序进行放置的情况下，其中每回路的先天敏感度较低)施加的对垫926的表面上的磁场的影响可较小。在此类状况下，对磁通量密度型样的影响可较小。
然而，可通过从在存在物件的情况下测量的场型样减去如在不存在物件924的情况下测量的场型样(参考场型样)而使物件924的影响可见。
在一些状况下，在必须在相对于参考型样失真的磁场型样中检测物件924的情况下可能较困难。作为校准工序的部分，可在零偏移条件下且在经界定气隙距离处采取参考型样且将参考型样存储于系统中。然而，可必须在如在现实使用状况下引起的不同条件下检测物件。在一些状况下，计算差异场型样的方法可归因于误差而不足够，所述误差归因于在偏移条件下的场失真可远大于物件的影响，从而需要更复杂方法。
因而，根据一实施例，改进型检测方法可基于最小均方途径，如下：
定义：
Bref(xi，yj)：参考通量密度值(在x和y方向上延伸的参考场型样)，例如，如存储于外来物件检测系统中且在工厂生产时在预定条件下通过校准而获得
如在现实情境中(例如，在存在偏移和不同气隙距离的情况下)测量的实际流量密度值(失真场型样)
γ(xi，yj;a1，a2，…，aL)：补偿实际场型样中的失真效应的具有多个参数的校正函数。在最简单状况下，此函数可为z偏移以及x斜率和y斜率可由参数a1,a2,a3修改的平面。
所述方法可包括在将校正函数施加到实际测定场值且减去参考通量密度值之后引起的差异场值的均方误差
另外，一方法可包括确定用于参数集a1,a2,…,aL的最佳值，其最小化均方误差
所述方法进一步包括将具有最佳参数的校正函数施加到测定场型样且对所得LMS差异型样执行物件检测
以下决策规则可适用：
·假设“物件存在”(如果至少一差异通量密度值超过预定阈值)。
·假设：“无物件”(其它情况)。
可通过使用参考型样集合代替单一参考型样Bref(xi，yj)而显著地改进此方法。可已在不同偏移和气隙条件下获得此等参考型样作为在工厂中执行的校准工序的部分。选择引起最小均方误差的参考型样以计算差异场型样。
最小均方方法在存在大金属物件的情况下可不以预期方式执行。因为可容易地辨识此类大物件，所以可有条件地使用或相应地调适最小均方方法。
用于增强回路阻抗感测方法的替代概念
本文进一步描述改进性能和/或缩减以回路阻抗为基础的金属物件检测器的布线和电路复杂性的若干方法和实施例。此等方法和实施例尤其为：
·使用谐振回路阵列且测量其谐振频率以感测金属物件
·使用弱耦合谐振回路，例如，使用电感或电容耦合。
·使用电感或电容耦合谐振回路的正则结构，从而形成充当信号传播媒体的耦合谐振器滤波器
谐振回路和测量其谐振频率
图13为根据示范性实施例的经配置以基于感测回路阻抗测量而检测物件的示范性电路1300的功能框图。电路1300可包括若干感测回路1322a、1322b、1322c和1322d(在下文中被集体地称作感测回路1322)。感测回路1322可形成覆盖金属物件可被检测的待保护区域的经致密包装电线回路阵列的部分。电路1300包括检测电路1330，检测电路1330经由多路复用器1328而选择性地耦合到感测回路1322中的每一者。检测电路1330包括阻抗测量单元1334。针对由多路复用器1328选择的每一回路1322经由阻抗测量单元1334而循序地且周期性地测量多路复用器端口处的阻抗Zk。感测回路的测定值Bk提供到包括比较器1336和决定器1338的评估单元1332。基于通过从测定阻抗值Z^k(针对k=1..N)减去参考阻抗值Zref,k所得的差异阻抗(如由比较器1336所展示)而检测物件924。决定器单元1338从比较器1336接收输入且确定是否检测物件。举例来说，测定值与参考值之间的差是否超过阈值，且可并入如上文(例如)关于最小均方方法所描述的功能性中任一者。
图14A为根据一实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件924的示范性电路1400A的功能框图。电路1400A可经配置以基于测量回路阻抗以确定谐振频率而检测物件924。电路1400A包括感测回路1422A-a和1422A-b。所述感测回路可具有电感L。如本文所使用，感测回路1422A-a可被称作感测电路或被配置为感测电路。感测回路1422A-a和1422A-b经由耦合电路1426A而耦合到检测电路1430A。耦合电路1426A以及感测回路1422A-a和1422A-b的某一组合形成谐振电路。举例来说，在一实施例中，感测回路1422A-a和1422A-b包括电抗组件(例如，电容器)以形成经配置以在特定频率下谐振的谐振电路。在另一实施例中，耦合电路1426A包括电耦合到感测回路1422A-a和1422A-b中的每一者以形成经配置以在特定频率下谐振的谐振电路的电抗组件。可使用串联调谐或并联调谐。下文描述用于谐振电路的配置的示范性实施例。在一些实施例中，至少由每一感测回路1422A-a和1422A-b形成的谐振电路的频率可相同，而在一些实施例中，其可不同。耦合电路1426A可包括多路复用器以将感测回路1422A-a和1422A-b中的每一者选择性地耦合到检测电路1430A。耦合电路1426经配置以缩减由检测电路1430A在不存在物件的情况下造成的感测回路1422A-a和1422A-b的谐振频率的变化。
检测电路1430A经配置以基于每一感测回路1422a和1422b相对于(例如)存储于作为系统的部分的242查找表中的参考/校准值的改变而检测物件。举例来说，检测电路1430A可经配置以测量分别取决于感测回路1422A-a和1422A-b的第一谐振频率和第二谐振频率的第一特性和第二特性。检测电路1430A经配置以响应于检测第一测定特性与取决于第一谐振频率的对应特性之间的差或第二特性与取决于第二谐振频率的对应特性之间的差而检测物件的存在。所述特性可为测定谐振频率、质量因数，或供确定感测回路1422A-a正在谐振的频率的其它特性。此外，使用多个感测回路1422A-a和1422A-b可允许检测电路检测物件924相对于感测回路1422A-a和1422A-b中的至少一者的位置。感测回路1422A-a和1422A-b可为以平面形式而配置以覆盖(例如)待保护的无线充电垫926的区域的经致密包装感测回路阵列的部分。包括感测回路1422A-a和1422A-b的感测回路中的每一者可选择性地耦合到检测电路1430A且允许确定预定空间中的待检测物件924的位置信息。
图14B为根据一实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件924的示范性电路1400B的功能框图。电路1400B包括感测回路1422B-a和1422B-b。所述感测回路可具有电感L。相比于图14A，感测回路1422B-a和1422B-b包括例如电容器C1和C2的电抗组件，使得每一感测回路1422B-a和1422B-b形成谐振电路。可使用串联调谐或并联调谐。感测回路1422B-a和1422B-b经由耦合电路1426B而耦合到检测电路1430B。根据图14B所展示的实施例，耦合电路1426B可不形成谐振电路的部分。在一些实施例中，至少由每一感测回路1422B-a和1422B-b形成的谐振电路的频率可相同，而在一些实施例中，其可不同。耦合电路1426B经配置以缩减由检测电路1430B在不存在物件的情况下造成的感测回路1422B-a和1422B-b的谐振频率的变化。检测电路1430B可与图14A的检测电路1430A相似地起作用。
为了测量回路阻抗且特别是测量谐振频率，可使用显著高于用于以无线方式传送电力的交变磁场的频率的频率，优选地在兆赫兹范围内。然而，如果对电介质物件的敏感度必须保持低，那么感测频率可不过高，例如，<20MHz。
图15为根据一示范性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件924的示范性电路1500的另一功能框图。所述电路包括可为感测回路阵列的部分的感测回路1522a、1522b、1522c和1522d(在下文中被集体地称作感测回路1522)。在一些实施例中，感测回路1522可实质上经配置以遍及待保护的预定区域而界定共同平面。感测回路1522经由多路复用器1528而耦合到检测电路1530，多路复用器1528经配置以将感测回路1522中的每一者选择性地耦合到包括谐振频率测量单元1534和评估单元1532的检测电路1530。谐振频率测量单元1534包括电容器C，使得耦合到谐振频率测量单元1534的感测回路1522a形成经配置以在特定谐振频率下谐振的谐振电路。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包括多路复用器1528，和包括由所有感测回路1522共享以形成每一谐振电路的电容器C的谐振频率测量单元1534。谐振频率测量单元1534包括振荡器1546，振荡器1546经配置以遍及频率范围而驱动耦合感测回路1522a以使感测回路1522a在特定频率下谐振。谐振频率测量单元1534进一步包括相位比较器1548，相位比较器1548经配置以检测测定电压与电流之间的相位(例如，相位函数的零交叉)。另外，还可包括增益/滤波器1550。
