CN107257623B - 用于跟踪选定群集的声音传输装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种新的声音标签和方法，以用于在最多三个维度上识别或者跟踪水下物体。声音标签具有在大约15秒的脉冲速率间隔下达一年或者更长时间的操作寿命。声音标签具有上至至少大约500米的信号探测范围，这增强了探测的可能性。

Description

用于跟踪选定群集的声音传输装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年02月25日递交的申请号为No.14/631，587的美国专利申请的优先权。
关于联邦资助研究与开发下的发明权利的声明
通过由美国能源部授予的合同号为DE-AC05-76RL01830的政府支持来完成本发明。美国政府对发明有一定的权利。
技术领域
本发明通常涉及一种声音跟踪装置和系统。更具体地，本发明涉及一种可附接的声音传输装置，该装置用于实时或者根据时间、在多达三个维度上检测并且远程跟踪无生命或者有生命的较小的物体。
背景技术
声音遥测包括通常用于检测鱼的行为的声音装置(或者标签)。声音标签以所选择的脉冲速率间隔(PRI)或者“Ping”速度来传输声音信号，其将识别结果、位置和关于被标签的鱼的其他信号传输给接收器。接收器检测由声音标签发出的信号并且将声音信号转换成数字数据。后处理软件然后处理该数字数据并且提供关于标签的位置信号，并且因此当接收器检测到声音信号时的鱼的行为。通过识别声音信号的特征，可以识别到特定的动物，这允许跟踪物体的行为。例如，声音数据可被用于估计通过大坝和其他通道路径的存活率。然而，利用使用声音遥测技术，传统的发射器对于小的(例如，30-100g的质量和80-270mm的长度)、较短寿命和/或具有不足够的传输范围的物体来说太大，以至于迄今为止不能对小的物体进行密集研究(例如，幼年鲟鱼)。最近，可弹出的声音标签由美国陆军工程兵部队改进以用于跟踪幼年鲑鱼(在2013年8 月29日递交的美国专利申请No.：14/014,035中进行了详尽描述)以及用于跟踪其它小的物体的其它声音标签(在2014年8月29日递交的专利申请No.： PCT/US14/53578中进行了详尽描述)。可弹出的声音标签在用于跟踪湖泊系统中的成年大鳞大马哈鱼中工作良好。然而，对于长期监控需要较强的声音信号并且较长的寿命的物体(例如，幼年(小于1岁)鲟鱼)来说并非最佳。因此，需要一种新的标签设计，其能够减小整体尺寸、质量、和/或体积，其提高了电源电压、标签寿命、以及传输范围以及降低了与附接相关的不利的影响和成本 (其包括移植)，因此，拓宽了潜在的应用的范围，例如，包括调研幼年鲑鱼和其他小的物种的行为和习性。本发明解决了这些需求。
发明内容
本发明包括一种新式声音传输装置(声音标签)和用于实时或者根据时间在多达三个维度上远程跟踪各种物体的方法。声音标签可以包括电源，电源传输电源电压以给标签电路供电。标签电路可以将所选择的电压传输至压电换能器(PZT)，后者在大约159dB和大约163dB之间选择的信号密度下，传输声音传输信号。标签可以被配置成在大约5秒的脉冲速率间隔下，在至少大约98 天的所选择的信号强度下，提供可选择的标签寿命。
本发明还包括一种跟踪所选择的物体的方法。所述方法可以包括在声音传输(标签)装置中，将来自由电源供电的标签电路的所选择的电压传输至PZT。标签装置可以附接至所选择的物体。标签电路在可选择的标签寿命下，在所选择的信号强度下，可以在PZT中产生声音传输信号。信号强度可以在大约 159dB和163dB之间进行选择。
在一些实施方式中，在161dB的信号强度下、在大约15秒的传输(ping) 速率下，标签寿命可以为至少大约365天。
