TWI810061B - 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器 - Google Patents

結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI810061B
TWI810061B TW111134208A TW111134208A TWI810061B TW I810061 B TWI810061 B TW I810061B TW 111134208 A TW111134208 A TW 111134208A TW 111134208 A TW111134208 A TW 111134208A TW I810061 B TWI810061 B TW I810061B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
split ring
frequency
tire
srr
carbon
Prior art date
Application number
TW111134208A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202322582A (zh
Inventor
麥可 史特威爾
庫克 丹
蒙他夫 卡洛斯
Original Assignee
美商萊登股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US17/940,256 external-priority patent/US20230017082A1/en
Priority claimed from US17/940,227 external-priority patent/US11585731B2/en
Priority claimed from US17/940,246 external-priority patent/US20230019088A1/en
Priority claimed from US17/940,240 external-priority patent/US11555761B1/en
Application filed by 美商萊登股份有限公司 filed Critical 美商萊登股份有限公司
Publication of TW202322582A publication Critical patent/TW202322582A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI810061B publication Critical patent/TWI810061B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H01Q1/2225—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in active tags, i.e. provided with its own power source or in passive tags, i.e. deriving power from RF signal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/0422—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver characterised by the type of signal transmission means
    • B60C23/0427—Near field transmission with inductive or capacitive coupling means
    • B60C23/0428—Near field transmission with inductive or capacitive coupling means using passive wheel mounted resonance circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/0422—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver characterised by the type of signal transmission means
    • B60C23/0433—Radio signals
    • B60C23/0447—Wheel or tyre mounted circuits
    • B60C23/0449—Passive transducers, e.g. using surface acoustic waves, backscatter technology or pressure sensitive resonators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/06—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring the deformation in a solid
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

一種所揭示之空中載具包括裂環共振器(split-ring resonator或split ring resonator)，該等裂環共振器可嵌入於一材料內。每個裂環共振器可由一個三維(3D)單片碳質生長物形成且可偵測自一使用者裝置發射的一電磁聲脈波。每個裂環共振器可回應於電磁聲脈波而產生一電磁返回信號。電磁返回信號可指示在一各別裂環共振器附近之一位置處的材料之一狀態。在一些態樣中，每個裂環共振器在材料處於一第一狀態時可回應於電磁聲脈波而在一第一頻率下共振，且在材料處於一第二狀態時可回應於電磁聲脈波而在一第二頻率下共振。3D單片碳質生長物的一共振頻率可基於材料的物理特性。

Description

結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器
本揭示案大體上係關於感測器，且更具體而言，係關於將裂環共振器結合到空中載具之結構構件中或上以偵測該等結構構件的性質變化。
包括無人機、載人無人機、垂直起降飞机(VTOL)及電動垂直起降飞机(eVTOL)在內的空中載具之進展已為進一步技術整合創造了機會。在無人機及空中載具轉變至具有完全自主能力時，情況尤其如此。明確而言，此類系統必須定期監測載具組件之效能及可靠性以確保載具持續安全及舒適(對於運輸貨物及乘客)。傳統系統，包括使用已知降落模式(至少)，可能無法提供精確著陸所需的高準確度。此外，此類系統可能無法提供安全(包括滿足法律約束)及可靠性所需的高度保真度。此類應用可能會帶來獨特的挑戰，諸如飛行中遇到的快速載具組件(例如葉片)磨損，或者無法讓在場的人類駕駛員能夠在操作期間目視檢查載具效能。
感測器之最新發展允許在許多新應用中偵測材料性質變化。然而，希望進一步改良感測器技術。
提供本發明內容係為了以簡化形式介紹一系列概念，該等概念將在下面的詳細描述中進一步描述。本發明內容並非旨在識別所主張之主題的關鍵特徵或基本特徵，亦不旨在限制所主張之主題的範疇。
本揭示案中描述之主題的一個創新態樣可實施為電磁狀態感測裝置(EMSSD)，該電磁狀態感測裝置包括經組態以嵌入於材料內的裂環共振器(裂環共振器)。每個裂環共振器可由三維(3D)單片碳質生長物形成，且對自使用者裝置(例如，智慧電話、射頻標識(RFID)讀取器或近場通信(NFC)裝置)發射之電磁刺激信號作出回應，以回應於該電磁刺激信號而產生電磁返回信號。該電磁返回信號可指示在各別裂環共振器近側之位置處該材料之狀態。當該材料處於第一狀態時，該裂環共振器可回應於該電磁刺激信號而在第一頻率下共振，且當該材料處於第二狀態時，該裂環共振器可回應於該電磁刺激信號而在第二頻率下共振。該3D單片碳質生長物的自然共振頻率可基於該材料之物理特性，例如，電容率及/或磁導率。以此方式，第一裂環共振器及第二裂環共振器之自然共振頻率回應於電磁刺激信號發生偏移的程度可指示該材料之變形量。
