CN110915101B - 用于光无线供电的灵活管理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于无线功率传输的安全监管系统，包括具有安全状态的光束发生器的发射器，用于向接收器传输功率，该接收器将光束转换为电功率。系统控制单元存储由与一个或多个不希望的情形相关联的预定参数所分类的先前已知的签名，存储来自传感器的数据，将该存储的数据与签名进行比较，并基于该比较执行一个或多个响应。该系统可包括发射器和/或接收器故障检测系统，该系统适于监测发射器和接收器控制单元，并在检测到发射器或接收器控制单元故障时使光束发生器切换到安全状态，并可进一步包括防止人暴露于预定安全水平以上的光束强度的危险检测系统。

Description

用于光无线供电的灵活管理系统

技术领域

本发明涉及无线功率传输系统的各种安全系统的监管领域，特别是应用于为便携式电子设备供电和充电的激光束系统。

背景技术

迄今为止，只有三种可商用的技术允许使用平行或基本平行的电磁波将功率无线传输到便携式电子设备：

磁感应-其中通常被限制在几mm的范围内；

太阳能电池-对于和手机相关的尺寸，其不能产生超过0.1瓦的功率；

能量收集技术-在相关情况下，例如在典型的居住环境中收集电子信号，其不能产生超过0.01W的功率。

然而，便携式电子设备的典型的电池是1-100瓦*时，并且完全充电通常持续几个小时到一周。因此，大多数便携式设备，如手机，在更广的范围内需要更高的功率。因此，有一个长期的未满足的需求，即安全地、高效地、成本有效地和方便地在超过几厘米的范围内传输充足的电功率到便携式电子设备，该便携式电子设备通常配备可充电电池。

此外，目前这种产品在大众市场上的商业可用性是有限的，因为存在与安全有关的问题，阻碍了这种商业产品被成功地推出。现有技术中建议的大多数系统潜在地使用户暴露于各种场中(例如射频、激光、磁、电或超声波)，并且因此需要某种安全系统，这些安全系统被设计用于阻止用户暴露在此类场中。许多现有的安全系统被设计成响应“紧急事件”，这些事件被定义为如果不立即反应，可允许超过安全水平的辐射以不受控制的方式从系统发出，并且事件可对人或财产造成伤害。例如，如果有人穿透光束并处于危险之中，这将被视为“紧急事件”，并且安全系统可通过停止光束(例如激光束)的发射来作出反应。

在本公开的上下文中，紧急事件是除非采取适当的措施，否则很可能导致系统以不安全的方式运行，或系统超过其安全的或规定运行参数的事件。典型地，在检测到紧急事件后，所需的响应是立即的或在很短的时间范围内应实施的。

紧急事件的示例包括：

1.安全事件；

2.人、动物或物体穿过光束；

3.安全违规的指示；

4.人可接近的放射超过规定限制或可接近的安全限制；

5.紧急停止按钮的激活；

6.未经授权的系统入侵。

在整个描述过程中并且如权利要求所述，可将非紧急事件一词视为不需要在短时间范围内响应的事件或情形，因为它不太可能造成立即的损害，但如果不加以检测和管理，则可能发展为紧急事件。非紧急情形通常不常见，但应理解的是，非紧急情形可是频繁的或累积的，例如灰尘随着时间的过去在部件上积聚。

现有技术系统通常采用危险检测系统，当存在人暴露于危险中的风险时，危险检测系统会关闭功率传输。然而，这样的安全系统通常只在紧急事件发生时才会作出反应，并且对这样的紧急事件的反应通常是关闭整个系统。

然而，典型的居住环境是非常多样的，并且以一种不可预测的方式动态变化，因此在一种情况下可取的配置在另一种情况下可能不可取。由于在这样的变化的环境中，每种情况都是暂时的，现代居住环境突出了在现有技术系统中不重要的需求，并且在这样的环境中变得越来越重要，例如蓄意企图造成系统故障，或在对特定环境专门的已知情形下的系统的重复故障。

现有技术系统通常只检测紧急事件和对其反应并且不适当地进行处理，或对许多不是紧急的但可能是不希望的、或与一个不希望的甚至是危险事件的高概率相联系的这样的情形根本不反应。大多数现有技术在显示系统适应变化的情形上的能力非常有限。例如，当外物穿过发射器和接收器之间的路径时停止运行的现有技术系统通常不能以关闭系统以外的方式对变化的情形作出反应。事实上，这种关闭可为不必要的，并可导致能量损失、服务中断和系统的低效率运行。

使这一问题更为复杂的是，由于现有技术系统被设计用于在大多数情形期间提供安全的性能，因此通常为此类安全系统保留较宽的裕度，这导致当检测到非危险事件时系统也会关闭。例如，常见的家居环境和日常使用，可包括例如来自灰尘和指纹的污染、振动、梁堵塞(blocking of a beam)、非专业安装和意外落到地板等。由于这些示例性的非紧急情形不被视为“紧急事件”，尽管这些情况可导致系统故障、系统效率低，以及甚至危险的结果，大多数现有技术系统常常不会对它们作出反应。或者，许多现有技术系统会通过禁用系统(通常是不必要的)来对这种情形作出反应。这些问题使得这些现有技术系统不适合在公共环境中使用。

此外，在大多数现有技术系统中，如果安全系统被无效或避开，系统将变得危险。大多数现有技术系统不是被设计用于检测和响应破坏系统的安全运行方式的恶意的企图。

此外，需要适合在公共环境中使用的无线功率系统，该公共环境具有符合政府法规的综合安全系统。美国目前允许的激光功率级别不足以在没有强制性的、可靠的和复杂的安全系统的情形下提供有用的电量。例如，2014年4月修订的美国联邦条例法规(CFR)标题21第8卷第I章第J分章第1040部分涉及发光产品—激光产品的性能标准。

对于不可见的波长，存在I级、III-b级和IV级激光器(II、IIa和IIIa级用于400nm和710nm之间的激光，例如可见激光)。

在不可见光波长中，将I级视为对公众使用是安全的，而将IIIb和IV级视为是不安全的。

根据2014年4月修订的美国CFR 21第8卷第I章第J分章第1040部分，I级激光器在0.1-60秒暴露下的MPE(最大允许暴光量)在图1的图表中示出。

从图中可以看出：

1.最大允许暴光量水平通常随波长的增加而增大，随暴露的持续时间的延长而减小。

2.即使在人进入光束0.1秒后关闭激光器，为了满足美国-CFR21,～1040中规定的要求，在大于2.5微米的波长下可以传输不超过1.25W的光，并且在更短的波长下传输更少的光。没有强制性的可靠的安全系统，只允许几毫瓦的激光功率，当激光功率转换回电力时，将提供比大多数便携式电子设备充电所需的功率少得多的功率(例如，手机需要1到12瓦用于完全充电)。指纹和灰尘会散射激光，并且透明的表面会反射或散射激光，这在本领域是众所周知的。如果要为例如使用1-12W电功率充电的典型电话传输高功率，那么即使考虑到从激光到电功率的转换效率低(其效率通常不能超过50％)，也需要2-24W的激光功率。

因此，要给这样典型的电话充电，就需要具有对应于IV级激光器的功率的激光器。对于IV级激光器，即使是来自主光束的散射辐射也是危险的。根据2014年4月修订的CFR21第8卷第I章第J分章第1040部分，在400nm和1400nm之间，暴露时间超过0.5秒的超过0.5W的激光器通常被视为IV级激光器，并且甚至来自这种激光器的散射辐射也可是危险的(但不是从特别为确保激光安全而设计的吸收元件上散射的)。要求此类激光器具有各种安全特征，并需要预防性警告和限制性特征，例如锁止键、如图2所示的警告标签，并且激光器的用户通常需要佩戴安全护目镜并接受适当的培训。因此，如果没有灵活的、综合的和鲁棒性的安全系统，IIIb级或IV级激光器就不能适合公众使用。