在一些实施方式中，在161dB的信号强度下、在大约10秒的传输(ping) 速率下，标签寿命可以为至少大约249天。
在一些实施方式中，在159dB的信号强度下、在大约5秒的传输(ping) 速率下，标签寿命可以为至少大约156天。
在一些实施方式中，声音标签可以包括电源，所述电源传输可选择的电源电压，电源给位于或者联结到标签电路的声音标签的组件供电。在各种实施方式中，电源电压可在大约1.8V和3.0V之间进行选择。
在一些实施方式中，所述标签电路可以包括耦合到两个模拟开关的双升压转换器子电路。在一些实施方式中，两个模拟开关中的一者可以通过电感而联结到PZT。其他模拟开关可以直接地联结到PZT。该配置允许比起传输到PZT 通常所需要而通过PZT的来自待传输的标签电路的更高的峰到峰的电压。在一些实施方式中，两个模拟开关可以直接地耦合至PZT，这允许来自标签电路的电压直接地应用到PZT。
在一些实施方式中，双升压转换器子电路可以将从电源传输的电压转换成两个输出电压。一个输出电压可以为比电源电压更高的电压(例如，大约+7V)。另一输出电压可以为比电源电压更低的电压(例如，大约-3V)。双升压转换器子电路可以共享一个电感以减小标签的尺寸。
双升压转换器子电路可以在连续的两个电压电势之间进行交替切换，并且通过各个模拟开关传输两个电压以产生从标签电路到PZT的可选择的输出电压，该电压驱动来自声音标签的声音信号的传输。在示例性实施方式中，当由双升压转换器子电路传输的两个电压电势在大约+7V和大约-3V之间交替时，从标签电路传输到PZT的电压可以为大约20V(峰到峰)。
所述方法可以包括将来自标签电路的所选择(驱动)电压从标签电路内的电感上的双升压转换器子电路传输至PZT。
在一些实施方式中，用于将声音信号从压电换能器传输的能量损耗可以小于或等于在163dB的信号强度下每次传输中的大约385μJ。
在一些实施方式中，用于将声音信号从压电换能器传输的能量损耗可以小于或等于在161dB的信号强度下每次传输中的大约283μJ。
在一些实施方式中，声音信号可以包括在全强度下的至少大约500米的传输范围。
在一些实施方式中，新的声音装置(标签)可以包括等于或者低于大约 24.2mm的长度，等于或者低于5.0mm的直径，以及小于大约0.72grams的净重。
所述方法可以包括将声音标签附接到所选择的物体的所选择的位置。
声音信号可以编码有所选择的代码长度的一个或多个标签代码。声音信号可以包括位置数据、关于物体的识别数据，和/或传感器数据，其所有可以从声音标签传输到位于物体外部的接收器。
所述方法还可以包括对从声音标签接收到的声音信号解码，以实时或者根据时间，在达三个维度上识别并且跟踪物体。
声音传输装置可被配置成用于跟踪鲟鱼或者其他水下物体。
前述的发明内容既不意在限定本应用的本发明(其通过权利要求书进行衡量)，也不意在以任何方式对本发明的范围进行限制。
附图说明
图1示出了本发明的声音传输装置以及相关的长度范围；
图2为示出声音传输装置的组件的框图；
图3A-3B为本发明的不同俯视图；
图4A-4B为本发明的不同仰视图；
图5示出了本发明的声音传输装置的电路图。
具体实施方式