谐振频率测量单元1534的输出可对应于感测回路1522a的测定谐振频率，其提供到检测电路1530的评估单元1532。评估单元1532包括比较器1536，比较器1536经配置以比较用于感测回路1522a的经接收测定谐振频率值与参考频率值。比较器1536的输出提供到决定器1538，决定器1538经配置以至少部分地基于测定值与参考值之间的差而确定是否检测物件924。组合来自多个回路1522的信息可允许确定关于待检测物件924的位置信息。另外，如下文进一步所描述，评估单元1532可接收感测温度输入以补偿可归因于除了外来物件以外的条件而影响测定谐振频率的操作条件。
在一些方面中，如参看图14和图15且下文(例如，图16)进一步所描述的谐振回路方法可提供各种益处，至少包括：
·测量谐振频率相比于测量阻抗或电感可更简单且更准确。检测电路1430或1530可具有较少组件且在一些方面中限于使用振荡器和检测测定电压与电流之间的相位(例如，相位函数的零交叉)的相位比较器。
·还可已经提供电容器以抑制由如存在于垫的表面上的用于无线电力传送的强交变磁场感应的电压及其谐波噪声。因而，添加电容器不会增加额外复杂性。谐振可充当感测信号预调节(噪声缩减)滤波器，其在回路1522a由金属物件去谐的情况下还相应地移动。
·电容器的任何温度漂移或老化可对所有谐振频率有共同效应，因此可在评估单元中予以容易地估计和校正(参见以下章节)。
图16为根据一示范性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量而检测物件的示范性电路1600的又一功能框图。感测回路1622a、1622b、1622c和1622d中的每一者电耦合到谐振电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包括电容器CN。因而，每一谐振电路包括耦合电路1426A的电容器CN和对应感测回路1622a。电容器CN经配置以缩减由多路复用器1628和检测电路1630的另外电路造成的谐振频率的变化。举例来说，每一电容器C1、C2、Ck和CN经配置为经配置以衰减低于谐振频率的频率(例如，衰减对应于用于无线电力传送的场的频率的频率)的低通滤波器。电容器进一步提供包括多路复用器1628和感测回路的检测电路1630的组件之间的隔离。图16所展示的另外组件相似于上文参看图15所描述的组件。应注意，参看图15和图16的检测电路1530和1630以及如下文所描述的其它检测电路，检测电路1530和1630可经配置以测量取决于或依据包括感测回路的谐振电路中的每一者的谐振频率的特性。举例来说，除了测量每一谐振电路谐振的频率以外，还可测量Q因数或其它特性且比较Q因数或其它特性与原生谐振电路(即，未由外部项目改变)的经存储对应Q因数或其它对应特性以确定物件的存在。
在一些方面中，图16所展示的实施例可提供额外益处。举例来说，每一回路1622的电容可在多路复用之前移除如由垫的表面上的强磁场诱发的低频分量，因此放宽对优选地使用半导体(FET)型开关的模拟前端电路系统的要求。应了解，由于可达到几伏特的所诱发的低频，可在模拟多路复用器1628中发生非线性失真效应。此情形针对提供较高先天检测敏感度而又提供较高感应电压的多匝线圈特别成立。每一电容器可缩减可由多路复用器1628造成的谐振频率的变化。
在一方面中，回路的谐振频率的温度漂移可不相等且针对每一感测回路是特定的，因此更难以在评估单元中进行评价和补偿。在使用具有高温度稳定性的电容器(例如，NP0型)的情况下，可最小化温度漂移且温度漂移很大程度上缩减到感测回路的温度漂移。
参看图15(且另外适用于图16)，用于测量谐振频率的高频振荡器1546可为数值控制振荡器(NCO)。可需要额外信号1550放大器以在回路中产生足够感测电流且将其作为缓冲器以提供低阻抗输出(类电压源输出)。低阻抗输出可有利于保留感测回路电路的Q因数且因此保留在谐振下的相位函数的斜率(参见下文)。
分别使用至少一电压传感器1544和至少一电流传感器1542以提供输入以分析如在谐振频率测量单元1534的输入端口处所看见的感测回路1522a的阻抗或相位函数。
在一实施例中，相位比较器1548可(例如)通过将感测信号混合到窄频低中频(IF)放大器且在IF下执行相位比较而实施外差式接收器途径。可选择此途径以增加信噪比且因此增加测量准确度。
谐振频率搜索可由使用振荡器1546的扫掠频率产生器执行，例如，在稍微低于所关注感测回路的预期谐振频率的频率下开始且在差异相位达到预定值时停止扫掠。为了加快检测程序且最小化响应时间(特别是在大传感器阵列的状况下)，可从如用于评估单元1532中的参考值导出开始频率，从而最小化扫掠范围，因此最小化每回路的感测时间。
代替扫掠频率产生器，可使用脉冲产生器(未图示)或任何其它伪随机噪声产生器来分析阻抗函数且测量谐振频率。可使用例如傅立叶变换技术(DFT、FFT、算法)等频谱分析技术和在数值域中操作的相似技术。此等技术可需要使用适当模/数转换器来取样和数字化感测信号(电压和电流)。
为了抑制如可能由能量传送系统产生的感测回路诱发性瞬间噪声，可在低频切换瞬间之间的时间间隔内执行扫掠或脉动。此方法可有效地缩减噪声，而无需额外滤波要求。
可通过将温度传感器(未图示)添加于不同地点处(例如，添加于充电垫(在回路传感器阵列下方)中和阻抗测量单元中)以便增加对周围温度改变的稳定性而增强如参看图13到图16和本文进一步所描述的实施例。应注意，环境要求(例如，-30℃到+80℃)可应用于集成到户外充电垫中的金属物件检测解决方案。可使用如从不同传感器测量的温度以使用温度模型来预补偿测定阻抗或谐振频率值。或者或另外，可使用在经界定温度范围内适用的不同经存储参考值。作为在不同垫处和周围温度电平下的校准工序的部分，可已在制造期间产生此等参考型样。
可使用概念上相似于上文所描述的最小均方方法的方法以补偿(例如)归因于温度漂移和电路老化的测定阻抗型样的“全域”改变(参见以下章节)。
另外，可使用型样辨识方法和人工智能以增强检测性能且缩减假警报机率，如下文进一步所描述。
谐振回路和另外测量其Q因数
可通过另外测量感测回路1522a的Q因数而进一步增强上文参看描述基于谐振频率测量的检测的图14到图16所描述的实施例。在串联调谐回路的状况下，谐振频率和Q因数表示阻抗函数Z(f)的复合“零”，其可被表达为
p＝-σz±jωz
其中σp和ωp分别表示阻尼系数和谐振频率。
阻尼系数与Q因数有关，如下：
测量ωz和σz两者可提供可用于增加检测机率且缩减假警报机率的额外信息。
存在用以使用如已经在以上章节中所提及的频域和/或时域分析技术来测量Q因数的许多方式。测量相位的斜率或测量在谐振下的电阻可为实例。
弱耦合谐振回路
如上文所指示，在一些方面中，感测回路引线和模拟多路复用器可摘录对回路阻抗方法的先天敏感度的负面影响。此情形可针对具有3到5匝的小回路(例如，30×30mm)和(例如)高于0.5m的引线长度特别成立。应注意，回路可由极细铜线/迹线制成以避免在暴露于用于无线电力传送的强磁场时的实质涡电流损耗，所述损耗可关于先天敏感度而不利。
回路阻抗方法的准确度与阻抗函数中的相位的斜率有关，相位的斜率又与回路的Q因数有关。用以将回路连接到中央阻抗测量单元的长引线可减低Q因数且因此在其添加电阻时减低相位的斜率。引线还可增加显著电感。因为物件通常仅改变回路电感，所以总阻抗的相对改变可随着引线长度增加而变得越来愈小。此外，感测电路的温度和老化稳定性针对长引线长度可恶化。
使温度稳定性降级且因此使传感器的准确度和可靠性降级的相似减损可归因于模拟多路复用器增加开关电容和显著电阻。
因此，如上文所描述的回路阻抗方法和相关回路谐振频率方法可需要将模拟多路复用器和阻抗测量单元定位成尽可能地接近于回路阵列，此意味着主动式电路可必须集成到充电垫926中。此情形可导致在考虑恶劣环境、地面嵌入和基础结构设备所需要的MTBF时有挑战的设计问题。然而，如上文所指示，在一些实施方案中，电容器(例如，如参看图16所展示)可作为耦合电路而足以缩减由检测电路系统和多路复用器造成的谐振频率的变化。
在感测频率下诱发到感测回路中的谐波噪声通常还可减损传感器的准确度。
根据另外实施例，可通过使用如上文参看图14A所描述的耦合电路或网络而补救此等缺陷中至少一些。耦合电路1426经配置以缩减由包括任何引线的检测电路造成的至少由感测回路形成的谐振电路的谐振频率的变化。对于一实例，根据一实施例，可使用弱耦合谐振回路阵列。弱耦合通常可指代以如下方式将感测回路耦合到检测电路：检测电路或从检测电路到感测回路的任何引线缩减对感测回路的谐振频率和/或其它电特性的影响，或缩减变更感测回路的谐振频率和/或其它电特性。在此方法中，回路可为电感耦合(例如，使用耦合回路)，或电容耦合(例如，使用电容性分压器)。图17A、图17B和图17C为根据示范性实施例的示范性弱耦合谐振感测回路配置的图解。图17A展示电感耦合到耦合回路1726a的谐振感测回路1722a。耦合回路1726形成如参看图14A所描述的耦合电路1426的至少一部分。耦合回路1726接着耦合到检测电路，如下文将进一步所描述。图17B展示使用电容性分压器而电容耦合的谐振感测回路1722b。图17C展示感测回路1722c，感测回路1722c自谐振(例如，感测回路1722c的固有电容用以提供处于相异频率的谐振)且电感耦合到耦合回路1726c。