然而，可能存在各种安全系统，允许将高功率激光器归类为I级激光器，因为这些激光器标准涉及人可接近的放射。例如，如果高功率激光器配备了不允许人接近高功率的安全系统，那么它可是I级激光器，即使功率非常高。例如，如果将高功率激光器嵌入不允许接近激光束的防护罩中，则可将其视为I级激光产品，并可适用于公共使用。例如，家用激光打印机通常是I级激光产品，尽管它们具有嵌入式的高功率激光器。总之，人们普遍认为，需要一个全面的安全系统，以允许在正常的公共环境中使用激光器进行功率传输，尽管在提交本申请之日，似乎没有一个已经商业化了。

因此，需要全面的光无线供电灵活管理系统，该系统能够以安全的方式对变化的情形作出反应，变化的情形包括那些属于日常使用、误用和滥用的范畴，并且可克服现有技术系统和方法的至少一些缺点。

描述各种光无线供电系统的现有技术可在美国专利号9,312,701，美国专利申请15/069,384、62/208,878、62/307,878、62/320,679和62/363,660中找到。

本部分和本说明书的其它部分中提及的每个出版物的公开均通过引用整体并入本文中。

发明内容

本公开描述了使用激光束将功率从发射器无线传输到至少一个接收器的新的示例性系统，所述系统能够以高效和安全的方式对变化的环境和情形作出反应，使得它们适合在公共环境中使用。动态环境本质上是复杂的，并且构造本公开的系统使得系统参数的设置中的改变根据这种变化的情形进行调整。与仅通过关闭来响应紧急事件的现有技术系统不同，本公开的系统以多方面的方式来对这种变化的环境条件和情形作出反应以提供对任何情形的最佳响应，并考虑到在尽可能多的不同设想情形下维持服务的需要。

本公开的系统不仅限于对紧急事件作出响应，而且还对许多非紧急危险的，但可为不希望发生的或者与不希望发生的事件的高概率相关联的情形作出反应。本公开的系统提供了更灵活的方案，允许系统避免达到不希望的情况，例如，而不是当情形变成紧急事件时才对它作出反应。这种灵活性是由为不同的情形提供多种适当的反应的系统来实现的，以便允许在变化的和多样化的环境中以高效的方式连续运行系统。

除了检测临近的危险之外，本公开的示例性的基于激光的供电系统能够识别在复杂的、动态变化的和不可预测的环境中的许多不同的情形。此类情形的示例包括系统误用、不正确安装、系统的未授权使用、移动的和变化的环境、变化的光照条件以及移动的发射器或接收器。尽管这些情形可与不期望的事件的高概率相联系，这些情况不会被大多数现有技术系统视为“紧急事件”。

此外，与如果安全系统被无效或避开而不具有失效保护特征的现有技术安全系统不同，本公开的基于激光的无线供电系统不仅对正常使用期间可发生的情况(例如，人误入光束)以及误用(例如，错误安装、错误连接或按下错误按钮)是可迅速恢复的(resilient)，也对潜在的滥用(例如，网络入侵者试图导致系统以不安全的方式运行，或有人试图通过使用硬件干预诱使系统向错误方向传输功率)是可迅速恢复的。

本公开中描述的示例性管理系统可为除危险检测系统以外的系统，它监视系统状态和外部环境，并动态地改变系统的运行参数，以降低达到潜在的不期望的情形的概率。因此，这种系统的一个功能可是防止或降低系统达到危险检测系统将停止功率传输从而中断服务的状态的风险。此外，本公开的系统可防止或降低系统达到系统将变成易受攻击状态的风险。公开的系统的其它功能可是防止或富有成效地对出于任何原因都不希望出现的情形作出反应，包括尤其从功能、效率或避免滥用或误用的角度。例如，这种富有成效的反应可包括防止不良情形的发生或恶化和/或收集数据以供进一步分析。这种预防可通过将危险或不想要的情形的可能性与系统内部或外部当前发生的情形相关联来实现。这种系统的灵活性和敏感性(例如它们能够检测和对许多潜在地不利的或甚至潜在地危险的情形作出反应)可以使它们适合于符合相关规定的公众使用。

本公开的一个示例性系统提供了用于检测与网络入侵相关联的模式的配置，例如，网络入侵者为了寻找有效密钥而重复传输的请求。与大多数现有技术系统不同，现有技术系统通过最终将激光定向到一些不需要的方向来响应这种情况，本示例性系统具有用于检测这种模式的配置，并且提供自动响应的生成，以减轻不希望的情形并提高对这种企图的系统恢复力。

本公开的另一示例性系统对低信噪比(SNR)情况进行有效地和安全地检测和响应。大多数现有技术系统要么不响应这种可能导致不安全运行的情形，要么通过关闭功率传输来响应这种低信噪比情形。通过增加识别和确定所花费的时间来克服低信噪比的情形是可能的；然而，这种解决方案作为永久性解决方案是不可取的，因为围绕这种解决方案来设计系统会导致低效率的系统，系统在识别和确定上花费太多时间，从而妨碍了正常情况下的效率和可用性。

相比之下，本示例性系统评估所收集的关于当前信噪比值的数据以允许对情形的适当的识别，并且然后发出适当的响应，例如在信噪比低时，花费更多的时间进行识别以提高信噪比，从而即使在那些情况下也继续提供功率，并且当信噪比恢复到可接受水平时，在识别上花费更少的时间。

当前公开的系统的一个新颖的方面是，在许多情形下，通过避免紧急事件而不是对紧急事件作出反应，或通过重新配置系统以建设性方式作出反应的能力来允许系统的连续运行，而不是在不可避免的紧急事件发生时关闭系统，从而提高系统的运行效率和易用性。以说明此特征为示例，如果每天上午9点到9点10分之间，预期人们经过办公室前门，这会阻挡光束并引发紧急事件，那么抢先式的解决方案就是第一个人一进门，就安排系统定向为在经过办公室的人员上方的设备充电，例如天花板上的烟雾探测器，从而避免了人员经过发生紧急事件的可能。所提出的系统可是节能监管系统，能够检测潜在浪费的模式并对其响应，而无需执行不必要的测试。该系统足够先进去检测情形，对其进行分析，并发出适当的响应。所提出的示例性系统使用特定的算法来指导能量使用并允许连续运行。

所提出的灵活管理系统监视从系统中获得的许多不同的信息源，并寻找对应于不同的不想要的情形的模式，这些情形不是临近的“紧急事件”—尽管它们可发展成或导致“紧急事件”，并且系统以适当的方式作出反应，以减轻这些不想要的事件发生时的影响，通常是通过修改系统的运行参数实现。这种不想要的情形可会对系统的安全、效率、功能或便利产生影响，并可由日常使用、误用或滥用引起。当检测到这样的模式时，这样的系统能够对系统配置执行修改。此外，这种改变通常是暂时的，因为当条件再次改变时，可需要撤销修改。因此，该系统在任何时间不断地监视和管理，提供适合当前情形的输出和响应。

一个示例性光无线供电系统可包括适合于将无线功率(通常是激光功率)传输到接收器的发射器，该接收器将无线功率转换为电功率。该系统能够与任何适合于与本公开所描述的控制系统一起运行的接收器一起运行，通常是借助于它配备有接收器控制单元和控制单元故障检测系统，该检测系统具有将与该系统一起运行的算法和通信协议。在一些装置中，系统包括内部的或外部的控制器/控制单元(通常是计算设备、微控制器、网络上的服务)，能够指示发射器和/或接收器如何运行。

该系统可包括：由光束发生器和光束偏转单元组成的发射器；危险检测系统；连接到所需传感器的发射器控制单元(通常包括存储器和CPU，但也可以是诸如FPGA、微控制器、ASIC等其它计算元件)，传感器感知外部参数(如时间、温度和湿度)和内部参数(如部件温度、光束方向、来自接收器的信息和存储器的内容)。该发射器控制单元被配置成从各种传感器收集数据，可能包括来自打算向其供电的接收器的数据，并将这些传感器的输出与可存储在查找表或数据库中的数据“签名”进行比较，从而识别潜在危险的非紧急情形。这样的表可是预加载的、动态生成的、通过不时的更新加载的、用户可配置的或以其他方式生成的。这样的表可包括所需的自动响应，并且控制器还可连接到能够执行这些自动响应的执行单元(例如激光驱动器、马达驱动器、电子邮件服务器、SMS网关、警告信号、LED、灯光和警报)。可通过改变系统配置中的一个或多个参数来实现自动响应，系统配置甚至可包括用于识别此类非紧急情形的表。