公开了一种用于在多达三个维度(即，X-Y-Z坐标)上识别和远程跟踪各种小的物体(例如包括幼年鲟鱼和其他深水和水下物体)新的声音传输(标签) 装置和方法。在以下说明中，作为示出用于执行本发明所考虑的最佳模式而描述了本发明的各种实施方式。描述了各种组件(例如，包括换能器，标签和驱动电路，以及电源)，这解决了具体的性能需求(例如，尺寸、质量、信号密度、范围和标签寿命)。明显的是，本发明可修改为各种置换、修改和替换构造，但应当理解的是，并不意图将本发明限制到本文公开的具体形式，而是，相反，本发明是旨在覆盖所有的修改、替代结构和落入权利要求中限定的本发明的范围内的等效替代。因此，描述应被看作是示意性的而不是限制性的。本发明的声音标签可以包括各种形状因素和形状，其允许标签被附接到所选择的物体用于所选择的应用。然而，形状并不限于此。本文使用的术语“形状因素”是指包含装置部件的声音标签和胶囊中的电气部件的物理布置、配置和尺寸。术语“物体”是指声音标签可附接到其上以进行跟踪和/或识别的无生命或生命的对象。无生命物体包括但不限于例如推进物体(例如，机器人)、静止物体、可移动物体和可运输物体。有生命的物体可包括但不限于例如水生物种，包括例如，海洋和淡水动物、深水物体(例如，保幼鲟鱼、鳗鱼、和鳗鱼)、潜水员、水下哺乳动物和其他活的物体。现在参考跟踪示例性的深水物体，即幼鱼鲟鱼来描述本发明。然而，应当理解，本发明并不限于此。如上所述，本发明的声音标签非常适用于各种应用和不同物体的跟踪。部意在限制。图1是本发明的新的声音传输装置(声音标签)100的透视图。在示例性实施例中，声音标签100可以包括细长或圆柱形状，其允许标签容易地植入或附接到所选物体。附接的方法是非限制性的。表格1列出了新的声音标签的示例性参数。
表格1：
Figure GDA0003066358630000061
*
Figure GDA0003066358630000062
为直径的工程单位，这里以毫米给出。
在示例性实施方式中，标签100可以包括24.2mm的长度和5.0mm的最大直径。标签的前端可以包括比标签的后端更窄的尺寸，并且可以包括相对平坦的轮廓以使得标签的重量最小化。声音标签包括紧凑体积，以及在空气中大约720mg的质量。标签100还包括单独的标签电路，其驱动来自PZT的声音信号的传输；电源，具有更大的功率输出，改进的并且可调的声音信号强度(或者源水平)，可选择和较长的标签寿命，以及用于跟踪所选择的物体的较长的参数范围。声音传输信号可被调节到提供各种检测范围和标签寿命。
图2为示出本发明的声音标签100的示例性组件以及相关的电子输入和输出的框图。标签100可以包括电源(例如，电池)10，其给声音标签的组件上电。电源10可以为与美国专利申请No.：14/014,035中描述的类似设计的通常的碳酸锂电池。每一复合层可以包括位于聚合物分离器之间的阳极和阴极，聚合物分离器将层压体中的阴极与阳极电隔离。隔板可以包括微孔聚丙烯。阴极可以包括或由例如碳氟化物和粘合剂中的导电碳构成，所述粘合剂以选定的厚度固定到集电器。粘合剂可以包括例如聚四氟乙烯(PTFE)。阳极可以由锂金属构成。电源可以填充有例如以选择的体积比分布的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的六氟磷酸锂(LiPF6)的电解质。在示例性实施方式中，电源可以具有更大的尺寸，其提供高达约80mAh的较大功率输出和更长的标签寿命。在即时设计中，电源10可以包括被配置成提供在约1.8伏(1.8V)至约 3.0伏(3.0V)之间的可选输出电压的多个层压板。
标签100还可以包括可编程微控制器6(U1)(例如，芯片级封装中的型号PICl6F1823T/CL 8位，8K闪存，可编程微控制器，美国的AZ的Chandler 的MicrochipTechnology)，其提供对声音标签100的组件的可操作的控制。标签组件被配置为以从声音标签传输的、以期望的调制或共振频率(例如， 416.7kHz)产生和传送声信号。谐振器28(Y1)(例如，日本京都府，长冈京市，村田制作所(Murata Manufacturing Co.，Ltd)的型号为CSTCE10M0G52-R0， 10MHz陶瓷谐振器)可以耦合在微控制器6(U1)的输入侧，以产生所选精度的时钟信号(例如，±0.5％容差或更好)，其控制控制器(U1)6和声音标签 100的其他组件。对光或红外辐射敏感的光电晶体管(Q3)26(例如，中国台湾台北市的EverfightElectronics Co.，Ltd.的型号PT19-21B的扁平黑色迷你 SMD光电晶体管)可以耦合在微控制器6的输入侧，以从外部计算机接收配置命令。
