CN107014422A - 用于在现场激活密封的传感器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于在现场激活密封的传感器单元的方法和系统。封装的传感器单元（100）可包括全部位于密封的外壳（102）中的传感器模块（112）、激活机构（110）和内部电池（108）。在一些情况下，该密封的外壳（102）可没有任何外部可访问的开关。可将预定义的触发刺激（120）施加到该封装的传感器单元（100），以及可通过该激活机构（110）来检测该预定义的触发刺激（120）。响应于该激活机构（110）检测到该预定义的触发刺激（120），可将该内部电池（108）连接到该传感器模块（112）。在检测该预定义的触发刺激（120）之前，该传感器模块（112）和该激活机构（110）两者均可以不从该封装的传感器单元（100）的外部电池（108）汲取电力。在一些情况下，该激活机构（110）一旦被激活，就将该电源（108）不可逆地耦合到该传感器模块（112）。

Description

用于在现场激活密封的传感器的方法和系统

本申请是国家申请号为201210195840.9、申请日为2012年6月14日、发明名称为“用于在现场激活密封的传感器的方法和系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开一般地涉及传感器，以及更特别地，涉及用于在现场激活传感器的系统和方法。

背景技术

近来，无线传感器已经证明了它们的价值。无线传感器可被用来测量和报告各种量，诸如可被合适地测量的压力、温度、位置、声学输出、以及其它量。无线传感器可被采用在HVAC系统、工业过程监测和控制、以及许多其它应用中。

无线传感器可出于多种原因而被封装在密封的外壳中，该多种原因包括成本减少和使传感器免受环境影响。将传感器包围在密封的封装中可引起在现场的操作问题。本公开在各种方面当中提供了对在密封的外壳中封装的传感器的启动。

发明内容

本公开一般地涉及传感器，以及更特别地，涉及用于在现场启动密封的传感器的系统和方法。在说明性但非限制性的示例中，提供了一种用于启动封装的传感器单元的方法。该封装的传感器单元可包括全部位于密封的外壳中的传感器模块、激活机构、以及内部电池。该方法可包括将预定义的触发刺激施加到封装的传感器单元，并通过该封装的传感器单元的激活机构来检测该预定义的触发刺激。当该激活机构检测到该预定义的触发刺激时，内部电池可被连接到该传感器模块。在检测该预定义的触发刺激之前，该传感器模块和该激活机构两者均可不从该封装的传感器单元的内部电池汲取电力。这可在该封装的传感器单元在现场被部署之前，增加该封装的传感器的搁置寿命（shelf-life）。

在另一个说明性但非限制性的示例中，提供了一种封装的传感器单元。该封装的传感器单元可包括具有传感器的传感器模块、操作地耦合到该传感器的控制器、以及操作地耦合到该控制器的通信设备。该封装的传感器单元还可包括电源、能够选择性地将该电源耦合到该传感器模块的激活机构、以及收容该传感器模块、该电源、和该激活机构的密封的外壳。在一些情况下，该密封的外壳可没有任何外部开关。在一些实例中，该封装的传感器单元可被如此配置使得该传感器模块和该激活机构保持处于电不活动状态，直到外部启动激活序列。在电不活动状态中，例如，该传感器模块和激活可不从该封装的传感器单元的电源汲取电力。在一些实例中，能量收获设备可被包括在该封装的传感器单元中，该能量收获设备可收获提供给该封装的传感器单元的能量。该激活机构可使用该收获的能量。

以上的概要不意在描述每一个公开的说明性示例或本公开的每个实现方式。随后的描述更特别地示范了各种说明性实施例。

附图说明

应当参照附图来阅读下列描述。不必按比例的这些附图描绘了所选择的说明性实施例，并且不意在限制本公开的范围。可结合附图考虑各种说明性实施例的下列详细描述来更完整地理解本公开，其中：

图1是说明性的封装的传感器单元的示意图；

图2是用于启动封装的传感器单元的说明性方法的流程图；

图3是具有能量收获设备的说明性的封装的传感器单元的示意图；

图4是用于启动封装的传感器单元的另一个说明性方法的流程图。

具体实施方式

应当参照附图来阅读下列描述，其中在不同附图中的相同的元件以相同方式编号。不必按比例的这些附图描绘了所选择的说明性实施例，并且不意在限制本公开的范围。尽管为各种实施例说明了构造、尺寸、和材料的示例，但本领域计算人员将认识到，所提供的示例中的许多示例具有可被利用的合适的替代方式。