在各種實施方式中，每個裂環共振器可藉由回應於該電磁刺激信號而產生第一電磁返回信號來指示該材料之第一狀態，且可藉由回應於電磁聲脈波而產生第二電磁返回信號來指示該材料之第二狀態。另外，第一電磁返回信號可具有第一頻率，且第二電磁返回信號可具有與第一頻率不同的第二頻率。
材料之狀態可包括材料的變形。在一些態樣中，裂環共振器可藉由回應於電磁刺激信號產生第一電磁返回信號來指示材料變形，且可藉由回應於電磁聲脈波產生第二電磁返回信號來指示材料缺少變形。
在一些實施方式中，至少一個裂環共振器包括共振部分，當該材料之狀態超過臨限值時，該共振部分可回應於該電磁刺激信號在第一頻率下共振，且當該材料之狀態低於臨限值時，該共振部分可回應於該電磁刺激信號在第二頻率下共振。一些裂環共振器可各自具有第一裂環共振器(裂環共振器)，該第一裂環共振器具有第一碳粒子，該等第一碳粒子可基於第一裂環共振器內之第一碳粒子的濃度水準來回應於電磁刺激信號而獨特地共振。一些裂環共振器可具有與該第一裂環共振器相鄰的第二裂環共振器，該第二裂環共振器具有第二碳粒子，該等第二碳粒子可基於第二裂環共振器內之第二碳粒子的濃度水準來回應於電磁刺激信號而獨特地共振。
第一碳粒子及第二碳粒子中之每一者可與該材料化學鍵合。在一些態樣中，第一碳粒子可包括形成第一多孔結構的第一聚集體，且第二碳粒子可包括形成第二多孔結構的第二聚集體。以此方式，第一裂環共振器或第二裂環共振器的共振振幅可指示材料的磨損程度。另外，第一裂環共振器可回應於電磁聲脈波而在第一頻率下共振，且第二裂環共振器可回應於電磁聲脈波而在第二頻率下共振，其中第一頻率不同於第二頻率。第一裂環共振器及第二裂環共振器中之每一者可各自具有與對電磁聲脈波之頻率回應相關聯的衰減點。
在一些實施方式中，裂環共振器設置於EVTOL之結構構件內。此外，揭示了一些技術，以展示共振感測器如何在EVTOL載具的安全性及機動性及其他類型之空中載具的安全性及機動性方面發揮重要作用。
在一個實施方式中，空中載具組件可包括至少一個裂環共振器(SRR)，該至少一個裂環共振器嵌入於可構成該中空載具組件之至少一部分的材料內。另外，該至少一個SRR可由三維(3D)單片碳質生長物形成，且該至少一個SRR可經組態以對自天線發射的電磁刺激作出回應。此外，該至少一個SRR，與該空中載具組件的在該至少一個SRR近側之位置處的材料相結合，可對電磁刺激進行調變以形成電磁返回信號，該電磁返回信號可指示在該至少一個SRR近側之位置處該材料之狀態。
在各種實施例中，該空中載具可為以下各者中的一者：垂直起降(VTOL)飛機、電動垂直起降(eVTOL)飛機、無人機、載人無人機、商用飛機、軍用飛機或火箭。另外，該至少一個SRR可用於相對於降落場確定空中載具之位置。例如，該至少一個SRR中之至少三個SRR可用於對空中載具組件之位置進行三角量測。
該材料可見於以下各者中的至少一者上：螺旋槳葉片、主體材料、起落架、駕駛艙界面或結構組件。另外，該材料之狀態可指示表面彎曲、螺旋槳彎曲或起落架彎曲中的至少一者。該材料之狀態亦可相關以指示壓力、位置、溫度或海拔高度中的至少一者。
在一些實施方式中，該至少一個SRR可經組態以當該材料處於第一狀態時回應於電磁刺激而在第一頻率下共振，且可經組態以當該材料處於第二狀態時可回應於電磁刺激而在第二頻率下共振。另外，3D單片碳質生長物之調諧共振頻率可至少部分地基於該材料之一或多個物理特性。
在各種實施例中，該至少一個SRR可經組態以藉由回應於電磁刺激而產生第一電磁返回信號來指示材料的第一狀態，且可經組態以藉由回應於電磁刺激而產生第二電磁返回信號來指示材料的第二狀態。另外，第一電磁返回信號具有第一頻率，且第二電磁返回信號具有與第一頻率不同的第二頻率。此外，材料之狀態可包括材料的變形，且/或該至少一個SRR可經組態以藉由回應於電磁刺激而產生第一電磁返回信號來指示材料變形，且可經組態以藉由回應於電磁刺激而產生第二電磁返回信號來指示材料缺少變形。3D單片碳質生長物之共振頻率可至少部分地基於材料之電容率及磁導率中的任一者或兩者。
在一個實施例中，一或多個SRR可進一步包括第一裂環共振器(SRR)，該第一裂環共振器包括複數個第一碳粒子，該複數個第一碳粒子經組態以至少部分地基於第一SRR內的第一碳粒子之濃度水準來回應於電磁刺激而獨特地共振。另外，該一或多個SRR可進一步包括第二SRR且包括複數個第二碳粒子，該複數個第二碳粒子經組態以至少部分地基於第二SRR內的第二碳粒子之濃度水準來回應於電磁刺激而獨特地共振。此外，第一碳粒子及第二碳粒子中之每一者可與該材料化學鍵合，第一碳粒子可包括形成第一多孔結構的第一聚集體，且/或第二碳粒子可包括形成第二多孔結構的第二聚集體。
此外，在其他情況下，第一SRR或第二SRR中之至少一者的共振振幅可指示材料的磨損程度。另外，第一SRR可經組態以回應於電磁刺激而在第一頻率下共振，且第二SRR可經組態以回應於電磁刺激而在第二頻率下共振，該第一頻率可不同於該第二頻率，第一SRR及第二SRR之自然共振頻率回應於電磁刺激而偏移的程度可指示材料的變形量，第一SRR及第二SRR中之每一者可具有衰減點，且/或第一SRR及第二SRR各自之衰減點可與對電磁刺激之頻率回應相關聯。
在一個實施方式中，降落場可包括至少一個裂環共振器(SRR)，該至少一個裂環共振器經組態以嵌入於可構成該降落場之至少一部分的材料內。另外，該至少一個SRR可由三維(3D)單片碳質生長物形成，且該至少一個SRR可經組態以對自天線發射的電磁刺激作出回應。此外，該至少一個SRR，與降落場之材料及其環境相結合，可對電磁刺激進行調變以形成電磁返回信號，該電磁返回信號可指示該至少一個SRR近側之位置處的至少一個環境條件。
本揭示案中描述之主題的一或多個實施方式的細節在附圖及以下描述中闡述。其他特徵、態樣及優點將自說明書、附圖及申請專利範圍中變得顯而易見。請注意，以下附圖的相對尺寸可能未按比例繪製。
相關申請案之交互參照
本專利申請案主張以下各案之優先權利益：2021年9月9日主張的標題為「SENSORS INCORPORATED INTO SEMI-RIGID STRUCTURAL MEMBERS TO DETECT PHYSICAL CHARACTERISTIC CHANGES」的美國臨時專利申請案第63/242,270號；2021年9月23日主張的標題為「SENSORS INCORPORATED INTO SEMI-RIGID STRUCTURAL MEMBERS TO DETECT PHYSICAL CHARACTERISTIC CHANGES」的美國臨時專利申請案第63/247,680號；2021年11月5日主張的標題為「SENSORS INCORPORATED IN VEHICLE COMPONENTS TO DETECT PHYSICAL CHARACTERISTIC CHANGES」的美國臨時專利申請案第63/276,274號；及2021年11月22日主張的標題為「SENSORS INCORPORATED INTO AIRBORNE VEHICLE COMPONENTS TO DETECT PHYSICAL CHARACTERISTIC CHANGES」的美國臨時專利申請案第63/281,846號，以上各案皆被轉讓給其受讓人；所有先前申請案之揭示內容被視為本專利申請案的一部分且以引用方式併入本專利申請案中。