贯穿本公开以及如所声称的，从传感器收集或获取数据不包括由系统外部的因素有意开始的数据收集，例如由人按下按钮。可以连续地、按预定的时间间隔收集来自传感器的数据，或者可在检测到数据与一个或多个签名之间的一个或多个关系时由系统发起。持续进行的和由系统本身发起的数据收集允许对系统进行自主灵活的管理。

发射器通常包括光束发生器，光束发生器包括位于光学谐振器中的激光增益介质、光束偏转器和发射器控制单元，发射器控制单元配备有至少一个发射器故障检测装置，该发射器故障检测装置配置成检测控制单元中的故障，并且如果控制单元发生故障使光束发生器切换到安全状态。这可通过将数据与预定的签名进行比较并基于此比较执行响应来实现。如上所述，控制单元可以在发射器外部，或甚至可以是远程的。此外，还提供了各种系统传感器以“识别”系统运行的环境，并且在大多数情况下，还提供了危险检测系统，该系统可位于发射器、接收器内、两者的外部或分布在这些站点之间。

危险检测系统检测危险，通常是紧急事件，并通常通过降低由系统传输的功率或转移功率，或通过完全地阻止功率传输或已知安全的某些其它响应来响应它们。由危险检测系统引起的动作或由故障检测系统发起的动作所导致的系统状态在本公开中被定义为安全状态，并这样被要求保护。危险检测系统可使用控制器和传感器来实现，但只能对紧急事件作出响应。在某些情形下，危险检测系统可能是使用与当前系统相同的控制单元和传感器的软件，但仅对紧急情形作出响应。

可将发射器控制单元配置成检测对应于非紧急情形的情形，对应于不希望的情形的增加概率，并且自动地重新配置系统，以便在发生一个或多个这样的不希望的情形时改进系统的行为。在大多数情形下，系统的重新配置允许系统继续传输功率。在下文给出了这种行为的示例。

与系统旨在一起工作的接收器可配备有具有另一故障检测系统(接收器故障检测系统)的附加接收器控制单元，该故障检测系统可通过对发射器控制单元编程以检测接收器控制单元中的此类故障来实现。该接收器故障检测系统可被配置成在检测到接收器控制器故障时使光束发生器切换到安全状态。这可通过将数据与预定签名进行比较并基于此比较执行响应来实现。

安全状态可为，但不限于，关闭激光器。它还可涉及降低激光功率、扫描激光传输方向或将其转移到安全方向。

这样的系统可以为光束发生器提供可靠的控制，以及检测各种不希望的或有很高的概率是/变得不希望的和需要被关注的情形。

该系统可包括产生数据的传感器，该数据可与一个或多个“签名”进行比较，以确定每个非紧急情形可发生的时间。根据本发明的系统中可使用的常见传感器的列表包括：

跟踪传感器；

位置传感器；

计时器；

时间传感器-时钟；

位置传感器；

方向传感器；

接收器定向传感器；

温度传感器；

发射器发射功率传感器/功率计；

接收器接收功率传感器/功率计；

通信链路；

波长传感器；

发射器冲击传感器；

接收器冲击传感器；

光束形状传感器；

位置表，包含有关所述位置中的相关信息；

时间表，包含有关该时间经常发生的相关信息；

湿度传感器；

气体传感器；

距离传感器；

光学传感器；

系统中的其他指示传感器。

系统根据对于每个传感器可不同或可由特定情形触发的规划对来自传感器的测量数据进行测量，然后将这些输入与不希望的情形的一个或多个“签名”进行比较，可硬编码这些“签名”到系统中，作为固件或数据文件加载到系统中，由系统本身生成，或由用户编辑。

在检测到一个或多个这样的“签名”时，系统可通过执行一个或多个通常旨在改善情形的自动操作来作出反应。依据系统的当前情形，每次操作的持续时间可从临时到永久不等。一些可能的自动响应可为：

将功率级别降低到安全级别，而无需完全关闭系统；

注册事件并使用它来改进统计数据，或保留它以备将来分析；

一旦情形发生变化，降低功率级别并重新建立连接；

重新扫描接收器空间，这可用于建立正确数量的接收器；

重新调度一些或所有接收器，例如，更改充电顺序或传输给每个接收器的功率；

在日志中注册事件；

更改测试特定位置的频率；

更改访问特定位置或方向的频率；

更改访问特定位置或方向的占空比；

更改访问特定位置或方向的时间规划；

重新启动系统；

执行自检程序；

校准功率计和其它传感器；

警告用户；

执行彻底的安全检查以确认没有风险；

降低功率水平，直到系统冷却；

记录接收器的位置和时间，以便系统可以改善有关设备预期返回的位置(例如角落)和不返回的位置(例如门)的统计信息。

贯穿本公开以及如所声称保护的，术语降低风险、降低影响和促进成功恢复并不意味着包括由用户直接命令和控制的场景，或者涉及完全的系统关闭并且没有来自系统的进一步运行的场景。

在本公开的整个过程中以及如声称保护的，术语故障检测系统意味着包括各种设备或例程，用于验证或测试控制单元(例如接收器控制单元、系统控制单元、CPU、控制器、微控制器、FPGA或远程服务器)的运行条件，并且如果看起来处于非工作状态，则导致自动响应。示例包括定期重置的倒数计时器，当倒计时结束时，将导致执行自动响应。其他示例可为部件的热力监测，其中该系统在当达到阈值温度时发出响应。这样的响应可对远程服务器进行回音检查(ping)以及在远程服务器不响应时发出命令，向控制器发送第一关键字并等待控制器用第二关键字作出响应(如果控制器不响应则发出响应)，或者各种其它保活(keep-alive)的信号和监视仪器的使用。

因此，根据本公开提供的系统的示例性实施方式，提供了用于无线功率传输的系统，该系统包括：

(i)包括激光束发生器的发射器，该发射器适于将无线功率传输到至少一个接收器，该接收器被配置为将激光束转换成电功率，该至少一个接收器具有接收器控制单元和与之相关的接收器控制单元故障检测系统，发射器具有至少两种状态，包括至少一种已知的安全状态，该至少一种接收器控制单元故障检测系统被配置为在检测到接收器控制单元故障时使发射器切换到安全状态中的至少一种。

(ii)危害检测系统，该危害检测系统被配置为检测来自无线功率传输系统的人可接近的放射水平超过预定阈值的概率，并且如果该概率超过概率阈值，则使发射器切换到安全状态中的至少一种，

(iii)系统控制单元，以及

(iv)至少一个系统控制单元故障检测系统，被配置为在检测到系统控制单元故障或接收器控制单元故障中的至少一个时使发射器切换到安全状态中的至少一种，

其中该系统控制单元适于：

(a)存储来自多个传感器的与系统的运行有关的数据，这些传感器适于获取这样的数据，这些传感器中的至少一个与接收器中的至少一个相关联，

(b)将来自多个传感器的至少一部分的数据与至少一个先前已知的签名进行比较，该签名与非紧急事件以及一个或多个潜在的不希望的情形的增长的概率相关联，以及

(c)基于比较结果执行一个或多个响应，仅在危害检测系统未使发射器切换到任一安全状态的期间内启动一个或多个响应，响应被配置为实现以下至少一项：

降低潜在的不希望的情形中的一种或多种的发生的概率，

降低潜在的不希望的情形中的一种或多种的影响，以及

促进从潜在的不希望的情形中的一种或多种的成功恢复。

在这样的系统中，一个或多个响应可以被配置为促进系统的继续运行。或者且附加地，可进一步配置响应中的一个或多个，以在预定的时间内实现潜在的不希望的情形中的一个或多个的预防，或者实现对潜在的不希望的情形中的一个或多个的预防，直到在数据的一部分和签名之一之间存在预定的关系。