电感耦合主要可允许如图17C所说明的自谐振回路不具有或仅具有很小额外电容，此情形可显著地简化回路阵列且缩减生产成本。此处，绕组电容用以产生需要高L-C比率设计或较高频率(例如，>20MHz)的谐振。自谐振回路可不再很大程度上为磁性。其可产生显著E场，从而使传感器对电介质物件敏感，此情形在一些状况下可不良。
弱耦合可有效地缩减来自连接引线和多路复用器的对谐振频率和Q因数的影响，因此增加温度和老化稳定性。
在一些方面中，基于弱耦合的实施例可提供各种益处。谐振频率和Q因数可主要取决于感测回路的电感L、损耗电阻R和调谐电容器C。因此，如由外来物件产生的小改变可变得完全地有效且不再受到引线和模拟多路复用器电路系统的寄生元件损害。在谐振下如由阻抗分析器看见的相位函数的斜率可单独地为谐振回路的斜率，因此陡得多。在存在噪声的情况下的测量的准确度可能会显著地改进(只要所述噪声比较小)，使得可在测定阻抗函数中可靠地识别谐振。
在经致密包装回路阵列中，感测回路的谐振频率可受到其直接邻居影响。如果相邻回路在相等或相似频率下谐振，那么此类谐振去谐乃至谐振分裂效应可特别明显。然而，此等效应可不显著地影响此方法的敏感度。可有用的是有意地使邻近回路的谐振频率偏移，如下文将进一步所描述。可遵循频率再使用型样而指派谐振频率。
可根据设计而将回路调谐到所要谐振频率，例如，通过适当地选择匝计数、绕组长度且从标准值系列(例如，E系列)选择电容器。
在印刷电路板(PCB)实施方案中，电容器可嵌入到PCB的环氧树脂中或装配于小凹座中，使得其未突起且受到良好保护。
可使用如下文针对电感耦合的状况所展示的等效电路来解释弱耦合的效应。图18A和图18B为根据一示范性实施例的示范性电感耦合谐振感测回路1822a的等效电路1800a和1800b的示意图。电路1800a包含具有引线电感Lc、耦合回路/电线损耗电阻Rc的耦合回路1826a(例如，其可形成耦合电路1426A的部分)。电容器Cc用来抑制低频磁场感应电压。然而，在感测频率下，耦合回路1826a可被认为非谐振。实际感测回路1822a由回路电感L、损耗电阻R和调谐电容器C构成。
通过将顶部处的电路1800a缩减到耦合回路1826中而获得图18B的电路1800b。此处，电路1800b被展示为经变换并联调谐L-C拓扑(L'、C'、R')，从而在遍及谐振而扫掠频率时产生阻抗Z的明显且快速的改变。从等效电路1800b，谐振和在谐振下的相位斜率主要由感测回路的元件确定。其很大程度上对耦合回路和引线长度的参数不敏感。
图19为根据一示范性实施例的经配置以使用检测电路1930与感测电路1922之间的耦合电路1926来检测物件的示范性电路1900的功能框图。电路1900可包括感测电路1922，感测电路1922具有感测回路和电容器C2(或在自谐振的情况下具有固有电容)，以便在相异频率下谐振(即，电容器C2和感测回路实质上确定谐振频率)。电路1900进一步包括检测电路1930，检测电路1930经配置以测量取决于感测电路1922的当前谐振频率的特性且经配置以响应于检测测定特性与取决于谐振频率的对应参考特性之间的差而检测物件的存在。作为一实例，检测电路1930可具有如上文关于图15的检测电路1530所描述的组件中的一或多者且可使用本文所描述的用于基于谐振频率测量而检测物件的方法和/或技术中任一者。此外，电路1900包括耦合电路1926，耦合电路1926经配置以缩减由检测电路1930造成的感测电路1922的谐振频率的变化。举例来说，在一实施例中，耦合电路1926可提供感测电路1922与检测电路1930之间的弱耦合。在图19的实施例中，电容器C2(或自电容)和感测回路单独地形成可不包括耦合电路1926的谐振感测电路1922。
图20为根据一示范性实施例的如图19所展示的电路2000的功能框图，其中检测电路2030经由耦合回路2026而与感测电路2022进行电感耦合。因而，图19的耦合电路1926可包括耦合回路2026，耦合回路2026视情况具有导电地连接到检测电路2030的电容C1且电感耦合到包括感测回路和电容C2的感测电路2022。换句话说，感测电路2022与检测电路2030电流性地隔离。耦合回路2026的操作可缩减由检测电路2030(包括从检测电路2030到耦合回路2026的任何引线)造成的感测电路2022的谐振频率的变化。
图21为根据一示范性实施例的如图19所展示的电路2100的功能框图，其中检测电路2130与感测电路2122进行电容耦合。电路2100包括电容性分压器，电容性分压器包括在感测电路2122之间以形成耦合电路2126的电容器C1和C2。可提供电容器C1与C2的大小差，使得感测电路2122(包括感测回路)的谐振频率主要由较小电容器界定。电容器分压器缩减由检测电路2130或从检测电路2130到感测电路2122的任何引线造成的感测电路2122的谐振频率的变化。
使用如上文所描述的弱耦合的实施例主要可允许长得多的引线长度。此情形可实现如下实施例：其中在充电垫926中具有完全被动式传感器电路，且其中主动式电路(外来物件检测电子件，例如，如上文所描述的检测电路)集成到远程定位单元(例如，充电电力供应单元202(图2))中。
根据一实施例，以下方法可由检测电路1930使用和实施以用于测量在阻抗分析器单元的输入(测量端口)处的第k感测回路的谐振频率。然而，如上文所提及，另外可测量取决于谐振频率的其它特性。
1.遍及足够大频率范围而测量复合阻抗函数Zk(f)
2.通过分析复合阻抗函数而估计耦合回路/引线阻抗
3.从测定阻抗函数Zk(f)减去经估计耦合回路/引线阻抗函数Z^c,k(f)。
4.在所得差异阻抗函数ΔZk(f)=Zk(f)-Z^c,k(f)中识别感测回路1922的谐振
5.测量相位函数arg{ΔZk(f)}的对应零交叉或阻抗函数Im{ΔZk(f)}的虚数部分的频率，和/或测量在回路的谐振下产生的差异阻抗函数Re{ΔZk(f)}的实数部分的局域最大值的频率。
如上文已经描述，被定义为复合极点频率的实数部分的Q因数或阻尼系数
p＝-σp±jωp
可另外被测量以基于弱耦合途径而增强金属物件检测。
必须提供的模拟开关的布线复杂性和高数目为使用大数目个感测回路的电感性感测的另一主要问题。因此，缩减布线和电路复杂性的方法是理想的。此情形可在以在垫中具有纯粹被动式传感器网络且具有远程定位检测电路的解决方案为目标的情况下特别成立。
事实上，弱耦合途径可具有通过将相邻回路组合到群组(丛集)而显著地缩减布线和电路复杂性的可能性，每一群组关联于单一/共同耦合网络。
被称为多个耦合谐振回路的此新配置通常可损害耦合，但仍可提供足够耦合以明确地且准确地个别地确定若干回路中的每一者的谐振频率。
图22为根据一实施例的经配置以使用检测电路2230与多个感测回路之间的耦合电路来检测物件的示范性电路2200的功能框图。电路2200包括若干耦合网络(例如，如上文参看图19和图20所描述的耦合电路)，每一耦合网络包括耦合回路2226a、2226b、2226c和2226d。耦合回路2226a、2226b、2226c和2226d中的每一者电感耦合到多个感测电路，每一感测电路具有感测回路和电容(例如，自电容或附加电容器)。举例来说，耦合回路2226a可形成包括多个感测电路的耦合网络，多个感测电路包括感测电路2222a1和2222aN(在下文中被集体地称作2222)。耦合回路2226a、2226b、2226c和2226d耦合到多路复用器2228，使得耦合网络中的每一者选择性地耦合到检测电路2230，检测电路2230经配置以测量耦合到特定耦合回路2226a的每一感测电路2222的谐振频率。耦合回路2226a、2226b、2226c和2226d各自经配置以缩减由检测电路2230造成的每一感测电路2222的谐振频率的变化。检测电路2230包括用于测量谐振频率的阻抗分析器单元2234，和用于比较测定值与参考值且用以确定关于经由感测电路2222而感测的物件的信息的评估单元2232。感测电路2222可在经配置以检测放置于经配置有感测电路2222的平面的表面上的物件的平面中形成经致密包装的多维回路阵列。如上文所提及，检测电路2230可测量依据感测电路2222中的每一者的谐振频率的其它特性。
根据图22所展示的实施例，多个感测回路因此组合到关联于单一/共同耦合网络的群组。此外，感测回路2222调谐到不同谐振频率，从而形成阻抗，一个端口网络具有相异极点和零点，所述极点和零点的相关极点和/或零点频率在操作条件下是可区分的且可测量的。
如由此类网络引起的极点和零点可为每一电感性和电容性元件的高度复合函数，其在可在经致密包装阵列中的相邻回路之间发生交叉耦合效应(互感)时包括所述所有交叉耦合效应(互感)。放置于此类回路阵列的顶部上的金属物件通常改变一些极点和零点，其可使用适当方法(例如，比较测定极点和零点与参考模板)予以检测。应了解，虽然图22展示感测电路2222经由耦合回路2226a到2226d而电感耦合到检测电路，但根据另一实施例，感测电路2222可基于图21所展示的概念而电容耦合。
