CN114623859A - 无源固定频率触发传感器系统 - Google Patents

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CN114623859A
CN114623859A CN202011469663.XA CN202011469663A CN114623859A CN 114623859 A CN114623859 A CN 114623859A CN 202011469663 A CN202011469663 A CN 202011469663A CN 114623859 A CN114623859 A CN 114623859A
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徐春生
张成明
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Shanghai Industrial Utechnology Research Institute
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Shanghai Industrial Utechnology Research Institute
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed

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Abstract

本发明提供一种无源固定频率触发传感器系统，包括：能量收集和转换模块，用于采集环境能量并转换为电能；电能调制模块，用于将能量收集和转换模块转换得到的电能调整到适合存储的形态；电能存储模块，用于将电能调制模块调整后的电能进行存储；射频开关，用于根据接收到的预定射频信号进行电路开启或关闭；无源传感器模块，用于执行一种或者多种感知功能并且发送出反映其感知结果的信号；其中，无源传感器模块只有在射频开关联通电能存储模块和无源传感器模块时才进入工作状态。本发明的MEMS无源器件的触发工作条件是在特定的条件下才能生效，具有很强的系统隐蔽性并可实现系统的低功耗和能量自主采集。

Description

无源固定频率触发传感器系统
技术领域
本发明属于传感器应用领域及物联网领域，特别是涉及一种无源固定频率触发传感器系统。
背景技术
代生产生活中，环境条件中的温度和光照指标是许多场合的重要参数。在仓储管理、智能化建筑、气象、环保、生物制药、食品加工、蔬菜大棚、花卉温室、医疗病房等诸多领域都需要对温度和光照参数进行监测，以做出相应处理，确保设备和系统运行在最佳状态。因此，研制可靠且实用的环境监测系统显得非常重要。随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段的传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛。传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用微型芯片实现自动测量、信息处理和自动控制等功能。
然而，现有的环境参数采集系统有以下几个明显缺点：
1)需要电池或者电源线供电驱动，使用电池的弊端就是续航能力不足，只能短时间工作，如果需要持续工作，就需要频繁更换电池以保证续航能力；如果是电源线供电方式，就需要布置电线，对于山区或者大面积水域，布置电线的难度很大，需要投入大量的人力物力，而且维护起来不方便，出了问题很难维护，可靠性差。
2)现有系统的隐蔽性较差，因为工作系统与电源一直联通，一直处于工作状态，或者定期处于工作状态，系统在工作状态会产生电信号，容易被电波侦测系统发现，隐蔽性不够。
3)现有系统的模块都比较庞大，包含的功能模块也比较各自独立，例如现有系统会包含数据采集模块，数据处理模块，数据发射模块，发射天线模块，这些每个模块都会比较大，组在一起就形成了一个更加庞大的模块组合。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无源固定频率触发传感器系统，用于解决现有技术中环境参数采集系统续航能力弱、隐蔽性差及系统较为庞大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种无源固定频率触发传感器系统，所述传感器系统包括：能量收集和转换模块，用于采集环境能量并转换为电能；电能调制模块，用于将能量收集和转换模块转换得到的电能调整到适合存储的形态；电能存储模块，用于将电能调制模块调整后的电能进行存储；射频开关，用于根据接收到的预定射频信号进行电路开启或关闭；无源传感器模块，用于执行一种或者多种感知功能并且发送出反映其感知结果的信号；其中，所述无源传感器模块只有在所述射频开关联通所述电能存储模块和所述无源传感器模块时才进入工作状态。
可选地，所述环境能量包括热能、光能、压力能、震动能及电磁能中的一种或多种。
可选地，所述射频开关为在预定频率和能量的射频驱动下开启或关闭的导电器件。
可选地，所述射频开关接收的预定射频信号的配置包括中心频率及中心带宽、阈值能量及阈值范围中的一种或多种。