本文揭示之主題的各種實施方式大體上係關於部署由碳質微結構制成的耐用感測器(例如，裂環共振器、裂環共振器)。該等感測器可結合於載具組件內，例如結合於習知的、當前市售的充氣(指填充空氣、氮氣或其他氣體)輪胎、下一代無氣實心輪胎之主體的簾佈層內，以及結合於其他位置中，例如車輛車身內。感測器可嵌入於輪胎簾佈層及/或輪胎胎面之多個部分內，例如，與鋪面或地面接觸的橡膠。常規輪胎使用會導致接觸面降級，最終導致無法充分附著在路面上的光面(無花紋)輪胎，尤其係在惡劣的天氣條件下，例如下雪、大雨等。包含感測器之輪胎簾佈層的退化會產生感測器回應行為的對應之可偵測變化，例如，相對於在橫向輪胎滑動(例如，「漂移」，一些發燒友社區中的常見動作)中遇到的向前旋轉及輪胎應變。以此方式，可根據根據預期感測器共振回應行為的變化來偵測常規(例如，向前旋轉)輪胎退化，且可藉由觀察預期感測器共振回應行為的偏移(例如，如經由頻移鍵控來完成，頻移鍵控為下文進一步闡述之概念)來偵測輪胎靜摩擦損失(例如，在漂移動作期間)。如通常所理解的，靜摩擦可意指為了使相互接觸之固定物件能夠相對運動而需要克服的靜態摩擦力，例如，如在涉及橫向移動之表演駕駛動作(諸如漂移)期間可能遇到的。此與動及/或動態摩擦力形成對比，動及/或動態摩擦力可意指兩個接觸表面之間的同時移動等。
應了解，如本文所述，感測器亦可結合於建造材料、建築材料、金屬材料、聚合物、塑膠、發泡體(開孔及閉孔)等中。另外，此類材料亦可應用於汽車以外的行業(例如航空航天、建築、採礦等)。
碳質材料可在合成期間中進行調整，以達成與所發射之RF信號有關的特定預期射頻(RF)信號偏移(指頻率偏移)及信號衰減(指信號幅度的減小)行為。能夠發射RF信號之設備可包括例如安裝於配備有所揭示之系統的載具的一或多個輪艙內及/或在電感器-電容器(LC)電路(亦稱為(可互換地)儲能電路、LC電路或共振器)旁邊的收發器。當前揭示之實施方式不需要移動各部件，藉此較不易於由於常規道路使用而造成磨損及撕裂。裂環共振器與預先存在之載具電子組件、飛行載具電子組件、建築(包括混凝土)組件等一起起作用。所揭示之成分碳質材料的目標RF共振頻率值可在反應室或反應器內進行調整，以展現相互作用而得到目標效能特性。該等特性可用於任何數量之應用，例如多節的低壓越野輪胎以及沒有胎面的僅用於賽道的光面輪胎。由獨特之碳質材料形成的裂環共振器在例如0.01 GHz至100 GHz之指定射頻(RF)下展現出頻移及/或信號衰減，該等指定射頻可根據所要應用而進行調整。關於可調性，碳質材料可在反應器中由含碳氣態物質天然生長(例如，自成核)而不需要種子粒子來產生精巧之3D結構。
配備有所揭示之材料及系統的載具的周圍環境變化(例如，雪、雨等)可能會影響裂環共振器的共振、頻移及/或信號衰減行為。因此，即使是微小的輪胎狀況變化亦可被偵測到且傳達給駕駛員。例如，若包含一或多個裂環共振器的輪胎簾佈層接觸路面(例如，向前旋轉)且藉此隨著時間推移而退化及/或變形，則正在退化及/或變形之輪胎簾佈層內的該裂環共振器的共振可能會改變。此外，在漂移(例如，側向移動)場景期間可能會發生其他可偵測到的變化，使得包含裂環共振器的受影響之輪胎簾佈層及/或胎面層的信號回應可指示該胎面層的存在或不存在以及磨損程度。因此，裂環共振器可準確地且精確地偵測天氣或其他環境條件(例如，表演駕駛動作)的突然或逐漸轉變。
裂環共振器的RF範圍共振頻率回應的可偵測到之變化及/或偏移可藉由使用具有已知頻率的電磁(EM)信號來刺激每個裂環共振器內的RF共振材料來偵測。在一些組態中，EM信號最初可由天線(亦安裝於載具上)輸出及/或藉由安裝於一或多個輪艙內的圖案化之共振電路(本文中稱為「共振器」，其可3D印刷至胎體簾佈層上)進一步傳播。以此方式，可用電子方式觀察且分析關於所發射信號的與各別裂環共振器相關聯的衰減及/或頻移，以測量當前環境條件。另外，可觀察RF共振頻率(或多個頻率)的變化且將其與已知且離散之校準點進行比較，以判定在給定時刻在載具之車身上的一或多個經界定偵測點處量測的輪胎氣壓。
輪胎的習知使用，例如大多數公路輪胎或越野輪胎在路面行駛期間遇到的，可能會導致輪胎的多個部分輕微變形，如此可能會導致各別裂環共振器的自然RF共振頻率變化(此時，y被RF信號「聲脈波」)。可偵測自然共振頻率的此類變化(與形成各種裂環共振器的當前揭示之碳相關聯)且將該等變化與已知校準點進行比較以判定輪胎內部的狀況。將天線與結合於輪胎簾佈層內的當前揭示之裂環共振器結合使用的系統可適合於感測輪胎簾佈層性質變化且向載具內的相關聯之遙測設備報告。
當然，應了解，雖然相對於輪胎(及汽車行業)詳細地描述了裂環共振器的應用，但此類應用可同樣適用於其他行業(例如，航空航天、建築、材料、採礦、石油、混凝土等)。
當前揭示之裂環共振器可經調諧以偵測各別輪胎簾佈層(及/或裂環共振器嵌入於其中或其上的任何材料或物質)的更微小之物理性質變化，包括由於載具蒙皮上之氣壓或由於施加於輪胎中/上的任何外力導致的變化。可藉由「探測」(例如，發射RF信號及稍後觀察及分析RF信號)來偵測此類變化，隨後處理給定輪胎簾佈層、胎面層或其他表面或區域的一組獨特的偵測到之性質(例如，「特徵」)，如藉由例如頻域返回所展現。討論了用於校準觀察到之信號特徵及處理返回特徵的各種機制。揭示了用於製造具有呈調諧碳結構之被動嵌入式感測器之輪胎的方法，該等被動嵌入式感測器與彈性體相互作用。例如，用於由多個簾佈層製造輪胎的機制可能會影響裂環共振器自然共振頻率行為。另外，輪胎可被建構為包括多個輪胎簾佈層，每個輪胎簾佈層結合了具有獨特的調諧碳質微結構的不同調諧碳，該獨特的調諧碳質微結構可為微米大小的，或者係奈米、微米、甚至介觀粒子大小直至毫米(mm)級中的任何一或多者。
所揭示之裂環共振器可准許來自GHz及MHz範圍內之共振的自供電特徵，如藉由摩擦發電機(例如，在例如載具輪胎旋轉及其重複摩擦及/或與鋪面或地面接觸時產生電流)可能實現的。此類摩擦學組件可整合或以其他方式結合於一或多個載具輪胎簾佈層中的彈性體層之間的多個鋼帶內。以此方式，裂環共振器可藉由摩擦發電機充電(及/或供電)以使共振器共振(且因此發出RF信號)及放電。共振器可經組態以適應重複之充電-放電循環且採取各種形狀及/或模式中的任何一或多者，包括具有固有共振值或性質的橢圓形(基於其形成材料及/或構造)。
共振器之形狀或取向的變化可導致任何相關聯共振常數的對應變化。因此，由於例如在像內部輪胎壓力等靜態條件下或在諸如在從圓形道釘上面駛過時遇到的動態條件下的變形(或裂環共振器可見於其中或其上的材料的任何類似變形)導致的輪胎物理性質的任何變化可能會改變各別裂環共振器的形狀或取向。可使用不同的共振器模式(例如，裂環共振器之補充或替代)來對一類變形比對另一類變形(諸如指代在繞曲線移動時遇到的橫向變形與在鋪面或粗糙表面上行駛時遇到的垂直運動相比)以更大之靈敏度作出回應。除了裂環共振器基於輪胎變形而改變信號回應行為的組態之外，裂環共振器亦可與其他信號衰減偵測能力電子地通信，例如，如與放置於車輪之輪艙或甚至輪緣內的數位信號處理、DSP、電腦晶片及/或傳感器相關聯。DSP可與外部收發器(半導體晶片)一起用於刺激及回應；在可選時。裂環共振器亦可與結合於各個輪胎簾佈層中的摩擦發電機通信且展現出可藉由外部接收器偵測到的共振行為。
如在詳細描述中發現的，所呈現之說明性資訊意欲用於闡述各種架構(包括可選之架構)及用途。應特別注意，闡述該資訊係為了說明目的(以提供盡可能透徹的描述)且不應被理解為以任何方式進行限制。可在排除或不排除所描述之其他特徵的情況下視情況地結合任何以下特徵。
圖 1為例如意欲配備至載具(諸如汽車及/或卡車)上的載具狀況偵測系統 100的示意圖。載具狀況偵測系統 100可包括感測器，諸如調諧RF共振組件 108(例如，裂環共振器，諸如圖 8中所示的裂環共振器)。每個調諧RF共振組件 108可由多種碳基微結構材料、聚集體、附聚物及/或類似者形成，諸如Stowell等人在2020年2月7日申請的標題為「3D Self-Assembled Multi-Modal Carbon-Based Particle」的美國專利申請案第16/785,020號中揭示的材料(統稱為「碳質材料」)，該申請案之揭示內容出於所有目的以引用方式併入。調諧RF共振組件 108可結合於載具(諸如，習知的駕駛員駕駛之汽車或能夠在無人類駕駛員之情況下用於移動載具乘員的全自動運輸吊艙或載具)上的帶感測器 104、軟管感測器 105、輪胎感測器 106及收發器天線 102中的任何一或多者中。
