CN113473842A - 与传感器一起的电池放置 - Google Patents

Abstract

一种传感器装置(100)，包括：至少部分地放置在土壤表面(302)的顶部上的壳体(110)。传感器装置(100)包括容纳在壳体(110)中的电池室(112)内的至少一个电池(116)。传感器装置(100)包括与至少一个电池(116)电联接的传感器(200)。传感器装置(100)的特征为，电池室(112)至少部分地埋在土壤表面(302)中。

Description

与传感器一起的电池放置

技术领域

本公开涉及传感器装置。更具体地，本公开涉及一种传感器装置，其在不损害与传感器装置相关联的天线特性情况下，提供传感器装置的紧凑且节省空间的轮廓的优点。

背景技术

传感器装置包括通常与移动或固定单元交换数据的天线。例如，与在室外应用的情况下的割草机，或者直接与移动电话或通过网关，或与计算机系统进行数据交换。在应用期间中，传感器装置安装在地面上，其中发生与移动单元进行的数据交换。但是，存在关于割草机的移动的障碍的担心，因为通常传感器装置的紧凑轮廓导致低范围天线特性(特别是天线的范围)，从而导致效率较低的实现方式。这似乎是当传感器装置安装在地表深处而导致天线特性范围丧失时的情况。为了解决这个问题，可采取措施来增加尺寸，即天线的长度，并因此增大传感器装置的尺寸，或者对(天线特性的)范围进行折衷，这通常由于多种原因是不可接受的。

而且，这样的问题导致在割草机的情况下的工作不可靠且效率较低，割草机可遭遇障碍并且有时会损坏具有较大尺寸的传感器装置。过去已经做出努力来解决这样的问题，但是仍然需要在不影响传感器装置的天线特性情况下使传感器装置更紧凑的解决方案。

US93,26,462(以下称为‘462参考文献’)提供传感器装置的示例。‘462参考文献提供土壤水分传感器。土壤水分传感器包括具有水平伸长形状的传感器主体。传感器电路组件水平地设置在传感器主体内，并且天线联接到传感器电路组件并水平地定向在传感器主体内。传感器探针组件连接在所述传感器主体的第一端，从而大体上垂直于传感器主体的水平伸长形状。但是，‘462参考文献在土壤水分传感器中提供交错且宽阔的天线布置。此外，与目前的配置相比，‘462参考文献可受到与天线的任何其他形状/尺寸/类型有关的限制。

因此，需要改进的传感器装置，其在对传感器装置进行实质性改变的情况下具有紧凑轮廓的优点，同时确保宽范围的天线特性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是解决或至少减少上述缺点。该目的至少部分地通过传感器装置实现。传感器装置包括至少部分地放置在土壤表面的顶部上的壳体。传感器装置包括容纳在壳体中的电池室内的至少一个电池。传感器装置包括与至少一个电池电联接的传感器。传感器装置的特征为电池室至少部分埋在土壤表面中。因此，本公开提供简单、人体工程学且高效的传感器装置，其中，电池室以节省空间和紧凑布置方式设置。

根据本发明的实施例，电池以竖直位置容纳在电池室内。电池的竖直位置降低沿传感器装置区域的电池尺寸封装，从而实现紧凑布置。

根据本发明的实施例，传感器至少部分地结合在传感器PCB上。传感器PCB对于感测传感器装置周围区域的一个或多个特征可为至关重要的。

根据本发明的实施例，传感器电连接到辅助PCB和/或天线。本领域技术人员将理解，可使用柔性线等将辅助PCB和天线电连接到传感器。辅助PCB可包括与传感器电接触的电气部件。在传感器至少部分地集成在自身包括与传感器电接触的电气部件的传感器PCB上的情况下，辅助PCB上的电气部件可为这些部件之外的部件。在传感器装置还包括天线的情况下，此辅助PCB也可包括相关无线电模块的至少一部分。此外，在包含天线的情况下，辅助PCB的金属表面和/或金属部件可与天线相互作用，从而通过为位于此辅助PCB上方的天线形成些许接地来优化天线性能。

根据本发明的实施例，电池被定位在壳体内，使得辅助PCB或天线在辅助PCB或天线的区域内基本上从上方覆盖电池。这覆盖辅助PCB或天线下方的电池上表面，从而在不妥协辅助PCB或天线的尺寸情况下，获得传感器装置的紧凑轮廓。

根据本发明的实施例，电池室与传感器PCB接触并且至少部分地进入土壤表面。这进一步使传感器装置紧凑且易于在土壤表面上实施，在土壤表面处，多个移动单元诸如割草机等可正在工作。

根据本发明的实施例，电池与辅助PCB或其上的部件直接电接触。这获得以下优点，诸如紧凑性，易于处理，以及电池与辅助PCB之间的低成本电连接。在另一实施例中，在传感器不具有辅助PCB和/或天线，但是传感器通过电缆连接到其他部件的情况下，至少一个电池与此电缆电接触。