可选地，所述无源传感器模块包含MEMS无源传感器，所述MEMS无源传感器为能够执行一种或者多种功能的MEMS器件。
可选地，所述MEMS无源传感器执行的功能包括探测参数的探知、存储及传播中的一种。
可选地，所述探测参数包括定位发射参数、环境压力参数、温度参数、光照参数、湿度参数、磁场参数中的一种。
可选地，所述电能存储模块在所述射频开关联通所述电能存储模块和所述无源传感器模块时输出适于所述无源传感器模块工作的电能。
可选地，所述无源固定频率触发传感器系统应用于以下场景中的一种或多种：被动定位监控及特定环境温度、压力、湿度的数据采集。
可选地，所述特定环境的数据采集包括水表及电表数据采集、海洋环境数据监测及森林环境数据监测中的一种。
如上所述，本发明的无源固定频率触发传感器系统，具有以下有益效果：
本发明提供一种无源固定频率触发传感器系统，可以将环境能量转化为电能储备作为系统工作之用，并且经过特定频率的射频信号触发开关，触发传感器执行相应的功能。本发明的MEMS无源器件的触发工作条件是在特定的条件下才能生效，整套系统在MEMS无源器件不工作的时候，不发射出电信号，不易被电信号捕捉设备发现，具有很强的系统隐蔽性，同时，MEMS无源器件只有在需要时才启动工作模式，其他时间不消耗任何能量，因此，本发明实现了传感器系统的低功耗和能量自主采集，也提高了其隐蔽性。另外，本发明的MEMS传感器具有体积小、性能高、耗电少、价格低等优点，更加增加了整体系统模块的隐蔽性，可以大量散布在环境中，形成一个庞大的数据收集网络，整体投入低，隐蔽性高，基本不需要维护。
附图说明
图1显示为本发明实施例的无源固定频率触发传感器系统的架构示意图。
元件标号说明
100 能量收集和转换模块
101 电能调制模块
102 电能存储模块
103 射频开关
104 无源传感器模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实施例提供一种无源固定频率触发传感器系统，所述传感器系统包括：能量收集和转换模块100、电能调制模块101、电能存储模块102、射频开关103及无源传感器模块104。以上模块共同组成无源固定频率触发系统，可以进行环境能量的收集转换存储，以及在特定条件下触发MEMS无源器件执行工作，使得整套系统能够完成某项或者某几项功能。
所述能量收集和转换模块100用于采集环境能量并转换为电能。
作为示例，所述环境能量包括热能、光能、压力能、震动能及电磁能中的一种或多种。所述环境能量的采集种类可以依据不同的环境进行设定，例如，在沙漠地区，可以选择采集热能及光能，在变电站等区域，可以选择采集电磁能等，在生产车间等区域，可以采集压力能、震动能及电磁能等，根据实际的环境，可以设置不同功能的能量收集和转换模。
所述电能调制模块101用于将能量收集和转换模块100转换得到的电能调整到适合存储的形态，所述电能调制模块101可以过滤掉不必要的电力，以满足传感器系统所需的电力需求。
所述电能存储模块102用于将电能调制模块101调整后的电能进行存储。
在本实施例中，所述电能存储模块102还用于在所述射频开关103联通所述电能存储模块102和所述无源传感器模块104时输出适于所述无源传感器模块104工作的电能。
所述电能存储模块102可以选用为锂电池、石墨烯电池等。
所述射频开关103用于根据接收到的预定射频信号进行电路开启或关闭，所述射频开关103在接收到预设频率的射频(RF)信号后，可以形成电路通路，以提供传感器系统所需的电力需求，接通电路，使得传感器系统工作。所述预定射频信号可以在所述无源固定频率触发传感器系统需要工作时，通过远程设备进行释放，以在所述射频开关103开启无源固定频率触发传感器系统。
作为示例，所述射频开关103为在预定频率和能量的射频驱动下开启或关闭的导电器件。
作为示例，所述射频开关103接收的预定射频信号的配置包括中心频率及中心带宽、阈值能量及阈值范围中的一种或多种。
所述无源传感器模块104用于执行一种或者多种感知功能并且发送出反映其感知结果的信号；其中，所述无源传感器模块104只有在所述射频开关103联通所述电能存储模块102和所述无源传感器模块104时才进入工作状态。
所述无源传感器模块104包含MEMS无源传感器，所述MEMS无源传感器为能够执行一种或者多种功能的MEMS器件。本发明无源传感器模采用MEMS传感器，具有体积小、性能高、耗电少、价格低等优点。
所述MEMS无源传感器执行的功能包括探测参数的探知、存储及传播中的一种，其中，所述探测参数包括定位发射参数、环境压力参数、温度参数、光照参数、湿度参数、磁场参数中的一种。所述无源传感器模块104还可以将采集到的探测参数通过无线传输等方式反馈至远程系统，以利于数据的收集。
作为示例，所述无源固定频率触发传感器系统应用于以下场景中的一种或多种：被动定位监控及特定环境温度、压力、湿度的数据采集。例如，所述特定环境的数据采集包括水表及电表数据采集、海洋环境数据监测及森林环境数据监测中的一种。
在一个具体的实施过程中，本发明的无源固定频率触发传感器系统应用于海洋环境数据监测，具体包含以下步骤：
图1所示，本示例的无源固定频率触发传感器系统的无源传感器模块104为MEMS传感器，其功能是可以侦测水温和水流速，以及系统定位信息。