調諧RF共振組件 108可經組態以與以下各者中之任何一或多者以電子方式及/或無線地通信(諸如藉由量測信號頻率偏移或衰減)：收發器 114；載具中央處理單元 116；載具感測器資料接收單元 118、；載具致動器控制單元 120；及包括門、窗戶、鎖(統稱為 124)的致動器 122；發動機控制件 126；導航/抬頭顯示器 128；懸架控制件 129；及机翼装饰件 130。調諧RF共振組件 108可使用收發器 114經由發射的RF信號 110 及 / 或返回的RF信號 112導致發射的RF信號的觀察到之頻率的偏移(被稱為「頻移」，意指頻率之任何變化)。對與發射的RF信號 110對應的返回的RF信號 112的提及可指代相對於一或多個調諧RF共振組件 108的所發射的RF信號 110之頻移或衰減的電子偵測，該等調諧RF共振組件整合於載具上的帶感測器 104、軟管感測器 105、輪胎感測器 106、收發器天線 102中的任何一或多者中，和/或類似者(例如，並非來自感測器之信號的實際物理反射或返回)中。發射的RF信號 110及返回的RF信號 112可與載具中央處理單元 116、載具感測器資料接收單元 118、載具致動器控制單元 120及/或致動器 122中的任何一或多者通信(且因此亦藉由以上各者評估)。載具狀況偵測系統 100可使用軟體與硬體之任何合適組合來實施。
載具狀況偵測系統 100的所繪示之各種感測器中的任何一或多者可由碳基微結構形成，該等碳基微結構經調諧以在被「探測」(係指被發射的RF信號撞擊或以其他方式接觸)時達成特定之RF共振行為。載具狀況偵測系統 100(或其任何態樣)可經組態以在任何可設想到之載具使用應用、區域或環境中實施，諸如在包括雨夾雪、冰雹、雪、冰、霜、泥、沙、碎屑、不平整的地形、水及/或類似者的惡劣天氣條件期間。
調諧RF共振組件 108可設置於載具周圍及/或載具上(諸如在駕駛艙、發動機艙或後備箱內，或在載具的車身上)。如圖 1中所示，調諧RF共振組件可包括帶感測器 104、軟管感測器 105、輪胎感測器 106及收發器天線 102，以上各者中的任何一或多者可在現代載具中之生產期間在現代載具中實施，或(替代地)改裝到預先存在之載具上，不管該等載具之年齡及/或狀況如何。調諧RF共振組件 108可部分地使用可容易獲得之材料來形成，諸如玻璃纖維(諸如，用於機翼)或橡膠(諸如，用於輪胎)或玻璃(例如，用於擋風玻璃)。此等習知材料可與碳基材料、生長物、附聚物、聚集體、片材、粒子及/或類似者組合，諸如在飛行中在反應室或反應器中由含碳氣體物質自成核且經配製以達成以下目標的材料：(1)提高該等材料結合於其中的複合材料的機械(諸如拉伸、壓縮、剪切、應變、變形及/或類似者)強度；及/或(2)在一個特定頻率或一組頻率(在10 GHz至100 GHz之範圍內)下共振。可獨立於負責控制材料強度之變量來控制決定材料之RF共振性質及行為的變量。
基於射頻(RF)之刺激(諸如由收發器 114發射或由共振器發射的刺激)可用於向調諧RF共振組件 108、致動器 122(及/或類似者，諸如在調諧RF共振組件 108中或上實施的感測器)發射RF信號，以偵測其各別的一或多個共振頻率以及在所發射信號之衰減中觀察到的頻移及模式(其可能受內部或外部條件影響)。例如，若調諧RF共振組件(諸如輪胎感測器 106)已專門準備好(被稱為被「調諧」)在約3 GHz之頻率下共振，則當由3 GHz RF信號刺激時，輪胎感測器 106可發射共鳴共振或交感振动(指一種諧波現象，其中以前被動之弦或振動體對外部振動作出回應，該弦或振動體具有與該等外部振動的諧波相似性)。
此等交感振動可在刺激頻率下發生，亦在自3 GHz基音得到的泛音或旁瓣中發生。若調諧共振組件(調諧RF共振組件 108)已調諧為在2 GHz下共振，則當調諧共振組件由2 GHz RF信號刺激時，該調諧共振組件將如所描述般發射交感振動。此等交感振動將在刺激頻率下發生以及在自2 GHz基音得到的泛音或旁瓣(在工程學中，指天線或其他輻射源之遠場輻射場型的局部最大值，該等局部最大值並非主瓣)中發生。許多額外之調諧共振組件可位於RF發射器近側。RF發射器可被控制為首先發射2 GHz 聲脈波、接著發射3 GHz 聲脈波、再接著發射4 GHz 聲脈波等等。頻率不同且不斷增加的該一連串聲脈波可被稱為「啁啾」。
輪胎主體內的相鄰輪胎簾佈層(諸如彼此接觸之輪胎簾佈層)，諸如圖 5至 7中大體上所示的輪胎簾佈層，可具有碳基微結構的不同之濃度水準或組態以界定結合於該(指各別)輪胎主體簾佈層及/或胎面層中的感測器以在不同頻率下共振，該等頻率彼此非諧波。亦即，非諧波簾佈層可確保相對於其他者對特定輪胎主體簾佈層及/或胎面層(或其他表面或材料)的不同且可易於識別的偵測，其中由諧波導致(或以其他方式與諧波相關聯)之信號干擾所致的困惑的可能性最低。
收發器 114(及/或共振器，圖 1中未示出)可經組態以將發射的RF信號 110傳輸至調諧RF共振組件 108中的任何一或多者，來以數位方式識別來自調諧RF共振組件 108中之任何一或多者的返回的RF信號 112的頻移及/或衰減。此類「返回」信號 112可被處理為數位資訊，該數位資訊可以電子方式傳送至載具中央處理單元 116，該載具中央處理單元與載具感測器資料接收單元 118及/或載具致動器控制單元 120交互，該載具感測器資料接收單元及/或載具致動器控制單元基於所接收到之感測器資料來發送另外的載具效能相關信號。返回信號 112可至少部分地控制致動器 122。亦即，載具致動器控制單元 120可控制致動器 122以根據自載具感測器資料接收單元 118接收到的關於由與收發器 114通信之調諧RF組件指示的載具組件磨損或退化的回饋來操作門、窗戶、鎖 124、發動機控制件 126、導航/抬頭顯示器 128、懸架控制件 129及/或機翼裝飾件 130中的任何一或多者。
在監測返回的RF信號 111之行為(諸如頻移及/或衰減)時偵測到道路碎屑及惡劣天氣條件可能會例如導致致動器 122觸發懸架控制件 129的對應變化。此類變化可例如包括使懸架設置變軟以適應在道路碎屑上駛過，而之後收緊懸架設置以適應在大雨(及因此低牽引)條件期間行駛可能需要的增強的載具回應性。藉由載具致動器控制單元 120進行的此類控制之變體有很多，其中可藉由收發器偵測載具外部的任何可設想到的條件(如由發射的RF信號 110及/或返回的RF信號 112之頻移及/或衰減展現)。
形成所描述之感測器的任何調諧RF共振組件 108可經調諧以在被刺激時在特定頻率下共振，其中經界定之頻移(由碳基微結構導致)可形成指示感測器結合於其中的材料或材料之條件的一或多個信號特徵。
返回的RF信號 112中之頻移(諸如信號特徵中所示的頻移)的時間方差或偏差(TDEV) (指相位之時間穩定性 x對量測時脈源之觀察間隔 τ；時間偏差因此形成用於指示信號源之時間不穩定性的標準差類型之量測)可對應於感測器之環境的時間方差變化及/或感測器自身的時間方差變化。因此，信號處理系統(諸如載具中央處理單元 116、載具感測器資料接收單元 118及/或載具致動器控制單元 120等中的任何一或多者)可經組態以根據TDEV原理來分析與感測器相關聯的信號(諸如發射的RF信號 110及返回的RF信號 112)。此類分析(諸如特徵分析)之結果可遞送至載具中央處理單元 116，所述載具中央處理單元(繼而)可將命令傳送至載具致動器控制單元 120以採取適當的回應動作。在一些組態中，致動器 122採取之此類回應動作可涉及至少一些人類駕駛員輸入，而在其他組態中，載具狀況偵測系統 100可完全以自含式方式起作用，藉此允許如此裝備之載具解決它們在完全無人駕駛情況下出現的組件效能問題。另外，載具中央處理單元 116可與一或多個上游組件 113(例如，容納於固定區域中的與賽車應用程式相關聯的計算設備)及/或負責採集及/或處理與調諧RF共振組件 108相關聯之所有資料的賽車任務控制單元 119以電子方式通信。
