CN209748272U - 无线节点和功率调节器系统 - Google Patents

无线节点和功率调节器系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及无线节点和功率调节器系统。本实用新型要解决的一个问题是提供改进的无线节点和功率调节器系统。在一个实施例中，无线节点，包括：传感器，被配置为产生指示至少一个参数的信息；无线发射器，耦合到所述传感器并且被配置为无线地发射指示所述至少一个参数的信息；多个能量采集器，包括第一能量采集器；第一调节器，耦合到所述第一能量采集器并且被配置为从所述第一能量采集器接收功率；和第二调节器，耦合到所述多个能量采集器和所述第一调节器，所述第二调节器被配置为选择性地从所述第一调节器和所述多个能量采集器中的至少一种接收功率并为所述无线发射器提供电源。通过本实用新型，实现了改进的无线节点和功率调节器系统。

Description

无线节点和功率调节器系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§120是要求于2016年7月29日以代理人案卷号G0766.70114US00提交的、名称为“用于能量采集器的功率调节系统”的美国专利申请序列No.15/224,071的权益的继续申请，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及用于缺少电池的能量采集器的功率调节系统。
背景技术
能量采集器从环境光源，例如环境光、风流和热量产生电能。功率调节系统可以使用从能量采集器接收的电力来给电池充电，该电池又为电子设备提供电力。或者，功率调节系统可以使用从能量采集器接收的电力来补充来自电池的电力以减少电池的消耗，从而延长电池的寿命。
实用新型内容
本实用新型要解决的一个技术问题是提供改进的无线节点和功率调节器系统。
根据至少一个方面，提供无线节点。无线节点包括：传感器，被配置为产生指示至少一个参数的信息；无线发射器，耦合到所述传感器并且被配置为无线地发射指示所述至少一个参数的信息；多个能量采集器包括第一能量采集器；第一调节器，耦合到所述第一能量采集器并且被配置为从所述第一能量采集器接收功率；和第二调节器，耦合到所述多个能量采集器和所述第一调节器。第二调节器可被配置为选择性地从所述第一调节器和所述多个能量采集器中的至少一种接收功率并为所述无线发射器提供电源。
在一个实施例中，所述第一能量采集器被配置为从选自由气流、光和热组成的组中的第一源采集能量，并且其中所述多个能量采集器还包括第二能量采集器，被配置为从不同于所述第一源的第二源采集能量。
在一个实施例中，所述无线节点是无电池无线节点。
在一个实施例中，所述第二调节器被配置为增加来自所述至少一个能量采集器的电压以产生电源电压并将所述电源电压提供给所述无线发射器。
在一个实施例中，所述无线节点还包括多个负载开关，所述多个负载开关被配置为选择性地将所述多个能量采集器中的每一个耦合到所述第二调节器。
在一个实施例中，所述的线节点还包括多个功率监视器，包括被配置为测量所述第一能量采集器的输出功率的第一功率监视器。
在一个实施例中，所述无线节点还包括耦合到所述多个负载开关和所述多个功率监视器的控制器，所述控制器被配置为从具有最高输出功率的所述多个能量采集器识别能量采集器并控制所述多个开关以将识别的能量采集器耦合到所述第二调节器，并将所述多个能量采集器的剩余部分与所述第二调节器解耦合。
在一个实施例中，所述无线节点还包括耦合到所述第二调节器的超级电容器，并且其中所述第二调节器还被配置为存储来自所述超级电容器中的至少一个能量采集器的能量。
根据至少一个方面，提供功率调节器系统。功率调节系统包括：多个电源端口，被配置为耦合到多个能量采集器，所述多个电源端口包括第一电源端口，所述第一电源端口被配置为耦合到所述多个能量采集器的第一能量采集器；第一调节器，耦合到所述第一电源端口并且被配置为从所述第一能量采集器接收功率；和第二调节器，耦合到所述第一调节器和所述多个电源端口。第二调节器可被配置为选择性地从所述第一调节器和所述多个能量采集器中的至少一种接收功率并为负载提供电源。
在一个实施例中，所述第一调节器被配置为增加从所述第一能量采集器接收的功率的电压以产生调节的电压并将所述调节的电压提供给所述第二调节器。