标签100可以包括耦合至第一模拟开关40(U2)和第二模拟开关42(U3) 的双升压转换器子电路36。第二模拟开关42(U3)可以耦合至高效率的谐振电感12(L1)(例如，美国IL的Cary的线艺电子公司的10uH，80MAmp，20％公差电感)。第一模拟开关40(U2)和谐振电感器12(L1)可以耦合到压电换能器8。双升压转换器子电路、第一和第二模拟开关、以及谐振电感器一起产生驱动电压，该驱动电压以选定的调制或共振频率(例如416.7kHz)驱动来自压电换能器8的声音信号的传输。双升压转换器子电路36还控制来自压电换能器8传输的声音信号的强度。信号强度可在约159dB和约163dB之间选择。选择电源电压和声音信号强度提供了可选择的标签寿命。
如在下文中描述的图3A和图4A中示出的，标签100的组件可被选择成减小标签的物理尺寸和重量，并且可被耦合至电路板2的两侧。电路板2可由刚性板材料(-0.02cm厚度)(例如，FR4板)或者柔性板材料(-0.01em厚度) (例如，弯曲板)构成。
图3A-图3B示出了电路板2的不同顶侧视图，其示出了声音标签100的所选择的组件的多个部分。在这些附图中，示出压电换能器8例如在声音标签 100的前端处电性耦合至电路板1，从而声音信号可以无干扰地传输或者不受其他标签元件的阻碍。电源10可以在相对于压电换能器8的端部而耦合至电路板2，以对压电换能器8和其他标签组件的操作上电。然而，位置不意在被限制。谐振器28(Y1)(例如，参照图2在前面所述的10MHz的陶瓷谐振器)可以耦合到微处理器6以控制标签组件的操作时间。光电晶体管26(Q3)可以定位成接收来自源计算机的配置指令。第一模拟开关40(U2)和第二模拟开关42(U3)可以定位成将驱动电压传输到大约20V的PZT8(峰到峰)，而直接到压电换能器8，或者将谐振电感12(L1)上的同样的驱动电压传输至压电换能器8，如在本文中前述的。标签100组件可以封装在涂层中，涂层由热设定聚合物(例如，环氧基树脂)(例如，美国马萨诸塞州的合毗黎勒的环氧基树脂技术公司的
Figure GDA0003066358630000081
301环氧基树脂)或者形成封装4的树脂(例如，美国明尼苏达州的圣保罗的3M公司的
Figure GDA0003066358630000082
Electrical Resin 5)构成。
在图3B中，电阻器30(R1)(例如，美国宾夕法尼亚州的莫尔文的威世半导体有限公司的1.0Mohm，1/20W，误差为5％的SMD电阻器)可以与谐振器28(Y1)并联耦合以稳定谐振器28(Y1)的频率。旁路电容器20(C3)) (例如，美国加利福尼亚州的尔湾市的三星机械电子美国公司的型号 CL03A105MP3NSNC，1-pF，10V，误差为20％，介电为X5R，以及0201尺寸的钽电容器)可以耦合至控制器6和电源10以过滤电子噪音和源自电路板2的组件的电流尖峰。如为本领域技术人员所能理解的，电子组件可以根据需要进行定位。不意在进行任何限制。