圖 2繪示根據一個實施例之信號處理系統 200，該信號處理系統分析發射及/或返回的RF信號，藉由由含碳之調諧RF共振材料形成的感測器對該等RF信號進行頻移及/或衰減。視情況地，信號處理系統 200可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，信號處理系統 200可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖 2示出信號處理系統 200的方塊圖，該信號處理系統可包括表面感測器 260及嵌入式感測器 270，以上任何一或多者可與其他者就如此裝備之載具(指裝備有面感測器 260及嵌入式感測器 270的載具)的環境變化 250以電子方式通信。信號處理系統 200亦可包括收發器 214、特徵分析模組 254及載具中央處理單元 216，以上任何一或多者可與其他者進行電子通信。
在一些實施方式中，嵌入式感測器 270(其可嵌入於諸如輪胎簾布層之材料內)可採用自供電遙測及/或藉由自供電遙測供電，該自供電遙測包括亦結合於圍封各別感測器之材料內的摩擦能量發生器(圖 2中未示出)。因此，摩擦能量發生器可藉由收集積聚在例如旋轉中的輪胎或車輪與其接觸的鋪面之間的靜電荷來產生可用電流及/或電力，以對共振電路供電(將在本文中更詳細地描述)，該共振電路隨後可共振來以已知頻率發射RF信號。因此，安裝在外部之收發器單元(諸如安裝於載具之每個輪艙內的收發器單元)可發射RF信號，該等RF信號藉由共振電路進一步傳播，該等共振電路在此組態中係摩擦供電的且嵌入於輪胎主體之簾布層中。同樣地接收所發射的信號的頻移及/或幅度衰減，且例如藉由特徵分析模組 254及/或載具中央處理單元 216來進行分析。
自供電遙測(指收集在遠處或不可接近之點處的量測值或其他資料及將量測值或其他資料自動傳輸至接收設備以進行監測)可結合於載具輪胎中。如本文所述，自供電遙測包括利用輪胎內部之摩擦電荷產生、儲存該電荷及隨後將儲存之電荷放電到共振電路或通過共振電路，以利用在共振電路(指由字母L表示之電感器與字母C表示之電容器連接在一起而組成的電路，該電路用於以特定之一或多個頻率產生RF信號)之放電期間發生的「振鈴」(指負責RF信號之進一步發射的共振電路的振蕩)。
通常，可在當前揭示之載具組件磨損偵測系統的兩種可能組態中之一者中提供聲脈波刺激，包括依賴於藉由位於輪胎(或意欲用於監測關於不斷使用造成之磨損的其他載具組件)外部(諸如結合於如此裝備之載具的每個輪艙內)的刺激源(諸如習知收發器)產生的信號或「聲脈波」；或使用輪胎內(指亦嵌入於輪胎簾布層中，與具有碳基微結構之感測器類似)摩擦能量發生裝置，該等摩擦能量發生裝置收集自旋轉中之車輪及/或輪胎與其接觸之地面或鋪面之間的原本會被浪費掉的摩擦能得到的摩擦能量。摩擦學，如通常理解及在此提及的，意指對在相對運動中相互作用之表面的科學及工程研究。此類摩擦能量發生裝置可為輪胎內共振裝置提供電力，該等輪胎內共振裝置繼而進行自發射輪胎性質遙測。
上面討論之兩個「聲脈波」刺激發生器或提供者中的任一者均可具有自約10至99 GHz的複共振頻率(CRf)分量(例如，由於石墨烯薄片等小尺寸結構的共振頻率)以及由於所討論之輪胎內共振的尺寸相對較大而具有KHz範圍內之較低頻率共振。通常，CRf可等同於彈性體組分固有共振頻率、碳組分固有共振頻率、構成組分之比率/整體及輪胎內共振裝置之幾何形狀的函數。
信號處理系統 200用於在由碳基微結構形成之感測器被刺激時分析信號特徵(藉由以數位方式觀察發射之RF信號 210及/或返回之RF信號 212中的任何一或多者的頻移及/或衰減來定義)。由於刺激，在一個啁啾/聲脈波頻率下振共的啁啾信號感測器藉由在其對應之調諧頻率下共振或在其對應之調諧頻率附近共振、使發射頻率偏移及/或使發射信號之振幅衰減來作出「回應」。當在發射啁啾/聲脈波時發生環境變化(諸如導致輪胎主體簾布層及/或胎面層磨損的環境變化)時，可監測「返回」信號之調變變化--比調諧頻率高或低。因此，收發器 214可經組態以接收返回之RF信號 212，該等返回之RF信號表示它們探測之表面，等等。
當然，應同樣理解，儘管圖 1至圖 18之背景主要涉及裂環共振器之汽車應用，但此類教示亦可同樣適用於本文中詳述之其他場景及行業(包括混凝土、材料科學、航空航天、無人機及飛行載具、採礦材料、石油工業組件等)。因此，本文關於汽車(明確而言，及輪胎)之教示可在此等其他行業之背景下應用，其中一些將在下文更詳細地描述。
前述啁啾/聲脈波信號可藉由收發器 214發射(諸如藉由聽不見之RF信號、脈衝、振動及/或類似傳輸)。此外，「返回」信號可由收發器 214接收。如圖所示，啁啾信號可以啁啾(諸如發射之RF信號 210)之重複序列來發生。例如，啁啾信號序列可由包括1 GHz聲脈波、接著2 GHz聲脈波、再接著3 GHz聲脈波等等之模式形成。整個啁啾信號序列可連續地整體重複。在各個聲脈波之間可具有短暫時間段，使得可在聲脈波結束之後即刻接收到來自共振材料的返回信號(返回之RF信號 212)。替代地或另外地，對應於聲脈波刺激之信號與觀察到之「回應」的信號可同時出現及/或沿著同一條一般路徑或路線出現。特徵分析模組可採用數位信號處理技術來將觀察到之「回應」的信號與聲脈波信號區分開。在返回之回應包括跨越多個不同頻率(諸如泛音、旁瓣等)之能量的情形中，可使用陷波濾波器來對刺激進行濾波。由收發器接收的返回信號可被發送至特徵分析模組 254，該特徵分析模組繼而可將經處理信號發送至載具中央處理單元 216。前文對圖 2之討論包括討論由含碳之調諧共振材料形成的感測器且亦可指感測積層。
所揭示之感測器可結合於輪胎層中，例如，包括可在輪胎簾布層內之額外碳纖維層之間有間隙地成層的樹脂層。每一層含碳樹脂可不同地配製以在不同的預期或所要的調諧頻率下共振。可關於對應之分子組成來描述材料共振之物理現象。例如，具有第一經定義結構(諸如第一分子結構)的層將在第一頻率下共振，而具有第二不同分子結構的層可在第二不同頻率下共振。
具有特定分子結構且包含在層中的材料在該層處於低能態時將在第一調諧頻率下共振，而當該層中之材料處於感應的較高能態時將在第二不同頻率下共振。例如，當該層處於自然的、未變形的、低能態時，展現出特定分子結構之層中的材料可被調諧為在3 GHz下共振。相反地，當該層自其自然的、未變形的、低能態至少部分變形時，該同一個層可在2.95 GHz下共振。結果，可調整該現像以適應以高保真度及準確度偵測例如與路面(諸如鋪面)接觸且在某一局部接觸區域處經歷增強之磨損的輪胎表面的甚至最微小之異常。即使在時間敏感之比賽日條件下，在要求苛刻之賽道(指具有急轉彎及快速海拔變化的高技術、多風賽道)上比賽的賽車亦可自此類局部輪胎磨損或退化資訊中受益，藉此做出明智的輪胎更換決定。
可參看圖 24B1至圖 24B2來示出及討論上文所述之頻移現象(諸如以3 GHz之頻率共振轉變為以2.95 GHz之頻率共振)，將在下文對此進行討論。
被調諧為在被RF信號探測時展現出特定共振頻率的含碳材料(諸如包括碳基微結構的含碳材料)可藉由調整構成該等材料之特定化合物以具有特定電阻抗來進行調諧而展現出特定共振曲線。不同的電阻抗繼而對應於不同的頻率回應曲線。
阻抗描述了交流(AC)電流流過元件的難度。在頻域中，歸因於表現為電感器之結構，阻抗為具有實部及虛部的複數。虛部為有感電抗(電路元件由於該元件之電感或電容而對電流流動的反作用；對於所施加之相同電壓，較大的電抗導致較小的電流)分量X L，該有感電抗分量基於頻率 f及特定結構之電感L： (方程1)
隨著接收頻率的增加，電抗亦增加，使得在某個頻率臨限值處，發射信號之量測強度(振幅)可能會衰減。電感L受材料之電阻抗Z的影響，其中Z與磁導率μ及電容率ε等材料性質有關，關係如下： (方程2)
因此，材料性質之調整改變電阻抗Z，如此影響了電感L，因此影響電抗X L。
具有不同電感的含碳結構可展現出不同的頻率回應(當用於為前述系統創建感測器時)，諸如由Anzelmo等人在2019年10月1日發佈的標題為「Carbon and Elastomer Integration」的美國專利第10,428,197號中揭示的含碳結構，該專利以全文引用之方式併入本文中。亦即，具有高電感L (基於電阻抗Z)的含碳結構將在比具有較低電感之另一種含碳結構更低的頻率下達到特定電抗。
在配製將要調整到特定電阻抗的化合物時，亦可能要考慮磁導率、電容率及電導率等材料性質。此外，觀察到，當該結構處於張力誘導條件下時，諸如當該結構輕微變形(諸如，藉此稍微改變結構之物理特性)時，第一含碳結構將在第一頻率下共振，而第二含碳結構將在第二頻率下共振。
