CN114600049A

CN114600049A - 对传感器网络进行的基于感生电压的控制

Info

Publication number: CN114600049A
Application number: CN202080076085.5A
Authority: CN
Inventors: D·塔克; U·博尔曼; D·施布纳; J·希默; M·维尔诺
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-10-29
Filing date: 2020-10-09
Publication date: 2022-06-07
Also published as: US20220397872A1; EP3816739A1; WO2021083639A1; EP4028837C0; EP4028837A1; EP4028837B1

Abstract

本发明说明一种用于控制技术系统（1）的具有传感器节点（3）的传感器网络（2）的方法。所述方法具有如下步骤：‑对所述传感器网络（2）的所述传感器节点（3）去激活（S1）；‑确定（S2）传感器节点（3）的线圈（4）中和/或所述传感器网络（2）的线圈（4）中的感生电压（U_e），其中所述感生电压（U_e）通过由所述技术系统（1）所产生的磁场而产生；‑将所确定的所述感生电压（U_e）与参考电压（U_R）比较（S3）；和‑根据所述比较而激活（S4）所述传感器节点（3）。本发明还说明技术系统（1）的传感器网络（2）。

Description

对传感器网络进行的基于感生电压的控制

技术领域

本发明涉及一种用于控制技术系统的具有传感器节点的传感器网络的方法。本发明还涉及传感器网络。本发明可以尤其是被用于对技术系统的具有传感器节点的传感器网络进行控制。

背景技术

对机器和技术系统进行连续或周期性的监控是有利的。在数字化的范畴内，越来越多地检测机器和技术系统的物理参量。对物理参量、例如温度、振动、压力、湿度等等进行的测量越来越多地通过以电池运行的传感器节点而利用无线通信（大多为低功耗蓝牙（BLE））得以实现。这些传感器节点周期性地检测测量数据。为了节省能量，在周期性的测量之间，所述传感器节点处于静止状态（Ruhezustand）。在此期间，大多数功能是被去激活的，从而无法进行测量值检测。如果在静止状态中出现了重大的并因此而代表了重要测量技术事件的突发事件，则该事件无法被该传感器节点检测到。

发明内容

本发明的任务在于，说明一种针对技术系统的经改进的监控的解决方案。

本发明从独立权利要求的特征中得出。有利的扩展方案和设计方案是从属权利要求的主题。本发明的其他特征、应用可能性和优点从接下来的描述中得出。

本发明的一个方面在于，以如下方式控制技术系统的具有传感器节点的传感器网络，使得只有在能够以感生电压形式来确定由该技术系统产生的磁场的情况下，这些传感器节点才被激活。附加地，能够以频率选择的方式执行传感器节点激活。

本发明要求保护一种用于控制技术系统的具有传感器节点的传感器网络的方法，该方法包括步骤：

- 对所述传感器网络的所述传感器节点去激活：

- 确定所述传感器节点的和/或所述传感器网络的线圈中（例如空心线圈中）的感生电压，其中所述感生电压通过由该技术系统所产生的磁场而产生；

- 将所确定的感生电压与参考电压比较；和

- 根据所述比较（例如通过再激活脉冲）而激活所述传感器节点。

提出一种传感器网络的控制器/电路，所述控制器/电路将线圈（例如空心线圈、具有软铁芯的线圈或具有电介质的线圈）用作为传感器元件。穿过该线圈的磁场在该线圈中感生出电压，该电压被称为感生电压。可以例如借助于比较器或施密特（Schmitt）触发器而将该感生电压与参考电压相比较。如果感生电压超出参考电压，则因此能够将施密特触发器的输出从低信号电平切换到高信号电平，从而能够触发在微控制器处的中断。

所确定的感生电压与参考电压的比较可以模拟地或数字地进行。例如可以通过如下方式而将所确定的感生电压与参考电压数字地进行比较，即，将所感生的电压数字化并且以数学的方式与数值进行比较，其中所述数值代表所述参考电压。

在另一种实施方案中，根据本发明的方法包括如下其他步骤：在确定感生电压之后并且在将感生电压与参考电压比较之前，通过运算放大器放大所述感生电压。对感生电压的放大具有如下优点：能够由此而更容易地确定所述感生电压。

在另一种实施方案中，根据本发明的方法包括如下其他步骤：在确定感生电压之后并且在将感生电压与参考电压比较之前，利用适合的滤波器（例如低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器）而将感生电压滤波到预给定的频域。对感生电压的滤波具有如下优点：可以选择在现有技术系统中特别至关重要的频域。

在另一种实施方案中，根据本发明的方法包括如下其他步骤：在通过运算放大器放大所述感生电压之后并且在将感生电压与参考电压比较之前，利用滤波器将所述感生电压滤波到预给定的频域。对感生电压的滤波具有如下优点：可以选择在现有技术系统中特别至关重要的频域。

