CN1415133A - 电源装置和带该电源装置的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电源和用此电源的传感器装置，电源装置是利用在空间传播的振动能量作为电源，可以长期使用，并能够得到更稳定电能。电源装置包括：向负荷供给电能的电源装置中，具有接收在空间传播的振动能量的接收耦合器310、用耦合器接收的振动能量变成电能储存起来的双电层电容器341。

Description

电源装置和带该电源装置的传感器装置
发明领域
本发明涉及一种向负荷供电的电源装置和使用此电源装置的传感器装置，具体说是利用在空间传播的振动能量为能源的电源装置。
背景技术
众所周知，像这种利用入口控制系统解锁、使用定期证件和票证等的传感器装置，一般都具有向规定管理空间发送电磁波、声波等振动能量的发送装置、接收这些振动能量并随即发送响应信号的响应装置和接收响应信号并对其进行校验的响应信号接收装置。在这种传感器装置的结构中，比如，使用了基于日本公开特许公报S58-151572中提及的非接触式校验方式，或者基于日本特许公报S58-57796中提及的利用活性电极的识别装置。
对于这种传感器装置中的响应装置，维持发射响应信号所需电能是重要的问题。
特别是如果采用上述日本公开特许公报58-151572中提及的校验方式的话，传感器装置的缺陷在于该装置的有效操作时间由于其内部电池的有限寿命而受到限制，尽管其内部电池能使该装置保持较好的恒定电平。
在所述日本特许公报S58-57796中提及的识别装置中没有专门的电源，以振动能量变成电能储存在电容器中，把它作为能源来使用。
可是采用上述日本特许公报S58-57796那样的结构，积聚在所述电容器中的电能会随着能量的使用而即刻释放。因此，如果在电路中出现功率损耗，功率不足将导致无法发射响应信号。此外由于必须每次反复进行充放电，成为向四周发散杂音的原因。
鉴于上述的问题，本发明的目的是通过使用一种经过空气传送振动的能量作为电源，可以在更长时间使用的、可以得到更稳定的电能的电源装置和使用此电源装置的传感器装置。
发明内容
权利要求1所述的发明，是向负荷提供一种供电的电源装置，所述电源装置具有耦合器和双电层电容器，耦合器接收经过空中传送的振动能量，双电层电容器把利用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存。
双电层电容器是一种不同于一般瞬时放电的数法拉的电容器，是静态电容非常大的电容器，静态电容大到0.1～几法拉，是可以反复充放电的二次电池的一种。具体地说，电解液本身具有容易被电解的特性，并且电极与电离趋势无关。位于所述两电极之间用只允许小离子通过的隔板把电解液隔开。
作为例子，电解质使用非有机溶剂的硫酸，电极使用活性炭，隔板使用聚丙烯类材料。此外也可以使用有机溶剂和陶瓷制品。
近年来，大力开展了双电层电容器的研究和开发，一种只有几毫米厚的、低ESR的层叠式电容器已投入使用。此外与现有的充放电速度慢或利用大离子移动的电池不同，利用氢离子移动等的充放电速度快的聚合物电池，可以得到性能更好的电池。
采用权利要求范围的电源装置的话，其电源装置具有接收经过空气传播的振动能量的耦合器(线圈、天线等)，和储存由所述耦合器接收的振动能量转换成电能的双电层电容器。因此，该电源装置能够把经过空气传播的所述振动能量作为电源，可长期使用的同时能得到更稳定的电能。
因为该双电层电容器与普通的能比较快速地充电同时也瞬时放电的电容器相比，不仅具有可以储存非常大量电能的优点，而且还能用耦合器把接收的振动能量变成电能有效地储存起来，能够向负载提供稳定的电能。
权利要求2所述的发明是根据权利要求1，还具有调节所述双电层电容器的输出电压的电压调节器，和通过所述电压调节器连接到所述双电层电容器的质子聚合物等的二次电池，而所述负荷则连接到该二次电池上。
这样采用本权利要求范围的电源装置的话，此电源装置具有调节双电层电容器的输出电压的电压调节器、通过所述电压调节器连接到双电层电容器的二次电池。而由于把二次电池连接到负荷上，所以该二次电池通过储存在双电层电容器中的电能充电，而负荷就由所述二次电池供应电能。因此可以进一步提高发挥传感器功能时供电的稳定性。
由于随着双电层电容器的放电其电压会明显下降，要对二次电池充电，有效使用储存的电能，需要适当调整电压。这种电压调整由电压调节器来实现。