在一个实施例中，所述第二调节器被配置为增加从所述至少一个能量采集器接收的功率的电压以产生电源电压并将所述电源电压提供给所述负载。
在一个实施例中，所述功率调节器系统还包括多个负载开关，被配置为选择性地将多个电源端口中的每一个耦合到所述第二调节器。
在一个实施例中，所述功率调节器系统还包括多个功率监视器，包括第一功率监视器，被配置为测量所述第一能量采集器的输出功率。
在一个实施例中，所述功率调节器系统还包括耦合到所述多个负载开关和所述多个功率监视器的控制器，所述控制器被配置为识别与具有最高输出的能量采集器相关联的电源端口并控制所述多个开关以将识别的电源端口耦合到所述第二调节器，并将所述多个电源端口的剩余部分与所述第二调节器解耦合。
在一个实施例中，所述功率调节器系统还包括耦合到所述第二调节器的超级电容器，并且其中所述第二调节器还被配置为存储来自所述超级电容器中的至少一个能量采集器的能量。
本实用新型的一个有益技术效果是提供改进的无线节点和功率调节器系统。
附图说明
将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的附图标记表示。
图1A-图1C各自示出了根据一些实施例的被配置为从能量采集器接收功率并向负载提供功率的示例功率调节系统；
图2是示出根据一些实施例的示例性无线节点的图；
图3A是示出根据一些实施例的实现图1A中所示的功率调节系统的示例性无线节点的图；
图3B是示出根据一些实施例的实现图1B所示的功率调节系统的示例性无线节点的图；
图4是示出根据一些实施例的功率调节系统的示例操作方法的流程图；和
图5是示出根据一些实施例的部署在桥上的示例性结构健康监测系统的图。
具体实施方式
根据一些方面，无线节点包括多个不同类型的能量采集器，以便为节点而不是电池供电，以及调节由能量采集器产生的功率的功率调节系统。发明人已经意识到由能量采集器提供动力的设备，例如无线传感器节点，通常被放置在对维护人员难以到达的远程位置。此外，发明人已经意识到这些装置中的电池可能需要定期更换或其他维护，从而限制了这种装置的寿命和有用性。因此，本公开的方面涉及功率调节系统，其在没有电池的情况下从能量采集器提供功率。因此，减少(或消除)功率调节系统的维护要求，这可以延长无线传感器节点或包含这种功率调节系统的其他设备的寿命和有用性。
功率调节系统可以从多种类型的能量采集器接收功率，所述能量采集器从不同的源产生能量，例如风流和环境光，并且选择性地从一个或多个能量采集器向负载(例如传感器)提供功率。例如，功率调节系统可以在从太阳能电池板接收电力和热电发电机之间动态地切换，以在环境条件改变时为负载供电。因此，功率调节系统可以在更宽范围的环境条件下向负载提供功率，并且减少丢失时段的频率和/或持续时间，其中一个或多个能量采集器不提供足够的能量来为负载供电。
在一些实施方案中，功率调节系统在反馈回路中操作，其中功率调节系统监视每个能量采集器的输出功率、识别合适的能量采集器以基于每个能量采集器的输出功率耦合到主调节器、通过开关选择性地将识别的能量采集器耦合到主调节器、并通过主调节器向功率调节系统内的负载和电路提供功率。在这些实施方案中，反馈回路可以从功率调节系统内的另一个组件接收功率以开始操作。例如，功率调节系统可以包括另一个调节器(例如，启动调节器)，其直接耦合到能量采集器之一并且绕过选择性地将能量采集器耦合到主调节器的开关。因此，无论开关的状态如何，启动调节器都可以从能量采集器之一接收电力，并且在启动期间向主调节器提供电力。因此，反馈回路的操作可以开始并且在没有电池的情况下从任何丢失时段快速恢复。
图1A示出了根据一些实施例的示例功率调节系统100A，其可以在如下结合图2所述的无线节点中使用。功率调节系统100A从能量采集器102 接收功率并将功率转换成适合负载104的形式。例如，当环境条件改变时，由能量采集器102提供的电压可以在一天的过程中变化。在该示例中，功率调节系统100A可以将能量采集器102的变化输出电压转换为恒定(或基本恒定)的输出电压，该输出电压适合于经由多个调节器为负载104供电。如图所示，功率调节系统100A包括功率监视系统110、开关网络112、第一调节器114(例如，启动调节器)、第二调节器116(例如，主调节器)和控制器118。