在另一种实施方案中，根据所述技术系统的特征性（Charakteristika）而选择所述预给定的频域。

通过滤波器而实现：使得所述再激活脉冲（根据比较而进行的传感器节点激活）是取决于频率的。如果只有在要监控的技术系统或该技术系统的机器发射特定频域中的特征性磁场的情况下才应将所述传感器节点再激活/激活，则滤波器的大小因此能够被确定为围绕相对应频域的窄带。所有其余频率都被该滤波器滤出，由此使所述传感器节点不被再激活/不被激活。

在另一种实施方案中，能够通过比较单元执行所述比较，其中所述比较单元是比较器和/或施密特触发器。

在另一种实施方案中，在所述感生电压大于参考电压的情况下，执行所述传感器节点的再激活。

在另一种实施方案中，传感器节点检测测量数据，其中所述测量数据借助于无线通信技术（例如低功耗蓝牙（BLE））而被传输给评估单元。在该评估单元中可以对测量数据进行分析。

本发明此外要求保护一种技术系统的传感器网络，所述传感器网络具有：

- 传感器节点，其中所述传感器节点是能够去激活的以及能够激活的；

- 线圈（例如空心线圈），其中在所述线圈中能够产生感生电压，其中所述感生电压通过由所述技术系统所产生的磁场而产生；

- 确定单元，其中所述确定单元被构造用于，确定所述线圈中所产生的感生电压；

- 比较单元，其中所述比较单元被构造用于，执行所述感生电压与参考电压的比较；和

- 控制单元，其中所述控制单元被构造用于，根据所述比较而执行所述传感器网络的所述传感器节点的去激活和激活。

在另一种实施方案中，所述传感器网络被构造用于执行根据本发明的方法。

在另一种实施方案中，所述传感器节点具有电蓄能器。这些传感器节点可以例如是以电池运行的或以蓄电池运行的。

在另一种实施方案中，所述技术系统具有机器，其中所述传感器节点检测所述机器的物理参量。

在另一种实施方案中，所述物理参量包含：温度、振动、压力和/或湿度。

本发明提供如下优点：一旦技术系统和/或技术系统的（电）机器被关断，就能够通过去激活而将传感器节点置于静止状态。可以通过线圈中感生出的感生电压而确定所述技术系统和/或所述技术系统的（电）机器的再次接通并且能够再次激活/再激活所述传感器节点。在此，通过由技术系统和/或技术系统的（电）机器所产生的磁场而产生所述感生电压。该方法实质上地有助于例如在电池运行中节省能量。由此，可以明显延长电池/蓄电池使用寿命并且从而大幅度减小用于维修的成本。

附图说明

本发明的特点和优点从接下来借助示意图而对多个实施例进行的阐述中可见，其中：

图1示出根据本发明的方法的流程图；

图2示出传感器网络的框图；和

图3示出传感器节点。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于控制技术系统1的具有传感器节点3的传感器网络2的方法。该方法具有如下方法步骤：

1.方法步骤S1：对所述传感器网络2的传感器节点3去激活；

2.方法步骤S2：确定传感器节点3和/或所述传感器网络2的线圈4（例如空心线圈）中的感生电压U_e，其中所述感生电压U_e通过由该技术系统1所产生的磁场而产生；

3. 方法步骤S3：将所确定的感生电压U_e与参考电压U_R比较；和

4.方法步骤S4：根据所述比较而激活所述传感器节点3。

该方法还可以具有如下其他方法步骤：在确定感生电压U_e之后并且在将感生电压U_e与参考电压U_R比较之前，通过运算放大器放大所述感生电压U_e。

该方法还可以具有如下其他方法步骤：在确定感生电压U_e之后或者在由运算放大器来放大所述感生电压U_e之后并且在将感生电压U_e与参考电压U_R比较之前，利用滤波器而将所述感生电压U_e滤波到预给定的频域。

可以在此根据所述技术系统1的特征性而选择所述预给定的频域。

根据所确定的感生电压U_e与参考电压U_R比较而执行所述传感器节点3的再激活。如果所述感生电压（U_e）例如大于所述参考电压（U_R），则能够执行所述传感器节点3的再激活。