无线传感器通常在由诸如电池的内部或机载电源所提供的电力上操作。虽然可能的是，无线传感器可以从工厂以上电状态被运送，但通常这种传感器被掉电地运送。通过掉电地运送，可在部署无线传感器之前避免电池耗尽，并且在一些情况下，期望或需要（例如，由于规范）无线传感器在运输期间不发射无线电频率或其它信号。未供电地运送的一些无线传感器可以以多种方式来被上电，诸如在插入电池时、闭合外部可访问的开关、或一些其它电力施加。

在本公开的一些说明性实施例中，传感器单元可以被封装在密封的外壳或包装中。密封的外壳可以是防止了外壳内的内部体积与外壳外的外部环境之间的接触的外壳。在一些情况下，密封的外壳一旦在工厂被密封，就不可以在对该外壳的密封能力进行不可逆的损坏的情况下被打开或拆封。换而言之，不可逆的密封的外壳或包装可在制造完成时被永久密封，并且不可以在传感器单元寿命终止之前被拆封或打开。在一些其它的情况下，可能打开密封的外壳，接着对密封的外壳进行重密封。在一些情况下，一旦被打开，对先前密封的外壳进行重密封就可能是不切实际或成本过高的。

可为成本减少而采用密封的外壳，因为可避免如螺杆、车螺纹等的成本。而且，密封的外壳可适合于在危险环境中使用，诸如在有爆炸性气体的情况下，在那里密封的外壳可防止爆炸性气体和源自外壳内的潜在危险电势和/或电流之间的接触，或减少该接触的可能性。另外或替代地，密封的外壳可使传感器单元自身免受环境的水蒸气、腐蚀性流体（包括液体和/或气体）等的影响，该封装被部署在该环境中或该封装通过该环境被运输等。

使用密封的外壳或包装可避免使用对无线传感器进行上电的一些方法。例如，也许不可能插入电池来在现场对传感器单元进行上电。许多机械致动的开关不可以与密封的外壳一起使用，因为在这种开关存在的情况下对外壳进行密封是困难或不可能的，该许多机械致动的开关可以以其它方式使得可从密封的外壳的外部访问并且被用于在现场为传感器单元接通电力。

图1是说明性的封装的传感器单元100的示意图。说明性的封装的传感器单元一般地以100来示出，并且可包括密封的外壳102。除了该密封的外壳自身之外，封装的传感器单元100的基本上所有部件可被收容在密封的外壳102的内部104中。密封的外壳102可基本上或有效地从外部环境106密封它的内部104。密封可包括防止密封的外壳102的内部104和外部环境106之间的流体（液体或气体）的接触和/或交换。在一些说明性实施例中，密封的外壳102可使内部104与外部环境106电绝缘。在一些说明性实施例中，封装的传感器单元100在内部104和外部环境106之间不提供任何导电通路。在一些说明性实施例中，密封的外壳102可能缺少能危及外壳的密封完整性的任何外部开关或任何其它部件，诸如通过提供用于污染物进入内部102的路径。在一些说明性的实施例中，密封的外壳102可提供用于电场和/或磁场的屏蔽。在一些说明性实施例中，密封的外壳102可有助于在内部104和外部环境106之间热绝缘。在一些说明性实施例中，密封的外壳102可在内部104和外部环境106之间基本上热传导。要想到的是，密封的外壳102可限定在内部104和外部环境106之间提供接口的外壁。

密封的外壳102可用任何合适的材料、以任何合适的方式来构造。例如，在一些说明性实施例中，可在制造期间将多个外壳元件接合在一起，其中该接合提供了最后的密封。在一些说明性实施例中，多个外壳元件可被搭扣配合（snap fit）在一起，可能用置于外壳元件之间的垫圈或相似的密封构件来提供密封。在一些说明性实施例中，密封的外壳102可以是相当坚硬的。在其它说明性实施例中，密封的外壳102可以是机械柔性的，允许了具有施加的机械力的一定程度的变形。

如图1中所示的，封装的传感器单元100可包括诸如内部电池或其它合适的能量存储设备（例如，超级电容器、燃料电池等）的电源108、激活机构110、以及传感器模块112。传感器模块112可包括传感器114、操作地耦合到该传感器114的控制器116、以及操作地耦合到该控制器116的通信设备118。在一些说明性实施例中，电源108、激活机构110、以及传感器模块112的所有部件完全置于密封的外壳102的内部104之内。在一些说明性的实施例中，传感器模块112的诸如传感器114的部件可被置于密封的外壳102之中、之上、或通过该密封的外壳102或与该密封的外壳102相结合，使得传感器114可与外部环境106物理地接触和/或传感地通信。通常，对这种外部接触或通信的供应可以以不危及密封的外壳102的内部104和外部环境106之间的密封的方式被实现。