可在第一頻率下共振的示例含碳結構(例如，如圖 18A至圖 18Y中所示)，可能與包括電容器C 1及電感器L 1的等效電路相關。頻率f 1由以下方程給出： (方程3)
含碳之結構的變形可繼而改變該結構的電感及/或電容。該等變化可能與包括電容器C 2及電感器L 2的等效電路相關。頻率f 2由以下方程給出： (方程4)
圖 3示出根據一個實施例之特徵分類系統 300。視情況地，特徵分類系統 300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，特徵分類系統 300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
特徵分類系統 300處理自由含碳之調諧共振材料形成的感測器接收的信號。特徵分類系統 300可在任何物理環境或天氣條件下實施。圖 3係關於將調諧共振感測材料結合於汽車組件中以對藉由安裝於載具中之感測器偵測、分類及/或自該等感測器接收到的信號(諸如特徵)進行分類。在操作 302中，傳輸所選聲脈波頻率之聲脈波信號。可藉由任何已知技術來執行聲脈波信號產生機制及聲脈波傳輸機制。例如，發射器模組可產生3 GHz之選定頻率，且使用一根或多根天線來輻射該信號。調諧天線(諸如安裝於任何一或多個輪艙或載具上及/內)的設計及位置可對應於任何調諧天線幾何形狀、材料及/或位置，使得聲脈波之強度足以在附近的感測器中誘發(RF)共振。若干調諧天線設置於在對應感測器附近的結構構件上或內。因此，當附近的表面感測器受到聲脈波刺激時，其可能會以某特徵來共振。可接收(在操作 304中)該特徵且將其儲存於包括接收到之特徵 310的資料集中。可在一個循環中重複傳輸聲脈波接著接收特徵的序列。
可在迭代通過循環過程中改變聲脈波頻率(操作 308)。因此，當在循環中執行操作 304時，操作 304可儲存特徵 312，包括第一特徵 312 1 、第二特徵 312 2 、直至第N個特徵 312 N。迭代次數可由決策 306控制。當採用決策 306之「否」分支時(諸如當沒有其他額外聲脈波要發射時)，則可將接收到之特徵提供(在操作 314中)至數位信號處理模組(諸如，圖 2中所示之特徵分析模組 254的實例)。數位信號處理模組對照一組校準點 318對特徵分類(操作 316)。校準點可經組態以對應於特定聲脈波頻率。例如，校準點 318可包括可對應於在3 GHz附近之第一聲脈波及第一返回特徵的第一校準點 320 1 、可對應於在2 GHz附近之第二聲脈波及第二返回特徵的第二校準點 320 2 ，及對於任何整數值「N」個校準點以此類推(直至第N個校準點 320 N )。
在操作 320中，將已分類信號送至載具中央處理單元(諸如圖 1之載具中央處理單元 116)。已分類信號可藉由載具中央處理單元 116中繼至托管電腦化資料庫的上游儲存庫，該電腦化資料庫經組態以托管及/或運行機器學習演算法。因此，可捕獲與信號、已分類信號及信號回應相關的大量刺激，用於後續之資料聚合及處理。提供給定之一組感測量測值，可在計算上使資料庫作好準備，指「經過訓練」，該組感測量測值可能與有關於載具效能的狀況或診斷(諸如重複使用導致之輪胎退化)相關。倘若在載具操作期間機翼組件之特定部分的量測偏轉(諸如氣壓)不同於機翼組件之不同部分的量測偏轉(諸如氣壓)，則可能的診斷可為一個輪胎充氣不足且因此致使載具行駛高度不一致，導致越過載具、在載具上及/或周圍的氣流展現出相稱的不一致性，如藉由機翼組件之偏轉所偵測到。亦可藉由機器學習系統判定其他潛在狀況或診斷。可將該等狀況及/或診斷及/或支援資料傳回載具以完成回饋環路。載具中之儀表提供可被操作(諸如由駕駛員或工程師)的視覺化。
圖 4繪示根據一個實施例之一系列輪胎狀況參數，該等輪胎狀況參數係自含碳調諧RF共振材料之各個層的RF共振變化中感測到。
圖 4繪示根據一個實施例之一系列輪胎狀況參數 400，該等輪胎狀況參數係自含碳調諧RF共振材料之各個層的RF共振變化中感測到。視情況地，輪胎狀況參數 400可在任何先前及/或後續之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，輪胎狀況參數 400可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖 4示出與將調諧共振感測材料結合於汽車組件(諸如輪胎)中有關的各種物理特性或態樣(輪胎狀況參數 400)。此處，該圖係關於解決可存活感測器在輪胎(包括非充氣輪胎以及充氣輪胎)中之部署而呈現。輪胎之構造可對應於子午線輪胎、斜交簾布輪胎、無內胎輪胎、實心輪胎、失壓續跑輪胎等。輪胎可用於任何種類之載具及/或與載具有關的設備及/或配件中。此類載具可包括飛機、全地形車、汽車、建築設備、自卸卡車、推土機、農用設備、叉車、高爾夫球車、收割機、起重車、輕便摩托車、摩托車、越野車、賽車、騎乘式割草機、拖拉機、拖車、卡車、輪椅等。除了或替代所呈現之載具之外，輪胎亦可用於非機動車、設備及配件，諸如自行車、三輪車、獨輪車、割草機、輪椅、手推車等。
圖 4所示之參數僅作為示例，且其他變體可能存在或以其他方式作好準備以達成許多可設想到之最終使用場景的特定之所要效能特性，包括被設計為提供增加之持久性(可能以道路附著力為代價)的卡車輪胎或被設計為提供最大道路附著力(可能以使用期限為代價)的軟質賽車輪胎。
各種碳結構可按不同配方與整合於輪胎中之其他非碳材料一起使用，隨後進行機械分析以判定各別之輪胎特性。此等特性中之一些可藉由直接測試憑經驗來判定，而其他特性係基於量測及資料外推來判定。例如，滾動均一性可藉由感測當輪胎在諸如輥等均一表面上滾動時的力變化來判定，而胎面使用壽命則基於短期磨損試驗，對該短期試驗之結果進行外推以得到預測的胎面使用壽命值。
可量測更多輪胎特性，但此等量測技術中之一些可能會對輪胎在實體上造成破壞，因此在輪胎之使用壽命中的所要時間點時量測。相反地，使用嵌入於輪胎中的可存活感測器允許在輪胎之整個使用壽命期間進行此類原本係破壞性的量測。例如，基於對嵌入於輪胎中的感測器進行探測的RF信號對回應信號的偵測可用於此類感測。此外，如本文所討論，輪胎之每個主體簾布層及/或胎面層包括經調諧以在特定頻率下共振的耐用(亦被稱為「可存活」)感測器。
輪胎中使用的簾布層可經配製以將含碳結構與其他材料結合以達成展現出所要效能(諸如操控性及持久性)特性的特定材料組成。可對特定材料組成之自然共振頻率(或多個頻率)進行頻譜分析以形成該等特定材料組成的頻譜曲線。該頻譜曲線可用作該材料之校準基線。當輪胎之主體簾布層及/或胎面層經歷變形時，該頻譜曲線改變，該等頻譜曲線變化可用作額外校準點(諸如校準點 318)。許多此類校準點可藉由測試產生，且此類校準點可繼而用於量測變形。
對頻譜回應之分析導致許多輪胎參數的定量量測。可根據特徵分析判定之輪胎參數例如可包括胎面使用壽命 422、在第一溫度下之操控 428、在第二溫度下之操控 426、在第一溫度下之滾動經濟性 430、在第二溫度下之滾動經濟性 432、滾動均一性 436及制動均一性 438。
回應，諸如基於自嵌入於輪胎簾布層中之材料中的感測器接收到的返回聲脈波信號在頻譜上表示之回應，可表示觀察到的變形。亦即，某種類型之輪胎變形將與某種類型之特定回應對應，使得可在回應或回應類型與退化類型之間建立映射。此外，當輪胎經歷原位變形時輪胎之頻譜回應的時變變化可用於判定許多環境條件。在使用多個簾布層建構之輪胎中，每個主體簾布層及/或胎面層可經配製以展現出特定的調諧頻率或頻率範圍。例如，圖 5(下文示出)示出用於由多個簾布層建構輪胎的示意圖，該多個簾布層中之每一者具有不同的特定調諧頻率或頻率範圍。
圖 5繪示根據一個實施例之設備的示意圖 500，該設備用於藉由自單獨且獨立之反應器選擇含碳調諧RF共振材料以結合至單個輪胎總成之主體中來調整輪胎之多個簾布層。視情況地，示意圖 500可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示意圖 500可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