要用双电层电容器向二次电池充电，需要使双电层电容器的电压高于二次电池的电压，如果双方的电压差非常大的话，会有过载电流流动。所以最好把双电层电容器的电压设定为略高于二次电池的电压。
权利要求3所述的发明是向负荷供电的电源装置，该电源装置的结构包括有接收空间传播的振动能量的耦合器、用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存起来的聚合物电池。
其中权利要求1或权利要求2中，对于使用大容量的双电层电容器实现快速充放电，电源装置采用聚合物电池等这样的质子和氢离子的小型离子，实现快速充放电的二次电池，可以储存接收的能量和向负荷供电。
权利要求4所述发明的传感器装置，其接收发送装置具有向空气发射振动能量的振动发射装置，接收所述振动能量、发送响应信号的响应装置，接收所述响应信号并读取的响应信号接收装置；接收发送装置中，所述响应装置具有接收由所述振动发射装置发射的振动能量的耦合器、生成所述响应信号的响应信号生成电路、发送所述响应信号的耦合器、以及权利要求1～3的任意一项所述的电源装置，从电源装置向所述响应信号生成电路供电。
这样，采用该权利要求中的传感器装置，该响应装置具有包括接收由振动发射装置发出的振动的耦合器(线圈、天线等)、响应信号发生电路、产生响应信号的耦合器(线圈、天线等)和权利要求1～3的任意一项所述的电源装置。因此，由于电源装置向响应信号生成电路供电，并且响应装置中利用振动能量作为电源，所以可长时间稳定提供电能。
也就是说响应装置中内设有放电专用的电池的话，由于电池的寿命造成的响应装置的使用时间受到限制的问题，采用本发明能可靠地避免此问题。
把振动能量作为能源利用的情况下，由于现有的容量数微法拉的电容器得到的电能每次瞬时用完，存在有时出现电能不足，不能可靠发送响应信号的问题，本发明由于带有电源装置，能可靠地回避这种不适宜的情况。此外现有技术由于必须每次反复进行充放电，成为向四周发散杂音的原因。
附图说明
图1是表示本发明具体实施方式的传感器装置的示意图；
图2是表示本发明具体实施方式的传感器装置的电路图；
图3是表示本发明具体实施方式的响应装置结构的示意图；
图4是表示本发明具体实施方式的传感器装置的电路图；
图5是表示本发明具体实施方式的响应装置结构的示意图；
附图标号说明
1  传感器装置
2  振动能量发送装置
3  响应装置
4  响应信号接收装置
210振动能量生成电路
220振动能量发送耦合器(线圈、天线等)
310振动能量接收耦合器(线圈、天线等)
320响应信号生成电路
330响应信号发送耦合器(线圈、天线等)
341双电层电容器
342电压调节器
343二次电池
350断电装置
360二极管
370基板
410响应信号读取电路
420响应信号接收耦合器(线圈、天线等)
实施发明的最佳方式
下面用附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，该实施方式中的传感器装置1由经过空气传播振动能量的振动发射装置2、接收振动能量并发送响应信号的响应装置3和接收并校验响应信号的响应信号接收装置4所组成。这些装置应用于入口控制系统的解锁。
也就是说，所述振动发射装置2总是在邻近门的区域内发射振动能量，并且特定的人持有所述响应装置3。当他靠近入口时，该响应装置3接收到振动能量并随即发送响应信号。所述响应信号接收装置4接收该响应信号并对其进行校验。当响应信号确认后，门锁打开。使用定期证件和票证也一样，进行区间、时间数据的读写。
如第2图所示，所述振动能量发射装置2配备有产生振动能量的振动能量发生电路210和发射振动能量的发射振动能量耦合器220。本实施方式中，耦合器中使用线圈，向空间发送的能量主要使用电磁感应波。
所述响应装置3配备有接收振动能量的振动能量接收耦合器310、产生响应信号的响应信号发生电路320、发送响应信号的响应信号发送耦合器330、向所述响应信号发生电路320提供能量的电源装置、以及断路装置350。此外，图中的351为断路器350的触点，和防止电流反向流动的二极管360。
该响应装置3具有这样的结构，即振动接收耦合器310接收振动能量，电源装置储存电能的同时，利用储存在电源装置中的电能，使响应信号发生电路320产生响应信号，从响应信号发送耦合器330发送响应信号。