根据以下描述和附图，本发明的其他特征和方面将变得显而易见。

附图说明

将参考附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的传感器装置及其一些重要部分的透视图；

图2示出根据本发明实施例的传感器装置的传感器的透视图。

图3示出根据本发明实施例的埋在土壤表面中的传感器装置的透视图；以及

图4示出根据本发明实施例的具有附接的顶盖和电池帽的传感器装置的透视图。

具体实施方式

在下文中将参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出结合本发明的一个或多个方面的本发明的示例实施例。然而，本发明可以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。例如，本发明的一个或多个方面可用于其他实施例，甚至其他类型的结构和/或方法中。在附图中，相同的标号表示相同的元件。

本文使用某些术语仅仅是为了方便，而不应被视为对本发明的限制。例如，“上”、“下”、“正面”、“背面”、“侧面”、“纵向”、“侧向”、“横向”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“左”、“右”、“水平”、“竖直”、“向上”、“内”、“外”、“向内”、“向外”、“顶部”、“底部”、“更高”、“上方”、“下方”、“中央”、“中间”、“中级”、“之间”、“端部”、“相邻”、“附近”、“接近”、“远端”、“远程”、“径向”、“周向”等仅描述附图中所示的配置。实际上，部件可在任何方向上定向，因此，除非另有说明，否则应将术语理解为涵盖这些变型。

在附图和说明书中，已经公开本发明的优选实施例和示例，并且尽管采用特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是为了限制本发明的在所述权利要求中阐述的范围。

所说明的实施例全部示出体现为与外部部件(无论它们是移动的还是静止的)通信的天线的传感器装置。对于本领域技术人员可理解，发明的天线不是必需的；辅助PCB240也可不连接到任何天线，而是承载与传感器200电接触的电子部件；传感器装置根本没有包含任何辅助PCB和/或天线也可以。

图1说明传感器装置100以及传感器装置100的一些重要部分。传感器装置100应用于监测地面/土壤/环境因素(例如温度、湿度、太阳辐射)是必需的室外环境中，诸如花园、草坪等。传感器装置100通常基本上安装在室外环境中的土壤表面302(参见图3)(例如地面)的内部，并且其具有天线230(如图2所示)，以传送(土壤等)监测信息到外部装置，诸如割草机，用户装置(例如膝上型计算机，工作台，智能手机)。在一些应用中，出于诸如维护、数据收集等的目的，可使传感器装置100容易从外部环境的地面移除。本公开主要讨论当天线230被放置在提供金属表面(图1所示)等的辅助PCB 240附近时，对传感器装置100的天线230的天线特性的影响，然而本公开可容易地应用于使用天线、PCB或类似部件的任何电子装置。

如图所说明，传感器装置100包括壳体110。壳体110被划分为电池室112和天线壳体114。电池室112和天线壳体114的分离可出于人体工程学的考虑，维护的容易性和来自天线230、传感器装置100的无线电和电子装置等的工作(例如信号)之间的低干扰。壳体110包括至少一个基本容纳在壳体110的电池室112内的电池116，而本公开示出容纳在壳体110内的两个电池116。对于本领域技术人员而言显而易见的是，电池116被容纳得比较深，以释放壳体中的一些空间，尤其是围绕天线壳体114的空间，以便天线230和传感器装置100的其他部件的紧凑且节省空间的布置。在一些实施方式中，电池116可从壳体110的下方插入壳体110内部(如此处所说明的透视图所示)，然而，其他安装位置、方向或取向已经被考虑，并且它们在本公开的范围内。此外，壳体110包括导轨118或任何其他附接装置(如图3中所说明的附接组件)以与传感器200配合。在一些实施例中，电池116可为可再充电电池，特别是可在户外应用期间通过使用太阳辐射等及时充电的可再充电电池。

此外，当将电池116插入壳体110内部时，可将电池帽120(具有安装的O形环和电池弹簧触点，未示出)固定至壳体110。这将提供优点诸如电池116在壳体110内的适当定位和工作。在安装电池帽120之后，电池盖130用于从下方覆盖壳体110，并检查电池116的任何不期望的移除或丢失。本公开还可包括附加元件诸如间隔框架140。在本公开的各种实施例中，间隔框架140可总体上具有“H”形，然而，本公开不受间隔框架140的任何形状/大小/尺寸/类型的限制。因此，间隔框架140可具有任何其他形状，例如“I”、“T”、“O”或适合于大量生产并易于与传感器装置100组装的任何字母形状或方便的形状。此外，间隔框架140可由任何材料制成，诸如但不限于金属、玻璃纤维、橡胶，特别是考虑到不干扰天线230，PCB和传感器装置100的其他电子部件的工作。