能量采集器102可以从各种环境条件产生电能，并将产生的电能提供给功率调节系统100A。例如，能量采集器102可以被配置为将光、风流和 /或热转换成电能。能量采集器102可以是微制造装置，例如微制造的光伏装置、微制造的热电装置和/或微制造的振动能量采集装置。在一些实施方案中，耦合到功率调节系统100A的每个能量采集器102可以从不同的环境源产生电能。例如，功率调节系统100A可以耦合到作为光伏器件的第一能量采集器、作为风力涡轮机的第二能量采集器、以及作为热电发电机的第三能量采集器。因此，降低了所有能量采集器102的电能输出同时为零(或接近零)的可能性。在其他实施例中，能量采集器102中的两个或更多个可以从相同的环境源(例如环境光)采集能量，并且可以放置在不同的位置。因此，应该理解的是，任何数量和类型的能量采集器都可以用作能量采集器102。
负载104可以从功率调节系统100A接收功率。负载104可以是消耗功率的各种电气设备中的任何一种。在一些实施方案中，负载104可以包括无线节点内的各种组件，所述无线节点被配置为从传感器收集信息并将信息无线传输到另一个设备，例如中央计算机系统。例如，负载104可以包括无线发射器、无线接收器、微控制器和/或传感器、例如压力传感器、应变传感器、运动传感器、加速度传感器或其他类型的传感器。
如上所述，能量采集器102的输出可以在一天或其他相关时间段的过程中变化。例如，能量采集器102可包括风力涡轮机和光伏装置。在该示例中，光伏器件可以在白天具有峰值输出功率，并且风力涡轮机可以在夜间具有峰值输出功率。在一些实施方案中，功率调节系统100A可以通过功率监视系统110监视能量采集器102的输出功率，并选择性地经由开关网络112将具有最高输出功率的一个或多个能量采集器102耦合到第二调节器116。控制器118可以基于来自功率监视系统110的信息执行输出功率比较，并且将控制信号发送到开关网络112以控制哪个能量采集器102耦合到第二调节器116。反过来，第二调节器116可以将来自所选择的能量采集器102的功率转换为适合于负载104的形式。第一调节器114可以绕过开关网络112并直接从能量采集器102中的一个接收功率，以在例如功率调节系统100A的启动期间向第二调节器116提供功率，其中没有能量采集器 102可以经由开关网络112耦合到第二调节器116。
功率监视系统110可以监视每个能量采集器102的输出功率，并向控制器118提供指示输出功率的信息。例如，功率监视系统110可以监视能量采集器102的输出电流并向控制器118提供指示输出电流的信号。在其他示例中，功率监视系统110可以监视能量采集器102的输出电压并且向控制器118提供指示输出电压的信号。在另外的示例中，功率监视系统110 可以监测通过与能量采集器102的输出串联耦合的阻抗的电流大小，并向控制器118提供指示电流大小的信号。
开关网络112可以基于来自控制器118的控制信号选择性地将能量采集器102中的一个或多个耦合到第二调节器116。例如，开关网络可以接收指示哪个能量采集器102耦合到第二调节器116的控制信号。在该示例中，开关网络112可以将所识别的能量采集器102耦合到第二调节器116，并且将剩余的能量采集器102与第二调节器116分离。
控制器118可以基于功率监视系统110接收的信息来控制交换网络112 的操作。控制器118可以实现为例如微控制器或其他合适的处理设备。在一些实施方案中，控制器118可从功率监视系统110接收指示每个能量采集器102的输出功率的电压信号、识别具有最高输出功率的能量采集器102、并将控制信号发送到开关网络112以将识别的能量采集器耦合到第二调节器116。在这些实施方案中，控制器118可周期性地(例如，每分钟)读取来自功率监视系统110的电压信号，以重新评估适当的能量采集器102以耦合到第二调节器116。应当理解，控制器118可以使用其他方法来识别适当的能量采集器102以耦合到第二调节器116。例如，控制器118可识别能量采集器102的输出功率的趋势并识别输出功率高于最小阈值并具有增加的轨迹的能量采集器102。
第一调节器114可以是电压调节器和/或升压调节器，其被配置为从能量采集器102之一接收输入电压并向第二调节器116提供经调节的电压。例如，由能量采集器102提供的电压可以在一定范围内变化，例如在80毫伏和3.3伏之间。在该示例中，第一调节器114可以向第二调节器116提供恒定(或基本恒定)的输出电压，例如3.3伏。可适合用作第一调节器114 的示例调节器是由ANALOG DEVICES of Norwood，Massachusetts制造的超低功率升压调节器ADP5090。