电源装置包括双电层电容器341和电压调节器342，双电层电容器341通过振动能量接收耦合器310把接收的振动能量变成电能储存起来，电压调节器342调节双电层电容器341的输出电压。电源装置具有这样的结构，即储存在所述双电层电容器341中的电能经过电压调节器342的调整，供应给响应信号发生电路320。
由于振动接收耦合器310接收振动能量，在双电层电容器341中储存了静电荷。此外，双电层电容器341具有比其他的即刻放电的普通电容器大得多的静态电容。该双电层电容器341可积聚所述用作电能的振动能量。
更具体地说本实施方式中，所述双电层电容器341具有薄的、层叠式的外形：尺寸26mm×50mm、厚2mm，并具有0.1[F]的静电容量和5[V]的使用电压，设计成其电容值为0时，通过接收大约1～数秒的振动，可完全充电。此外，当所述双电层电容器341充满电时，可以向所述响应信号发生电路320至少能以一定的电压提供4～6秒的电能。
当双电层电容器341充满电时，所述断路装置350使振动能量接收耦合器310与双电层电容器341断电，该断路装置350通过由响应信号发生电路320发出的信号进行操纵，并且该断路装置350还可以将该信号发回响应信号发生电路320。
也可以把响应装置的振动能量接收耦合器310和响应信号发送耦合器330通用。
此外，响应信号接收装置4具有接收由响应装置3产生的响应信号的响应信号接收耦合器420和读取接收的响应信号的响应信号读取电路410。
此外关于振动能量发送装置2的振动能量发射耦合器220和响应信号接收装置4的响应信号接收耦合器420，还可以共用同一个耦合器。即振动发射电路210和响应信号传感器电路410可连接到一个耦合器上，发送振动能量时和接收响应信号时分开使用此耦合器的结构。
根据本实施方式中的结构，响应装置3不但能可靠发送响应信号，同时而且还不用更换电源，可以半永久性使用，从而，入口控制系统的可靠性进一步提高，使用定期证件和票证也利用同样的功能进行动作。
图3为表示响应装置3配置结构的一个实施方式的说明图。
图中显示的响应装置3的结构为：外形为薄卡形，设有由I-C芯片组成的响应信号发生电路320和厚度约1毫米，宽和长几厘米的双电层电容器341等分布在树脂的基板370上，其四周有印制或蒸镀形成的框状线圈，设置振动能量接收耦合器310。
尽管响应信号发生耦合器330和振动能量接收耦合器310通常分开定位，二者也可以共用一个耦合器。
如上所述，采用本实施方式的传感器，作为它的电源装置，由于其具有接收经过空气传播的振动能量的耦合器和用耦合器接收的振动能量变成电能储存的双电层电容器，所以可以把在空间传播的振动能量作为能源，可以长期使用，同时可以得到更稳定的电能。
也就是说，因为双电层电容器的优点是能相对快速充电，同时还可以储存比即刻放电的几微法拉的普通电容器大得多的电能，可以有效地把用耦合器接收的振动能量变成电能储存起来，所以其可以向负载提供稳定的电能。
此外，采用本实施方式的传感器，响应装置具有接收由振动发射装置发出的振动的耦合器、产生响应信号的响应信号发生电路、发送响应信号的耦合器、向响应信号发生电路提供电能的电源装置。此外，该电源装置由于具有把用接收振动能量耦合器接收的振动能量变成电能储存起来的双电层电容器，所以可以把振动能量作为电源长期稳定地提供给响应装置。
也就是说响应装置中内设有放电专用的电池的话，由于电池的寿命造成的响应装置的使用时间受到限制的问题，采用本发明能可靠地避免此问题。
特别是利用把振动能量作为电源的情况下，由于从现有的几微法拉的电容器得到的电能瞬间用完，所以有时出现电能不足，不能可靠发送响应信号，本发明由于带有电源装置，能可靠地回避这种不适宜的情况。
下面以图4和5为基础对其他实施方式进行说明。
如图所示，本实施方式的电源装置具有通过电压调节器342连接到双电层电容器341的聚合物等的二次电池343，把此二次电池343连接到响应信号发生电路320。因为其他基本结构和上述的一样，相同部件采用相同的符号，不再进行说明。
电源装置具有用振动能量接收耦合器310接收的振动能量变成电能储存起来的双电层电容器341、调节双电层电容器341的输出电压的电压调节器342、通过所述电压调节器342连接到双电层电容器341的二次电池343。把此二次电池343连接到响应信号发生电路320上。
聚合物的二次电池343是一种可以反复充放电的电池，可通过储存在双电层电容器341中的能量进行充电。
在本实施方式中，此二次电池343使用铅电池、镍-镉电池、镍-氢电池或锂电池。
双电层电容器341的输出电压设定为高于电压调节器342的电压。