图2示出传感器装置100的传感器200。传感器200包括传感器PCB 212和设置在板210上的重置按钮214。重置按钮214可用于重置传感器200，或用于对于具有本领域知识的人将是显而易见的其任何其他功能。此外，辅助PCB 240(这里也包括无线电模块)和天线230通过柔性线250连接到板210。传感器200借助于电池弹簧触点与电池116电联接并且配置有天线230。

间隔框架140通常用于设定在天线230和辅助PCB 240之间的预定距离，该距离对于以下是期望的：检查来自天线230的信号与传感器装置100的其他部件(特别是电子装置)之间的任何不适当的干扰。在其他实施例中，可被配置为动态地改变天线230和辅助PCB240之间的预定距离，以实现对传感器装置100的天线特性的期望改变。可容易地采用此特征来改变天线特性的范围，进而引起与传感器装置100无线连接的移动机器人装置诸如割草机等的工作范围的变化。此外，可需要扩展传感器装置100的天线特性范围，以补充电池116的功率下降，或向用户装置(例如手机、膝上型计算机)传达电池电量耗尽或其他问题的信号或通知等。

在一些实施例中，辅助PCB 240可通过类似于本公开的电池弹簧触点的弹簧加载的接触元件(未示出)联接到天线230。尽管弹簧加载的布置是优选的，但是已经想到本领域中已知的或使用的其他布置，并且其完全在本公开的范围内。优选弹簧加载的接触元件可归因于易于工作和维护以及其他优点。

传感器200测量与传感器200的周围环境相关联的至少一个参数。在一些实施例中，传感器200可为土壤传感器。本公开的传感器装置100可容易地用包括土壤传感器200、温度传感器和水分传感器等的任何传感器来实现，并且本公开不以任何方式受到传感器200的限制。

特别地，传感器200的板210通过胶附接到壳体110的轨道118，然而其他附接手段例如但不限于磁体、机械联接也是可能的，并且完全在本公开的范围内。此外，传感器装置100包括带有铆钉的电池弹簧触点，其用于在电池116和传感器200之间建立电连接。

图3说明根据本发明的实施例的埋在土壤表面302中的传感器装置100。出于示例性目的，这里示出传感器装置100埋在土壤表面302中的电池116的顶部周围，并且传感器装置100的实际实施方式可使传感器装置100部分或完全埋在土壤表面302中，所有这些各种变化完全在本公开的范围内。传感器装置100包括至少部分地放置在土壤表面302的顶部上的壳体110。进一步如图所说明，传感器装置100具有容纳在壳体110中的电池室112中的至少一个电池116，其中电池116具有在此示出为几乎垂直于土壤表面302的电池轴线XX，而已经设想电池116的其他取向和电池轴线XX，并且它们完全在本公开的范围内。传感器装置100包括与至少一个电池116电联接的传感器200。传感器装置100具有至少部分埋在土壤表面302中的电池室112。如图所说明，电池116以竖直位置容纳在电池116室内部。电池116的竖直位置沿着通常垂直于土壤表面302的电池轴线XX。这降低沿着传感器装置100的区域的电池116的尺寸足迹，从而引起紧凑的布置。在一些实施例中，传感器200至少部分地结合在传感器PCB 212上。传感器PCB 212对于感测传感器装置100周围的区域的一个或多个特征(例如湿度、温度等)可为至关重要的。

在本发明的实施例中，传感器200电连接至辅助PCB 240(或其上的部件)和/或天线230。本领域技术人员将理解，在相关领域中使用或已知的柔性线250或任何其他电连接装置可用于将辅助PCB 240和天线230电连接到传感器200。

在本发明的一些实施例中，电池116可被配置为向上或向下移动，使得辅助PCB240和/或天线230也可相应地移动，以进一步节省空间或任何其他要求。这样，传感器200和电池116可允许辅助PCB 240和天线230的更好封装，从而允许传感器装置100的更紧凑的配置和可能的增强的轮廓。

在本发明的实施例中，电池116定位在壳体110内，使得辅助PCB 240或天线230在辅助PCB 240或天线230的区域内基本上从上方覆盖电池116。这样覆盖辅助PCB 240和/或天线230下方的电池116的顶表面，从而在不对辅助PCB 240或天线230的尺寸造成任何不适当妥协的情况下，获得传感器装置100的紧凑轮廓。特别地，这允许围绕传感器装置100的顶部的尺寸紧凑，可理解的是，在不使辅助PCB 240或天线230中的一个或多个的尺寸(长度/宽度/高度)妥协的情况下，顶盖150的大小紧凑。这可能是因为，辅助PCB 240和/或天线230围绕电池116的顶部放置，同时几乎覆盖电池116的垂直于电池轴XX的区域，而不是如在某些常规布置的情况下那样在不同的壳体中分开放置，分开放置在应用中可为笨重的并且占用空间。特别地，这允许天线壳体114和/或顶盖150的设计在很大程度上顺应辅助PCB 240或天线230，并且没有辅助PCB 240或天线230周围的任何空间浪费。