如功率调节系统100A所示，第一调节器114的输入直接耦合到能量采集器102之一，并绕过功率监视器110和负载开关112。直接连接到能量采集器之一允许第一调节器114从能量采集器102中的一个接收功率，而不管负载开关112的状态。第一调节器114可以连接到最有可能发电的能量采集器102。例如，功率调节系统100A可以集成到放置在具有最小的温度变化的风桥上的无线节点中。在该示例中，第一调节器114可以直接连接到能量采集器102，该能量采集器102从风产生能量并且不连接到从热或温度变化产生能量的另一能量采集器。
第二调节器116可以是电压调节器和/或升压调节器，其被配置为从能量采集器102或第一调节器114中的一个接收输入电压，并向负载104提供经调节的电压。在一些实施方案中，第二调节器116可以基于从经由开关网络112耦合到第二调节器116的一个或多个能量采集器102接收的电力优先向负载104提供电力。在第二调节器116没有从能量采集器102接收功率的情况下，第二调节器116可以基于从第一调节器114接收的功率向负载104提供功率。在一个示例中，功率调节系统100A可以是关闭的，并且开关网络112可以处于没有能量采集器102耦合到第二调节器116的状态。能量采集器102可以开始产生能量并且第一调节器114可以接通并向第二调节器116供电。第二调节器116此时可能仅从第一调节器114接收电力，因为能量采集器102通过开关网络112与第二调节器116解耦。因此，第二调节器116可以基于从第一调节器114接收的功率向负载104供电。第二调节器116还可以向功率调节系统100A中的各种组件(例如控制器118)提供电力，以开始监测能量采集器102的输出功率的过程，并且选择性地将一个或多个能量采集器102经由开关网络112耦合到第二调节器116。一旦开关网络112将一个或多个能量采集器102耦合到第二调节器116，第二调节器116可以基于经由开关网络112从能量采集器102接收的功率开始向负载104供电。
如上所述，第一调节器114和第二调节器116可以调节一个或多个能量采集器102的输出电压，以产生适合于负载104的输出电压。在一些实施方案中，第一调节器114和第二调节器116可以具有相同的结构，以简化功率调节系统100A的制造。例如，第一调节器114和第二调节器116都可以是由ANALOG DEVICES制造的超低功率升压调节器ADP5090。
应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对功率调节系统100A 进行各种替换。例如，功率调节系统100A可以耦合到具有变化的功率要求的负载104，例如发射器。在一些实施方案中，功率调节系统100A还可以包括超级电容器，用于存储来自能量采集器102的能量，并且在负载104 的功率需求超过由能量采集器102提供的能量的时段期间向负载104提供能量。图1B中的功率调节系统100B示出了这种功率调节系统的一个例子。如图所示，相对于图1A中所示的功率调节系统100A，功率调节系统100B 添加耦合到第二调节器116的超级电容器120。
超级电容器120可以存储来自能量采集器102中的一个或多个的电能。例如，第二调节器116可以在传递到负载104的功率小于从能量采集器102 接收的功率期间对电容器充电，例如在负载104关闭和/或处于低功率状态的时段。第二调节器116可以在负载104的功率需求已经加标的时段期间 (例如在负载104有效的时段期间)对超级电容器120放电。因此，功率调节系统100B可以支持具有更高峰值功率要求的负载104。
超级电容器120可以以各种方式中的任何一种构造。在一些实施方案中，超级电容器120可包括在电解质材料的每一侧上具有一对电极的基板。电解质材料可以配置为在其中存储电荷。每个电极可以连接到相应的集电器，该集电器可以由诸如金的导电材料或诸如多晶硅的高掺杂半导体形成。电极可以由超级电容器领域中已知的常规材料形成，例如多孔固体材料。例如，电极可以由石墨烯形成，已知石墨烯是具有曲折的内表面和外表面的多孔材料。电解质材料可以由多种材料中的任何一种形成。例如，电解质材料可以由含水盐(例如氯化钠)或凝胶(例如浸泡在盐中的聚乙烯醇聚合物)形成。应当理解，在一些实施例中，电解质材料可包括离子液体，其中离子在室温下处于液态。
