CN116918210A - 无线供电的传感器系统 - Google Patents

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CN116918210A CN202280016479.0A CN202280016479A CN116918210A CN 116918210 A CN116918210 A CN 116918210A CN 202280016479 A CN202280016479 A CN 202280016479A CN 116918210 A CN116918210 A CN 116918210A
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M·卡茨
M·N·阿拉姆
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Abstract

一种感测系统，包括传感器、无线传输系统、无线接收器系统以及控制器。该传感器被配置成确定传感器数据，该传感器数据与感测环境相关联。无线传输系统被配置成与传感器无线地耦合，无线传输系统被配置成用于将大量电能作为无线功率信号无线地提供给传感器并且作为编码在无线功率信号中的带内数据信号来接收传感器数据。无线接收器系统与传感器在操作上相关联，并且被配置成从无线传输系统作为无线功率信号来接收大量电能，并且无线传输系统通过无线接收器系统来与传感器耦合。控制器与无线传输系统在操作上相关联并且被配置成从无线功率信号解码带内信号来作为传感器数据。

Description

无线供电的传感器系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年2月21日提交的且名称为“WIRELESSLY POWERED SENSORSYSTEM(无线供电的传感器系统)”的美国非临时申请号为17/164,515的优先权，其通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开一般涉及传感器和/或感测系统，并且更具体地涉及被无线供电且无线地提供传感器数据的传感器和/或感测系统。
背景技术
在现代，传感器和/或感测系统存在于日常生活的几乎每个方面。消费电子产品、电器、计算机、专业装备、工业或企业装备等等都依赖于越来越先进的传感器来充分且准确地确定和处理其系统的数据。
由于新形式和/或以前难以确定/检测数据全部被期望来执行新功能或增强各种产品中的先前功能，因此在主机或相关联设备内的传感器的新和/或非常规放置可能由于电连接的必要性而受到限制。因为大多数传感器是有源组件，需要电功率(即使是在低电平)以执行其感测任务，所以传感器通常将需要有线导电电连接或连接至传感器的电池以用于对传感器供电。有线电连接可限制传感器，其中其将位于主机或相关联设备上的、向其提供电线是不可能或不切实际的位置中。电池可限制各传感器，因为没有电池具有无限电源并最终将耗尽，加上电池可向用于紧贴地放置在主机或相关联设备中的小传感器添加过量体积。更进一步地，即使使用电池，也需要一些其他连接(无论是有线还是无线的)以从传感器获得数据至传感器本身外部的设备或组件。
发明内容
由此，需要无线连接和/或功率系统以消除物理功率/数据连接器并且为这些传感器提供更多的位置自由度。此外，向传感器提供电功率同时能够经由公共无线连接从传感器接收数据的无线连接器可以解决关于新的、难以放置的传感器的许多现代问题。
此类无线连接系统被用在用于电能、电功率、电磁能、电数据信号以及其他已知的无线传输信号的无线传递的各种应用中。此类系统通常使用感应和/或谐振感应无线功率传递，其在由发射元件产生的磁场在接收元件中感应电场且因此感应电流时发生。这些发射和接收元件将通常采取盘绕电线和/或天线的形式。
通常，从此类盘绕天线中的一个到另一个的电能、电功率、电磁能和/或电子数据信号中的一者或多者的传输在操作频率和/或操作频率范围下操作。可以出于多种原因来选择工作频率，诸如但不限于，功率传递特性、功率电平特性、自谐振频率限制、设计要求、遵守标准主体的所需特性(例如，电磁干扰(EMI)要求、比吸收率(SAR)要求等)、材料清单(BOM)和/或形状因子约束等。要注意的是，如本领域技术人员已知的，“自谐振频率”通常是指由于无源组件(例如，电感器)的寄生特性而导致的该组件的谐振频率。
当这样的系统操作以经由线圈和/或天线将功率从传输系统无线地传递到接收器系统时，通常期望同时或间歇地将电子数据从一个系统传达到另一系统。为此，多种通信系统、方法和/或装置已经被用于组合的无线功率和无线数据传递。在一些示例系统中，使用其他电路系统来执行与无线功率传递相关的通信(例如，验证规程、电子特性数据通信、电压数据、电流数据、设备类型数据，以及其他所设想的数据通信)，诸如用于补充无线功率系统的可选近场通信(NFC)天线和/或用于数据通信的附加蓝牙芯片组，以及其他已知的通信电路和/或天线。
然而，使用附加的天线和/或电路系统会产生若干缺点。例如，使用额外天线和/或电路系统可能是低效的和/或可能增加无线功率系统的BOM，这增加了用于将无线功率提供给电子设备的成本。此外，在一些此类系统中，由此类附加天线提供的带外通信可导致干扰，诸如天线之间的串扰；此种串扰可造成挑战。此外，与其中无线功率信号和数据信号都在同一信道内的系统相比，由于引入附加系统将引起更大的谐波失真，所以包括这种附加天线和/或电路系统会导致EMI恶化。更进一步，包含用于通信或增加的充电或供电面积的附加天线和/或电路系统硬件可增加设备内的无线功率系统和/或其组件占用的面积，从而使最终产品的构建复杂化。
因此，允许快速且准确的带内通信的低成本和/或低BOM解调电路是合需的。
本文中所公开的无线功率发射器的解调电路是用于至少部分地解码或解调ASK信号以警报数据信号的上升沿和下降沿的相对便宜和/或简化的电路。只要传输控制器28被编程成理解ASK调制的编码方案，传输控制器就将消耗远少于它必须直接从来自感测系统的输入电流或电压感测信号解码上升沿和下降沿的计算资源。为此，由于包括解调电路，传输控制器解码无线数据信号所需的计算资源显著减少。因此，由此得出，该解调电路可以通过允许对用于该传输控制器或者与该传输控制器一起使用更便宜的、计算能力更低的(多个)处理器来显著地减少该无线传输系统的BOM。
根据本公开的一个方面，公开了一种用于设备的感测系统。该感测系统包括传感器、无线传输系统、无线接收器系统以及控制器。该传感器被配置成确定传感器数据，该传感器数据与感测环境相关联，该感测环境是该设备的或与该设备相关联。无线传输系统被配置成与传感器无线地耦合，无线传输系统被配置成用于将大量电能作为无线功率信号无线地提供给传感器并且作为编码在无线功率信号中的带内数据信号来接收传感器数据。无线接收器系统与传感器在操作上相关联，并且无线传输系统通过无线接收器系统与传感器耦合并且无线接收器系统被配置成作为无线功率信号来从无线传输系统接收大量电能。控制器与无线传输系统在操作上相关联并且被配置成从无线功率信号解码带内信号来作为传感器数据。
在一改进中，设备是主机设备并且传感器被提供在主机设备内并且感测环境在主机设备内。在一改进中，该设备是相关联的设备并且该感测设备在相关联的设备外部。
在一改进中，无线传输系统包括发射器天线、电流传感器和解调电路。发射器天线被配置成与所述无线接收器系统的接收器天线耦合并将交流(AC)无线信号传送给至少一个天线，该AC无线信号包括无线功率信号和带内信号，带内信号是通过在无线接收器系统处更改AC无线信号的电特性而生成的。电流传感器被配置成检测与AC无线信号的电特性相关联的电信息，电信息包括AC无线信号的电流、AC无线信号的电压、AC无线信号的功率电平或者其组合中的一者或多者。解调电路被配置成(i)从至少一个传感器接收电信息，(ii)检测该电信息的变化，(iii)确定该电信息的变化是否满足或超过上升阈值或下降阈值之一，(iv)如果该变化超过该上升阈值或下降阈值之一，则生成警报，(v)并且输出多个数据警报。
在一改进中，至少一个控制器被配置成(i)从解调电路接收该多个数据警报，以及(ii)将该多个数据警报解码成传感器数据。
在又一改进中，带内数据信号由至少一个其他系统编码成幅移键控(ASK)数据信号。