在任一上述的系统中，一个或多个签名不需要基于来自无线功率传输系统的超过阈值的人可接近的放射水平的检测。此外，先前已知的签名可由(i)制造商，(ii)用户或(iii)系统分销商，(iv)服务人员和(v)支持人员中的至少一个编码到系统中。

根据上述系统的进一步的实施方式，与签名中的一个或多个相关联的潜在的不希望的情形中的至少一种可为使系统以不安全的方式执行的企图，或使系统将无线功率传输给未经授权的接收器的企图，或可表示或使系统部件故障的情形，或系统在不受系统硬件支持的情形下工作的情况。

此外，在任一上述的系统中，可自动执行一个或多个响应。另外，一个或多个响应可包括以下的至少一个：

降低发射的无线功率的功率水平，

执行附加的检查或验证，

重新规划不同接收器接收无线功率期间的顺序或持续时间，

重新启动系统控制单元，

警告用户，

在系统日志中注册事件，以及

重新启动接收器控制单元中的至少一个。

根据上述的系统的进一步的实施方式，多个传感器可包括以下的一个或多个：

跟踪传感器，

位置传感器，

计时器，

时钟，

方向传感器，

接收器定向传感器，

温度传感器，

发射器发射功率传感器，

接收器接收功率传感器，

通讯链路，

波长传感器，

发射器冲击传感器，

接收器冲击传感器，

光束形状传感器，

与时间和地点相关的存储在计算机存储器中的一组数据，

湿度传感器，

气体传感器，

距离传感器，

光学传感器，

接收器控制单元故障检测系统电路，

系统控制单元故障检测系统电路，以及

控制中心对通信设备的指示。

在系统的进一步实施方式中，接收器控制单元故障检测系统可位于接收器控制单元和系统控制单元中的至少一个中。

此外，在任一系统中，将来自多个传感器的数据的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较可包括一个或多个比较，并且系统控制单元可进一步适于基于比较之一识别至少一组指令，并基于至少一组指令来执行一个或多个响应。在这种情况下，至少一组指令可包括至少两组指令，并且根据预定的层次结构，至少两组指令中的一组指令可优先于至少两组指令中的至少一组其他指令。或者，该至少一组指令可包括至少两组指令的组合，所述至少两组指令具有作为响应中的一个或多个的基础的预定关系。

在上述的系统中，将来自多个传感器的数据的至少一部分与至少一个先前已知的特征进行比较可包括一个或多个比较，并且响应中的一个或多个每个都基于(i)数据的第一部分和第一签名之间的至少一个比较和(ii)数据的第二部分和第二签名之间的至少一个比较。然后，可在预定的时间窗内执行这样的一个或多个响应中的每一个，或者，直到来自至少一个传感器的数据的至少一部分中的至少一个与至少一个先前已知的安全签名相匹配。

根据上述系统的进一步实施方式，发射器还可包括光束偏转单元和接收器标识符中的至少1个。在后一种情况下，接收器标识符可利用在控制单元上运行的代码，该代码可配置为验证来自用于其它功能的传感器的数据。

在这些系统的其它示例性实施方式中，与系统的运行相关的数据可为与系统正在运行的环境相关的数据。

此外，在任何这样的系统中，执行一个或多个响应的步骤可进一步基于决策系统，该决策系统对一个或多个响应进行优先级排序和管理，以确定最佳行动方案。

最终，根据本公开中描述的系统的进一步实施方式，提供了用于无线功率传输的另一个系统，包括：

(i)发射器，其包括激光束发生器。该发射器适于将无线功率发射到配置成将激光束转换成电功率的至少一个接收器，该至少一个接收器具有接收器控制单元和与之相关的接收器控制单元故障检测系统，该发射器具有至少两种状态，包括至少一种已知的安全状态，

(ii)危害检测系统，该危害检测系统配置为检测来自无线功率传输系统的人可接近的发射水平超过预定阈值的概率，并且如果该概率超过概率阈值，则使发射器切换到安全状态中的至少一种，

(iii)系统控制单元，以及

(iv)至少一个系统控制单元故障检测系统，

其中系统控制单元适于：

(a)存储来自多个传感器的与系统的运行有关的数据，这些个传感器适于获取该数据并且传感器中的至少一个与接收器中的至少一个相关联，

(b)将来自多个传感器的数据的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较，该签名与非紧急事件以及一种或多种潜在的不希望的情形的增加的概率相关联，以及

(c)基于比较的结果执行一个或多个响应，这些响应配置为实现以下至少一项：

降低潜在的不希望的情形中的一个或多个的发生的概率，

降低潜在的不希望的情形中的一个或多个的影响，以及

促进从潜在的不希望的情形中的一个或多个的成功恢复。

附图说明

结合附图，从下面的详细说明中将更全面地了解和理解本发明，其中：

图1是根据美国2014年4月修订的CFR21第8卷第I章第J分章第1040部分进行0.1-60秒照射的I级激光器的MPE(最大允许照射量)图；

图2是4级激光器强制性的警告标签的示例；以及

图3示出了示例性系统的示意性框图；

图4示出了本公开的方法的示例性概念流程图。

具体实施方式

首先参考图3，示出了根据本发明的系统的示例性示意框图，包括系统的单独的功能块，每个功能块都有其自己的组件构成部分，并且示出了信息、信号和功率的四个主要流动路径。然而应当理解的是，图3仅示出了系统的基本部分，根据它们的一般功能进行划分，而并非旨在成为每个功能部分以及那些功能部分之间的每个相关性的全面示意图。

根据来自系统控制单元200x的指令，功率传送系统400x产生无线功率光束，例如激光束，并将其引导至接收器300x，接收器300x可位于系统内或系统外部。尽管本图仅包括一个接收器，应当理解发射器通常适于向多个接收器传输无线功率，这些接收器可位于系统内部或系统外部，同时具有与系统控制单元的通信。

系统具有多个传感器100x，这些传感器遍布在系统的各种子系统中，或位于系统外部。如果接收器300x位于系统外部，则与该接收器相关联的传感器，例如接收器定向传感器和接收器功率传感器，也可位于系统外部。

功率传送系统400x包括以下子部件：光束发生器4002、光束偏转器4001、危险检测系统(4003)，和接收器标识符(4004)。在本公开的替代系统中，功率传送系统400x可仅包括光束发生器4002，或者可缺少光束偏转器、危险检测系统和接收器标识符中的一个或多个。在这种替代系统中，这些部件可位于功率传送系统的外部，或者可完全不存在。

光束发生器4002能够基于来自系统控制单元200x的指令，生成具有不同规格的无线功率光束，例如功率、波长、光束形状、占空比、光束质量、M²值和宽度。光束发生器4002可配备功率传感器(1007)、波长传感器(1010)和/或温度传感器(1003-1006)、光束形状传感器(1013)和各种其他光学传感器(1018)。这些传感器可用于确保任何传输光束符合危险探测系统和那些系统控制单元的输出和决策。例如，如果危险检测系统检测到人可接近的发射水平超过预定阈值，则危险检测系统可命令发射器切换到低功率安全状态，并且功率传感器1007可用于验证正在使用的正确的功率水平。

光束偏转器4001将光束偏转到远程接收器300x。如果有与系统兼容的额外的授权的接收器，则光束偏转器可配置为将光束偏转到这些接收器的每一个。光束偏转器4001可配备跟踪传感器(1019)和/或位置传感器(1020)、方向传感器(1002)、接收器定向传感器(1003)、温度传感器(1004-1006)、光学传感器(1018)和其它传感器。这些传感器可用于确保任何传输光束的方向符合危险探测系统和那些系统控制单元的输出和决策。例如，如果危险检测系统检测到人可接近的发射水平超过预定阈值，则危险检测系统可命令发射器切换到涉及转移光束的安全状态，并且方向传感器1002可用于验证正在使用的光束的正确方向。