图4A-图4B示出了电路板2的不同底侧视图，其示出了声音标签100的所选择的组件的位置。压电换能器8和电源10可以如前所述进行耦合(见图 3A-3B)。微控制器6(U1)可以控制标签的组件的操作。在示例性实施方式中，微控制器6(U1)示出为邻近于压电换能器8而定位，但是位置不意在被限于此。第一晶体管22(Q1)(例如，美国加利福尼亚州的圣何塞的NXP半导体的p沟道MOSFET的20V的型号为PMZB350UPE-315)、第一电容器16(C1) (例如，日本东京米纳托的TDK Corp.的47uF，10V，误差为20％，介电为X5R，以及0805尺寸的陶瓷电容器)以及电感14(L2)(例如，日本东京米纳托的 TDK Corp.的10uH，80MAmp，误差为20％，以及0603尺寸的电感)为双升压转换器子电路36的组件。这些组件产生负输出电压(例如，大约3V)以及电性耦合至参照图2和图3A-图3B在前面描述的第一模拟开关40(U2)和第二模拟开关42(U3)。第二晶体管24(Q2)(例如，美国得克萨斯州的达拉斯的 FairchildSemiconductor，Inc.的30V，1.78A，N沟道MOSFET)和第二电容器18 (C2)(例如，日本东京米纳托的TDK Corp.，的47uF，10V，误差为20％，介电为X5R，以及0805尺寸的陶瓷电容器)为双升压转换器子电路36的另外的组件。这些组件共享如前所述的电感14(L2)并且一起产生正输出电压(例如，大约+7V)，并且电性耦合至参照图2和图3A-图3B在前面描述的第一模拟开关40(U2)和第二模拟开关42(U3)。第二模拟开关42(U3)可以通过电感 12(L1)而耦合到压电换能器8，以增大压电换能器上的驱动电压。在图4B 中，第一二极管32(D1)(例如，美国得克萨斯州的皮亚诺的Diodes，Inc.的 30V，0.1A，2DFN肖特基二极管0201)和第二二极管34(D2)(例如，美国得克萨斯州的皮亚诺的Diodes，Inc.的30V，0.1A，2DFN肖特基二极管0201)为双升压转换器子电路36的另外的组件。第一二极管32(D1)协助产生负电压(例如，-3V)，而第二二极管34(D2)协助产生正电压(例如，+7V)。
图5示出了用于本发明的声音标签的示例性标签电路，示出了上文在前面所述的组件。组件可以位于或者耦合至参照图2在前面描述的电路板。标签电路可以包括大约0.01em(0.003英寸)的优选的跟踪线宽度，但是不意在限于此。用于对微控制器6编程的配置指令可以例如通过集成电路串行编程器 (ICSP)模块48(例如，美国亚利桑那州的钱德勒的Microchip Technologies 的MP LAB ICD 3编程器)直接从外部计算机(未示出)接收，其耦合至微控制器6。编程器(ICSP)模块48可以通过编程连接器(例如，美国伊利诺伊州的利斯尔的Molex Connector Corp.的型号为22-05-2061，6位连接器)(未示出)而耦合至外部计算机。在组装示意标签期间，编程连接器可以与电路板脱离以减小组装后的标签的最终体积。
配置和编程信息还可以从外部计算机通过光电二极管26(Q3)远程(例如，光学地)传输，并且通过所选择的输入针脚而传输到控制器6。该针脚不意在被限制。旁路电容器20(C3)可以耦合至控制器6和电源10以过滤电子噪音和来自电路板上的组件的电流尖峰。谐振器28(Y1)传输时钟信号，其控制正沟道驱动信号(PCH-DRV)的传输时间和负沟道驱动信号(NCH-DRV) 到在下文中描述的双升压转换器子电路36。电阻器30(R1)可以与谐振器28(Y1)并联放置，以稳定谐振器28(Y1)的频率和时钟信号。