在又一改进中，无线接收器系统将带内数据信号编码成AC无线信号的高阈值电压和低阈值电压。
在又一改进中，该上升阈值与该高阈值电压相关联，并且该下降阈值与该低阈值电压相关联。
在又一改进中，带内数据信号被编码成脉宽编码的带内数据信号。
在一改进中，传输天线被配置成基于约6.78MHz的操作频率来操作。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于从传感器无线地接收数据并为传感器无线地提供有意义的电能的系统。该传感器被配置成确定与感测环境相关联的传感器数据，该感测环境是该设备的或与该设备相关联。该系统包括无线传输系统，该无线传输系统被配置成与传感器的无线接收器系统无线地耦合，无线传输系统被配置成用于将大量电能作为无线功率信号无线地提供给传感器并且作为编码在无线功率信号中的带内数据信号来接收传感器数据。该系统还包括控制器，该控制器与无线传输系统可在操作上相关联，该控制器被配置成成无线功率信号解码带内信号来作为传感器数据。
在一改进中，设备是主机设备并且传感器被提供在主机设备内并且感测环境在主机设备内。
在一改进中，该设备是相关联的设备并且该感测设备在相关联的设备外部。
在一改进中，无线传输系统包括发射器天线、电流传感器和解调电路。发射器天线被配置成与所述无线接收器系统的接收器天线耦合并将交流(AC)无线信号传送给至少一个天线，该AC无线信号包括无线功率信号和带内信号，带内信号是通过在无线接收器系统处更改AC无线信号的电特性而生成的。电流传感器被配置成检测与AC无线信号的电特性相关联的电信息，电信息包括AC无线信号的电流、AC无线信号的电压、AC无线信号的功率电平或者其组合中的一者或多者。解调电路被配置成(i)从至少一个传感器接收电信息，(ii)检测该电信息的变化，(iii)确定该电信息的变化是否满足或超过上升阈值或下降阈值之一，(iv)如果该变化超过该上升阈值或下降阈值之一，则生成警报，(v)以及输出多个数据警报。
在一改进中，至少一个控制器被配置成(i)从解调电路接收该多个数据警报，以及(ii)将该多个数据警报解码成传感器数据。
在又一改进中，带内数据信号由至少一个其他系统编码成幅移键控(ASK)数据信号。
在又一改进中，无线接收器系统将带内数据信号编码成AC无线信号的高阈值电压和低阈值电压。
在又一改进中，该上升阈值与该高阈值电压相关联，并且该下降阈值与该低阈值电压相关联。
在又一改进中，带内数据信号被编码成脉宽编码的带内数据信号。
在一改进中，传输天线被配置成基于约6.78MHz的操作频率来操作。
当结合附图阅读时，将更好地理解本发明的这些和其他方面和特征。
附图的简要说明
图1A是根据本公开的第一感测系统的框图。
图1B是根据本公开的第二感测系统的框图。
图2是根据本公开的用于无线地传递电能、电功率信号、电功率、电磁能、电子数据及其组合中的一者或多者的系统的实施例的框图。
图3是解说根据图1、2和本公开的、图2的系统的无线传输系统和图2的无线接收器系统的各组件的框图。
图4是解说根据图1、图2和本公开的、图3的无线传输系统的传输控制系统的各组件的框图。
图5是解说根据图1-4和本公开的、图4的传输控制系统的感测系统的各组件的框图。
图6是根据图1-5和本公开的、图5的感测系统的示例低通滤波器的框图。
图7是解说根据图1-6和本公开的、图3的无线传输控制系统的解调电路的各组件的框图。
图8是根据图17和本公开的、图7的解调电路的电示意图。
图9是根据图1-8和本公开的、电信号当其行进通过解调电路时的电压的时序图。
图10是解说根据图2、图3和本公开的、图3的无线传输系统的功率调节系统的各组件的框图。
图11是解说根据图2、图3和本公开的、图3的无线接收器系统的接收器控制系统和接收器功率调节系统的各组件的框图。
虽然下面的详细描述将针对某些解说性实施例给出，但是应理解，附图不一定按比例绘制，并且有时图解地和以局部视图解说所公开的实施例。另外，在某些情况下，可以省略对于理解所公开的主题而言不必要的细节或者使得其他细节太难察觉的细节。因此，应理解，本公开不限于本文所公开和示出的特定实施例，而是对整个公开和权利要求及其任何等效物的公平阅读。这些系统和方法中可包含额外、不同或更少的组件和方法。
详细描述
在以下描述中，通过这些示例阐述了众多具体细节以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言应当显而易见的是，可以在没有此类细节的情况下实践本教导。在其他示例中，为了避免不必要地模糊本教导的各方面，在相对较高的层次上描述了公知的方法、进程、组件、和/或电路，而不提供太多细节。
现在参考附图并且具体参考图1，解说了感测系统100的框图。感测系统包括传感器41，其被配置成收集和/或确定来自该传感器可在其中驻留和/或在其中监测的感测环境102或与之相关联的传感器数据。感测环境102可以是传感器14被配置成在其中收集数据的任何位置(一维空间)、区域(二维空间)、和/或体积(三维空间)。
传感器14包括无线接收器系统30或者以其他方式在操作上与无线接收器系统30相关联，无线接收器系统30被配置成将传感器数据传送给无线传输系统20。无线传输系统20是数据接收器111的无线传输系统或在操作上与该数据接收器相关联，该数据接收器是被配置成从传感器14接收传感器数据的任何设备、组件和/或实体。无线传输系统20被配置成经由无线功率信号将有意义的电能提供给传感器14，该无线功率信号经由例如天线21、31从无线传输系统20传送给无线接收器系统30，所有这些将在下面关于用于无线功率传递的系统10进行更详细地讨论。无线接收器系统30可从相关联传感器14接收传感器数据且将传感器数据作为带内无线数据信号编码在无线功率信号中。无线传输系统20经由其控制器28和/或附加或替换传感器数据控制器126然后可以从带内无线数据信号解码传感器数据。然后，控制器28、126可以将经解码的传感器数据提供给主机或相关联设备104的任何下游组件。应注意，传感器数据控制器126可以是与传输控制器28共用的控制器，或者可以是分开的控制器。传感器数据控制器126可以是至少包括处理器的任何电子控制器或计算系统，该处理器执行操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据、控制和/或提供与关联于感测系统100的其他组件和/或子系统的通信，和/或执行所需的任何其他计算或控制任务。传感器数据控制器126可以是单个控制器或者可以包括被设置成控制感测系统100的不同功能和/或特征的一个以上控制器。传感器数据控制器126的功能可以在硬件和/或软件中实现，并且可以依赖于与感测系统100的操作相关的一个或多个数据映射。为此，传感器数据控制器126可在操作上与存储器相关联。存储器可以包括内部存储器、外部存储器和/或远程存储器中的一者或多者(例如，经由网络(诸如但不限于互联网)在操作上连接到传感器数据控制器126的数据库和/或服务器)。内部存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(ROM)(包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或有时但很少标记的EROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、随机存取存储器(RAM)(包括动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、单数据速率同步动态RAM(SDRSDRAM)、双数据速率同步动态RAM(DDR SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)、以及图形双数据速率同步动态RAM(GDDR SDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、闪存、便携式存储器)等中的一者或多者。此类存储介质是非暂态机器可读和/或计算机可读存储介质的示例。