尽管在该图中示出了危险检测系统4003在功率传送系统400x内，但它包括传感器和硬件部件，并且还可包括在控制单元中处理信息的软件例程。因此，该危险检测系统可位于发射器、接收器中，分布在两者之间或两者的外部，并且可用于检测紧急事件，例如光束侵入和其他危险。在这样的检测下，危险检测系统使系统快速响应，以防止系统超过最大允许照射量(即人可接近的发射阈值)、发射极限或可由用户设置的另一限制。由危险检测系统检测到的事件被称为紧急事件，因为如果在短时间内没有对它们的响应，系统将超过最大允许照射、照射极限、火灾危险阈值或一些其它阈值，并且将不会以安全的方式运行。危险检测系统可包括或接收来自对识别紧急情形有用的各种传感器的数据，例如位置传感器(1020)、方向传感器(1002)、接收器定向传感器(1003)、温度传感器(1004-1006)、发射器发射功率传感器(1007)、接收器接收功率传感器(1008)、通信链路(1009)、波长传感器(1010)、光束形状传感器(1013)、气体传感器(1016)、距离传感器(1017)和光学传感器(1018)。例如，由发射器发射功率传感器(1007)测量的功率水平与由接收器接收功率传感器(1008)测量的功率水平之间的较大差异可表示人、动物或物体在光束的路径内，这是紧急事件。

与危险检测系统一样，被示出位于功率传送系统中的接收器标识符(4004)可具有硬件和软件部件。它是用于识别合法的或授权的接收器的唯一要素，并且可位于系统中的任何位置。接收器标识符可通过光学方法或电子方法，或者通过这些方法的组合来执行该标识。接收器标识符可视为传感器和危险检测系统的一部分。为了潜在的不希望的情形的识别，接收器标识符还可用于向系统控制单元提供输入。例如，未知的接收器的频繁的功率请求可能不是紧急事件，但可与潜在的不希望的情形的高可能性相关。

接收器300x可位于系统外部，但配置成与系统通信，将发射器400x发射的光束转换为电功率。接收器可包括逆反射阵列(3001)、光伏电池(3002)、电压转换器(3003)、功率计(3004)、温度传感器(3005)和通信模块(3006)。在替代实施方式中，其中有多个接收器，发射器向其发送功率，每个接收器可具有这些部件。

逆反射阵列(3001)可由接收器标识符(4004)识别。光伏电池(3002)可用于将光束转换为电能。电压转换器(3003)可使电压达到所需的输出电压，并且还可优化由光伏电池(3002)观察到的负载。功率计(3004)可基于测量光伏电池的电流、电压或其它电气特性，或另一传感器或测量。功率计3004还可基于温度变化(例如由温度传感器3005测量)、角度变化、历史测量数据或校准图来补偿。通信模块(3006)通常通过无线通信信道报告来自功率计的所测量的功率以及其他数据。

系统控制单元200x通常位于发射器中，但也可位于发射器外部或至少一部分在其中，或者甚至在接收器内部。系统控制单元包括CPU(2001)和存储器单元(2002)，存储器单元可位于CPU 2001内部或外部。系统控制单元通常还包括A/D单元(2003)，其用于将来自各种传感器和检测器的信号转换为可由控制单元处理的数字信号。系统控制单元还可配备数字传感器前端单元(2004)，用于从各种传感器中收集数据，或者传感器也可以由CPU直接轮询。系统控制单元还可包括调度引擎(2005)，提供每个接收器应接收功率的顺序和典型持续时间。这样的调度引擎可为存储器内的外部单元、内部单元或数据结构。系统控制单元通常包括运行状态引擎(2006)，其保持当前传输状态，例如光束的方向和光束的功率水平。当前的传输状态可在计算机存储器、机械状态、电子状态、光学状态或其组合中实现。控制单元200x还包含故障检测系统单元(2007)，其监视系统控制单元的内部部件的至少一些，并确保系统控制单元不陷入不希望的运行状态。在替代实施方式中，故障检测系统可位于系统控制单元之外，但与系统控制单元进行通信。因此，尽管如在说明书中使用的和如声称需要保护的语言术语“系统控制单元”可给人一种它是单个单元的印象，但应当理解，它可以分布在系统的若干部分中，可包括单独的硬件电路板或子部件，以及运行软件例程的过程，并且基本上是完整的控制系统。因此，应这样理解并解释该术语。

该系统适于获得并存储来自至少一个传感器单元(100x)但通常来自多个传感器的数据，这些数据提供与系统的运行有关的信息，并且可对识别紧急情形和/或潜在的不希望的情形是有用的。常见传感器的一些示例为：

位置传感器(1001)

方向传感器(1002)

接收器定向传感器(1003)

温度传感器(1004-1006)

发射器发射功率传感器(1007)

接收器接收功率传感器(1008)

通讯链路(1009)

波长传感器(1010)

发射器冲击传感器(1011)

接收器冲击传感器(1012)

光束形状传感器(1013)

不良位置表(1014)

湿度传感器(1015)

气体传感器(1016)

距离传感器(1017)

光学传感器(1018)

跟踪传感器(1019)

位置传感器(1020)

另一个指示传感器(1021)

计时器(1022)

时间传感器(1023)

在系统的运行期间，将从各种传感器(100x)中接收的数据与存储在控制单元200x的存储器单元(2002)中的识别签名进行比较，这些签名代表了对应于一个或多个不希望的情形的增加的概率的非紧急情形。可直接比较来自传感器的数据，或者可在签名比较之前通过另一部件首先将数据进行转换或传输。从传感器接收的用于签名比较的数据可来自A/D单元(2003)、数字传感器前端单元(2004)、故障检测单元(2007)、运行状态引擎(2006)、系统时钟或另一部件的已转换的数据。

然后，将从传感器直接地或间接地接收的数据的选定部分与表示各种潜在的不希望的情形的先前已知的签名进行比较。这些比较可由CPU(2001)或另一处理单元执行。在检测到将来可能发生不想要的情形时，系统控制单元(200x)基于比较识别预定指令中的至少一组。然后，系统控制单元可基于这些指令执行响应，并且通常在系统日志中报告事件(图中未示出)。这种响应可为预先确定的，或者可通过从集合或参数计算、从因特网接收或从列表中随机选择而自动生成的。或者，可将所识别的指令输入到决策系统以用于进一步分析从而确定最佳行动方案。

可使用和分析来自系统日志的数据来监视系统状态，发出适当的响应，以生成新的规则集和/或为用户或系统制造商生成汇总。

参考图4，其示出了可在本公开的系统中使用的方法的一个示例性实施方式的概念流程图。在步骤40中，传感器用于收集与系统运行相关的数据，包括与系统中的部件相关的数据以及与系统周围环境相关的数据。传感器可位于系统中或系统外部的任何位置，例如在接收器或发射器中。在步骤41中，将从传感器导出的数据的至少一部分与预选签名进行比较。这样的预选签名与非紧急情形相关联，通常是与将来发生一个或多个潜在的不希望的、甚至危险的情形的高可能性相关的当前非紧急情形。这与危险检测系统的功能形成了对比，该系统的功能是处理当前通常已经对人构成危险的紧急情形。

在步骤42中，基于数据与签名的比较的结果来标识预定响应。尽管在该示例性方法中，所识别的响应是预先确定的，但是应当理解，在本公开的替代实施方式中，可同时识别和确定响应，或者可在标识之后确定响应。如果数据与签名不相似，则适当的响应可不具有操作，并且系统可选择数据的新的部分或新的签名，或两者进行比较。然而，如果数据的选择部分与签名匹配或显示与签名的相关关系，则所识别的预定响应可为旨在降低一个或多个潜在不希望的情形的风险、防止一个或多个潜在不希望的情形，减轻一个或多个潜在的不希望的情形、降低一个或多个潜在的不希望的情形的影响、便于从一个或多个潜在的不希望的情形中成功地恢复或其任何组合的响应。