传感器114可以是被配置成测量任何感兴趣的量的任何合适的传感器，感兴趣的量诸如是温度，压力，湿度，流率，电场的、磁场的或电磁场的大小，位置和/或运动（例如，全局定位传感器、加速度计或陀螺仪）等等。通信设备118可被配置成采用任何合适的通信技术和协议，诸如（但不限于）红外（IR）、近场通信（NFC）、表面声波（SAW）、无线电频率识别（RFID）、蓝牙、WiFi、其它RF标准等。通信设备118可被用来将传感器测量传送到测量和/或控制系统。

如在图1中示意性表示的，借助于开关的符号，激活机构110可以能够将电源108选择性地耦合或连接到传感器模块112。如在此进一步详细讨论的，可以作为激活序列的一部分，该选择性地耦合从密封的外壳102的外部启动。在可包括对由一个或多个外部动因122所施加的预定义的触发刺激120进行检测的激活序列之前，传感器模块112和激活机构110两者均可保持处于电不活动状态。在这种状态中，传感器模块112和激活机构110可以不从封装的传感器单元的电源（电池）108汲取电力。在一些说明性实施例中，在电不活动状态中的部件可既不耗散电功率又不辐射电磁辐射。

图2是用于启动封装的传感器单元的说明性方法200的流程图，该封装的传感器单元诸如是图1的封装的传感器单元或任何其它合适的封装的传感器单元。在步骤210处，预定义的触发刺激120可被施加到封装的传感器单元100。该预定义的触发刺激120可由至少一个外部动因122（位于密封的外壳102的外部）所施加。在步骤220处，可通过封装的传感器单元的激活机构110来检测该预定义的触发刺激120。响应于该激活机构110检测到该预定义的触发刺激120，该激活机构可将电源108连接或耦合到传感器模块112，使得传感器模块可从电源汲取电力并进入电活动状态。在检测预定义的触发刺激120之前，封装的传感器单元100可被如此配置使得传感器模块112不从电源108汲取电力。替代地或另外，封装的传感器单元100可被如此配置使得在检测预定义的触发刺激120之前激活机构110不从电源108汲取电力。

因为激活机构110可一般地包括或作为检测预定义的触发刺激120的部件，激活机构的结构可被链接到该预定义的触发刺激。例如，激活机构110可包括开关，并且预定义的触发刺激可包括运用机械闭合该开关的力，导致了将电源108连接到传感器模块112。在一些说明性实施例中，该开关可以是磁开关，并且该力可以是磁力。施加预定义的触发刺激的步骤可包括通过密封的外壳102的壁来提供磁场。在一些这样的情况下，可采用编码的磁按键来提供用被键控到编码的磁开关的编码的磁场。就是说，激活机构可包括与编码的磁按键匹配的磁开关，但这不是必需的。要想到其它磁致动的激活机构。

在一些说明性实施例中，预定义的触发刺激可包括以预定义的加速度分布图对封装的传感器单元100进行加速。在这样的实施例中，激活机构110可包括机械开关，当该封装的传感器单元100经受该预定义的加速度分布图的影响时，该机械开关闭合。例如，可通过振动、冲击、急拉、或其它方式施加预定义的机械冲击到该封装的传感器单元来产生这种加速度分布图。

在一些说明性实施例中，激活机构110一旦被激活，就会将电源108不可逆地耦合到传感器模块112。在一些其它说明性实施例中，内部电池108可在它已经被连接到传感器模块之后，选择性地从该传感器模块112断开。这种选择性地断开可由激活机构110或封装的传感器单元的另一个机构（未说明）所促进。例如，可通过施加适当的磁场或通过使封装的传感器单元经受合适的加速度分布图来打开机械开关。打开的开关可以是先前被闭合以将内部电池108连接到传感器模块112的相同开关，或者它可以是不同的开关等等。

在一些说明性实施例中，密封的外壳102的壁中的至少一些壁可以是机械柔性的，并且预定义的触发刺激可包括对该密封的外壳施加压力或张力。该激活机构110可包括机械开关，该机械开关耦合到密封的外壳102的壁，或响应于密封的外壳102内侧的增加的压力，来检测所施加的压力或张力。在一些说明性实施例中，预定义的触发刺激不包括对密封的外壳施加压力或张力。在一些说明性实施例中，预定义的触发刺激不包括对密封的传感器单元施加静力。