参考图1A，数据接收器111和感测环境102两者可以被共用主机设备104A共同包含和/或与之在操作上相关联。在这种情况下，传感器14可被配置成确定与一个或多个操作条件相关联的数据和/或与主机设备104A相关联的系统特性，并将所述数据用于主机设备104A本身内的功能。这种情形的非限制性示例是传感器14是放置在流体室(感测环境102)内的传感器并且传感器14被配置成确定流体室内的流体液位。在这样的示例中，在主机设备104A(例如，包括流体室的清洁设备、包括流体室的厨房设备、基于流体的汽车组件等)内，在流体室内具有电连接器可能是不利的。由此，通过实现从传感器14到数据接收器111的无线功率/数据连接，传感器14可以被放置在本来不能被放置的感测环境102中。然而，该段落的示例仅仅是示例性的，并且构想了许多其他传感器/主机设备组合。
现在参考图1B，在这种情况下，传感器14和感测环境102在数据接收器111和/或无线传输系统20相关联的相关联设备104B的外部。在此些情境中，相关联设备104B可接近于传感器14定位，使得天线21、31能够耦合以用于无线功率和无线数据的传输的目的。这种情形的非限制性示例将是传感器14是被配置成临时或永久地驻留在人体内的医疗传感器和/或医疗植入物的情况。在这样的示例中，相关联的设备104B可以是包括无线传输系统20或与其相关联的计算设备或其他数据收集设备。在这样的示例中，如果相关联设备104B被定位在邻近人体内的传感器14的位置，则无线传输系统20然后可以对传感器14供电并且传感器14可以向相关联设备104B提供传感器数据。然而，该段落的示例仅仅是示例性的，并且构想了许多其他传感器/相关联设备组合。
如本文中定义的，“传感器”是能够确定与感测环境相关联的数据、操作条件、物理特性以及其他数据的任何设备。示例传感器可包括但不限于包括嵌入式传感器、物联网(IoT)传感器、医疗传感器、健身传感器、心率传感器、流体传感器、光传感器、检测传感器、加速度计、运动传感器、RADAR或LiDAR传感器、温度或热传感器、以及其他已知的传感器。
现在转向图2，解说了无线功率传递系统10。该无线功率传递系统10提供电信号(诸如但不限于，电能、电功率、电功率信号、电磁能、以及电子可传送数据(“电子数据”)的无线传输。如本文中所使用的，术语“电功率信号”是指具体地传送以提供用于对负载进行充电和/或直接供电的有意义的电能的电信号，而术语“电子数据信号”是指用于跨介质传达数据的电信号。
无线功率传递系统10经由近场磁耦合提供电信号的无线传输。如图1的实施例中所示，无线功率传递系统10包括一个或多个无线传输系统20和一个或多个无线接收器系统30。无线接收器系统30被配置成至少从无线传输系统20接收电信号。
如所解说的，(诸)无线传输系统20和(诸)无线接收器系统30可以被配置成在至少间隔距离或间隙17上传送电信号。在诸如系统10之类的无线功率传递系统的上下文中，诸如间隙17之类的间隔距离或间隙不包括诸如有线连接之类的物理连接。可存在位于间隔距离或间隙中的中间对象，诸如但不限于空气、台面、电子设备的外壳、塑料细丝、绝缘体、机械壁等；然而，在这样的间隔距离或间隙处没有物理电连接。
因此，两个或更多个无线传输系统20和无线接收器系统30的组合创建了电连接而不需要物理连接。如本文所使用的，术语“电连接”是指电流、电压和/或功率从第一位置、设备、组件和/或源到第二位置、设备、组件和/或目的地的传递的任何便利。“电连接”可以是物理连接，诸如但不限于将第一位置、设备、组件和/或源连接到第二位置、设备、组件和/或目的地的导线、迹线、通孔以及其他物理电连接。另外地或替换地，“电连接”可以是将第一位置、设备、组件和/或源连接至第二位置、设备、组件和/或目的地的无线功率和/或数据传递，诸如但不限于磁场、电磁场、谐振场和/或感应场，以及其他无线功率和/或数据传递。
此外，虽然图2-3可描绘仅从一个天线(例如，传输天线21)传递到另一天线(例如，接收器天线31和/或传输天线21)的无线功率信号和无线数据信号，但传输天线21可传递电信号和/或与一个或一个以上其他天线耦合且至少部分地传递传输天线21的输出信号或磁场的分量当然是可能的。此种传输可包括到系统10的多个天线的次级耦合和/或杂散耦合或信号传递。
在一些情况下，间隙17可被称为“Z-距离”，因为如果认为天线21、31各自基本上沿着相应的共同X-Y平面布置，那么分开天线21、31的距离是在“Z”或“深度”方向上的间隙。然而，本公开的实施例确实设想了柔性和/或非平面线圈，并且因此，设想了跨天线21、31之间的连接距离的包络，间隙17可能不均匀。设想各种调谐、配置和/或其他参数可更改间隙17的可能的最大距离，使得从无线传输系统20到无线接收器系统30的电传输保持可能。
无线功率传递系统10在无线发射系统20和无线接收器系统30耦合时操作。如本文所使用的，术语“耦合至”、“被耦合至”和“耦合”通常是指当发射器和/或其任何组件和接收器和/或其任何组件通过磁场彼此耦合时发生的磁场耦合。这种耦合可包含由耦合系数(k)表示的耦合，该耦合系数至少足以供接收器利用来自发射器的感应功率信号。系统10中的无线传输系统20和无线接收器系统30的耦合可以由系统10的谐振耦合系数表示，并且无线功率传递的目的，系统10的耦合系数可以在约0.01和0.9的范围内。
如所解说的，至少一个无线传输系统与输入功率源12相关联。输入功率源13可以可在操作上与主机或相关联设备104相关联，后者可以是任何电操作设备、电路板、电子组装件、专用充电设备、或任何其他所设想的电子设备。无线传输系统20可以与其相关联的示例主机设备包括但不限于：包括集成电路的设备、便携式计算设备、用于电子设备的存储介质、用于一个或多个电子设备的充电设备、专用充电设备、以及其他所设想的电子设备。
输入功率源12可以是或者可以包括一个或多个储电设备，诸如电化学电池、电池组和/或电容器，以及其他储电设备。另外地或替换地，输入功率源12可以是任何电输入源(例如，任何交流(AC)或直流(DC)递送端口)并且可以包括从所述电输入源到无线传输系统20的连接装置(例如，变压器、调节器、导电导管、迹线、电线、或装备、商品、计算机、相机、移动电话、和/或其他电气装置连接端口和/或适配器，诸如但不限于USB端口和/或适配器、以及其他设想的电气组件)。
由(诸)无线传输系统20接收的电能然后被用于至少两个目的：向无线传输系统20的内部组件提供电功率和向传输天线21提供电功率。传输天线21被配置成无线地传送被调节和修改以用于由无线传输系统20经由近场磁耦合(NFMC)进行无线传输的电信号。近场磁耦合使得能够通过传输天线与无线接收器系统30的接收天线31或与无线接收器系统30相关联的接收天线31、另一传输天线21或其组合中的一者或多者之间的磁感应来无线地传递信号。近场磁耦合可以是和/或可被称为“感应耦合”，如本文所使用的，感应耦合是利用交变电磁场来在两个天线之间传递电能的无线功率传输技术。这样的感应耦合是被调谐为以类似频率谐振的两个磁耦合线圈之间的磁能的近场无线传输。因而，此类近场磁耦合可实现经由受约束磁场的谐振发射的高效无线功率传输。此外，这种近场磁耦合可以经由“互感”提供连接，如在此定义的，“互感”是通过磁耦合至第一电路的第二电路中的电流变化在电路中产生电动势。在一个或多个实施例中，传输天线21或接收器天线31的感应器线圈策略性地定位成促进通过近场磁感应接收和/或传输无线传递的电信号。天线操作频率可以包括相对高的操作频率范围，其示例可以包括但不限于6.78MHz(例如，根据Rezence和/或Airouel接口标准和/或在6.78MHz的频率下操作的任何其他专有接口标准)、13.56MHz(例如，根据由ISO/IEC标准18092定义的NFC标准)、27MHz和/或另一专有操作模式的操作频率。天线21、31的操作频率可以是由工业、科学和医疗(iSM)频带中的国际电信联盟(iTU)指定的操作频率，其包含但不限于6.78MHz、13.56MHz和27MHz，其被指定用于无线功率传递。
本公开的传输天线和接收天线可被配置成发送和/或接收具有从约10毫瓦(mW)至约500瓦(W)范围的幅值的电功率。在一个或多个实施例中，传输天线21的电感器线圈被配置成以传输天线谐振频率或在传输天线谐振频带内谐振。
如本领域技术人员已知的，“谐振频率”或“谐振频带”是指其中天线的振幅响应处于相对最大值的频率或频率，或者另外地或替换地，其中电容电抗具有与感应电抗的幅值基本上相似的幅值的频率或频带。在一个或多个实施例中，传输天线谐振频率是高频，如无线功率传递领域中的技术人员所知。