在步骤43中，将所有已识别的响应输入到决策系统中，该决策系统考虑所有已识别的响应或其中缺失的响应，并决定最佳的行动方案。决策系统还可考虑来自故障检测系统和危险检测系统的输入，例如，以确定系统是否处于安全状态或当前是否正在切换到安全状态，如果是，则确定是哪个安全状态。例如，如果危险检测系统当前正在使系统切换到安全状态，因为人可接近的发射超过阈值的当前情形优先于不希望的情形的增加的风险，则在启动由系统控制单元识别的响应之前，需要等待直到系统恢复正常运行。

作为步骤43的替代，该系统可没有决策系统或者没有利用该系统。在这种情况下，将自动执行已识别的预定响应，而不考虑任何其他已识别的自动响应，也不考虑与识别所需响应的特定签名不直接相关的其它系统参数的状态。在传感器数量较少且有限的可能的响应的系统中，该替代方案可为更高效的。

然而，当在大约同一时间发出多个响应时，决策系统是特别有利的。例如，可在大约同一时间发出两个预定响应，并且一个响应比另一个响应具有更高的优先级。在这种情况下，决策系统可决定首先启动具有更高优先级的响应，并且随后启动另一个响应，或者可完全拒绝执行不太重要的响应。另一种选择可为同时启动两个响应，但是调整它们以使响应同时兼容。作为另一示例，可识别出两个可能相互冲突的预定响应。在这种情况下，决策系统可选择响应之一来首先执行且随后执行第二响应，或者可调整响应以使响应同时兼容，或者可拒绝执行不太重要的响应。例如，可发生的另一种情形是，两个已识别的预定响应是相同的。在这种情况下，通常只执行一次预定响应是更为高效的，这可由决策系统决定。因此，在所有这些情形中，使用决策系统而不是自动执行已识别的预定响应常常是有利的。

决策系统可用指令的层次结构或优先级进行编程，以便在系统同时接收两组冲突的指令的情况下，系统能够适当地响应。例如，如果系统平均温度以前很高并且功率水平降低，但现在系统已经冷却，则示例性指令将是恢复满/常规功率水平。然而，如果在该指令恢复满/常规功率水平的同时，接收器似乎已从一个位置快速地移动到另一个位置，那么这将导致降低功率水平的示范性指令。因此，在本示例中，系统接收到两组相互冲突的指令：(i)恢复满/常规功率水平和(ii)降低功率水平。本示例中的系统可以编程为“从默认值更改”指令优先于“恢复到默认值”指令，并且因此降低功率水平优先于恢复满/常规功率。

此外，两个或多个相同或相似的指令集可组合成一组指令，或者根据编程分别执行。有时需要两个或多个不同的响应，例如，如果当某些部件的故障检测系统没有报告正常运行信号，并且同时传感器的信噪比较低时，发出两次“在日志中记录事件”，然后应在日志中登记这两个不同的和单独的事件(对两个相同指令的两个不同响应)。相反，有时需要组合两个或多个指令以产生一个响应，例如，如果由于接收器似乎在快速转动且同时平均温度较高而发出两次“降低功率”，则将两个相同的降低功率指令组合为一个减少功率的响应(对两个相同指令提供一个响应)。

可以任何方式组合、分析或比较多组指令，以提供系统响应的基础。因此，系统不仅能够基于一组数据或基于一个签名执行响应，而且能够基于整个数据库和数据与签名的所有已知比较执行响应。

这样的系统可以检测出对应于不希望的情形的增加的概率的许多不同的非紧急情形，然后应该发出适当的响应。适当的响应可基于对非紧急情形的一次或多次检测。提出以下段落作为示例性系统和方法，并且所提议的系统可包括用于检测和响应非紧急情形的许多方法，非紧急情形与不希望的情形的增加的概率相关联。此外，这些示例很简单，因为它们基于一个非紧急情形的检测来指示响应，自动响应的执行，但是系统可采用对检测到任何数量的非紧急情形或其中缺乏的情形适当地响应的方法，例如通过使用根据图4的决策系统。

作为一个示例，在将收集到的数据的至少一部分与签名进行比较之后，系统可检测未知的明显的接收器的频繁的功率请求，每次传输不同的虚假凭证。通常，如现有技术所描述的，接收器传输凭证以证明其能够处理所传输的功率安全。将激光引向合格接收器以外的任何地方都可能是危险的。通常用于识别能够处理激光功率的接收器的方法之一是由接收器传输ID和有效凭证，例如在具有本申请的共同发明人的美国专利号9，312，701“光无线供电系统”中描述的。由于在该示例中，凭证，例如，接收器的ID和密钥是虚假的，因为具有虚假凭证的接收器不具有处理传输功率所需的安全特征，这样的接收器被拒绝由系统进行供电。因此，在接收错误的ID和密钥中不会涉及立即的或确定的风险，因为它们不会造成将激光束引导向危险的方向。

因此，以上示例是非紧急事件，尽管通过以下情形，它有变成紧急事件的风险。在具有重复的虚假凭证的频繁的功率请求的情况下，某人试图“入侵”系统以向未授权的接收器或未授权的方向传输功率的概率增加，但不确定。由于若干原因，这就是不希望的情形。

a.网络入侵者最终可以破译密钥并成功使系统未经授权的方式传送功率。

b.当系统忙于检查并忽略许多假接收器时，它给经授权的接收器提供较差的服务(响应时间较慢、效率较低等)。

当前公开的系统之一具有检测这样的模式的配置，例如，通过将数据与已知签名进行比较来试验不同的密钥的重复尝试。然后可生成自动响应，以减轻不希望的情形，并提高系统对此类企图的恢复力。

用于减轻这种情形的此类自动响应可包括以下步骤，比如：

从接收器的所有或一些中请求辅助密钥，

增加连接请求的响应时间(以减慢密钥查找算法并向其它接收器提供更好的服务)，

警告系统的操作员，例如通过警告灯或通讯，或在例如2小时的预定的时间段内，仅服务于已知的接收器。

将所有这些自动响应设计成临时提高系统对特定的潜在不希望的情形的恢复力。这些响应本质上通常是暂时性的，尽管用户可选择使其成为永久的，或者在某些情况下系统可自动使其成为永久的。

本公开的另一示例性方法有关信噪比(SNR)。有时，传输链路的信噪比(SNR)可降低，这可发生在动态环境中，例如来自其他电子源，使得难以准确检测进入光束的物体。根据一个示例性公开的系统，可以检测到这样的低信噪比情形并且系统能够有效地响应。例如，可以通过检查来自传感器的历史统计数据和评估数据的方差来确定信噪比。然后，这样的系统将针对当前的SNR值评估所收集的数据，以允许对情形进行适当的识别，以及然后将发出适当的响应，例如在SNR较低时花费更多的时间进行识别以提高SNR，从而即使在这些情形下也继续提供功率，以及当SNR恢复到可接受的水平时，花费更少的时间在识别上。

另一个示例性的非紧急情形是接收器的位置或速度的突然变化，这通常表示接收器正在快速地移动。然而，在极少数情况下，它也可表示使系统继续跟踪未经授权的接收器的企图，这是不希望的情形。因此，这种突然的快速移动的检测，或接收器位置的连续性的缺乏，作为不希望的情形的增加的概率的指示。对检测到这种情形的期望的自动响应可为，例如，暂时中止当前接收器的供电，直到再次验证接收器的标识，这可在接收器停止移动之后，并且然后在排除跟随未经授权的接收器的可能性时继续为其供电。

除了检测和防止对系统的未经授权的入侵企图外，本公开的方法和系统可用于允许系统响应其他非紧急情形，例如，在一些无线功率系统中可存在的冷却系统的通风口中的灰尘积聚。当灰尘积聚在这些地方时，冷却效率下降，导致部件温度升高。在部件温度升高的情况下，系统可检测到对应于几种不希望的情形的增加的概率的两种不同的非紧急情形。