在一些实施方案中，功率调节系统100A和/或100B可以将一个或多个元素的功能组合成单个元素。例如，负载104可以包括微控制器，并且控制器118的功能可以集成到负载104中。在另一个示例中，控制器118的功能可以由功率监视系统110中的电路执行。这种功率调节系统的例子由图 1C中的功率调节系统100C示出。功率调节系统100C相对于上面图1A中所示的功率调节系统100A省略了控制器118。在该实现中，功率监视系统 110包括用于比较每个能量采集器102的输出功率并且将控制信号直接发送到交换网络112的电路。例如，功率监视系统106可以产生耦合到指示每个能量采集器102的输出功率的功率调节系统100C的每个能量采集器102 的电压信号。在该示例中，功率监视系统可包括一个或多个比较器以比较电压信号并识别具有最高输出功率的能量采集器102。功率监视系统106又可以基于比较器的输出向开关网络112提供控制信号。
功率调节系统100A-100C可以用在由能量采集器供电的各种设备中的任何一个中。例如，功率调节系统100A-100C可以用在无线节点中，该无线节点被配置为通过传感器测量特定参数并将指示测量参数的信息无线传输到例如中央服务器或其他计算机系统。采用任何功率调节系统100A-100C 可以有利地允许无线节点在没有电池的情况下操作。图2中的无线节点200 示出了这种无线节点的示例。如图2所示，无线节点包括能量采集器202、功率调节系统204、控制器206、发送器208、传感器210和天线212。
能量采集器202可以产生为无线节点200供电的电能。能量采集器202 可以与上面参考图1描述的能量采集器102类似(或相同)。例如，能量采集器202可以是太阳能电池板、风力涡轮机和/或热电发电机。在一些实施方案中，能量采集器202可以是微制造装置，其被集成到无线节点200中以形成独立且自供电的无线节点。
功率调节系统204可以将来自能量采集器202的功率转换成适合于无线节点200内的各种设备的能量。例如，功率调节系统104可以向控制器 206和/或控制器208提供功率。功率调节系统204可以是上述功率调节系统100A-100C中的任何一个。
传感器210可以被配置为测量特定参数并向控制器206提供指示测量参数的信息。例如，传感器210可以是应变仪、多轴加速度计或热电偶。应当理解，多个传感器210可以耦合到控制器206。例如，无线节点200可以包括应变仪和耦合到控制器206的多轴加速度计。
控制器206可以从传感器210收集信息并将所接收的信息提供给发射器208以进行无线传输。例如，传感器210可以是应变仪，并且控制器206 可以读取应变仪以确定测量值。在该示例中，控制器206可以将测量值提供给发射机208，以通过天线212进行无线传输。控制器206还可以为功率调节系统204执行一个或多个功能。例如，功率调节系统204可以是如图 1A所示的功率调节系统100A。在该示例中，图1A中示出的控制器118的功能可以集成到控制器206中。控制器206可以是例如微控制器或其他合适的处理设备。
发射机208可以经由天线212接收控制器206的信息并且无线地发送所接收的信息。例如，发射机208可以根据从控制器206接收的信息生成基带信号，基于基带信号调制载波信号以产生调制信号，并通过天线212 无线传输调制信号。在一些实施方案中，发送器208可以是收发器，其被配置为既发送无线信号又接收无线信号。在这些实施方案中，收发器可以被配置为从另一个无线节点接收无线信号，并且在发送的无线信号中重复接收的无线信号中的信息。因此，超出目标目的地设备范围的无线节点可以将信息发送到附近的无线节点，该无线节点又可以将信息发送到目标目的地设备。例如，收发器可以从另一个无线节点接收无线信号、从接收的无线信号中提取信息、并将提取的信息添加到要无线传输的信号中。
应当理解，无线节点200中的两个或更多个组件的功能可以组合成单个组件。例如，发射器208的功能可以集成到控制器206中以形成能够发送和/或接收无线信号的控制器。将控制器206和发射器208的功能组合到单个设备中可以有利地降低无线节点200的功率要求。这种集成设备的示例是具有由ANALOG DEVICES制造的RF收发器ADUCRF101的精密模拟微控制器ARM cortex M3。