无线接收器系统30可与传感器14相关联。上面讨论了传感器14的示例实施例。
出于解说所公开的实施例的特征和特性的目的，箭头端线被用于解说可传递和/或通信信号，并且不同图案被用于解说旨在用于功率传输的电信号和旨在用于传输数据和/或控制指令的电信号。实线指示以功率信号的形式在物理和/或无线功率传递上的电能的信号传输，该功率信号最终在从无线传输系统20到无线接收器系统30的无线功率传输中使用。此外，虚线被用于解说可电子传输的数据信号，其最终可以从无线传输系统20无线传送至无线接收器系统30。
虽然本文中的系统和方法解说了无线传送的能量、无线功率信号、无线传送的功率、无线传送的电磁能量和可电子传送的数据的传输，但是确实设想本文公开的系统、方法和装置可被用于仅一个信号、两个信号或两个以上的信号的各种组合的传输，并且还设想本文公开的系统、方法和装置可被用于除上述信号中的一者或多者之外或与上述信号中的一者或多者唯一地组合的其他电信号的无线传输。在一些示例中，实线或虚线的信号路径可表示功能信号路径，而在实际应用中，实际信号通过路由到其所指示的目的地的附加组件来路由。例如，可以指示数据信号从通信装置路由到另一通信装置，然而，在实际应用中，数据信号可以通过放大器，然后通过传输天线路由到接收器天线，其中在接收器端，数据信号由接收器的各个通信设备解码。
现在转向图3，无线功率传递系统10被解说成包括无线传输系统20和无线接收器系统30两者的示例子系统的框图。无线传输系统20可以至少包括功率调节系统40、传输控制系统26、解调电路70、传输调谐系统24、和传输天线21。来自输入功率源12的电能输入的第一部分可被配置成用于对无线传输系统20的组件(诸如但不限于传输控制系统26)进行供电。来自输入功率源12的电能输入的第二部分被调节和/或修改以用于经由传输天线21向无线接收器系统30进行无线功率传输。因此，输入能量的第二部分由功率调节系统40修改和/或调节。虽然未解说，但当然设想，输入电能的第一和第二部分中的一者或两者可在由功率调节系统40和/或传输控制系统26接收之前由另外的设想子系统(例如，电压调节器、电流调节器、开关系统、故障系统、安全调节器等)修改、调节、更改和/或以其他方式改变。
现在参考图4，继续参考图1-3，解说了传输控制系统26的子组件和/或系统。传输控制系统26可以包括传输(Tx)感测系统50、传输控制器28、通信系统29、驱动器48和存储器27。
传输控制器28可以是任何电子控制器或计算系统，其至少包括执行操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据、控制和/或提供与无线传输系统20相关联的其他组件和/或子系统的通信、和/或执行所需的任何其他计算或控制任务的处理器。传输控制器28可以是单个控制器，或者可以包括一个以上的控制器，其被设置成控制无线传输系统20的各种功能和/或特征。传输控制器28的功能可以在硬件和/或软件中实现，并且可以依赖于与无线传输系统20的操作相关的一个或多个数据映射。为此，传输控制器28在操作上与存储器27相关联。存储器可以包括内部存储器、外部存储器和/或远程存储器中的一者或多者(例如，经由网络(诸如但不限于互联网)在操作上连接到传输控制器28的数据库和/或服务器)。内部存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(ROM)(包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或有时但很少标记的EROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、随机存取存储器(RAM)(包括动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、单数据速率同步动态RAM(SDR SDRAM)、双数据速率同步动态RAM(DDR SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)、以及图形双数据速率同步动态RAM(GDDR SDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、闪存、便携式存储器)等中的一者或多者。此类存储介质是非暂态机器可读和/或计算机可读存储介质的示例。
虽然传输控制系统26的特定元件被解说成传输控制系统26的独立组件和/或电路(例如，驱动器48、存储器27、通信系统29、感测系统50等所设想元件)，但这些组件可以与传输控制器28集成。在一些示例中，传输控制器28通常可以是配置成包括传输控制器28和无线传输系统20中的一个或两者的功能元件的集成电路。
如所解说的，出于数据传输、接收和/或通信的目的，传输控制器28至少与存储器27、通信系统29、功率调节系统40、驱动器48和Tx感测系统50处于操作关联。驱动器48可被实现成至少部分地控制功率调节系统40的操作。在一些示例中，驱动器48可以从传输控制器28接收指令，以生成和/或将所生成的脉宽调制(PWM)信号输出到功率调节系统40。在一些这样的示例中，PWM信号可被配置成驱动功率调节系统40以将电功率作为交流电信号输出，其操作频率由PWM信号定义。在一些示例中，PWM信号可被配置成生成由功率调节系统40的AC功率信号输出的占空比。在一些此类示例中，占空比可被配置成AC功率信号的给定周期的约50％。
Tx感测系统50可包括一个或多个传输(Tx)传感器，其中每个Tx传感器可在操作上与无线传输系统20的一个或多个组件相关联，并配置成提供信息和/或数据。术语“Tx传感器”在其最广泛的解释中被用于定义与无线传输系统20在操作上相关联的一个或多个组件，其操作以感测无线传输系统20、无线接收系统30、输入功率源12、主机设备11、传输天线21、接收器天线31以及其任何其他组件和/或子组件中的一者或多者的功能、条件、电气特性、操作和/或操作特性。
如图5的实施例中所解说的，Tx感测系统50可包括但不限于包括热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、电流传感器47、和/或任何其他(诸)传感器58。在这些系统内，可存在解决应用所需的特定感测方面的甚至更具体的可任选的附加或替换的Tx感测系统，诸如但不限于：基于条件的维护感测系统、性能优化感测系统、充电状态感测系统、温度管理感测系统、组件发热感测系统、IoT感测系统、能量和/或功率管理感测系统、冲击检测感测系统、电气状态感测系统、速度检测感测系统、设备健康感测系统等。对象感测系统54可以是异物检测(FOD)系统。
热感测系统52、对象感测系统54、接收器感测系统56、电流传感器57和/或其他(诸)传感器58(包括可任选的附加或替换系统)中的每一个在操作上和/或通信地连接至传输控制器28。热感测系统52被配置成监测无线传输系统20内或无线传输系统20附近的其他元件内的环境温度和/或组件温度。热感测系统52可被配置成检测无线传输系统20内的温度，并且如果所检测到的温度超过阈值温度，则传输控制器28阻止无线传输系统20操作。出于安全考虑、操作考虑、效率考虑和/或它们的任何组合，可以配置这种阈值温度。在非限制性示例中，如果传输控制器28经由来自热感测系统52的输入确定无线传输系统20内的温度已经从可接受的操作温度提升至不期望的操作温度(例如，在非限制性示例中，内部温度从约20℃(C)提升至约50℃)，则传输控制器28阻止无线传输系统20的操作和/或降低从无线传输系统20的功率输出水平。在一些非限制性示例中，热感测系统52可包括热电偶、热敏电阻、负温度系数(NTC)电阻器、电阻温度检测器(RTD)和/或其任何组合中的一者或多者。
如图5中所描绘的，Tx感测系统50可包括对象感测系统54。对象感测系统54可被配置成检测无线接收器系统30和/或接收器天线31中的一者或多者，由此向传输控制器28指示接收器系统30靠近无线传输系统20。另外或替换地，对象感测系统54可被配置成检测与无线传输系统20接触或靠近无线传输系统20的不想要的对象的存在。在一些示例中，对象感测系统54被配置成检测不期望的对象的存在。在一些这种示例中，如果传输控制器28经由对象感测系统54提供的信息检测到不期望的对象的存在，那么传输控制器28阻止或以其他方式修改无线传输系统20的操作。在一些示例中，对象感测系统54利用阻抗变化检测方案，其中传输控制器28针对已知的、可接受的电阻抗值或电阻抗值的范围来分析由传输天线20观察到的电阻抗的变化。