示意圖 500可用於藉由選擇含碳調諧共振材料來結合於輪胎總成或結構中來對輪胎之多個主體簾布層及/或胎面層進行微調或調整，該輪胎總成或結構可在任何環境中實施。圖 5示出如何將不同碳混合到輪胎複合調配物中，該等輪胎複合調配物繼而組裝到多簾佈層輪胎中。所得多簾布層輪胎展現出各種共振敏感及頻移特性。
多個反應器(諸如，反應器 552 1 、反應器 552 2 、反應器 552 3 及反應器 552 4 )各自產生(或以其他方式輸送或提供)特定碳添加劑/填料到網路中，該網路經調整以得到特定的經定義頻譜曲線。碳添加劑(諸如第一調諧碳 554、第二調諧碳 556、第三調諧碳 558及第四調諧碳 560)可與其他(碳基或非碳基)複合材料 550混合。可使用任何已知技術來混合、加熱、預處理、後處理或以其他方式將特定碳添加劑與其他複合材料組合。呈現混合器(諸如，混合器 562 1 、混合器 562 2 、混合器 562 3 及混合器 562 4 )係為了展示可如何將不同之調諧碳引入輪胎的各種組件中。用於輪胎組裝之其他技術可涉及其他建構技術及/或包括輪胎之其他組件。可使用用於多簾布層輪胎的任何已知技術。此外，特定主體簾布層及/或胎面層(諸如一組主體簾布層及/或胎面層 568，包括主體簾布層及/或胎面層 568 1 、主體簾布層及/或胎面層 568 2 、主體簾布層及/或胎面層 568 3 及主體簾布層及/或胎面層 568 4 )的頻譜曲線可基於特定主體簾布層及/或胎面層配方的特性來判定。例如，基於刺激及回應特性，第一主體簾布層及/或胎面層配方(諸如，主體簾布層及/或胎面層配方 564 1 )可展現出第一頻譜曲線，而第二主體簾布層及/或胎面層配方(諸如，主體簾布層及/或胎面層配方 564 2 )可展現出第二頻譜曲線。
所得的不同配方(諸如，主體簾布層及/或胎面層配方 564 1 、主體簾布層及/或胎面層配方 564 2 、主體簾布層及/或胎面層配方 564 3 及主體簾布層及/或胎面層配方 564 4 )在形成為輪胎總成 566的不同之主體簾布層及/或胎面層中使用，該主體簾布層及/或胎面層中之每一者展現出對應的頻譜曲線。
圖 6繪示根據一個實施例之多組示例條件特徵 600，該多組示例條件特徵可自由多層含碳調諧RF共振材料形成之新輪胎發射。視情況地，示例條件特徵 600可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示例條件特徵 600可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
圖 6示出自由多層含碳調諧共振材料形成之輪胎發射的第二組示例條件特徵 600。示例條件特徵 600或其任何態樣可在任何環境中發出。圖 6示出新輪胎的多個主體簾布層及/或胎面層(諸如，主體簾布層及/或胎面層#1、主體簾布層及/或胎面層#2及主體簾布層及/或胎面層#3)。術語「簾布層」，如在本示例及別處參考任何一或多個所呈現之實施方式使用，可指輪胎主體內的簾布層或層，或者輪胎胎面的遠離輪胎主體沿徑向向外突出的層，該層意欲用於與硬鋪面或對於越野輪胎與地面接觸)。在一個實施例中，第一主體簾布層及/或胎面層可用調諧碳來配製(指用特定配方來製作)，使得第一主體簾布層及/或胎面層在以1.0 GHz 聲脈波刺激(諸如，第一聲脈波 602)刺激時在1.0 GHz下共振。類似地，第二主體簾布層及/或胎面層用調諧碳來配製，使得第二主體簾布層及/或胎面層在以2.0 GHz聲脈波刺激(諸如，第一聲脈波 604)刺激時在2.0 GHz下共振。此外，第三主體簾布層及/或胎面層用調諧碳來配製，使得第三主體簾布層及/或胎面層在以3.0 GHz 聲脈波刺激(諸如，第三聲脈波 606)刺激時在3.0 GHz下共振。如由第一回應 608、第二回應 610及第三回應 614所示，所有三個主體簾布層及/或胎面層在其各別調諧頻率下具有回應性。
收發器天線可位於對應輪胎的輪艙中及/或上(及/或在裂環共振器附近的任何位置)。處理任何此類產生之回應信號的系統可經組態以與自其他表面(諸如載具之其餘非目標輪胎)產生的其他潛在回應區分開。例如，即使安裝於載具之右前輪上的右前輪胎可對自位於載具之左前輪艙中的收發器天線發射的聲脈波作出回應，來自右前輪胎之回應信號與來自載具之左前輪胎的回應信號相比將顯著地衰減(且因此被識別出)。在各種實施例中，收發器天線之定位可在裂環共振器數英吋內，或根據需要可為5至10米(或甚至更遠)。此類定位可隨著發射器接收器之功率而變。
當收發器天線位於對應輪胎之輪艙中時，來自對應輪胎的回應將相對於聲脈波刺激而衰減。例如，來自對應輪胎之回應將相對於聲脈波刺激衰減9分貝(–9 dB)或更多，或可相對於聲脈波刺激衰減18分貝(–18 dB)或更多，或可相對於聲脈波刺激衰減36分貝(–36 dB)或更多，或可相對於聲脈波刺激衰減72分貝(–72 dB)或更多。在某些情況下，聲脈波信號發生器被設計為與位於輪艙中之收發器天線組合以致使對應輪胎之聲脈波回應衰減不超過75 dB (–75 dB)。
圖 7繪示根據一個實施例之多組示例條件特徵 700，該多組示例條件特徵可自由多層含碳調諧RF共振材料形成之新輪胎發射。視情況地，示例條件特徵 700可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示例條件特徵 700可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，第三組示例條件特徵 700係在一些含碳調諧共振材料磨損之後自輪胎發射。視情況地，示例條件特徵 700或其任何態樣的一或多個變體可在本文描述之實施方式的架構及功能之背景下實施。示例條件特徵 700或其任何態樣可在任何環境中發出。
在此示例中，輪胎已磨損。更具體而言，最外面的主體簾布層及/或胎面層已完全磨損。因此，1.0 GHz之聲脈波刺激不會導致來自最外面的簾布層的回應。此在圖表中被示出為第一回應衰減 702。隨著輪胎繼續經歷胎面磨損，來自下一個主體簾布層及/或胎面層的聲脈波回應及來自下一個連續主體簾布層及/或胎面層的聲脈波回應等等將會衰減，該衰減可用於量測輪胎之總胎面磨損。替代地，在所有簾布層中可使用相同的調諧碳。可基於自輪胎返回的信號特徵來判定輪胎之胎面磨損以及其他指示。
圖 8繪示根據一個實施例的包括兩個同心裂環共振器之示例裂環共振器(裂環共振器)組態的自頂向下示意圖 800。視情況地，自頂向下示意圖 800可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，自頂向下示意圖 800可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖 8為兩個層之俯視圖，其中每個層承載一裂環共振器(裂環共振器)，例如，形成包括兩個同心裂環共振器的示例裂環共振器(裂環共振器)組態。如本文所使用，裂環共振器(裂環共振器)由設置於介電基板上的一對同心環組成，其中每個環具有狹縫(例如，歸因於印刷圖案)。當藉助時變磁場激發裂環共振器陣列時，該結構表現為在裂環共振器共振點周圍的窄帶中具有負有效磁導率的有效介質。許多幾何形狀為可能的，例如，使得選擇各個裂環共振器之間的尺寸及/或間距，包括尺寸「a」、「r」及/或「c」，以達成特定之對應頻譜回應。例如，「a」可約為1 mm，「r」可為2 mm，且「c」可約為0.6 mm。此等尺寸可對應於產生所要及/或預期頻譜回應，例如，導致相對較寬及/或較廣的信號回應而非窄及/或陷波回應，藉此促進改良之頻譜分析，導致在使用頻譜分析工具(諸如頻譜分析儀)中提高成本效率。另外地或替代地，可進一步調整任何尺寸以達成特定的所要最終結果目標，例如，與越野應用相比在賽車場中的應用等。在一個實施例中，特定幾何形狀可涉及同心環之間的間隙。此類間隙可產生電容，該電容與該對同心環中固有的電感相結合，引起整體共振的變化。