图2示出技术系统1的传感器网络2的框图。该传感器网络2具有传感器节点3，其中所述传感器节点3是能够去激活的以及能够激活的。

这些传感器节点3可以具有电蓄能器。

这些传感器节点3可以检测测量数据，其中所述测量数据能够借助于无线通信技术而被传输给评估单元。

该传感器网络2（或者这些传感器节点3之一）还具有线圈4，其中在该线圈4中能够产生感生电压U_e，其中通过由技术系统1所产生的磁场而产生该感生电压U_e。

传感器网络2还具有确定单元5，其中该确定单元5被构造用于，确定线圈4中所产生的感生电压U_e。

该传感器网络2此外具有比较单元6，其中该比较单元6被构造用于，执行感生电压U_e与参考电压U_R的比较。

该比较单元6可以是比较器和/或施密特触发器。

该传感器网络2此外具有控制单元7，其中该控制单元7被构造用于，根据所述比较而执行所述传感器网络2的传感器节点3的去激活和激活。

可替代地，所述线圈4、所述确定单元4、所述比较单元6和所述控制单元7也可以直接构造/集成在传感器节点3中（参见附图3）。

该技术系统1可以具有机器，其中所述传感器节点3检测所述机器的物理参量。

所述物理参量可以包含当前温度、当前振动、当前压力和/或当前湿度。

图3示出传感器节点3。所述传感器节点具有线圈4、确定单元4、比较单元6和控制单元7。与图2中不同，所述线圈4、所述确定单元4、所述比较单元6和所述控制单元7直接构造/集成在传感器节点3中，而不是传感器网络2中。

尽管通过这些实施例而进一步详细解释和描述了本发明，本发明却并不受限于所公开的示例，而且本领域技术人员可以从中推导出其他变型方案，而并不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 技术系统

2 传感器网络

3 传感器节点

4 线圈

5 确定单元

6 比较单元

7 控制单元

S1 方法步骤1：去激活

S2 方法步骤2：确定

S3 方法步骤3：比较

S4 方法步骤4：激活

U_e感生电压

U_R参考电压

Claims

1.用于控制技术系统（1）的具有传感器节点（3）的传感器网络（2）的方法，所述方法具有如下方法步骤：

- 对所述传感器网络（2）的所述传感器节点（3）去激活（S1）；

- 确定（S2）传感器节点（3）的线圈（4）中和/或所述传感器网络（2）的线圈（4）中的感生电压（U_e），其中所述感生电压（U_e）通过由所述技术系统（1）所产生的磁场而产生；

-将所确定的所述感生电压（U_e）与参考电压（U_R）比较（S3）；和

- 根据所述比较而激活（S4）所述传感器节点（3）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法具有如下其他步骤：

- 在确定所述感生电压（U_e）之后并且在将所述感生电压（U_e）与所述参考电压（U_R）比较之前，通过运算放大器放大所述感生电压（U_e）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法具有如下其他步骤：

- 在确定所述感生电压（U_e）之后并且在将所述感生电压（U_e）与所述参考电压（U_R）比较之前，利用适合的滤波器而将所述感生电压（U_e）滤波到预给定的频域。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法具有如下其他步骤：

- 在通过所述运算放大器放大所述感生电压（U_e）之后并且在将所述感生电压（U_e）与所述参考电压（U_R）比较之前，利用适合的滤波器而将所述感生电压（U_e）滤波到预给定的频域。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中根据所述技术系统（1）的特征性而选择所述预给定的频域。

6.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中能够通过比较单元（6）执行所述比较，其中所述比较单元（6）是比较器和/或施密特触发器。

7.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中，在所述感生电压（U_e）大于所述参考电压（U_R）的情况下，执行所述传感器节点（3）的再激活。

8.根据上述权利要求其中任一项所述的方法，其中，所述传感器节点（3）检测测量数据，其中所述测量数据借助于无线通信技术而被传输给评估单元。

9.技术系统（1）的传感器网络（2），所述传感器网络具有：

- 传感器节点（3），其中所述传感器节点（3）是能够去激活的以及能够激活的；

- 线圈（4），其中在所述线圈（4）中能够产生感生电压（U_e），其中所述感生电压（U_e）通过由所述技术系统（1）所产生的磁场而产生；

- 确定单元（5），其中所述确定单元（5）被构造用于，确定所述线圈（4）中所产生的感生电压（U_e）；

- 比较单元（6），其中所述比较单元（6）被构造用于，执行所述感生电压（U_e）与参考电压（U_R）的比较；和

- 控制单元（7），其中所述控制单元（7）被构造用于，根据所述比较而执行所述传感器网络（2）的所述传感器节点（3）的去激活和激活。

10.根据权利要求9所述的传感器网络（2），其中所述传感器网络用于执行根据权利要求1至8其中任一项所述的方法。

11.根据权利要求9或10所述的传感器网络（2），其中所述传感器节点（3）具有电蓄能器。

12.根据权利要求9至11其中任一项所述的传感器网络（2），其中所述技术系统（1）具有机器，其中所述传感器节点（3）检测所述机器的物理参量。

13.根据权利要求12所述的传感器网络（2），其中所述物理参量包含温度、振动、压力和/或湿度。