如上所述，无线节点200中的功率调节系统204可以实现为功率调节系统100A。图3A中由无线节点300A示出了无线节点的这种实现的示例。如图所示，无线节点300A通过能量采集器202产生电力，并通过功率调节系统100A将产生的电力转换成适合于控制器308的形式。除了控制功率调节系统100A的操作之外，控制器308还通过天线212读取传感器210并无线发送传感器信息。功率调节系统100A包括具有功率监视器304的功率监视系统110、具有负载开关306的开关网络112、第一调节器114和第二调节器116。
控制器308可以被配置为执行先前在图1A和图2中示出的多个组件的功能。例如，控制器308可以被配置为经由天线212与外部设备无线通信并且从传感器210读取信息。因此，控制器308可以执行图2中所示的控制器206和发送器208的功能。此外，控制器308可以被配置为经由模数转换器(ADC)从功率监视系统110读取模拟信号，并通过通用输入/输出(GPIO)端口向开关网络112提供控制信号。因此，控制器308还可以执行图1A中所示的控制器118的功能。用作控制器308的合适装置的示例包括具有由ANALOG DEVICES制造的RF收发器ADUCRF101的精密模拟微控制器ARM cortex M3。
功率监视系统110的功率监视器304可以监视能量采集器202的输出功率，并向控制器308的ADC提供模拟信号。在一些实施方案中，功率监视器304可以包括在能量采集器302和负载开关306之间串联耦合的电流感应阻抗。在该示例中，功率监视器304可测量电流感测阻抗的端子上的电压差，并提供与电流感测电阻器两端的电压差成比例的输出电压。可以适合于测量电流感测电阻器的端子两端的电压并且提供指示电流感测电阻器两端的电压差的大小的输出电压的装置包括由ANALOG DEVICES制造的双向电流分流监控器AD8210。
开关网络112的负载开关306可以从控制器308的GPIO接收信号，并且选择性地将能量采集器202中的一个耦合到第二调节器116。在一些实施方案中，负载开关306可以包括在能量采集器302和第二调节器116之间串联耦合的晶体管。在这些实施方案中，负载开关306可以通过调节施加在晶体管上的栅极电压，选择性地将能量采集器302耦合到第二调节器116。例如，通过向晶体管的栅极端子施加低于晶体管的阈值电压的电压，可以关断晶体管以使能量采集器302与第二调谐器116去耦。相反，可以通过向晶体管的栅极端子施加高于晶体管的阈值电压的电压来接通晶体管以将能量采集器302耦合到第二调节器116。可适合用作负载开关306的负载开关包括由ANALOG DEVICES制造的逻辑控制的高侧或低侧负载开关 ADP1196。
应当理解，功率调节系统100B和100C可以在无线节点200中以类似的方式实现。实现功率调节系统100B的这种无线节点的示例在图3B中由无线节点300B示出。如图所示，无线节点300B相对于图3A所示的无线节点300A添加耦合到第二调节器116的超级电容器120。当能量采集器202 产生的功率超过控制器308的功率需求时，第二调节器116可以对超级电容器120充电。相反，当控制器308的功率需求超过能量采集器202提供的功率时(例如在无线传输期间)，超级电容器120可以被放电。
如上所述，本文公开了一种功率调节系统，其可用于由能量采集器供电的各种设备，例如无线节点。这些功率调节系统可以在操作期间执行各种处理。可以由功率调节系统或采用功率调节系统的设备(例如无线节点) 执行的这种操作过程的示例由图4中的过程400示出。过程400具有启动阶段，其包括从第一能量采集器接收电力的动作402、调节来自第一能量采集器的电压的动作404、以及向控制器提供经调节的电压的动作406。过程400具有稳态阶段403，其包括测量能量采集器的输出功率的动作408、识别能量采集器的动作410、控制开关的动作412、调节所识别的能量采集器的输出电压的动作414、以及向控制器提供经调节的电压的动作416。
在动作402中，功率调节系统可以从能量采集器接收功率。例如，第一调节器114可以直接耦合到能量采集器之一，绕过开关网络112，并从能量采集器接收功率。
在动作404中，功率调节系统可以调节来自能量采集器的电压。例如，第一调节器114可以调节能量采集器的输出电压以产生恒定(或基本恒定) 的电压。