如上文所描述，在一实施例中，感测电路2222中的每一者可经固有地配置成在不存在任何物件的情况下具有不同谐振频率。图23为根据一示范性实施例的经配置以使用经配置成具有不同谐振频率的多个感测电路2322a和2322b(各自具有一感测回路)来检测物件的示范性电路2300的功能框图。电路2300包括具有电容C1的感测电路2322a和具有可不同于C1的电容C2的感测电路2322b。因此，每一感测电路2322a和2322b可原生地具有供感测回路2322a和2322b谐振的特定频率。电路2300包括检测电路2330，检测电路2330经配置以测量依据感测电路2322a和2322b中的每一者的谐振频率的特性以确定物件的存在或不存在。检测电路2330可实施和/或包括如上文(例如)参看图13到图22所描述的技术和组件中的一或多者。电路2300包括耦合于检测电路2330与感测电路2322a和2322b之间的耦合电路2326。在一些实施例中，耦合电路2326经配置以缩减由包括任何引线的检测电路2330造成的感测电路2322a和2322b的谐振频率的变化。通过使用多个感测电路2322a和2322b，检测系统的敏感度可增加，使得检测电路2330经配置以相对于感测电路2322a和2322b的位置来测量物件的位置，使得所述系统可检测所述系统内的物件的位置。
使用具有不同谐振频率的感测电路2322a和2322b可允许改进敏感度且缩减复杂性。举例来说，图24为根据一示范性实施例的如图23所展示的电路2400的功能框图，其中检测电路2430电感耦合到具有不同谐振频率的感测电路2422a和2422b。检测电路2430可经配置以测量在驱动耦合回路2426时感测电路2422a和2422b两者的当前谐振频率。此情形可允许缩减复杂性且改进敏感度，这是因为可经由驱动单一耦合回路2426而测量(例如)大数目个感测电路2422a和2422b的谐振频率。
不管耦合类型如何，耦合网络均可经配置以提供与群组的每一回路的最佳且相似的耦合。
在一实施例中，群组的每一回路2222可为在轮廓/周边线上具有至少一侧/边缘的该群组的外部轮廓/周边的部分。所述群组可由基本上沿着该群组的轮廓/周边的耦合回路涵盖。如下图所展示的回路的单列或双重列是可能的配置。对于在轮廓/周边线上具有一个以上边缘/侧的那些回路，可有意地缩减耦合。可通过裁切耦合回路的角落而实现此缩减。
图25A、图25B、图25C、图25D、图25E和图25F为根据一示范性实施例的电感或电容耦合到检测电路的示范性配置感测回路阵列的图解。对于一实例，可从如图25A所展示的单一回路耦合导出感测回路阵列的实施例。图25A包括电感耦合到包括感测回路2522a1和2522a2的多维感测回路阵列的耦合回路2526a。图25B展示耦合回路2526b电感耦合到包括感测回路2522b1和感测回路2522b2的单感测回路的列的另一配置。图25C展示电感耦合到包括感测回路2522c1和感测回路2522c2的感测回路的行的耦合回路2526的另一实施例。图25C所描绘的配置还可将实质上相等耦合因数提供到每一感测回路2522c1和2522c2。回路的线性行、曲折形或蜿蜒蛇形配置可连接到一群组。
其它配置(例如，回路的三重行，其中耦合回路不近接于所有感测回路)展示与中心的回路的较弱耦合。在一方面中，如果回路阵列集成到磁性垫的围封体中而另外衰减耦合回路的中心的磁场，那么可使用此技术。
多个电感耦合谐振回路的概念可扩展到包含群组和子群组的阶层式(串接式)结构。群组可通过操作地耦合到耦合回路的多个谐振回路而形成。此群组的谐振回路又可充当属于子群组(较低阶层层级)的谐振回路的耦合回路，等等。
或者，多个回路2522d1和2522d2可使用如图25D所展示的电容性分压器而电容性地耦合到单一馈入线2526d。图25D所展示的所得拓扑可被认为是多个电感耦合谐振回路的电双拓扑。图25D中的每一感测回路2522d1和2522d2分别与电容器2525d1和2525d2串联地耦合，以形成谐振电路(即，其被串联地调谐)。感测回路2522d1和电容器2525d1实质上确定谐振频率。为所有感测回路2522d1和2522d2所共有的耦合电容器2527d与谐振电容器2525d1和2525d2并联地耦合，以形成电容性分压器。在一方面中，耦合电容器2527d为“较大”电容器，而谐振电容器2525d1和2525d2中的每一者为“较小”电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包括耦合电容器2527d，而每一感测电路可包括串联调谐感测回路2522d1与谐振电容器2525d1。
图25E为根据一实施例的使用电容性分压器以提供弱耦合的另一拓扑。在此状况下，每一感测回路2522e1和2522e2分别使用谐振电容器2525e1和2525e2被并联地调谐。感测回路2522e1和谐振电容器2525e1实质上确定谐振频率。为所有感测回路2522e1和2522e2所共有的耦合电容器2527e与谐振电容器2525e1和2525e2串联地耦合。在一方面中，耦合电容器2527e为“较大”电容器，而谐振电容器2525e1和2525e2中的每一者为“较小”电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包括耦合电容器2527e，而每一感测电路可包括并联调谐感测回路2522e1与谐振电容器2525e1。
图25F为根据一实施例的使用电容性分压器以提供弱耦合的另一拓扑。在此状况下，每一感测回路2522f1和2522f2分别使用谐振电容器2525f1和2525f2被并联地调谐。感测回路2522f1和谐振电容器2525f2实质上确定谐振频率。针对每一感测回路2522f1和2522f2包括耦合电容器2527f1和2527f2，使得每一耦合电容器2527f1和2527f2分别与谐振电容器2525f1和2525f2并联地连接。在一方面中，每一耦合电容器2527f1和2527f2为“较大”电容器，而谐振电容器2525f1和2525f2中的每一者为“较小”电容器。应注意，参看图14A，可存在多个耦合电路，每一耦合电路包括耦合电容器2527f1和2527f2，而每一感测电路可包括并联调谐感测回路2522e1与谐振电容器2525e1。
其它者(例如，混合耦合拓扑)也是可能的。
图26A、图26B、图26C、图26D、图26E和图26F为根据一示范性实施例的电感和电容耦合谐振回路阵列的示范性等效电路2600a和2600b的示意图。电路2600a包括耦合回路2626a，耦合回路2626a包括低频抑制电容器Cc、耦合回路的/引线的电感Lc和损耗电阻Rc。电路2600a包括多个感测回路2622a1和2622a2，所述感测回路包括L、C、R元件以及耦合回路与每一谐振回路之间的互感(耦合系数)。其它可能交叉耦合被忽视。
如上文已经描述，谐振电路2622a1和2622a2可缩减到初级侧(耦合回路)，从而引起可大致如图26B所展示而表示的等效电路2600b。此处，再次，每一谐振回路2622a1和2622a2呈现为响应在阻抗函数Z(f)中可见的并联谐振电路。
图26C为图25D所展示的感测回路配置的等效示意图。如所展示，包含电感2522c1和电容2525c1的每一感测电路被串联地调谐，且所有感测电路均并联地耦合到共同耦合电容器2527c。图26D为图25E所展示的感测回路配置的等效示意图，其中包含电感2522d1和电容2525d1的每一感测电路被并联地调谐，且每一感测电路与共同耦合电容器2527d串联地耦合。图26E为图25F所展示的感测回路配置的等效示意图，其中包含电感2522e1和电容2525e1的每一感测电路被并联地调谐且并联地耦合到每一耦合电容器2527e1和2527e2。此外，图26F为另一感测回路配置的等效示意图，其中包含电感2522f1和2522f2以及电容2525f1和2525f2的每一感测电路被串联地调谐且串联地耦合到每一耦合电容器2527f1和2527f2。应注意，在上述拓扑中任一者中，可使用具有固有谐振电容的自谐振回路，或可添加附加谐振电容器。
根据一实施例，检测电路可实施用于测量在阻抗分析器单元2234(图22)的输入(测量端口)处的电感耦合谐振感测回路的第k阵列/群组的谐振频率的以下方法。然而，如上文所提及，另外可测量取决于谐振频率的其它特性。
1.遍及足够大频率范围而测量复合阻抗函数Zk(f)
2.通过分析复合阻抗函数而估计耦合回路/引线阻抗
3.从测定阻抗函数Zk(f)减去阻抗函数Z^c,k(f)。阻抗函数Z^c,k(f)可包括经估计耦合回路/引线阻抗函数和最佳地执行以下步骤所需要的其它校正函数。
4.在所得差异阻抗函数ΔZk(f)=Zk(f)-Z^c,k(f)中识别每一感测回路的谐振
5.测量相位函数arg{ΔZk(f)}的对应零交叉或阻抗函数Im{ΔZk,n(f)}的虚数部分的所有频率，和/或测量在回路的谐振下产生的差异阻抗函数Re{ΔZk(f)}的实数部分的局域最大值的所有频率。
图27为展示根据一示范性实施例的在补偿耦合回路的阻抗之前和之后的电感耦合谐振回路阵列的相位响应的标绘图2700。图27说明减去经估计耦合回路/引线阻抗且测量所得差异阻抗函数的相位函数中的谐振频率的工序。