图3是具有能量收获设备330的说明性的封装的传感器单元300的示意图。该说明性的封装的传感器单元300的一些特征可与封装的传感器单元100的对应的特征相似或相同。作为外部启动的激活序列的一部分，能量收获设备330当被供应了可收获的能量332时，可收获该可收获的能量332。所收获的能量可被提供给激活机构310。能量收获设备330可包括或被连接到密封的外壳302的内部304中的能量存储设备，诸如电池、超级电容器等。

由能量收获设备330所提供的能量可允许对激活机构310的操作进行供电。例如，在一些说明性实施例中，被供电的检测器334可被用来检测预定义的触发刺激以导致激活机构将电源/内部电池308连接到传感器模块312，启动封装的传感器单元300。在一些情况下，被供电的检测器334可以是激活机构310的专用设备。然而，在一些其它说明性实施例中，要想到的是，可使用不只意图用于检测预定义的触发刺激的另一个设备，诸如传感器模块312的传感器314，或通信设备318的一个或多个部件。更一般地说，要想到的是，任何合适的设备可被用作为被供电的检测器334。检测器334可被用来检测通过密封的外壳302的壁所提供的诸如电场和/或磁场的预定义的触发刺激。在一些实施例中，预定义的触发刺激可以是采用标准RF通信协议的无线电频率发射。在一些实施例中，检测器334可以是适于检测预定义的加速度分布图的加速度计。在一些说明性实施例中，预定义的触发刺激可以出自一种类型的被测变量的形式，该封装的传感器单元被分派任务来测量和报告该被测变量。

虽然在一些实施例中，在启动激活序列之前激活机构110、310不从电源108、308汲取电力，但在一些说明性实施例中，在启动激活序列之前激活机构可从电源汲取一些电力。例如，这样的电力可被用来对检测器334或其它传感器进行供电以检测预定义的触发刺激，或用于任何其它合适的目的。具有从内部电源汲取电力的激活机构的封装的传感器单元可比具有不从内部电源汲取电力的激活机构的封装的传感器单元具有更短的被供电的工作寿命（mission life）。

除了预定义的触发刺激的被供电检测外，由能量收获设备330所提供的能量可由激活机构310所使用来闭合电开关等，以将电源/电池308连接到传感器模块312。在更通常的意义上，如果使用所收获的能量来执行进行这种连接的过程的任何部分（诸如检测预定义的触发刺激），则所收获的能量可被认为已经被用来将内部电池连接到传感器模块。

能量收获设备330可以是能够收获任何合适的可收获能量332的任何合适的设备。能量收获设备330可收获热能、机械能、光能、电磁能、或其它能量中的一种或多种能量。例如，提供可收获能量的步骤可包括将封装的传感器单元300暴露于温度差或温差；平移、旋转、或以其它方式使封装的传感器单元300经受运动；将封装的传感器单元300暴露于光（该封装的传感器单元可屏蔽光直到激活）；使封装的传感器单元经受时变电磁场；等等。能量收获设备330可将所收获的能量转换成电能，但在一些实施例中也想到了转换成可被存储的其它形式的能量。

在一些说明性实施例中，提供可收获能量的动作本身可以是将预定义的触发刺激提供给传感器单元的动作。收获足够量的能量可触发激活机构310，该激活机构310可接着将内部电源连接到传感器模块。在一些情况下，激活机构310一旦被激活，就会将电源308不可逆地耦合到传感器模块312。

在一些说明性实施例中，封装的传感器单元300包括能量收获设备304，并且激活机构310需要来自能量收获设备330的电力来将内部电源308耦合到传感器模块312，以激活传感器模块312。在一些说明性实施例中，封装的传感器单元300的传感器模块312可使用由能量收获设备330所收获的能量，但这不是必需的。

对封装的传感器单元的启动或激活包括对封装的传感器单元的传感器模块进行启动或激活，对封装的传感器单元的发动或激活可包括调试传感器单元和/或传感器模块的步骤。调试可包括促进在现场使用封装的传感器的任何步骤。在一些情况下，调试可能对于要由测量和/或控制系统所使用的封装的传感器单元是必要的。在其它情况下，调试可能根本不需要。例如，调试可包括建立封装的传感器单元和外部设备之间的通信协议，其可包括安全通信；校准封装的传感器单元的一个或多个传感器；为封装的传感器单元下载或另外规定配置参数，等等。在调试会话期间可对一个以上的封装的传感器单元执行大批的调试。在一些说明性实施例中，多个封装的传感器单元可共享一个或多个安全密钥。在一些说明性实施例中，多个封装的传感器单元可具有唯一的安全密钥。可由任何合适的协议来实现调试。可为调试采用任何合适的通信手段，包括但不限于IR、NFC、SAW、RFID、蓝牙、WiFi、其它RF标准等。传感器模块的通信设备（例如，118/318）可供调试所使用，或者可采用封装的传感器单元的其它硬件。在一些说明性实施例中，可在将内部电池连接到传感器模块的步骤之后执行调试。在一些说明性实施例中，可在将内部电池连接到传感器模块的步骤之前执行调试。例如，这种在先的调试可在工厂处被执行，其中该传感器模块被上电，接着该传感器模块可被掉电以便运输、存储等，直到通过本公开的一个或多个方法随后在现场上电。