另外地或替换地，对象感测系统54可利用质量因子(Q)变化检测方案，其中传输控制器28分析来自诸如接收器天线31之类的被检测对象的已知质量因子值或质量因子值范围的变化。电感器的“品质因子”或“Q”可以被定义为(频率(Hz)×电感(H))/电阻(欧姆)，其中频率是电路的工作频率，电感是电感器的电感输出，并且电阻是电感器内部的辐射电阻和无功电阻的组合。如本文所定义的，“品质因子”通常被接受为测量像天线、电路或谐振器那样的装置的效率的指数(测量图)。在一些示例中，对象感测系统54可包括光学传感器、电光传感器、霍尔效应传感器、接近传感器和/或其任何组合中的一者或多者。在一些示例中，如上所述的品质因子测量可在无线功率传递系统10正执行带内通信时被执行。
接收器感应系统56是被配置成检测可与无线传输系统20耦合的任何无线接收系统的存在的任何传感器、电路和/或其组合。在一些示例中，接收器感测系统56和对象感测系统54可被组合、可共享组件和/或可由一个或多个公共组件来体现。在一些示例中，如果检测到任何这种无线接收系统的存在，则无线传输系统20启用到所述无线接收系统的电能、电功率、电磁能和/或数据的无线传输。在一些示例中，如果未检测到无线接收器系统的存在，则阻止发生电能、电功率、电磁能和/或数据的继续无线传输。因此，接收器感测系统56可以包括一个或多个传感器和/或可以在操作上与一个或多个传感器相关联，这些传感器被配置成分析无线传输系统20的环境内或附近的电气特性，并且基于这些电气特性来确定无线接收器系统30的存在。
电流传感器57可以是配置成基于在电流传感器57处的电流读数从电信号，诸如电压或电流，确定电信息的任何传感器。示例电流传感器57的组件在图5中进一步解说，图5是电流传感器57的框图。电流传感器57可包括变压器51、整流器53、和/或低通滤波器55以处理经由(诸)无线接收器系统20与(诸)无线传输系统30之间的耦合传递的处理AC无线信号，以确定或提供信息以导出传输天线21处的电流(ITx)或电压(VTx)。变压器51可接收AC无线信号并且将AC无线信号的电压升压或降压，使得它能由电流传感器正确地处理。整流器53可接收经变换的AC无线信号并对该信号进行整流，使得经转换的AC无线信号中保留的任何负数或被消除或被转换成相反的正电压，以生成经整流的AC无线信号。低通滤波器55被配置成接收经整流的AC无线信号并滤除经整流AC无线信号的AC分量(例如，AC无线信号的操作或载波频率)，使得针对传输天线21处的电流(ITx)和/或电压(VTx)输出DC电压。
图6是用于(诸)无线传输系统20的解调电路70的框图，无线传输系统20使用该解调电路70在无线数据信号传输至传输控制器28之前简化或解码交流(AC)无线信号的无线数据信号的分量。解调电路至少包括斜率检测器72和比较器74。在一些示例中，解调电路70包括设置/复位(SR)锁存器76。在一些示例中，解调电路70可以是由一个或一个以上无源组件(例如，电阻器、电容器、电感器、二极管，以及其他无源组件)和/或一个或多个有源组件(例如，运算放大器、逻辑门，以及其他有源组件)组成的模拟电路。替换地，设想了解调电路70及其组件中的一些或全部可实现成集成电路(IC)。在模拟电路或IC中，设想了解调电路可在传输控制器28的外部且被配置成提供与从无线接收器系统30传送给无线传输系统20的无线数据信号相关联的信息。
解调电路70被配置成从至少一个传感器(例如，感测系统50的传感器)接收电信息(例如，ITx、VTx)，检测此类电信息的变化，确定电信息的改变是否满足或超过上升阈值或下降阈值中的一者。如果变化超过上升阈值或下降阈值中的一者，则解调电路70生成警报，并且输出多个数据警报。这样的数据警报由发射器控制器28接收并且由发射器控制器28解码以确定无线数据信号。换句话说，解调电路70被配置成监测电信号的斜率(例如，无线接收器系统30的电功率调节系统32处的电压的斜率)，且在所述斜率超过最大斜率阈值或低于最小斜率阈值的情况下输出警报。
当检测或解码幅移键控(ASK)信号时，通信系统70的此斜率监测和/或斜率检测是特别有用的，幅移键控(ASK)信号在操作频率下对无线功率信号的带内的无线数据信号进行编码。在ASK信号中，无线数据信号通过衰减无线传输系统20与无线接收器系统30之间的磁场的电压来编码。基于针对无线数据信号的编码方案(例如，二进制编码、曼彻斯特编码、脉宽调制编码、以及其他已知的或新颖的编码系统和方法)来执行场中电压的这种阻尼和随后的重新上升。无线数据信号的接收器(例如，无线传输系统20)然后必须检测场的电压的上升沿和下降沿并解码所述上升沿和下降沿以接收无线数据信号。
虽然在理论上、理想的情况下，ASK信号将瞬间上升和下降，对于ASK调制，在高电压和低电压之间没有斜率；然而，在物理现实中，当ASK信号从“高”电压转变到“低”电压时，存在一些时间过去。因此，当从高ASK电压转变到低ASK电压时，由解调电路70感测的电压或电流信号将具有一些已知的电压变化斜率或速率。通过将解调电路70配置成确定所述斜率何时满足、超调和/或下调该上升和下降阈值(在系统10中操作时对于斜率是已知的)，解调电路可以准确地检测ASK信号的上升沿和下降沿。
因此，相对偏移和/或简化的电路可用于至少部分地解码ASK信号以警报上升和下降情况。只要传输控制器28被编程以理解ASK调制的编码方案，传输控制器28就将消耗远少于它必须直接从来自感测系统50的输入电流或电压感测信号解码前沿和下沿的计算资源。为此，因为由于包括解调电路70，传输控制器28解码无线数据信号所需的计算资源显著减少，所以解调电路70可以通过允许为传输控制器28或与传输控制器28一起使用较便宜、计算能力较低的处理器，来显著减少无线传输系统20的BOM。
当利用脉冲宽度编码的ASK信号编码/解码ASK无线数据信号(无线功率信号的带内信号)时，解调电路70在降低在发射器控制器28处解码数据信号的计算负担方面可能是特别有用的。脉冲宽度编码ASK信号是指其中数据被编码成信号周期的百分比的信号。例如，两位脉冲宽度编码信号可以将起始位编码成信号的高沿之间的周期的20％，将“1”编码成信号的高沿之间的周期的40％，将“0”编码成信号的高沿之间的周期的60％，以生成脉冲宽度编码方案的二进制编码格式。因此，由于脉冲宽度编码仅依赖于监测ASK信号的上升沿和下降沿，上升时间之间的周期不需要是恒定的，并且数据信号可以是异步的或“未锁定的”。脉冲宽度编码的示例以及执行这种脉冲宽度编码的系统和方法在Michael Katz的名称为“Systems and Methods for Wireless Power Transfer Including Pulse WidthCoded Data Communications(用于包括脉宽调制数据通信的无线功率传递的系统和方法)”的美国专利申请号16/735,342中得到更详细的解释，该申请由本申请的所有者共同拥有并且通过引用并入本文。
现在转向图7，继续参考图6，解说了解调电路70的电气示意图。另外，将参考图8，图8是示出解调电路70的各个级或子电路处的信号形状或波形的示例性时序图。至解调电路70的输入信号在图7中被解说成曲线A，其示出了从传输天线21上的“高”电压(VHigh)至传输天线21上的“低”电压(VLow)的上升沿和下降沿。曲线A的电压信号可从例如由感测系统50的一个或多个传感器在传输天线21处感测到的电流(ITX)导出。这样的从VHigh到VLow的上升和下降可能是由在(一个或多个)无线接收器系统30处执行的负载调制引起的，以经由ASK调制将无线功率信号调制为包括无线数据信号。如所接收的，当执行ASK调制时，曲线A的电压没有干净利落地上升和下降；相反，在从VHigh到VLow和反之亦然的过渡期间发生指示改变速率的或多个斜率。