相似方法/工序可应用于电容耦合回路阵列。代替搜索Zk(f)中的局域最大值，将项目5修改到差异阻抗函数Re{ΔZk(f)}的实数部分的局域最小值且确定如由每一感测回路的谐振产生的最小值。
计算和评估阻抗函数的第一导数、第二导数和第三导数中的至少一者还可用以识别阻抗函数Zk(f)的极点/零点的位置。
如以上子章节已经描述，分别被定义为阻抗函数Zk(f)的复合极点或零点的实数部分的Q因数或阻尼系数
pk,i＝-σp,k,i±jωp,k,i，或zk,i＝-σz,k,i±jωz,k,i
可另外针对每一谐振ωk,i予以测量，以基于多重耦合谐振回路途径而增强金属物件检测。
如上文已经提及，切换噪声可诱发到感测回路中。为了最大化信噪比且因此最大化在谐振频率下的测量准确度，可在电感耦合的状况下使用类电流源高频产生器以测量Zk(f)，而对于电容耦合，优选地使用类电压源产生器。此途径避免在电流最小值时测量阻抗，因此避免在低信噪比时测量阻抗。耦合回路/引线的电感可已经可足以模仿类电流源特性，其限制条件为：HF来源产生足够高电压。
如上文(例如)参看图23和图24所描述，还可提供将谐振频率指派给感测回路。优选地，属于同一群组的感测回路的谐振频率(极点/零点)适当地且整齐地隔开，使得其可被容易地识别且被准确地测量。此指派可考虑感测回路的Q因数、阻抗分析器电路的设计约束、带宽约束、噪声和环境干扰效应，以及可在将感测回路阵列集成到目标磁性垫中时发生的去谐效应。
举例来说，对于35×35mm的感测回路大小，可实现对应于0.02到0.013的3dB分率带宽的在50到80的范围内的Q因数。在假定针对(例如)在从5MHz到15MHz的范围内操作的高频感测系统的总分率带宽为1的情况下，可分配(例如，等距地间隔)高达约40谐振频率。可必须将此等谐振频率选择性地指派给回路和回路群组，以便最佳地使用和再使用不同回路群组中的可用带宽。每群组回路的数目可为在复杂性与检测敏感度之间进行折衷的结果。
根据一实施例，在给出可用带宽的以上实例的情况下，每群组的回路的数目可在20与30之间变化。因此，可预期布线和多路复用的复杂性缩减直到为原来的1/30。
测量带宽可扩展到甚至更高频率。然而，应注意，对电介质物件(例如，水、雪、冰、树叶)的敏感度也可增加。此不良效应可通过针对调谐到上边缘频率的那些感测回路/线圈的较低匝计数予以减小。此情形可最终引起单匝回路。如果必须以最大Q因数为目标，那么多匝回路被认为在较低频率(例如，<10MHz)下最适当。
图28为根据一示范性实施例的用于检测集成于经配置以用无线方式发射电力的电感性充电垫2802内的物件的示范性设备2800的功能框图。电感性充电垫2802包括导电结构2804(例如，如上文参看图1所描述的感应线圈104a)，导电结构2804经配置以在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式发射电力。设备2800包括感测回路2822a、2822b(在下文中为2822)阵列以用于检测可横越垫2802的表面而提供的物件。感测回路2822阵列可包括耦合回路，例如，经配置以经由以缆线2850所展示的引线而将多个感测回路2822a和2822b电感耦合到检测电路2830的回路2826。检测电路2830可集成于充电电力供应单元2836内。如图28所展示，多重耦合谐振回路途径可提供在需要布线复杂性的显著缩减的情况下将完全被动式传感器网络集成到充电垫2802中的解决方案。可使用双绞线束(例如，PSTN缆线)以将谐振感测回路阵列连接到可为远程定位检测电路2830的部分的多路复用器(即，外来物件检测电子件)。根据另一实施例，还可提供在充电垫上具有多路复用器的非完全被动式解决方案。应注意，设备2800可适于使用图14到图24的感测回路/耦合电路配置中任一者。
耦合谐振器滤波器
使用耦合谐振回路的正则结构来形成传播媒体(发射线)可为用以进行金属物件检测的另一途径。图29为根据一示范性实施例的用于检测物件的示范性电感耦合谐振滤波器2900的功能框图。图29展示使用电感耦合电线回路2922a和2922b的实施例。电路2900还可被认为具有电感耦合输入和输出端子2926的高阶滤波器。谐振器可均调谐到相同频率或稍微不同频率，如物件的最佳敏感度和可检测性所需要。
此处，可通过测量端口1和/或端口2处的反射特性和/或端口1与端口2之间的发射特性而检测金属物件，所述特性在存在金属物件的情况下可改变。
还可提供将多重耦合谐振回路途径与耦合谐振器滤波器途径进行组合的其它结构，或使用电容耦合的拓扑。在二维或三维中延伸且界定多个测量端口的回路结构也是可能的。
评估(后处理)方法和工序
如以上概念图所说明，可必须在检测电路的评估单元(例如，图22的评估单元2232)中进一步处理磁场或阻抗分析器的输出。参看(例如)图22，除了减去参考值/校准值且作出决策以外，评估单元2232还可对如由分析器单元递送的测量样本执行修改。此修改可为后处理方法的部分。上文针对磁场感测方法(最小均方方法)的状况提供此类修改和方法的实例。
还可使用相似方法以增强回路阻抗或回路谐振频率感测途径以补偿(例如)来自车辆垫、车底结构、温度漂移、电介质物件(水、雪、冰、树叶)、老化等等的残余效应。
可在测定值/样本根据回路传感器阵列而映射到二维阵列上而引起由行和列组成的二维值矩阵的情况下产生的型样中辨识此等残余效应。
通过使用包括神经元网络、模糊逻辑等等的人工智能，可有效地补偿或抵消此类效应，从而增加检测机率和/或缩减金属物件检测器的假警报机率。
此类方法可包括在金属物件的上下文或背景型样中检测金属物件，而非使用绝对检测准则，例如，基于背景型样而自动地评价检测阈值和检测规则。
如果型样显得有噪声而意味着时间循序获取型样展示方差，那么时间和/或空间平均化技术可应用(例如)移动平均值、遍及循序获取型样的指数衰减平均化(例如，1阶无限响应滤波器)，和/或空间滤波/平滑化。
决策阈值可被设定为较低，例如，用于检测测定型样的突然/意外和局域改变，这是因为不太可能从温度漂移和老化或从充电垫上的车辆停放发生此类改变。此途径可提供用于检测在FOD为主动式时进入临界空间的物件的增加敏感度。
遍及样本阵列(例如，遍及行和列)的空间内插可增强特别用于放置于感测回路的角落或边缘(其中先天敏感度可较低)上的小物件的检测。在使用内插的情况下，定位于四个邻近回路的角落中的物件可提供与定位于回路的中心的钱币相似的响应。
此外，可在型样辨识和决策程序中考虑来自其它传感器、车辆定位系统、车辆检测和识别系统、对能量传送系统的功率和效率测量(功率预算)的信息。
如上文所描述的不同检测技术、方法、工序的联合使用可提供对环境影响有增强型检测敏感度、可靠性和/或回弹性的解决方案。举例来说，回路感应电压可与回路阻抗测量方法进行组合，或电感性感测方法中任一者可与光学、声学或uW感测方法中的至少一者进行组合。
疑难排解和重新校准方法和工序
实施例可进一步提供物件检测系统的疑难排解和重新校准。
多年来可发生的是，垫集成式回路阵列的一或多个回路可(例如)归因于机械或环境影响(损坏)、机械应力、老化或由于其它原因而破坏或修改其阻抗。如在此类事件中在此等回路端口处测量的阻抗可完全地超出范围或可模仿实际上不存在的外来物件。
此类故障事件可被检测，且报告给基础结构操作员的中央管理系统或报告给所述系统的用户/拥有者的电子装置(如果安装于(例如)家用车库中)。报告可经由标准通信链路而进行，这是因为标准通信链路可用以监视和管理充电基础结构。
以下疑难排解和重新校准方法可适用：
1.请求由服务人员/疑难排解员(在公众基础结构的状况下)或由私有系统的用户/拥有者对充电垫的视觉检测
2.检查所述垫是否被清洁以去掉任何金属物件
3.询问系统以取得关于已失败回路传感器的误差状态信息和多少回路超出规格
4.如果已失败回路的数目未超过所准许的数目且如果已失败回路未形成不可接受的丛集，那么重新校准FOD系统，否则起始垫的更换
未传信故障的充电基础结构的其它垫可无需周期性重新校准和维护。
对比于使用电感性感测的实施方案，可根据其它实施例而提供其它类型的系统。用于物件检测的微波或毫米波雷达感测用于Li,Yong等人的“A microwave measurementsystem for metallic object detection using swept-frequency radar”(MillimetreWave and Terahertz Sensors and Technology，Proc.of SPIE Vol.7117 71170K-1，2008年)中描述的安全性系统中。超高频率(例如，在Terrahertz范围内)和超宽处理带宽可用以解析小且薄的物件，例如，放置于表面上的钱币。然而，一般来说，微波雷达技术可有用于检测不位于固体表面上而是在初级磁性结构(气隙)与次级磁性结构(气隙)之间的空间中的别处的小危险物件。相似于主动式声学感测，电磁波由外来物件反射或散射且可由集成于能量传送垫的周边区域中的微波传感器阵列检测。传播延迟可用作区分外来物件与地面、邻近磁性垫或车底结构的反射的准则。然而，此方法可不能够区分金属物件与其它固体但非危险物件。