第一种是确定与周围环境温度或接收器温度无关的许多部件的温度普遍升高。在这种情况下，通风口可能被阻塞，并且适当的自动响应将是通过例如LED灯、应用程序、电子邮件、文本消息来提醒用户检查并清洁通风口。

当只有单一部件在升高的温度下工作时，可检测到第二种非紧急情形。这与该部件接近其生命周期结束的增加的概率有关，这将导致自动用户通知，或者，替代地，当前情形正在使该组件承受的压力过大。在这种情况下，可自动引入不同的工作规划。如果部件是传感器，同样的情形也可产生不良的信噪比，并且例如，可导致错过检测到一个或多个威胁的增加的概率。在这种情况下，如果检测到一个或多个对应于不希望的情形的增加的概率的非紧急情形，则工作参数的自动调整可为解决方案。

这样全面的灵活管理系统可包括多个算法和结果，这些算法和结果在同时检测不同情形时具有应用的潜力，并且因此可需要组织系统。这样的系统可包括，例如，结果的层次结构或优先级，或结果的组合或划定，这取决于对整个系统最有利的是什么。可同时存在不同的情形，例如，检测快速移动的接收器，过热的元件以及接收器的高大气传输损耗，从而导致与其失去联系。所提供的示例性系统应能够在发出一个或多个适当的响应之前考虑到所有这些因素。在下文各段落中详细提供了这种情形和响应的示例。对各种参数的不断监测以及数据的收集和存储，允许随着时间变化对数据的分析，以及系统算法的进一步改进。数据存储还允许算法对应于长时间以及短时间内收集的数据。

当接收器移动到安全系统的最大有效距离之外时，可出现与不希望情形的增加概率相对应的可检测的非紧急情形。这种最大有效距离可取决于其他变量，例如功率。在这种情况下，接收器仍在跟踪系统或一些其它子系统的范围内，并且在统计上期望在短时间内返回到操作系统范围。在这种情况下，该情形可为完全关闭电源将导致位置数据的缺失和再次搜索接收器的需要，并且建立再次清晰的视线关系。在这种情形中，失去接收器的踪迹并向其提供差的服务的概率增加，这是不希望的情形。这种情形可对应于或可统计上对应于检测到当前接收器的范围和位置在工作范围之外，或对应于跟踪传感器、范围传感器中的不良信噪比，或另一指示性参数。在检测到这种情形时，该系统识别预先编程的指令，并且基于这些指令的适当的自动响应可将功率降低到安全极限，但不是将它完全关闭，并且去记录接收器的位置和时间，以便系统能够改进接收器预期返回和预期不返回的位置的统计数据。例如，如果在这种情形中，接收机被检测为朝向房间的角落移动到范围之外，则很有可能接收器期望返回到安全系统的最大有效距离，并且因此系统应该降低功率并登记接收器的位置和时间以等待其返回范围内。在接收器确实返回到范围的可能事件中，系统不需要像在完全关闭的情况下所做的一样重新启动，在没有位置数据的情形下再次搜索接收器，并重新建立清晰的视线关系。作为相反的示例，如果接收器正朝着门移动，那么它的用户很可能正在离开，并且不会返回，因此适当的响应可为完全关闭电源。这两个场景之间的划定(delineation)就是引导算法如何提高能源效率的示例。

当一些部件的故障检测系统没有报告正常运行信号时，可发生另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为由故障检测系统监视的部件已停止运转，但也可为故障检测系统本身出错，或系统时钟不同步，或一些其它问题。因此，在这种情形中，故障检测系统部件故障的概率增加，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计上对应)自故障检测系统的最后的正常信号大于计时器传感器中的某个阈值以后所经过时间的检测。在检测到这种非紧急情形时，系统应识别预编程的指令。根据这些指令，合适的自动响应可为重新启动系统、在系统日志中注册事件、通知用户，并执行安全检查以验证没有检测到的风险。

当接收器似乎从一个位置快速地移动到另一个位置时，可发生另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为有人试图用假接收器快速替换合法接收器，并且因此在这种情形中，系统向无法接受功率的接收器传输功率的概率增加，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计对应)位置传感器中大于某个阈值的连续测量之间的位置变化的检测。适当的自动响应可为降低功率水平、暂时停止与接收器的连接、并且一旦接收器的运动停止就重新建立连接。

当接收器看起来在快速转动(例如改变其朝向)时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为有人试图用假的接收器快速替换合法的接收器，并且因此将功率传输给无法接受功率的接收器的可能性增加，这是不希望的情形。这种情形可对应于(或可统计地对应于)位置跟踪传感器和/或接收器朝向传感器中的信号的快速变化的检测。适当的自动响应可为降低功率水平、暂时停止与接收器的连接、并且然后一旦接收器运动停止就重新建立连接。

当发射器周围似乎有太多接收器时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为一个或多个接收器由于一些错误而被多次计数，并且因此这种情形导致试图搜索所有不存在的接收器的损失时间的增加的概率，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计地对应)检测到接收器计数大于接收器计数器中统计上可接受的数目。合适的自动响应，可为重新扫描房间并建立正确的接收器数量。

当传感器的信噪比较低时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为传感器表现不佳，并且因此这种情形与危险检测系统错误检测一些异物的增加的概率有关，这是不希望的情形。这种情形可对应于(或可统计上对应于)任何传感器中测量的大方差的检测。连续测量中的此类大的方差通常并不表示情形中的迅速变化，而是经常表示与信号相比增加的噪声水平。例如，如果在某个时间点测得部件的温度为150度，并且测得一秒钟后温度为-60度，这通常意味着温度传感器是有缺陷的，而不是温度很快地变化。对这种情形的适当的自动响应可为在日志中注册事件、降低功率水平并警告用户或服务中心。因此，系统能够识别问题的根本原因并持续地和高效地运行，而不是关闭来响应于错误检测到的异物。

当单个部件的温度为高时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为部件接近其生命周期结束，或者部件上有临时过载。因此，这种情形与部件故障的增加的概率相关联，这是不希望的情形。设计用于减少这种不希望的情形的现有风险的适当的自动响应，可为降低功率水平，重新调度和给其它接收器供电(如果过热的部件在某个接收器中)，并在日志中注册事件。

当与预定阈值相比系统平均温度为过热时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为系统正在释放比正常情形下更多的热能。因此，缩短系统寿命的可能性增大，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计对应)系统中包括温度传感器的各种传感器上检测到高温。合适的自动响应可为通过降低功率水平直到系统冷却来促进成功的恢复。

当系统重复地测试接收器的位置，但是那里没有接收器时，可发生另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为存在看起来与系统相似的对象，并且因此这种情形对应于浪费系统资源的增加的概率，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计对应)位置传感器中相同位置的接收器的重复错误识别。合适的自动响应可为降低测试这个位置的频率，并在日志中注册事件。

当传输到接收器的功率的大气损失超过阈值时，可发生另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为空气中有很多灰尘或烟雾，并且这种情形导致需要清洁光学元件或着火的可能性增加，这是不希望的情形。这种情形可对应于(或可统计地对应于)检测到在发射器和接收器中的功率计传感器中的发射器和接收器之间的大量光学损耗。合适的自动响应可为警告用户、降低功率水平并在日志中注册事件。

当激光波长漂移或改变时，可发生另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为激光二极管太热或太冷，或者电流太高，并且这种情形与系统超过安全阈值的增加的概率相关联，这是不希望的情形。这种情形可对应于(或可统计地对应于)检测到波长传感器中的波长与系统指南中标注的波长不同。设计用于降低不希望的情形的风险的适当的自动响应是降低功率水平和重新启动系统。

当接收器或发射器接收到机械冲击时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为一些部件不再对准，并且因此出现故障的可能性增加，这是不希望的情形。这种情形可对应于(或统计上对应于)检测到在冲击传感器中机械冲击。适当的自动响应可为执行自检程序。