本实施方式中的电压调节器342通过使用一种比较器而构成，双电层电容器341的输出首先从交流转换成脉冲状态后使其平滑，一般设定为它的电压比二次电池343的电压略高。
因此，二次电池343由储存在双电层电容器341中的电能进行有效地充电，当发送响应信号时，在响应信号发生电路320中，从该二次电池343能够提供更稳定的电能。对于聚合物电池等这样的可以快速充放电的电池也可以省略掉双电层电容器341。
如上所述，采用本实施方式中的传感器的话，电源装置具有接收经过空气传播的振动的耦合器、用耦合器接收的振动能量变成电能储存的双电层电容器和聚合物等的二次电池、调节双电层电容器的输出电压的电压调节器、通过电压调节器连接到双电层电容器的二次电池。由于把二次电池连接在负荷上，可以利用储存在双电层电容器中的电能对二次电池进行充电，在使用聚合物电池的情况下，也可以省略掉双电层电容器341。因此能进一步提高电能的稳定性。
此外采用本实施方式的传感器的话，响应装置具有接收由振动能量发射装置发出的振动能量的接收耦合器、产生响应信号的响应信号发生电路、产生响应信号的耦合器、向响应信号发生电路供应电能的电源装置。由于电源装置具有储存用振动能量接收耦合器接收并变成电能的振动能量的双电层电容器、调整双电层电容器输出的电压调节器和通过电压调节器连接到双电层电容器的二次电池或聚合物电池，所以使用作为其电源的所述振动能量使该响应装置可长时间获得稳定的电能。
工业实用性
权利要求1所述的发明，是向负荷供电的电源装置，此电源装置的结构包括接收在空间传播的振动能量的耦合器、将用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存的静电容量大的双电层电容器、以及电源装置。采用这样的结构，把空间传播的振动能量作为电源使用，可以长期使用的同时，可以获得更稳定的电能。
权利要求2所述的发明，在权利要求1中具有调整所述双电层电容器输出电压的电压调节器、通过所述电压调节器连接所述双电层电容器的质子聚合物等的二次电池。具有把所述二次电池和所述负荷连接起来的结构的电源装置。利用这样的结构，可以用双电层电容器中储存的电能给二次电池充电，从二次电池把电能供给负荷。因此能进一步提高电能的稳定性。
权利要求3所述的发明，是向负荷供电的电源装置，该电源装置的结构包括有接收空间传播的振动能量的耦合器、以及将用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存的聚合物电池，可以快速充放电，能持续向负荷供给稳定的电能。
权利要求4所述发明的传感器装置，其接收发送装置具有向空气发射振动能量的振动发射装置，接收所述振动能量、发送响应信号的响应装置，接收所述响应信号并读取的响应信号接收装置；接收发送装置中，所述响应装置具有接收由所述振动发射装置发射的振动能量的耦合器、生成所述响应信号的响应信号生成电路、发送所述响应信号的耦合器、以及权利要求1～3的任意一所述的电源装置，读取装置的结构为从电源装置向所述响应信号生成电路供电的结构。采用这样的结构，利用振动能量作为能源，响应装置能长期稳定地获得电能。

Claims (4)

1、向负荷供电的电源装置，此电源装置的结构包括接收在空间传播的振动能量的耦合器、将用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存的静电容量大的双电层电容器。
2、如权利要求1所述的电源装置，其特征为：具有调整所述双电层电容器输出电压的电压调节器、通过所述电压调节器连接所述双电层电容器的质子聚合物等二次电池，具有把所述二次电池和所述负荷连接起来的结构。
3、向负荷供电的电源装置，此电源装置的结构包括接收在空间传播的振动能量的耦合器、将用所述耦合器接收的振动能量变成电能储存的聚合物电池。
4、传感器装置，其特征为：其接收发送装置具有向空气发射振动能量的振动发射装置，接收所述振动能量、发送响应信号的响应装置，接收所述响应信号并读取的响应信号接收装置；接收发送装置中，所述响应装置具有接收由所述振动发射装置发射的振动能量的耦合器、生成所述响应信号的响应信号生成电路、发送所述响应信号的耦合器、以及权利要求1～3的任意一项所述的电源装置，从电源装置向所述响应信号生成电路供电。
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