双升压转换器子电路36可以包括第一晶体管22(Q1)、电感14(L2)，第一二极管32(D1)以及第二电容器16(C1)，以上组件一起产生负输出电压(例如，-3V)。微控制器6可以切换PCH-DRV信号，以交替地建立通过电感14(L2)的电流，然后，通过二极管32(D1)使得电容器16(C1)放电。在一定程度上取决于微控制器6的时间长度的一定量的正输出电压切换了PCH-DRV信号。在操作期间，微控制器6可以正电压保持NCH-DRV信号，从而在下文中描述的第二晶体管24(Q2)可以导电。
双升压转换器子电路36可以包括第二晶体管24(Q2)，电感14(L2)、第二二极管34(D2)以及第二电容器18(C2)，以上组件一起产生正输出电压(例如，+7V)。微控制器6切换NCH-DRV信号，以交替地建立通过电感14(L2)的电流，然后，通过二极管34(D1)对电容器18(C2)充电。通常取决于微控制器的时间长度的一定量的正输出电压切换了NCH-DRV信号。在该操作期间，微控制器6(U1)可以将NCH-DRV信号保持在0电压，从而第一晶体管22(Q1)可以导电。
双升压转换器子电路36可以耦合至第一模拟开关40(U2)和第二模拟开关42(U3)。第一和第二模拟开关分别从双升压转换器子电路36接收正输出电压和负输出电压。在微控制器6(U1)的控制下，第一和第二模拟开关连续交替地在两个电压之间切换，以从标签电路产生所选择的(驱动)电压，该电压被传输到压电换能器8。第一模拟开关40(U2)可以耦合至压电换能器8 的一个端子(例如，负端子)。第二模拟开关42(U3)可以通过谐振电感12 (L1)而耦合到压电换能器8的另一端子(例如，正极端子)。驱动电压可以从第二模拟开关42(U3)通过谐振电感12(L1)传输至压电换能器8，以产生从压电换能器8传输的声音信号。谐振电感12(L1)被配置成增大在压电换能器8的端子处的传输的电压。从压电换能器8传输的声音信号可以具有选择的调制频率(例如，416.7kHz)。电感12(L1)的值可被选择成，电感部分地或者完全地消除了以所选择的调制频率的压电换能器8的特征电容。在压电换能器8的每一端子处的所引起的电压可以上升高于正驱动电压和低于负驱动电压。如为本领域的技术人员所理解的，调制频率可以改变，并且因此不意在限制到本文中所描述的示例性值。
【标签寿命】
本发明的声音标签的寿命部分地取决于参照图5在前面描述的电源(电池) 10的大小。然而，对于给定的电源大小，通常来说，标签寿命可通过选择以下几者而进行选择：1)用于传输声音信号的PRI；2)声音信号的强度；或者3) PRI和声音信号强度二者。
在大约159dB和163dB之间的声音强度的可选择的范围内，标签寿命可以从经验等式【1】中估算出：
Figure GDA0003066358630000121
这里，寿命(T)以天为单位。(vbatt)为电池电压并且以伏特为单位。(Cbatt) 为电池容量(以毫安时(mAh)为单位)。(SL)为声音强度(或者源水平)(以 dB为单位)。(/s)为流过标签电路的恒定静态电流(图5)(以微安为单位)。 (f0)为PRI(以秒为单位)。表格2列举了示例性瞬间，其可被应用于计算在 5秒PRI(t0)和163dB的信号强度(强度)时的标签寿命(T)。
表格2
项 值
V<sub>batt</sub> 3.0V
C<sub>batt</sub> 56mAh
SL 163dB
t<sub>0</sub> 5seconds
I<sub>s</sub> 0.4μA
从等式(1)，标签寿命(T)可以利用可识别的可变值为大约98天时进行计算。本发明的声音标签被配置成对于声音信号的每一传输(甚至当电池电压随着时间逐渐减小时)维持所选择的能量消耗(epulse)。能量消耗(epulse) 值可以小于或者等于在163dB的信号强度时每一传输的大约385μJ，并且小于或者等于在161dB的信号强度时每一传输的大约283μJ.