当系统在长时间关闭后打开时，可出现另一种与不希望的情形的增加的概率相对应的可检测的非紧急情形。在这种情况下，情形可为系统在运输期间受到机械冲击，并且因此出现故障的可能性增加，这是不希望的情形。这种情形可对应(或可统计地对应)于在计时器传感器中检测到自上次使用以后所经过的长时间。适当的自动响应可为执行自检程序、重新扫描房间、校准功率计和其它传感器，以及警告用户。

应当理解的是，在这些示例中的任何一个中，所识别的自动响应可在不进行进一步分析的情况下被执行，或者可以被输入到决策系统中，该决策系统对多个所识别的响应或其中缺失的响应进行优先排序和管理，以确定最佳的行动方案。决策系统还可考虑来自危险检测系统的输入、系统当前是否处于安全状态、系统当前处于哪个安全状态，以及来自接收器和发射器故障检测单元系统的输入。

本领域技术人员理解的是本发明不受上文特别示出和说明的限制。相反，本发明的范围包括上文描述的各种特征的组合和子组合，以及本领域技术人员在阅读上面的说明时可想到的并且不在现有技术中的对其的变化和修改。

Claims (26)

1.一种用于无线功率传输的系统，包括：

(i)包括激光束发生器的发射器，所述发射器适于将所述无线功率传输到至少一个接收器，所述至少一个接收器配置为将所述激光束转换成电功率，所述至少一个接收器具有接收器控制单元和与之相关联的接收器控制单元故障检测系统，所述发射器具有至少两个状态，包括至少一个已知的安全状态，所述至少一个接收器控制单元故障检测系统配置为在检测到接收器控制单元故障时使所述发射器切换到所述安全状态中的至少一个；

(ii)危险检测系统，其被配置为检测来自所述无线功率传输系统的人可接近放射水平超过预定阈值的概率，并且如果所述概率超过概率阈值，则使所述发射器切换到所述安全状态中的至少一个；

(iii)系统控制单元；和

(iv)至少一个系统控制单元故障检测系统，其被配置为在检测到系统控制单元故障或接收器控制单元故障中的至少一个时，使所述发射器切换到所述安全状态中的至少一个；

其中，所述系统控制单元适于：

(a)存储来自多个传感器的与所述系统的运行有关的数据，所述多个传感器适于获取所述数据，并且所述传感器中的至少一个与所述接收器中的至少一个相关联；

(b)将来自所述多个传感器的所述数据中的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较，所述签名与非紧急事件以及一种或多种潜在的不希望的情形的增长的概率相关联，以及

(c)基于所述比较的结果执行一个或多个响应，所述一个或多个响应的启动仅在所述危险检测系统没有使所述发射器切换到所述安全状态中的任一个的期间内发生，所述响应配置成实现以下至少一项：

降低所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的发生概率；

降低所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的影响，以及

促进从所述潜在的不希望的情形中的一种或多种成功恢复。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个响应被配置为促进所述系统的持续运行。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述响应中的一个或多个被进一步配置为在预定义的时间段内实现对所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的预防。

4.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述响应中的一个或多个进一步配置为实现对所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的预防，直到所述数据的一部分和所述签名之一之间存在预定关系为止。

5.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述一个或多个签名不基于对来自所述无线功率传输系统的超过阈值的人可接近的放射水平的所述检测。

6.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述先前已知的签名被(i)制造商、(ii)用户或(iii)系统分销商、(iv)服务人员和(v)支持人员中的至少一个编码到所述系统中。

7.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中与所述签名中的一个或多个相关联的所述潜在的不希望的情形中的至少一个是导致所述系统以不安全的方式执行的企图。

8.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中与所述签名中的一个或多个相关联的所述潜在的不希望的情形中的至少一个是使所述系统将所述无线功率传输给未经授权的接收器的企图。

9.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中与所述签名中的一个或多个相关联的所述不希望的情形中的至少一个是可指示或导致系统部件故障的情况。

10.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中与所述签名中的一个或多个相关联的所述不希望的情形中的至少一个是所述系统在不受所述系统的硬件支持的情况下工作的情形。

11.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述一个或多个响应是自动执行的。

12.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个响应包括以下中的至少一个：

降低所述传输的无线功率的功率水平；

执行额外的检查或验证；

重新安排不同接收器接收所述无线功率期间的顺序或持续时间；

重新启动所述系统控制单元；

警告用户；

在系统日志中注册事件，以及

重新启动所述接收器控制单元中的至少一个。

13.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中，所述多个传感器包括以下中的一个或多个：

跟踪传感器；

位置传感器；

计时器；

计时钟；

方向传感器；

接收器定向传感器；

温度传感器；

发射器发射功率传感器；

接收器接收功率传感器；

通讯链路；

波长传感器；

发射器冲击传感器；

接收器冲击传感器；

光束形状传感器；

存储在计算机存储器中的与时间和地点相关联的一组数据；

湿度传感器；

气体传感器；

距离传感器；

光学传感器；

接收器控制单元故障检测系统电路；

系统控制单元故障检测系统电路；和

来自控制中心的对通信方式的指示。

14.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述接收器控制单元故障检测系统位于所述接收器控制单元和所述系统控制单元中的至少一个中。

15.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中将来自所述多个传感器的所述数据的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较包括一个或多个比较，并且所述系统控制单元还适于基于所述比较之一识别至少一组指令并基于所述至少一组指令执行一个或多个响应。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一组指令包括至少两组指令，并且根据预定的层次结构，所述至少两组指令中的一组指令优先于所述至少两组指令中的至少另外一组指令。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一组指令包括至少两组指令的组合，所述至少两组指令具有作为所述响应中的一个或多个的基础的预定义关系。

18.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中将来自所述多个传感器的所述数据的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较包括一个或多个比较，并且所述响应中的一个或多个中的每一个基于(i)数据的第一部分与第一签名之间的至少一个比较以及(ii)数据的第二部分与第二签名之间的至少一个比较。

19.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述一个或多个响应中的每一个都在预定的时间窗内执行。

20.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述一个或多个响应被执行，直到来自至少一个传感器的数据中的所述至少一部分中的至少一个与至少一个先前已知的安全性签名匹配为止。

21.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中所述发射器进一步包括光束偏转单元。

22.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，进一步包括接收器标识符。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述接收器标识符利用在所述控制单元上运行的代码，并被配置为验证来自用于其他功能的传感器的数据。

24.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中与所述系统的运行相关的所述数据是与所述系统在其中运行的环境相关的数据。

25.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中执行所述一个或多个响应的步骤进一步基于决策系统，该决策系统对所述一个或多个响应进行优先级排序和管理，以确定优选行动方案。

26.一种用于无线功率传输的系统，包括：

(i)包括激光束发生器的发射器，所述发射器适于将所述无线功率传输到至少一个接收器，所述至少一个接收器配置成将所述激光束转换成电功率，所述至少一个接收器具有接收器控制单元和与之相关联的接收器控制单元故障检测系统，所述发射器具有至少两种状态，包括至少一种已知的安全状态；

(ii)危险检测系统，其被配置为检测来自所述无线功率传输系统的人可接近的放射水平超过预定阈值的概率，并且如果所述概率超过概率阈值，则使所述发射器切换到所述安全状态中的至少一个；

(iii)系统控制单元；和

(iv)至少一个系统控制单元故障检测系统；

其中，所述系统控制单元适于：

(a)存储来自多个传感器的与所述系统的运行有关的数据，所述多个传感器适于获取所述数据，所述传感器中的至少一个与所述接收器中的至少一个相关联；

(b)将来自所述多个传感器的所述数据中的至少一部分与至少一个先前已知的签名进行比较，所述签名与非紧急事件以及与一种或多种潜在的不希望的情形的增加的概率相关联，以及

(c)基于所述比较的结果执行一个或多个响应，所述响应被配置为实现以下中的至少一个：

降低所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的发生概率：

降低所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的影响，以及

促进从所述潜在的不希望的情形中的一种或多种的成功恢复。