在另一实施例中，微波感测可使用金属物件的振动作为特异特性以区分金属物件与非金属物件。暴露于强交变磁场的金属物件在为所述磁场的频率的两倍的频率下振动。如果由微波来源辐照，那么此振动造成反射波或散射波中的微相位(频率)调制。此微都卜勒效应(micro-Doppler effect)可作为在如下频率下的两个弱响应而可见：
f1,2＝fc±2fm
其中fm表示磁场频率且fc表示微波载波频率。换句话说，金属物件可由其在都卜勒频域中的特性签名检测。
此以微波都卜勒为基础的途径可由磁性脉冲产生器补充。足够强的磁性脉冲将使金属物件摇动，从而造成较明显的都卜勒响应。可通过暂时将高电压脉冲产生器连接到如用于电感性能量传送的磁性结构而产生此类磁性脉冲。可通过对大高电压电容器进行充电且直接地经由垫的线圈而对大高电压电容器进行放电而产生高电流脉冲。此方法可消耗显著量的能量，且可在(例如)通过周期性脉动而连续地应用的情况下产生EMC问题。然而，其可暂时历时相对短时段而充当用于使使用第一方法而获得的正检测假设具体化的第二(后检测分析)方法。连续地执行的第一方法可使用上文所描述的方法中的至少一者。用以进行外来物件检测的此双阶段途径可提供改进型可靠性(较高检测机率和/或较低假警报机率)。
图30A为根据一示范性实施例的用于检测物件3024的另一示范性系统3000的功能框图。所述系统包括电源3008、基座充电系统电力转换器3036，和如上文参看图2所描述的包括基座系统感应线圈3004的发射电路2006。此等组件可至少部分地形成经配置以产生磁场且在足以对(例如)电动车辆进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式传送电力的电力电路。所述系统进一步包括检测电路3030，检测电路3030经配置以发射信号且基于信号的反射而检测物件3024的振动频率。举例来说，检测电路3030可经配置以发射微波信号且经配置以基于如上文所描述的微都卜勒效应而检测振动频率。举例来说，检测电路3030可经配置以基于特定振动频率(例如，用以在频率下产生交变磁场的电源3008的交流电的频率的两倍)而检测出物件3024为金属。系统3000进一步包括磁性脉冲产生器3062，磁性脉冲产生器3062经配置以产生强于由电力电路产生的磁场的磁性脉冲。此情形可响应于最初检测物件而进行。在产生脉冲之后，检测电路3030可经配置以重新检测物件3024的振动频率以基于经检测频率而确认对金属物件3024的正检测。
根据此实施例，可充分利用所产生的磁场以进一步提供用于物件的检测的磁场。在使用用于电力传送的现有磁场的情况下，检测电路3030可经配置以检测物件的振动以识别金属物件。
图30B为根据一示范性实施例的图30A的系统的检测电路3030的功能框图。如所展示，检测电路3030包括若干传感器3064a和3064b，传感器3064a和3064b可形成覆盖(例如)对应于充电垫上方的区域的一些区域的阵列。传感器3064a和3064b中的每一者可经配置以发射信号且各自基于经反射信号连同其它信息而确定物件的振动频率。以此方式，可提供空间分辨率，从而允许检测电路3030能够确定物件的类型、形状或与所述检测电路相隔的距离。因而，提供传感器阵列以提供空间分辨率以允许检测待检测物件的各种特性。在一种意义上，可使用传感器阵列来提供垫的“图像”。因为垫自身可从磁场振动，所以传感器阵列可允许区分垫与其它物件。换句话说，可提供三维“微波”图像以贯穿垫与检测用区域之间的空间而检测物件。
另外，如上文所提及，上文所描述的实施例可用于多种不同应用中。举例来说，根据上文所描述的实施例的实施例可经配置以针对(例如)防盗系统而检测物件的不存在。举例来说，检测电路和感测回路可经放置成紧接于一物件，且经配置以基于感测回路的电特性的改变而检测所述物件是否已被移除。更特定来说，作为另一实例，检测电路可经配置以检测出感测回路谐振的频率在物件被移除时改变。在此状况下，参考谐振频率可为感测回路在物件的存在的情况下谐振的频率。
图31为根据一示范性实施例的用于检测物件的存在的示范性方法3100的流程图。在框3102处，将信号施加到谐振电路，谐振电路具有谐振频率。谐振电路包括感测电路，感测电路包括导电结构。耦合电路耦合到感测电路。在框3104处，经由检测电路响应于检测取决于谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于谐振电路的谐振频率的对应特性之间的差而检测物件的存在，检测电路经由耦合电路而耦合到感测电路。耦合电路经配置以缩减在不存在物件的情况下由检测电路进行的谐振频率的变化。在一实施例中，方法3100可由电路1400A执行。
图32为根据一示范性实施例的用于检测物件的存在的设备3200的功能框图。设备3200包括用于进行关于图1到图29所论述的各种动作的装置3202、3204和3206。
图33为根据一示范性实施例的用于在磁场中检测物件的存在的示范性方法3300的流程图。在框3302处，产生磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式传送电力。磁场造成物件的振动。在框3304处，发射信号且基于经发射信号的反射而检测由磁场造成的物件的振动频率。
图34为根据一示范性实施例的用于在磁场中检测物件的存在的设备的功能框图。设备3400包括用于进行关于图30A、图30B和图33所论述的各种动作的装置3402和3404。
上文所描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块)执行。通常，各图所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应功能装置执行。举例来说，用于产生磁场的装置可包含天线或其它导电结构。谐振装置可包含谐振电路。检测装置可包含检测电路或其它控制器。用于缩减谐振频率的变化的装置可包含耦合电路。
可使用多种不同技术中任一者来表示信息和信号。举例来说，可贯穿以上描述而参考的数据、指令、命令、信息、信号、位元、符号和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任何组合表示。
结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和方法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件或此两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体上在功能性方面描述各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。此类功能性被实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整体系统上的设计约束。可针对每一特定应用而以变化的方式来实施所描述功能性，但此类实施决策不应被解译为造成脱离实施例的范围。
可运用经设计以执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，所述处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可被实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一或多个微处理器与DSP核心结合，或任何其它此类配置。
结合本文所揭示的实施例而描述的方法和功能的步骤可直接地以硬件、以由处理器执行的软件模块或以此两者的组合来体现。如果以软件实施，那么所述功能可作为一或多个指令或代码而存储于有形非暂时性计算机可读媒体上或经由有形非暂时性计算机可读媒体而发射。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD ROM或此项技术中所知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文所使用，磁盘和光盘包括紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。以上各者的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。处理器和存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件而驻留于用户终端中。
出于概述本发明的目的，本文已描述某些方面、优点和新颖特征。应理解，根据任何特定实施例，可未必实现所有此类优点。因此，可以实现或优化如本文所教示的一个优点或优点群组而未必实现如本文可教示或建议的其它优点的方式来体现或进行本发明。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，将容易了解对上述实施例的各种修改，且可将本文所定义的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不希望限于本文所展示的实施例，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (46)