在动作406中，功率调节系统将经调节的电压提供给控制器。例如，功率调节系统可以通过第二调节器116将由第一调节器114产生的调节输出电压提供给控制器118。由此，控制器118可以开始操作并且启动阶段401 可以结束。应当理解，第二调节器116还可以向负载(例如负载104)提供电力。
在动作408中，功率调节系统可以通过测量能量采集器的输出功率来开始稳态阶段403。例如，功率调节系统可以通过功率监视系统106测量能量采集器的输出功率。
在动作410中，功率调节系统可以识别要耦合到第二调节器116的能量采集器。例如，控制器118可以基于来自功率监视系统106的信息识别具有最高输出功率的能量采集器。
在动作412中，功率调节系统可以控制一个或多个开关的状态以将所识别的能量采集器耦合到第二调节器116。例如，控制器118可以将控制信号发送到开关网络112以将识别的能量采集器耦合到第二调节器116，并将剩余的能量采集器与第二调节器116解耦。
在动作414中，功率调节系统可以调节所识别的能量采集器的输出电压。例如，第二调节器116可以基于来自所识别的能量采集器的电压产生恒定(或基本恒定)的电压。
在动作416中，功率调节系统可以向控制器提供经调节的电压。例如，第二调节器116可以向控制器118和/或负载104提供电力。
如上所述，这里公开的功率调节系统可以集成到无线节点中，该无线节点可以部署在各种操作环境中的任何一种中，例如在工业监视设置中。例如，多个无线节点可以部署在结构健康监测系统中，该系统被配置为监测结构(例如桥梁或建筑物)的健康状况。结构健康监测系统500在图5 中示出了这种结构健康监测系统的示例。如图所示，结构健康监测系统500 部署在桥502上并且包括多个无线节点504，其从传感器506收集传感器信息并经由无线通信链路508将传感器信息传送到中央计算机510。
传感器506可以被配置为测量桥502的一个或多个参数。例如，传感器506可以是多轴加速度计，以测量桥502的各个部分的运动，和/或应变仪，以测量桥502的各个部分的膨胀或收缩。传感器506可以与上面参考图2描述的传感器210类似(或相同)。
无线节点504可以被配置为从传感器506收集传感器信息并且将传感器信息无线传送到中央计算机510。例如，无线节点504可以通过无线通信链路508将传感器信息提供给中央计算机510。无线节点504可以直接与中央计算机510通信或者与附近的无线节点504通信，该无线节点504又将接收到的传感器信息传递给中央计算机510，如图5所示。在一些实施方案中，无线节点504可以是由能量采集器供电的无电池无线节点。例如，无线节点504可以是上述无线节点200、300A和300B中的任何一个。
中央计算机510可以从无线节点504接收和处理信息。例如，中央计算机510可以编译接收的信息并基于编译的信息识别桥502的健康状况。在另一个例子中，中央计算机510可以编译接收的信息并将编译的信息发送到另一个计算机系统以进行进一步分析。在一些实施方案中，中央计算机510可以放置在靠近电源和/或通信电缆的位置。因此，中央计算机510 可以从电网接收电力并通过通信电缆将传感器信息发送到外部计算机系统。
术语“大约”和“大致”在一些实施方案中可用于表示目标值的±20％内，在一些实施方案中可用于表示目标值的±10％内，在一些实施方案中可用于表示目标值的±5％内，在一些实施方案中可用于表示目标值的± 2％内。术语“大约”和“大致”可以包括目标值。
根据一些方面，提供了一种缺乏电池的能量调节系统。在一些实施方案中，功率调节系统可以从多个能量采集器接收功率，其从不同的源产生能量，例如风流和环境光。在这些实施方案中，功率调节系统可以选择性地将一个或多个能量采集器的功率提供给负载，因为环境条件改变并且利用来自能量采集器的能量为其自身供电。因此，功率调节系统可以在没有电池的情况下启动和操作，并且在更宽范围的环境条件下向负载提供电力。
根据至少一个方面，提供一种操作无线节点的方法。该方法包括：从多个能量采集器的第一能量采集器接收功率；由第一调节器将来自所述第一能量采集器的功率通过第二调节器提供给控制器；测量所述多个能量采集器中每个的输出功率；由所述控制器从所述多个能量采集器识别能量采集器，以基于所述多个能量采集器中每个的输出功率为所述控制器供电；和由所述控制器控制多个开关，以将识别的能量采集器耦合到所述第二调节器，并将所述能量采集器的剩余部分与所述第二调节器解耦合。