在本公开的实施例中，电池室112与传感器PCB 212接触并且至少部分地进入土壤表面302。这进一步使得传感器装置100紧凑并且易于在其中多个移动单元诸如割草机等可同时运行的土壤表面302中实现。

如这里所说明，电池116与辅助PCB 240直接电接触。这带来益处，诸如紧凑性，易于处理，以及电池116与辅助PCB 240之间的低成本电连接。此外，这可还消除任何附加的电连接的要求，诸如但不一定必须是电池116和辅助PCB 240之间的柔性线250。

此外，天线230在天线230下方具有辅助PCB 240的金属表面或其上的电气部件。天线230和辅助PCB 240的金属表面或其上的电气部件通过间隔框架140(出于清晰和解释考虑，未明确示出)的存在而相对于彼此以预定距离d设置。在一些实施例中，间隔框架140具有根据预定距离d的尺寸。间隔框架140可容易地插入或移除，从而允许改变预定距离d。在实施期间，在天线230与辅助PCB 240的金属表面或其上的电子部件之间存在间隔框140赋予期望的天线特性。这允许传感器装置100广泛用于户外设备诸如机器人割草机等。

如本文所使用的，本公开将“天线特性”称为天线230的轮廓或范围以及类似因素，其影响在天线230工作期间与任何室外机器/单元/装置(例如，割草机、智能手机、膝上型计算机等)的数据交换。此外，对于本领域技术人员来说显而易见的是，“天线特性”需要尽可能宽范围，水平地限定在地面上，以增强根据本公开的实施方式的天线230的工作。

此外，图4说明具有顶盖150的传感器装置100的天线230的不同视图。在一些实施例中，天线230可至少部分地被顶盖150包围。如根据本公开的各种实施方式所说明的，顶盖150被提供以保护传感器装置100的任何部件免受外部试剂(例如灰尘、湿气)的影响，并延长传感器装置100的工作寿命。此外，顶盖150还可用作防震装置。考虑到传感器装置100的地面部分与移动单元诸如割草机等之间可能的相互作用的机械接近布置。在维护期间，顶盖150可根据需要允许更好地进入传感器装置100的壳体110的内部。

在一些实施例中，传感器装置100还包括安装在土壤中的阀箱(未示出)。安装在土壤中的阀箱可为任何类型的阀装置，其可在与传感器装置100一起工作期间允许更好地调节水含量。

此外，传感器装置100具有电池帽120，其覆盖电池116以保护电池116免受外部因素(例如雨、灰尘、湿气等)的影响，并允许电池116在壳体110内的正确定向。在将电池盖130围绕电池帽120和壳体110安装之前，电池帽120还用作电池116的保护和固定的附加层。图4示出本公开的传感器装置100的不同视图，其中顶盖150和电池盖130附接到其上，使得传感器装置100准备好用于期望的应用。

在附图和说明书中，已经公开本发明的优选实施例和示例，并且尽管采用特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是为了限制在所附的权利要求中阐述的本发明的范围。

元件列表

100 传感器装置

110 壳体

112 电池室

114 天线壳体

116 电池

118 导轨

120 电池帽

130 电池盖

140 间隔框架

150 顶盖

200 传感器

210 板

212 传感器PCB

214 重置按钮

230 天线

240 金属表面/辅助PCB

250 柔性线

302 土壤表面

XX 电池轴线

d 预定距离

Claims (7)

1.一种传感器装置(100)，包括：

壳体(110)，至少部分地放置在土壤表面(302)的顶部；

至少一个电池(116)，容纳在所述壳体(110)中的电池室(112)内；

传感器(200)，与所述至少一个电池(116)电联接；

其特征在于：

所述电池室(112)至少部分埋在所述土壤表面(302)中。

2.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其中，所述电池(116)以竖直位置容纳在所述电池室(112)内。

3.根据权利要求1至2所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器(200)至少部分地结合在传感器PCB(212)上。

4.根据权利要求1至3所述的传感器装置(100)，其中，所述传感器(200)电连接至辅助PCB(240)和/或天线(230)。

5.根据权利要求4所述的传感器装置(100)，其中，所述电池(116)被定位在所述壳体(110)内，使得所述辅助PCB(240)或所述天线(230)在所述辅助PCB(240)或所述天线(230)的区域内从上方基本上覆盖所述电池(116)。

6.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其中，所述电池室(112)与所述传感器PCB(212)接触并且至少部分地进入所述土壤表面(302)。

7.根据权利要求1所述的传感器装置(100)，其中，所述电池(116)与所述辅助PCB(240)或在所述辅助PCB上的部件直接电接触。

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