1.一种用于检测物件的存在的设备，所述设备包含：
谐振电路，其具有谐振频率，所述谐振电路包含感测电路，所述感测电路包含导电结构；
检测电路，其经配置以响应于检测取决于所述谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在；以及
耦合电路，其经配置以通过缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路引起的所述谐振频率的变化而缩减所述检测电路对所述谐振电路的影响。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述耦合电路包含如下各者中的一者：
电容器，其电连接于所述感测电路与所述检测电路之间，所述谐振电路包含所述电容器和所述感测电路；
耦合回路，其电连接到所述检测电路，所述耦合回路电感耦合到所述感测电路；或
电容性分压器，其经配置以将所述检测电路电容耦合到所述感测电路。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述电容器经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述谐振频率的变化，所述电容器进一步经配置以衰减具有低于所述谐振频率的频率的电信号。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述感测电路包含电连接到所述导电结构的电容器，所述导电结构包含电感器，且其中所述电容器和所述导电结构形成所述谐振电路且确定所述谐振频率。
5.根据权利要求2所述的设备，其中所述电容性分压器包含第一电容器和第二电容器，其中所述感测电路包含耦合到包含电感器的所述导电结构的所述第一电容器，其中所述第一电容器和所述导电结构形成所述谐振电路且确定所述谐振频率，所述第二电容器确定所述感测电路与所述第二电容器之间的耦合量。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测电路单独地形成所述谐振电路且确定所述谐振频率。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述测定特性包含所述谐振电路的测定谐振频率或测定质量因数(Q因数)中的至少一者，且其中所述对应特性为所述谐振电路的所述谐振频率或所述质量因数中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述检测电路包含电连接到所述耦合电路的引线，且其中所述耦合电路进一步经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述引线进行的所述谐振频率的变化。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述导电结构为第一导电结构，且其中所述设备进一步包含第二导电结构，所述第二导电结构不同于所述第一导电结构，所述第二导电结构经配置以在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式发射电力。
10.根据权利要求9所述的设备，其进一步包含发射电路，所述发射电路经配置以在一频率下将交流电施加到所述第二导电结构，其中所述谐振电路的所述谐振频率高于所述交流电的所述频率。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一导电结构包含界定第一平面的第一回路，其中所述第二导电结构包含界定平行于所述第一平面的第二平面的第二回路，其中所述第一回路定位于由所述第二回路围封的区域或与所述第二回路重叠的区域中的至少一者上方。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含多个感测电路，所述多个感测电路包括所述感测电路，所述感测电路包括所述第一回路，所述多个感测电路中的每一者包含各自形成相应回路的相应导电结构，所述多个感测电路的所述回路以集体地界定第三平面的多维阵列而定位，其中所述回路集体地至少覆盖由所述第二回路围封的所述区域。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述多个感测电路的所述回路中的每一者的直径等于或小于所述第二回路的直径的百分之十。
14.根据权利要求12所述的设备，其中所述感测电路中的至少每一者形成具有相应谐振频率的相应谐振电路，其中所述检测电路进一步经配置以响应于检测取决于所述谐振电路中的每一者正在谐振的频率的相应测定特性与取决于所述相应谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述测定特性包含测定谐振频率，且其中所述检测电路经配置以遍及包括所述谐振频率的频率范围而测量所述谐振电路的阻抗响应，且经配置以基于所述阻抗响应而确定所述测定谐振频率。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述测定特性包含测定谐振频率，其中所述检测电路包含如下各者中的至少一者：
扫掠频率产生器，其经配置以遍及频率范围而运用信号来驱动所述谐振电路，且在检测谐振以确定所述测定谐振频率时停止驱动所述谐振电路；
脉冲产生器，其经配置以测量所述谐振电路的频率响应以确定所述测定谐振频率；或
伪随机噪声产生器，其经配置以测量所述谐振电路的所述频率响应以确定所述测定谐振频率。
17.根据权利要求1所述的设备，其中所述感测电路为第一感测电路且所述谐振电路为第一谐振电路，其中所述谐振频率为第一谐振频率，其中所述耦合电路为第一耦合电路；
其中所述设备进一步包含第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率且包含第二感测电路，所述第二感测电路包含第二导电结构，所述设备进一步包含第二耦合电路，所述检测电路经由所述第二耦合电路而耦合到所述第二感测电路；且
其中所述检测电路经配置以进一步响应于检测取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振电路的所述第二谐振频率的对应第二特性之间的差而检测所述物件的所述存在，所述第二耦合电路进一步经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述第二谐振频率的变化。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一谐振电路的所述第一谐振频率不同于所述第二谐振电路的所述第二谐振频率。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一感测电路和所述第二感测电路分别包含第一回路和第二回路，所述第一回路和所述第二回路实质上共平面。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一回路与所述第二回路至少部分地重叠。
21.一种用于检测物件的存在的方法，所述方法包含：
将信号施加到谐振电路，所述谐振电路具有谐振频率，所述谐振电路包含感测电路，所述感测电路包含导电结构；
经由检测电路响应于检测取决于所述谐振电路正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在，所述检测电路经由耦合电路而耦合到所述感测电路；以及
所述耦合电路经配置以通过缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路引起的所述谐振频率的变化而缩减所述检测电路对所述谐振电路的影响。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述导电结构为第一导电结构，且其中所述方法进一步包含经由第二导电结构而以无线方式发射电力，所述第二导电结构不同于所述第一导电结构，所述电力在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而发射。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一导电结构包含界定第一平面的第一回路，其中所述第二导电结构包含界定平行于所述第一平面的第二平面的第二回路，其中所述第一回路定位于由所述第二回路围封的区域或与所述第二回路重叠的区域中的至少一者上方，其中施加所述信号进一步包含将信号施加到包括所述感测电路的多个感测电路，所述多个感测电路中的每一者包含各自形成相应回路的相应导电结构，所述多个感测电路的所述回路以集体地界定第三平面的多维阵列而定位。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述耦合电路包含如下各者中的一者：
电容器，其电连接于所述感测电路与所述检测电路之间，所述谐振电路包含所述电容器和所述感测电路；
耦合回路，其电连接到所述检测电路，所述耦合回路电感耦合到所述感测电路；或
电容性分压器，其经配置以将所述检测电路电容耦合到所述感测电路。