如图7中所解说的，斜率检测器72包括高通滤波器71、运算放大器(OpAmp)OPSD和可任性的稳定电路73。高通滤波器71被配置成监测AC无线信号的较高频率分量并且可以至少包括滤波电容器(CHF)和滤波电阻器(RHF)。针对高通滤波器71的期望截止频率选择和/或调谐CHF和RHF的值。在一些示例中，高通滤波器71的截止频率可被选择为大于或等于约1-2kHz的值，以确保当系统10的操作频率在MHz的数量级上(例如，约6.78MHz的操作频率)时由斜率检测器72进行的足够快速的斜率检测。在一些示例中，高通滤波器71被配置成使得所测得的斜率的谐波分量未经滤波。鉴于图5的电流传感器57，高通滤波器71和低通滤波器55可以组合地用作解调电路70的带通滤波器。
OPSD是具有用于输出VTx的斜率的适当信号响应的足够带宽、但是足够低以衰减基于工作频率和/或操作频率的谐波的信号分量的任何运算放大器。附加地或可替代地，OPSD可以被选择为具有用于VTx的小输入电压范围，使得OPSD可以避免在VTx处的电压的大改变期间的不必要的错误或削波。此外，可以基于确保在边界条件(例如，最陡的斜率、VTx的最大变化)下OPSD不会饱和的值来选择用于OPSD的输入偏置电压(VBias)。要注意的是，并且在图8的曲线B中示出，在未检测到斜率时，斜率检测器72的输出将是VBias。
由于斜率检测器72的无源组件将为斜率检测器72的传递函数设置端子和零，所以必须选择这种无源组件以确保稳定性。为此，如果为CHF和RHF选择的所需和/或可用组件没有为传递函数充分地设置端子和零，则可以将附加的、可任选的稳定性电容器CST与RHF并联放置，并且可以在至OPSD的输入路径中放置稳定性电阻器RST。
斜率检测器72的输出(曲线B表示VSD)可近似以下方程：
因此，当未检测到电压变化(斜率)时，VSD将接近于VBias，并且当VTx在ASK调制的高电压和低电压之间上升和下降时，VSD将输出如由高通滤波器71缩放的电压变化(dV/dt)。如曲线B所解说的斜率检测器72的输出可以是示出VTx上升和下降的斜率的脉冲。
VSD被输出至比较器电路74，该比较器电路被配置成接收VSD，将VSD与电压的上升变化率(VSUp)和电压的下降变化率(VSLo)进行比较。如果VSD超过或满足VSUp，则比较器电路将确定VTx的改变满足上升阈值并指示ASK调制中的上升边沿。如果VSD低于或满足VSLow，则比较器电路将确定VTx的改变满足下降阈值并指示ASK调制中的下降边沿。应当注意，可以选择VSUp和VSLo以确保对称的触发。
在一些示例中，诸如在图6中解说的比较器电路74，比较器电路74可以包括窗口比较器电路。在这样的示例中，VSUp和VSLo可以被设置成由比较器电路74的电阻器值确定的电源的一部分。在一些此类示例中，比较器电路中的电阻器值可被配置成使得
其中Vin是由比较器电路74确定的电源。当VSD超过VSup或VSLo的设置限制时，比较器电路74触发输出(VCout)并将其拉低。
此外，虽然比较器电路74的输出可被输出至传输控制器28并用于通过发信号通知ASK调制的上升沿和下降沿来解码无线数据信号，但在一些示例中，可包括SR锁存器76以增加降噪和/或用于斜率检测器72的滤波机制。SR锁存器76可被配置成在稳定状态中锁存待由发射器控制器28读取的信号(曲线C)，直到执行复位为止。在一些示例中，SR锁存器76可执行锁存比较器信号的功能且充当反相器以产生有效高警报输出信号。因而，SR锁存器76可以是本领域中已知的被配置成在系统检测到斜率或其他调制激励时循序激励的任何SR锁存器。如所解说的，SR锁存器76可包含NOR门，其中此类NOR门可被配置成具有信号的适当传播延迟。例如，SR锁存器76可包括两个NOR门(NORUP，NORLo)，每一NOR门与比较器74的高电压输出78及比较器74的低电压输出79在操作上相关联。
在一些示例中，诸如曲线C中解说的那些示例，SR锁存器76的复位在检测到比较器电路74输出VSUp(曲线C上的实线)时被触发，并且SR锁存器76的设置在比较器电路74输出VSLo时被触发(曲线C的虚线)。因此，SR锁存器76的复位指示ASK调制的下降沿并且SR锁存器76的设置指示ASK调制的上升沿。因此，如曲线D中所解说的，由解调电路70指示的上升沿和下降沿作为警报被输入到传输控制器28，其被解码以确定经由ASK调制从无线接收器系统传送的接收到的无线数据信号
现在参照图9，并继续参照图1-7，解说了示出功率调节系统40A的实施例的框图。在电功率调节系统40处，通常经由输入功率源12本身或中间功率转换器将AC源转换成DC源(未示出)接收电功率作为DC电源。电压调节器46从输入功率源12接收电功率，并且被配置成提供用于通过天线21进行传输的电功率并且提供用于为无线传输系统21的组件供电的电功率。因此，电压调节器46被配置成将接收到的电功率转换成至少两个电功率信号，每个电功率信号处于用于各个下游组件的操作的适当电压：第一电功率信号，对无线传输系统20的任何组件供电；以及第二部分，被调节和修改用于无线传输到无线接收器系统30。如图4中所解说的，这种第一部分至少传送给感测系统50、传输控制器28和通信系统29；然而，第一部分不限于仅传输至这些组件，并且可传送给无线传输系统20的任何电组件。
电功率的第二部分被提供给功率调节系统40的放大器42，该放大器42被配置成调节该电功率以用于由天线21进行无线传输。放大器可以充当逆变器，该逆变器从电压调节器46接收输入DC功率信号并且至少部分地基于来自传输控制系统26的PWM输入来生成AC作为输出。放大器42可以是或者包括例如功率级逆变器，诸如单场效应晶体管(FET)、双场效应晶体管功率级逆变器或四重场效应晶体管功率级逆变器。在功率调节系统40内并且进而无线传输系统20中使用放大器42使得能够无线传输具有比在没有这种放大器的情况下传输时大得多的幅值的电信号。例如，放大器42的添加可以使无线传输系统20能够传送作为具有从约10mW至约500W的电功率的电功率信号的电能。在一些示例中，放大器42可以是或者可以包括一个或多个E类功率放大器。E类功率放大器是被设计成用于高频(例如，从约1MHz至约1GHz的频率)的高效调谐的开关功率放大器。通常，单端E类放大器采用单端子开关元件和开关和输出负载(例如，天线21)之间的调谐无功(reactive)网络。E类放大器可通过仅在零电流(例如，导通到关断切换)或零电压(关断到导通切换)的点处操作开关元件来在高频率处实现高效率。即使当设备的切换时间与操作频率相比较长时，这些切换特性也可使开关中的功率损耗最小化。然而，放大器42当然不限于是E类功率放大器，并且可以是或者可以包括D类放大器、EF类放大器、H逆变器放大器、和/或推挽逆变器以及可被包括作为放大器42的一部分的其他放大器中的一者或多者。
现在转向图10，并至少继续参照图1-3，更详细地解说了无线接收器系统30。无线接收器系统30被配置成经由传输天线21从无线传输系统20接收至少电能、电功率、电磁能、和/或经由近场磁耦合的可电传送数据。如图10中所解说的，无线接收器系统30至少包括接收器天线31、接收器调谐和滤波系统34、功率调节系统32、接收器控制系统36和电压隔离电路70。接收器调谐和滤波系统34可被配置成基本上匹配无线传输系统20的电阻抗。在一些示例中，接收器调谐和滤波系统34可被配置成在传输天线20的驱动频率下动态地调整接收器天线31的电阻抗且使其与发电机或负载的特性阻抗实质上匹配。
如所解说的，功率调节系统32包括整流器33和电压调节器35。在一些示例中，整流器33与接收器调谐和滤波系统34电连接。整流器33被配置成将所接收的电能从交流电能信号修改为直流电能信号。在一些示例中，整流器33包括至少一个二极管。整流器33的一些非限制性示例配置包括但不限于包括：全波整流器，包括中心抽头的全波整流器和具有滤波器的全波整流器；半波整流器，包括具有滤波器的半波整流器；桥式整流器，包括具有滤波器的桥式整流器；分体供电整流器；单相整流器；三相整流器；电压加倍器；同步电压整流器；受控整流器；非受控整流器；以及半受控整流器。由于电子设备可能对电压敏感，因此可以由限幅电路或设备提供电子设备的附加保护。在这方面，整流器33还可包括限幅器电路或限幅器设备，其是去除输入AC信号的正半部分(上半部分)、负半部分(下半部分)、或正半部分和负半部分两者的电路或设备。换言之，限幅器是限制输入AC信号的正振幅、负振幅、或正振幅和负振幅两者的电路或设备。