图4是用于启动诸如图3的封装的传感器单元300的封装的传感器单元的另一个说明性方法400的流程图。在410处，封装的传感器单元例如在工厂处被可选地预调试。在420处，将可收获的能量提供给封装的传感器单元。在430处，封装的传感器单元的能量收获设备（如果如此装备）可收获该可收获的能量。在440处，将预定义的触发刺激施加到封装的传感器单元。在450处，预定义的触发刺激可由封装的传感器单元的激活机构所检测；如果存在能量收获设备，则激活机构可使用所收获的能量。在460处，在检测预定义的触发刺激之后，封装的传感器单元的内部电池（电源）可以被连接到传感器模块。在470处，如果需要或期望，封装的传感器单元可被调试。在480处，内部电池可以可选地被选择性地从传感器模块断开。在一些情况下，可将内部电池（电源）不可逆地耦合到传感器模块。

本公开不应当被认为限于以上所描述的特定示例。在回顾目前的说明书时，本公开可适用于的各种修改、等效过程、以及许多结构将对于本领域技术人员是容易明白的。

Claims (10)

1.一种用于启动具有密封的外壳（102）的封装传感器单元（100）的方法，所述封装传感器单元（100）包括全部在所述密封的外壳（102）中的传感器模块（112）、激活机构（110）、以及内部电池（108），所述方法包括：

施加预定义的触发刺激（120）至所述封装传感器单元（100）；

经由所述激活机构（110）检测所述预定义的触发刺激（120）；

响应于所述激活机构（110）检测到所述预定义的触发刺激（120），将所述内部电池（108）连接到所述传感器模块（112）；

其中，在检测到所述预定义的触发刺激（120）之前，所述传感器模块（112）和所述激活机构（110）两者均不从所述封装传感器单元（100）的内部电池（108）汲取电力；以及

在将所述内部电池（108）连接到所述传感器模块（112）之后，调试所述封装传感器单元（100）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中调试所述封装传感器单元（100）包括在所述封装传感器单元（100）和外部设备之间将建立通信协议。

3.根据权利要求2所述的方法，其中建立通信协议包括在所述封装传感器单元（100）和外部设备之间将建立安全通信协议。

4.根据权利要求1所述的方法，其中调试所述封装传感器单元（100）包括校准所述传感器模块（112）。

5.根据权利要求1所述的方法，其中调试所述封装传感器单元（100）包括将用于所述传感器模块（112）的配置参数下载至所述封装传感器单元（100）。

6.根据权利要求1所述的方法，其中调试所述封装传感器单元（100）包括在与所述封装传感器单元（100）的通信中使用安全密钥。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器单元（100）包括通信设备（118），并且其中调试所述封装传感器单元（100）包括使用所述通信设备（118）。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在将所述内部电池（108）连接到所述传感器模块（112）的步骤之后，将所述内部电池（108）从所述传感器模块（112）选择性地断开的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，将内部电池（108）连接到所述传感器模块（112）是不可逆的。

10.一种封装传感器单元（100），包括：

传感器模块（112），包括：

传感器（114）；

操作地耦合到所述传感器（114）的控制器（116）；以及

操作地耦合到所述控制器（116）的通信设备（118）；

电源（108）；

激活机构（110），能够将所述电源（108）选择性地耦合到所述传感器模块（112）；

密封的外壳（102），收容所述传感器模块（112）、电源（108）、以及激活机构（110），所述密封的外壳（102）没有任何外部开关；

其中：

所述封装传感器单元（100）被如此配置使得所述传感器模块（112）和所述激活机构（110）保持处于电不活动状态，直到外部启动激活序列；以及

其中，所述控制器（116）被配置成在所述激活机构（110）将所述电源（108）耦合到所述传感器模块（112）之后，调试所述封装传感器单元（100）。