25.一种用于检测物件的存在的设备，所述设备包含：
用于在谐振频率下谐振的装置；
用于响应于检测取决于所述谐振装置正在谐振的频率的测定特性与取决于所述谐振装置的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在的装置；以及
用于通过缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测装置引起的所述谐振频率的变化而缩减用于检测的装置对用于谐振的装置的影响的装置。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述设备进一步包含用于在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式发射电力的装置。
27.根据权利要求26所述的设备，其进一步包含以多维阵列而定位的包括所述谐振装置的多个谐振装置，其中所述检测装置进一步包含响应于取决于所述多个谐振装置中的每一者正在谐振的频率的测定特性与取决于所述多个所述谐振装置中的每一者的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。
28.根据权利要求25所述的设备，其中所述用于缩减所述谐振频率的变化的装置包含如下各者中的一者：
电容器，其电耦合到所述检测装置，所述谐振装置包含所述电容器；
耦合回路，其耦合到所述检测装置，所述耦合回路电感耦合到所述谐振装置；或
电容性分压器，其经配置以将所述检测装置电容耦合到所述谐振装置。
29.一种用于检测物件的存在的设备，所述设备包含：
第一感测电路，其包含第一导电结构，至少所述第一感测电路形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频率；
第二感测电路，其包含第二导电结构，至少所述第二感测电路形成第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率，所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率；以及
检测电路，其耦合到所述第一感测电路和所述第二感测电路，所述检测电路经配置以响应于检测如下各者而检测所述物件的所述存在：
取决于所述第一谐振电路正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差；或
取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述检测电路进一步经配置以响应于所述检测而检测所述物件相对于所述第一导电结构和所述第二导电结构中的至少一者的位置。
31.根据权利要求29所述的设备，其中所述第一感测电路和所述第二感测电路各自包含电容器，所述电容器具有经调谐以分别确定所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的值。
32.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含耦合电路，所述耦合电路耦合于所述第一感测电路和所述第二感测电路与所述检测电路之间，所述耦合电路经配置以缩减在不存在所述物件的情况下由所述检测电路进行的所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的变化。
33.根据权利要求32所述的设备，其中所述耦合电路包含：
电连接到所述检测电路的耦合回路，所述耦合回路电感耦合到所述第一感测电路和所述第二感测电路，所述第一感测电路和所述第二感测电路分别实质上单独地形成所述第一谐振频率和所述第二谐振频率。
34.根据权利要求32所述的设备，其中所述第一感测电路和所述第二感测电路分别包含第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器各自具有经调谐以分别确定所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的值，其中所述耦合电路包含耦合于所述检测电路与所述第一感测电路和所述第二感测电路之间的第三电容器，至少所述第三电容器和所述第一电容器形成电容性分压器。
35.根据权利要求32所述的设备，其中所述第一感测电路和所述第二感测电路分别包含第一电容器和第二电容器，所述第一电容器和所述第二电容器各自具有经调谐以分别确定所述第一谐振频率和所述第二谐振频率的值，其中所述耦合电路包含耦合于所述检测电路与所述第一感测电路之间的第三电容器和耦合于所述检测电路与所述第二感测电路之间的第四电容器，所述第三电容器和所述第一电容器形成第一电容性分压器，且所述第四电容器和所述第一电容器形成第二电容性分压器。
36.根据权利要求29所述的设备，其中所述设备进一步包含第三导电结构，所述第三导电结构不同于所述第一导电结构和所述第二导电结构，所述第三导电结构经配置以在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式发射电力。
37.根据权利要求36所述的设备，其进一步包含多个感测电路，所述多个感测电路包括所述第一感测电路和所述第二感测电路，所述多个感测电路中的每一者包含包括所述第一导电结构和所述第二导电结构的相应导电结构，所述相应导电结构各自形成相应回路，所述回路以界定第一平面的多维阵列而定位，所述第一平面实质上平行于由所述第三导电结构界定的第二平面，其中所述回路集体地至少覆盖由所述第三导电结构覆盖的区域。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述多个感测电路中的至少每一者形成具有相应谐振频率的相应谐振电路，其中所述检测电路经配置以响应于检测取决于所述相应谐振电路正在谐振的频率的相应测定特性与取决于所述相应谐振频率的相应对应特性之间的差而检测所述物件的所述存在。
39.根据权利要求29所述的设备，其中所述第一测定特性和所述第二测定特性为所述第一谐振电路和所述第二谐振电路的第一和第二测定谐振频率或第一和第二测定质量因数(Q因数)中的至少一者。
40.根据权利要求29所述的设备，其中所述第一导电结构和所述第二导电结构分别包含第一回路和第二回路，所述第一回路和所述第二回路中的每一者的直径实质上等于或小于所述物件的大小的两倍。
41.一种用于检测物件的存在的方法，所述方法包含：
将第一信号施加到第一感测电路，所述第一感测电路包含第一导电结构，至少所述第一感测电路形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频率；
将第二信号施加到第二感测电路，所述第二感测电路包含第二导电结构，至少所述第二感测电路形成第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率，所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率；以及
经由检测电路响应于检测如下各者而检测所述物件的所述存在：
取决于所述第一谐振电路正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差；或
取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差。
42.根据权利要求41所述的方法，其中检测进一步包含响应于所述检测而检测所述物件相对于所述第一导电结构和所述第二导电结构中的至少一者的位置。
43.根据权利要求41所述的方法，其进一步包含经由第三导电结构而以无线方式发射电力，所述第三导电结构不同于所述第一导电结构和所述第二导电结构，所述电力在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而发射。
44.一种用于检测物件的存在的设备，所述设备包含：
用于在第一谐振频率下谐振的第一装置；用于在第二谐振频率下谐振的第二装置，所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率；以及
用于响应于检测如下各者而检测所述物件的所述存在的装置：取决于所述第一谐振装置正在谐振的频率的第一测定特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差；或取决于所述第二谐振装置正在谐振的频率的第二测定特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差。
45.根据权利要求44所述的设备，其中所述检测装置进一步包含用于响应于所述检测而检测所述物件相对于所述第一谐振装置和所述第二谐振装置中的至少一者的位置的装置。
46.根据权利要求44所述的设备，其进一步包含用于在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场而以无线方式发射电力的装置。
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