实际的标签寿命(T)可以长于基于标称能量消耗值(epulse)值的计算寿命。作为示例，在163dB的信号强度(强度)设定时，为了更精确地估算标签寿命，作为标称值385μJ的代替，可以使用每一传输的351μJ的经验能量消耗值。在另一示例中，在161μJ的信号强度设定中，作为标称值283μJ的代替，可以使用269μJ的经验能量消耗值。
表格3列举了在所选择的PRI和所选择的信号寿命时，用于本发明的声音标签实验和投影的标签寿命。
表格3
Figure GDA0003066358630000131
本发明的声音标签的寿命(T)是可选择的。可以选择更长的标签寿命和更短的标签寿命。在表格中，可以看到，对于所选择的信号强度，标签寿命可以通过改变PRI而进行选择。例如，在163dB的信号强度下，对应于5秒PRI 的标签寿命大约98天；对应于15秒PRI的标签寿命大约285天。可以为本领域的技术人员容易理解的是，对于所选择的PRI，对于其对应的寿命可以选择各种信号强度，以满足对于所选择的物体和/或对于所选择的应用的具体跟踪需求。例如，对于设定在161dB的信号强度的标签，标签寿命可以在利用0.5秒的PRI时的至少大约12.9天，在利用5秒的PRI时的至少大约127天，在利用15秒的PRI时的至少大约365天。
例如在2013年8月29日递交的美国申请号14/014,035中描述了压电换能器的光柱传输类型。
【传输检测范围】
由本发明的标签传输的声音信号可以包括所选择的检测范围。标签信号可被编码以提供最大强度，并且提高范围和分辨率。在具有相对少量的背景噪音的位置中，例如，在湖的中部，信号可以传输到最远为大约500米。本标签传输了更高的源水平输出以提供500米的检测范围(而非在前述的标签中使用的)。表格400列举了对于三个不同信号传输速度背景和在安静环境(例如，大坝的前池)以97dB的假定噪音水平，在163dB和161dB两个示例性强度值所预测的检测范围。然而，示出的示例不意在进行任何限制。
表格4
Figure GDA0003066358630000141
暗示500米或者更长的传输检测范围的数据可以在从59dB和163dB所选择的声音信号强度处实现。在具有较大背景噪音的位置中(例如，恰好在大坝泄洪道的下游)，信号可以以大约100米进行传输。然而，这样距离并不旨在作为对本发明的限制。本发明的标签可以编程有可选择的代码长度的一个或多个标签代码。微控制器(图2)还可以包括内部传感器，例如，温度传感器，其从物体和周围环境中收集另外的数据。作为示例，具有所选择的位长度的5 位温度值或者其他传感器值可以从所选择的传感器输入到一个或多个标签代码中，其然后从压电换能器传输。编码和传感器描述在2013年8月29日递交的美国申请No.：14/014,035中。
用于将声音标签附接到所选择的物体的方法和位置非限制性的。声音标签可以例如附接到物体的外部(例如，到人的服装或者水下呼吸器)，到无生命的物体，到内部附接到物体的自我推进的物体(例如，机器人)(例如，插入到物体内，外科手术移植或者注射)。所有这些都并非意图限制本发明的范围。
用于本发明的声音标签的应用可以包括但不限于例如存活研究；监控迁移 /通道/轨道；跟踪物体的行为或者以二维(2D)或者三个维度(3D)定位；测量大坝或者其他通道中的旁路效率；观测捕食者/猎物动态；帮助共用事业机构，私人农场以国家和联邦机构满足渔业或者其他管理；以及其他应用。所有这些应用都并非意图限制本发明的范围。
本发明达到了在现有设计中不能达到的卓越的优点，并且开启了广泛阵列的标签的使用，以及尚未实现的应用。在当前设计中的高效压电换能器驱动电路提高了能量转换效率，并且降低了专门的组件的数目，所有这些同时保持了同样的源水平性能。较少的组件减少了需要给标签上电的能量，这允许对于甚至更小的物体和应用，甚至构造具有更低质量的更小的声音标签。