在一个实施例中，识别能量采集器以给控制器供电包括识别具有最高输出功率的能量采集器。
在一个实施例中，所述方法还包括由所述第一调节器调节从所述第一能量采集器接收的功率的电压，并且其中通过所述第二调节器将来自所述第一能量采集器的功率提供给控制器包括将调节的电压提供给所述第二调节器。
在一个实施例中，所述方法还包括由所述第二调节器提供来自识别的能量采集器的功率到所述控制器。
在一个实施例中，所述方法还包括由所述第二调节器调节从识别的能量采集器接收的电压，并且其中从所述识别的能量采集器向所述控制器提供功率包括向所述控制器提供调节的电压。

Claims (15)

1.一种无线节点，其特征在于，所述无线节点包括：
传感器，被配置为产生指示至少一个参数的信息；
无线发射器，耦合到所述传感器并且被配置为无线地发射指示所述至少一个参数的信息；
多个能量采集器，包括第一能量采集器；
第一调节器，耦合到所述第一能量采集器并且被配置为从所述第一能量采集器接收功率；和
第二调节器，耦合到所述多个能量采集器和所述第一调节器，所述第二调节器被配置为选择性地从所述第一调节器和所述多个能量采集器中的至少一种接收功率并为所述无线发射器提供电源。
2.权利要求1所述的无线节点，其中所述第一能量采集器被配置为从选自由气流、光和热组成的组中的第一源采集能量，并且其中所述多个能量采集器还包括第二能量采集器，被配置为从不同于所述第一源的第二源采集能量。
3.权利要求1所述的无线节点，其中所述无线节点是无电池无线节点。
4.权利要求1所述的无线节点，其中所述第二调节器被配置为增加来自所述至少一个能量采集器的电压以产生电源电压并将所述电源电压提供给所述无线发射器。
5.权利要求1所述的无线节点，还包括多个负载开关，所述多个负载开关被配置为选择性地将所述多个能量采集器中的每一个耦合到所述第二调节器。
6.权利要求5所述的无线节点，还包括多个功率监视器，包括被配置为测量所述第一能量采集器的输出功率的第一功率监视器。
7.权利要求6所述的无线节点，还包括耦合到所述多个负载开关和所述多个功率监视器的控制器，所述控制器被配置为从具有最高输出功率的所述多个能量采集器识别能量采集器并控制所述多个开关以将识别的能量采集器耦合到所述第二调节器，并将所述多个能量采集器的剩余部分与所述第二调节器解耦合。
8.权利要求1所述的无线节点，还包括耦合到所述第二调节器的超级电容器，并且其中所述第二调节器还被配置为存储来自所述超级电容器中的至少一个能量采集器的能量。
9.一种功率调节器系统，其特征在于，所述功率调节器系统包括：
多个电源端口，被配置为耦合到多个能量采集器，所述多个电源端口包括第一电源端口，所述第一电源端口被配置为耦合到所述多个能量采集器的第一能量采集器；
第一调节器，耦合到所述第一电源端口并且被配置为从所述第一能量采集器接收功率；和
第二调节器，耦合到所述第一调节器和所述多个电源端口，所述第二调节器被配置为选择性地从所述第一调节器和所述多个能量采集器中的至少一种接收功率并为负载提供电源。
10.权利要求9所述的功率调节器系统，其中所述第一调节器被配置为增加从所述第一能量采集器接收的功率的电压以产生调节的电压并将所述调节的电压提供给所述第二调节器。
11.权利要求9所述的功率调节器系统，其中所述第二调节器被配置为增加从所述至少一个能量采集器接收的功率的电压以产生电源电压并将所述电源电压提供给所述负载。
12.权利要求9所述的功率调节器系统，还包括多个负载开关，被配置为选择性地将多个电源端口中的每一个耦合到所述第二调节器。
13.权利要求12所述的功率调节器系统，还包括多个功率监视器，包括第一功率监视器，被配置为测量所述第一能量采集器的输出功率。
14.权利要求13所述的功率调节器系统，还包括耦合到所述多个负载开关和所述多个功率监视器的控制器，所述控制器被配置为识别与具有最高输出的能量采集器相关联的电源端口并控制所述多个开关以将识别的电源端口耦合到所述第二调节器，并将所述多个电源端口的剩余部分与所述第二调节器解耦合。
15.权利要求9所述的功率调节器系统，还包括耦合到所述第二调节器的超级电容器，并且其中所述第二调节器还被配置为存储来自所述超级电容器中的至少一个能量采集器的能量。
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