电压调节器35的一些非限制性示例包括但不限于，包括串联线性电压调节器、降压转换器、低压差(LDO)调节器、分流线性电压调节器、升压切换电压调节器、降压切换电压调节器、逆变器电压调节器、齐纳受控晶体管串联电压调节器、电荷泵调节器、以及发射极跟随器电压调节器。电压调节器35还可包括电压倍增器，其作为电子电路或设备，其传送具有比输入电压的幅度(峰值)大两倍、三倍或更多倍的幅度(峰值)的输出电压。电压调节器35与整流器33电连接，并且被配置成在由整流器33转换成AC之后调节无线接收的电能信号的电压的振幅。在一些示例中，电压调节器35可以是LDO线性电压调节器；然而，设想了其他电压调节电路和/或系统。如所解说的，由电压调节器35输出的直流电能信号在电子设备14的负载16处被接收。在一些示例中，直流电功率信号的一部分可被用于为接收器控制系统36及其任何组件供电；然而，当然可能的是，接收器控制系统36及其任何组件可以被供电和/或从负载16(例如，当负载16是电池和/或其他电源时)和/或电子设备14的其他组件接收信号。
接收器控制系统36可包括但不限于包括接收器控制器38、通信系统39和存储器37。接收器控制器38可以是任何电子控制器或计算系统，其至少包括执行操作、执行控制算法、存储数据、检索数据、收集数据、控制和/或提供与无线接收器系统30相关联的其他组件和/或子系统的通信、和/或执行所需的任何其他计算或控制任务、和/或执行期望的任何其他计算或控制任务的处理器。接收器控制器38可以是单个控制器，或者可以包括一个以上的控制器，其被设置成控制无线接收器系统30的各种功能和/或特征。接收器控制器38的功能可以在硬件和/或软件中实现，并且可以依赖于与无线接收器系统30的操作相关的一个或多个数据映射。为此，接收器控制器38可在操作上与存储器37相关联。存储器可以包括内部存储器、外部存储器和/或远程存储器中的一者或两者(例如，经由网络(诸如但不限于互联网)在操作上连接到接收器控制器38的数据库和/或服务器)。内部存储器和/或外部存储器可以包括但不限于包括只读存储器(ROM)(包括可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或有时但很少标记的EROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))、随机存取存储器(RAM)(包括动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、同步动态RAM(SDRAM)、单数据速率同步动态RAM(SDR SDRAM)、双数据速率同步动态RAM(DDR SDRAM、DDR2、DDR3、DDR4)、以及图形双数据速率同步动态RAM(GDDR SDRAM、GDDR2、GDDR3、GDDR4、GDDR5、闪存、便携式存储器)等中的一者或多者。此类存储介质是非暂态计算机可读存储器介质的示例。
此外，虽然接收器控制系统36的特定元件被解说成接收器控制系统36的子组件和/或电路(例如，存储器37、通信系统39等所设想元件)，但这些组件可以在接收器控制器38的外部。在一些示例中，接收器控制器38通常可以是配置成包括接收器控制器38和无线接收器系统30中的一者或多者的功能元件的集成电路。如本文所使用的，术语“集成电路”通常是指这样的电路，其中电路元件的全部或一些是不可分离地关联并且电互连的，从而使得其被认为是出于构造和商务的目的而不可分的。这样的集成电路可以包括但不限于包括薄膜晶体管、厚膜技术和/或混合集成电路。
图11解说了可以与在本文中公开的任何系统、方法和/或装置一起使用的传输天线21和/或接收器天线31中的一者或两者的示例性、非限制性实施例。在所解说的实施例中，天线21、31是扁平螺旋线圈配置。非限制性示例可在均为Peralta等人的美国专利号9,941,743、9,960,628、9,941,743、Singh等人的9,948,129、10,063,100；Luzinski的9,941,590；Rajagopalan等人的9,960,629；以及Peralta等人的美国专利申请号2017/0040107、2017/0040105、2017/0040688中找到，所有都转让给本申请的受让人，并通过引用完全并入于此。
另外，天线21、31可被构造成具有多层多匝(MLMT)结构，其中至少一个绝缘体位于多个导体之间。可被并入(诸)无线传输系统20和/或(诸)无线接收器系统30内的具有MLMT结构的天线的非限制性示例可在均为Singh等人的、转让给本申请受让人的美国专利号8,610,530、8,653,927、8,680,960、8,692,641、8,692,642、8,698,590、8,698,591、8,707,546、8,710,948、8,803,649、8,823,481、8,823,482、8,855,786、8,898,885、9,208,942、9,232,893、9,300,046中找到，其被全部并入本文。这些仅为示例性天线示例；然而，设想了天线21、31可以是能够进行前述较高功率、高频无线功率传递的任何天线。
本文够公开的系统、方法和装置被设计成以高效、稳定和可靠方式操作以满足各种操作和环境条件。本文公开的系统、方法和/或装置被设计为在广泛的热应力和机械应力环境中工作，以便高效且最小损耗地传送数据和/或电能。另外，系统10可以使用允许可扩展性的制造技术以具有小形状因子、并以对开发者和采用者有利的成本来设计。另外，本文公开的系统、方法和装置可被设计为在广泛的频率范围内操作，以满足广泛应用的要求。
在一实施例中，可将铁氧体屏蔽并入天线结构内以改善天线性能。铁氧体遮罩材料的选择可取决于操作频率，因为复磁导率(μ＝μ′-j*μ″)是频率相关的。该材料可以是聚合物、烧结柔性铁氧体片、刚性屏蔽或混合屏蔽，其中混合屏蔽包括刚性部分和柔性部分。另外，磁性屏蔽可由不同的材料成分组成。材料的示例可包括但不限于包含铁氧体材料的锌，诸如锰锌、镍锌、铜锌、镁锌及其组合。
如在此所使用，在一系列项目之前的短语“至少一个”(用术语“和”或“或”来分隔任何项目)，作为一个整体修改列表，而不是列表的每个成员(即，每个项目)。短语“至少一个”不要求在列出的每个项目中选择至少一项；相反，该短语的含义包括任意一个项目的至少一个，和/或项目的任意组合的至少一个，和/或每个项目的至少一个项目。例如，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”各自指仅A、仅B或仅C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每个的至少一个。
谓词“配置成”、“可操作来”和“编程成”并不意味着对主语进行任何具体的有形或无形的修改，而是旨在互换使用。在一个或多个实施例中，配置成监测和控制操作或组件的处理器也可以指被编程成监测和控制操作的处理器，或可操作来监测和控制操作的处理器。同样，配置成执行代码的处理器可以被解释为编程成执行代码或可操作来执行代码的处理器。
诸如“一方面”之类的短语并不意味着该方面对主题技术是必要的，或者该方面适用于主题技术的所有配置。与方面有关的公开可适用于所有配置，或一个或多个配置。一个方面可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“一方面”之类的短语可以指一个或多个方面，反之亦然。诸如“实施例”之类的短语并不意味着该实施例对主题技术是必要的，或者该实施例适用于主题技术的所有配置。与实施例有关的公开可适用于所有实施例，或一个或多个实施例。一实施例可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“一实施例”之类的短语可以指一个或多个实施例，反之亦然。诸如“配置”之类的短语并不意味着该配置对主题技术是必要的，或者该配置适用于主题技术的所有配置。与配置有关的公开可适用于所有配置，或一个或多个配置。一配置可以提供本公开的一个或多个示例。诸如“配置”之类的短语可以指一个或多个配置，反之亦然。
措辞“示例性”在本文中用于意指“用作示例、实例、或解说”。本文中描述为“示例性”或“作为示例”的任何实施例不必被解释为优于或胜过其他实施例。此外，在说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有”等的范围内，这种术语旨在是以类似于术语包括有(“comprise)”的方式包括，因为“包括有”(comprise)是当如在权利要求中被采用作衔接词时所解释的。此外，在说明书或权利要求中使用术语“包括”、“具有”等的范围内，这种术语旨在是以类似于术语包括有(“comprise)”的方式包括，因为“包括有”(comprise)是当如在权利要求中被采用作衔接词时所解释的。