尽管通过当前被视为最实际和最优选的实施方式对本方面进行了描述，但是在不背离本发明的真实范围和更广方面的前提下可以进行很多种改变、修改和等效布置。因此，该范围被视为符合相对于所附权利要求书的最广的含义。所附权利要求书因此意在涵盖落入本发明的范围内的所有这些改变、变型、等效结构、以及产品。不意在进行任何限制。

Claims (17)

1.一种声音传输装置，包括：
电源；
标签电路；
压电换能器；
被配置为与待跟踪的物体相关联的壳体；其中该壳体与所述电源、所述标签电路以及所述压电换能器相联接；
其中所述电源传输电源电压从而给所述标签电路供电；且所述标签电路将选择的电压传输到所述压电换能器，该压电换能器在159dB和163dB之间选择的声音信号强度上，驱动声音传输信号的传输。
2.如权利要求1所述的声音传输装置，其中该声音传输装置被配置为在163dB的所述选择的声音信号强度下以及在5秒的脉冲速率间隔下，提供至少98天的在所述选择的声音信号强度下的可选择的寿命。
3.如权利要求1所述的声音传输装置，其中，所述标签电路包括耦合到两个模拟开关的双升压转换器子电路，该双升压转换器子电路将所选择的电压传输到所述压电换能器。
4.如权利要求1所述的声音传输装置，其中，所述标签电路包括产生在大约-3V和大约+7V之间交替的电压电势的双升压转换器子电路。
5.如权利要求1所述的声音传输装置，其中该声音传输装置具有429mm3的体积以及在空气中720mg的质量。
6.如权利要求1所述的声音传输装置，其中所述标签电路包括：
被配置为产生负输出电压和正输出电压的双升压转换器；以及
位于所述双升压转换器和所述压电换能器之间的电感。
7.如权利要求1所述的声音传输装置，其中，所述标签电路消耗能量用于将来自所述压电换能器的声音传输信号传输，该能量在161dB的所述选择的信号强度下，在每一次传输时小于或者等于283μJ。
8.如权利要求6所述的声音传输装置，还包括：
与所述双升压转换器以及所述压电换能器的一个端子联接的第一模拟开关：
与所述双升压转换器以及所述电感联接的第二模拟开关。
9.如权利要求1所述的声音传输装置，其中所述壳体被配置为接收在所述待跟踪的物体的内部。
10.一种跟踪所选择的物体的方法，包括以下步骤：
将声音传输装置与选择的待跟踪的物体进行关联；
当所述声音传输装置与所述物体存在关联时，将所选择的电压从由电源供电的标签电路传输到所述声音传输装置内的压电换能器，以在其中产生声音传输信号；以及
当所述声音传输装置与所述物体存在关联时，在159dB和163dB之间的所选择的信号强度下将来自所述压电换能器的声音传输信号进行传输，以跟踪所选择的物体；
当所述声音传输装置与所述物体存在关联时，将所述声音传输信号传输到所述物体外部。
11.如权利要求10所述的方法，其中，传输所述声音传输信号包括在161dB的所述选择的信号强度下、在15秒的脉冲速率间隔下、至少365天的寿命。
12.如权利要求10所述的方法，其中，将所选择的电压从标签电路传输包括在双升压转换器子电路产生电压，所述双升压转换器子电路耦合至所述标签电路内的两个模拟开关。
13.如权利要求10所述的方法，其中，将所选择的电压从标签电路传输包括在双升压转换器子电路产生电压电势，所述电压电势在-3V和+7V之间交替。
14.如权利要求10所述的方法，其中，将所选择的电压从标签电路传输包括至少20V的峰到峰电压。
15.如权利要求10所述的方法，其中，将所选择的电压从标签电路传输包括传输来自电源的、选自1.8V到3.0V之间的电源电压。
16.如权利要求10所述的方法，其中，传输所述声音传输信号包括由所述标签电路产生的能量消耗，所述能量消耗小于或者等于在161dB的所述选择的信号强度下，每一次传输时的283μJ。
17.如权利要求10所述的方法，其中，传输所述声音传输信号包括由所述标签电路产生的能量消耗，所述能量消耗小于或者等于在163dB的所述选择的信号强度下，每一次传输时的385μJ。
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