之后，通过无人机将大量数量的无源固定频率触发传感器系统从空中散投到海洋中，在平时，环境能量收集和转换装置将光能、海水压力、温度等转化成电能通过电能调制模块101进行调制，并储存到电能储存模块中。
接着，在需要收集无源固定频率触发传感器系统周边环境信息的时候，通过远程设备释放预先设定好的匹配预定频率的电波射频(RF)信号，射频开关103在接收到这个特定频率的电波射频(RF)信号后，接通电路，为MEMS无源传感器模块104提供电能存储模块102中已经储备的电能，使得MEMS无源传感器模块104开始工作，收集周边的海水温度，流速，以及系统定位信息，并且将收集到的信息发送出去。提供一个远程的信息监控功能。
在信息发送完成后，射频开关103继续进入到断路状态，MEMS无源传感器模块104进入到非工作状态。
上述示例的无源固定频率触发传感器系统采用MEMS方案设计，体积可以做到很小，功耗很低，对于电能的需求很少，系统装置可以做成很小的模块，方便大量运输与投放使用，成本也很低，可以作为一次性装置使用，使用后无需回收，大大降低了后期的维护成本。
因为整套系统平时不被触发的状况下，MEMS无源传感器模块104不发射电信号，整套无源固定频率触发传感器系统不会被电波捕捉设备发现，所以整套系统具有很强的隐蔽性，以保证整套系统的生存性。
如上所述，本发明的无源固定频率触发传感器系统，具有以下有益效果：
本发明提供一种无源固定频率触发传感器系统，可以将环境能量转化为电能储备作为系统工作之用，并且经过特定频率的射频信号触发开关，触发传感器执行相应的功能。本发明的MEMS无源器件的触发工作条件是在特定的条件下才能生效，整套系统在MEMS无源器件不工作的时候，不发射出电信号，不易被电信号捕捉设备发现，具有很强的系统隐蔽性，同时，MEMS无源器件只有在需要时才启动工作模式，其他时间不消耗任何能量，因此，本发明实现了传感器系统的低功耗和能量自主采集，也提高了其隐蔽性。另外，本发明的MEMS传感器具有体积小、性能高、耗电少、价格低等优点，更加增加了整体系统模块的隐蔽性，可以大量散布在环境中，形成一个庞大的数据收集网络，整体投入低，隐蔽性高，基本不需要维护。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种无源固定频率触发传感器系统，其特征在于，所述传感器系统包括：
能量收集和转换模块，用于采集环境能量并转换为电能；
电能调制模块，用于将能量收集和转换模块转换得到的电能调整到适合存储的形态；
电能存储模块，用于将电能调制模块调整后的电能进行存储；
射频开关，用于根据接收到的预定射频信号进行电路开启或关闭；
无源传感器模块，用于执行一种或者多种感知功能并且发送出反映其感知结果的信号；
其中，所述无源传感器模块只有在所述射频开关联通所述电能存储模块和所述无源传感器模块时才进入工作状态。
2.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述环境能量包括热能、光能、压力能、震动能及电磁能中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述射频开关为在预定频率和能量的射频驱动下开启或关闭的导电器件。
4.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述射频开关接收的预定射频信号的配置包括中心频率及中心带宽、阈值能量及阈值范围中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述无源传感器模块包含MEMS无源传感器，所述MEMS无源传感器为能够执行一种或者多种功能的MEMS器件。
6.根据权利要求5所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述MEMS无源传感器执行的功能包括探测参数的探知、存储及传播中的一种。
7.根据权利要求6所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述探测参数包括定位发射参数、环境压力参数、温度参数、光照参数、湿度参数、磁场参数中的一种。
8.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述电能存储模块在所述射频开关联通所述电能存储模块和所述无源传感器模块时输出适于所述无源传感器模块工作的电能。
9.根据权利要求1所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于，所述无源固定频率触发传感器系统应用于以下场景中的一种或多种：被动定位监控及特定环境温度、压力、湿度的数据采集。
10.根据权利要求9所述的无源固定频率触发传感器系统，其特征在于：所述特定环境的数据采集包括水表及电表数据采集、海洋环境数据监测及森林环境数据监测中的一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024055532A1 (zh) * 2022-09-13 2024-03-21 深圳市每开创新科技有限公司 无源电子设备、微能源采集方法及储能方法

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