本公开通篇描述的各个方面的要素为本领域普通技术人员当前或今后所知的所有结构上和功能上的等效方案通过引述被明确纳入于此，且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文所公开的任何内容都不旨在捐献于公众，无论此类公开内容是否明确记载在权利要求书中。根据35U.S.C.§112的第六段的规定，不得对任何权项要素进行解释，除非该要素使用“用于……的装置”的短语明确陈述，或者在方法权项的情况下，该要素使用“用于……的步骤短语”陈述。
除非明确说明，否则对单数形式的要素的引用并不旨在意味着“一个且仅有一个”，而是意味着“一个或多个”。除非特别另外声明，否则术语“一些”指的是一个或多个。阳性代词(如他的)包括阴性和中性(如她的和它的)，反之亦然。标题和副标题(如有)仅用于方便，而不是限制主题披露。
尽管本说明书包含许多特定内容，但是特定内容不应被解读为是对可能要求保护的范围的限制，而应被解读为是对主题的特定实现的描述。也可将在本说明书中单独的各实施例的情境中所描述的某些特征以组合的形式实现在单个实施例中。相反，在单个实施例的情境下描述的各个特征也可以在多个实施例中被分开地或以任何合适的子组合的方式实现。此外，虽然诸特征在以上可被描述为以某些组合的方式起作用且甚至最初是如此要求保护的，但来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情形中可从该组合被删去，且所要求保护的组合可以针对子组合、或子组合的变体。

Claims (20)

1.一种用于设备的感测系统，所述感测系统包括：
传感器，其被配置成确定传感器数据，所述传感器数据与感测环境相关联，所述感测环境是所述设备的或与所述设备相关联；
无线传输系统，其被配置成与所述传感器无线地耦合，所述无线传输系统被配置成用于将大量电能作为无线功率信号无线地提供给所述传感器并且作为编码在所述无线功率信号中的带内数据信号来接收所述传感器数据；
无线接收器系统，其与所述传感器在操作上相关联，并且所述无线传输系统通过所述无线接收器系统与所述传感器耦合并且所述无线接收器系统被配置成作为无线功率信号来从所述无线传输系统接收大量电能；以及
控制器，其与所述无线传输系统在操作上相关联并且被配置成从所述无线功率信号解码所述带内信号来作为所述传感器数据。
2.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述设备是主机设备并且所述传感器被提供在所述主机设备内并且所述感测环境在所述主机设备内。
3.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述设备是相关联设备并且所述感测设备在所述相关联设备外部。
4.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述无线传输系统包括发射器天线，其被配置成与所述无线接收器系统的接收器天线耦合并将交流(AC)无线信号传送给所述至少一个天线，所述AC无线信号包括所述无线功率信号和所述带内信号，所述带内信号是通过在所述无线接收器系统处更改所述AC无线信号的电特性而生成的；
电流传感器，其被配置成检测与所述AC无线信号的电特性相关联的电信息，所述电信息包括所述AC无线信号的电流、所述AC无线信号的电压、所述AC无线信号的功率电平或者其组合中的一者或多者；以及
解调电路，其被配置成(i)从所述至少一个传感器接收电信息，(ii)检测所述电信息的变化，(iii)确定所述电信息的变化是否满足或超过上升阈值或下降阈值之一，(iv)如果所述变化超过所述上升阈值或所述下降阈值之一，则生成警报，(v)以及输出多个数据警报。
5.如权利要求4所述的感测系统，其特征在于，所述至少一个控制器被配置成(i)从所述解调电路接收所述多个数据警报，以及(ii)将所述多个数据警报解码成所述传感器数据。
6.如权利要求5所述的感测系统，其特征在于，所述带内数据信号由所述至少一个其他系统编码成幅移键控(ASK)数据信号。
7.如权利要求5所述的感测系统，其特征在于，所述无线接收器系统将所述带内数据信号编码成所述AC无线信号的高阈值电压和低阈值电压。
8.如权利要求7所述的感测系统，其特征在于，所述上升阈值与所述高阈值电压相关联，并且所述下降阈值与所述低阈值电压相关联。
9.如权利要求7所述的感测系统，其特征在于，所述带内数据信号被编码成脉宽编码的带内数据信号。
10.如权利要求1所述的感测系统，其特征在于，所述传输天线被配置成基于约6.78MHz的操作频率来操作。
11.一种用于从传感器无线地接收数据并向所述传感器无线地提供有意义的电能的系统，所述传感器被配置成确定与感测环境相关联的传感器数据，所述感测环境是所述设备的或者与所述设备相关联，所述系统包括：
无线传输系统，其被配置成与所述传感器的无线接收器系统无线地耦合，所述无线传输系统被配置成用于将大量电能作为无线功率信号无线地提供给所述传感器并且作为编码在所述无线功率信号中的带内数据信号来接收所述传感器数据；以及
控制器，其与所述无线传输系统在操作上相关联并且被配置成从所述无线功率信号解码所述带内信号来作为所述传感器数据。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述设备是主机设备并且所述传感器被提供在所述主机设备内并且所述感测环境在所述主机设备内。
13.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述设备是相关联设备并且所述感测设备在所述相关联设备外部。
14.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述无线传输系统包括
发射器天线，其被配置成与所述无线接收器系统的接收器天线耦合并将交流(AC)无线信号传送给所述至少一个天线，所述AC无线信号包括所述无线功率信号和所述带内信号，所述带内信号是通过在所述无线接收器系统处更改所述AC无线信号的电特性而生成的；
电流传感器，其被配置成检测与所述AC无线信号的电特性相关联的电信息，所述电信息包括所述AC无线信号的电流、所述AC无线信号的电压、所述AC无线信号的功率电平或者其组合中的一者或多者；以及
解调电路，其被配置成(i)从所述至少一个传感器接收电信息，(ii)检测所述电信息的变化，(iii)确定所述电信息的变化是否满足或超过上升阈值或下降阈值之一，(iv)如果所述变化超过所述上升阈值或所述下降阈值之一，则生成警报，(v)以及输出多个数据警报。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述至少一个控制器被配置成(i)从所述解调电路接收所述多个数据警报，以及(ii)将所述多个数据警报解码成所述传感器数据。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述带内数据信号由所述无线接收器系统编码成幅移键控(ASK)数据信号。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述无线接收器系统将所述带内数据信号编码成所述AC无线信号的高阈值电压和低阈值电压。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述上升阈值与所述高阈值电压相关联，并且所述下降阈值与所述低阈值电压相关联。
19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述带内数据信号被编码成脉宽编码的带内数据信号。
20.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述传输天线被配置成基于约6.78MHz的操作频率来操作。
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