可印刷的、薄片導向的、圓柱型的裂環共振器設計可由任何導電材料構建，包括金屬、導電非金屬、介電材料、半導體材料等。除了基於對導電材料之選擇及/或處理來進行調整之外，裂環共振器亦可藉由改變幾何形狀來進行調整，使得相應地調整有效電容率。隨著裂環共振器之幾何形狀而變的有效電容率在方程5中給出。 (方程5) 其中 a為圓柱體的間距，ꙍ為角頻率，μ0為自由空間的磁導率，r為半徑， d為同心導電片的間距， l為堆疊長度， c為環厚度，且σ為圍繞圓周量測的薄片之單位長度電阻。
在一些情況下，可使 a值(例如，圓柱形裂環共振器之圓柱體的間距)相對較小，使得同心環吸收相對窄之頻率範圍內的EM輻射。在其他情況下，可使 a值相對較大，使得同心環各自吸收相隔較寬範圍之頻率的EM輻射。在一些情況下，不同尺寸之裂環共振器可設置於輪胎的不同表面上。在一些情況下，設置於輪胎之不同表面上的不同尺寸之裂環共振器可用於量測輪胎狀況(例如，溫度、老化、磨損等)。
在一些實施例中，形成裂環共振器的材料為複合材料。每個裂環共振器皆可經組態以對EM刺激作出任何特定的所要調諧回應。至少因為裂環共振器被設計為模擬原子的共振回應(但在更大規模下，且在更低頻率下)，與原子相比，更大規模之裂環共振器允許對共振回應進行更多的控制。此外，裂環共振器比自然界中發現的鐵磁材料更具回應性。裂環共振器之顯著磁回應與較重的天然材料相比具有顯著優勢。
圖 9繪示根據一個實施例的示意圖 900，示出了用於經由基於阻抗之頻譜學來進行輪胎磨損感測的完整輪胎診斷系統及設備。視情況地，示意圖 900可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示意圖 900可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，輪胎(諸如填充有空氣或氮氣(N 2)之充氣橡膠輪胎)的示意圖 900可包括傳統輪胎組件，包括主體 920、內襯 912、胎圈填充區 922、胎圈 916、一或多個带束层 904、 906、 908及 910、胎面 902及基於阻抗的頻譜學磨損感測印刷電子器件 918(替代地，包括碳基微結構的感測器，其中信號頻移及衰減藉由嵌入於帶束層 904– 910中之任何一或多者內的共振器來監測)。
如此處所示，無線應變感測器可放置於內襯之表面上或側上(或嵌入於其中)以為了汽車安全而監測輪胎狀況(諸如偵測受損輪胎)。輪胎變形或應變監測可(間接)提供代表輪胎與接觸路面之間的摩擦程度的資訊，該資訊隨後可用於最佳化汽車輪胎控制系統。可基於共振感測器平台將輪胎資訊無線地傳輸至位於輪艙中(及/或裂環共振器附近的任何位置)的接收器。應了解，接收器可潛在地位於對射頻(無線)信令並非不透明的任何地方。
圖 10繪示根據一個實施例的與經由遙測術傳送至導航系統中之輪胎資訊以及用於製造印刷碳基材料的設備有關的示意圖 1000。視情況地，示意圖 1000可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示意圖 1000可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，示意圖 1000示出了用於提供輪胎磨損相關資訊的系統，該輪胎磨損相關資訊經由遙測術傳送至導航系統及用於製造印刷碳基材料的設備中。示意圖 1000可與當前揭示之系統、方法及材料中的任何一或多者(諸如包括碳基微結構的感測器)一起起作用，因此省略對其之冗餘描述。阻抗譜法，亦稱為電化學阻抗譜法(EIS)，係指一種阻抗轉換方法，涉及在測量樣品時在很寬的頻率範圍內應用正弦電化學擾動(電勢或電流)，例如感測器，包括結合在輪胎 1002的一個或多個輪胎帶束層內的碳基微結構。印刷碳基共振器 1004可結合於一或多個輪胎組件(諸如輪胎帶束層)內，其中每個印刷碳基共振器 1004具有所示之大體橢圓形組態或經定制以達成特定之所要共振性質的某一其他形狀或組態，該等所要共振性質適合於經由監測頻移及/或衰減(諸如指示具有約1.0 GHz之自然共振頻率的輪胎主體簾布層及/或胎面層之磨損的第一回應衰減)來進行有效及準確之載具組件磨損偵測。
能夠形成印刷碳基共振器 1004之輥總成 1010包括碳基微結構及/或微結構材料(諸如石墨烯)的儲存庫 1012(諸如大桶)、網紋墨輥 1014(係指硬質圓筒，通常由鋼或鋁芯建構，鋼或鋁芯被表面含有數百萬個極小凹坑(被稱為細胞)的工業陶瓷塗佈)、印版圓筒 1016及壓印圓筒 1018。在操作中，自儲存庫 1012提取的石墨烯可藉由輥總成 1010中的輥輥壓、壓制、拉伸或以其他方式製作為印刷碳基共振器 1004。示意圖 1000起作用可能不需要印刷碳基共振器 1004的配准(指對準)。
因此，前述特征之任何組合可用於製造具有共振器(係指實際或「等效」共振槽)、LC及/或共振電路的輪胎，其中含碳微結構自身可回應於來自收發器及/或來自藉由先進能源提供之能量的發射RF信號而共振，使得設置於輪胎之任何一或多個組件(諸如胎面、一或多個簾布層、內襯等)中或上的其他感測器可展現出頻移或信號衰減性質或行為。所描述之共振器不一定需要體現為實際電路及/或積體電路(IC)。所描述之共振器可簡單地實現為調諧含碳微結構，因此避免當在可分解材料(諸如輪胎胎面層)中實施傳統離散電路時可能出現的常見劣化問題。此類共振器可回應於外部提供之「聲脈波」(諸如由位於載具之輪艙中的收發器提供的聲脈波)而共振，或共振器可對因為被藉由任何變形或任何數量之電力或電荷發生器(諸如熱電發生器、壓電能量發生器、摩擦電能發生器等)促進的共同定位(係指在同一個輪胎胎面層內，但可能在該輪胎胎面層內的不同位置處)、自供電、自探測能力充電而作出回應。
在輪胎滾動或以其他方式經歷變形的任何時間，任何所述共振器(及其他共振器及/或共振電路)可經組態以發射及/或進一步發射振蕩RF信號(或其他形式之電磁輻射，取決於總體組態)。當載具輪胎因為使用(諸如公路或越野行駛)而經歷磨損時，與鋪面或地面(大地)接觸的輪胎胎面層可能會瞬間或隨著時間推移而經歷變形(諸如自被「擠壓」中觀察到的變形，係指露出之載具輪胎胎面層的多個部分在旋轉或滾動期間的至少部分變扁，及/或在轉動期間經歷之側向運動中觀察到的變形等等)，因此，所得信號頻移及/或衰減行為可能會依照此類「擠壓」而改變，因為相關聯信號可在一或多個已知振幅範圍內振蕩。另外地或替代地，在輪胎發生變形時，所觀察到之信號可在對應於特定共振器之已知頻率範圍內振蕩，允許在劣化發生時精確地且準確地識別發生之劣化的類型，而不是要求駕駛員、乘客及/或其他載具佔用者離開載具，在載具固定時觀察輪胎胎面狀況。此類頻移振蕩可作為已知頻率範圍內的兩個或更多個頻率之間的來回頻移而可被觀察到。
位於內襯之側上的具有無線能力之應變感測器(諸如表示可能由外部約束或載荷導致的在材料主體中的粒子之間的相對位移的變形之幾何量測)可為了汽車安全而監測輪胎狀況(諸如藉由偵測受損輪胎)。另外，輪胎變形或應變監測可間接提供與輪胎與路面之間的摩擦程度有關的資訊，該資訊隨後可用於最佳化汽車輪胎控制系統。可基於共振感測器(諸如阻抗譜法、IS、感測器)平台將此類輪胎資訊無線地傳輸至位於輪轂中的接收器(及/或收發器)。
圖 11繪示根據一個實施例的與經由遙測術傳送至導航系統中之輪胎資訊以及用於製造印刷碳基材料的設備有關的示意圖 1100。視情況地，示意圖 1100可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示意圖 1100可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，示意圖 1100可與用於經由簾布層印刷編碼判定載具輪胎磨損的基於共振序列號之數位編碼系統有關。基於共振序列號之數位編碼系統可與當前揭示之系統、方法及感測器結合及/或一起起作用。基於共振序列號之數位編碼系統經由簾布層印刷編碼提供對輪胎之數位編碼，且因此提供對輪胎(及相關效能指標)及使用概況的搖籃至墳墓(係指整個使用期限)跟蹤，而不需要在輪胎中存在易發生日常磨損的傳統電子裝置。
在一些實施方式中，經由輪胎胎面層印刷對輪胎進行共振序列號數位編碼可促進對輪胎及使用的搖籃至墳墓之輪胎跟蹤，而不一定需要在輪胎內存在電子器件。例如，與經由阻抗譜法完成之輪胎磨損感測一起，可將額外共振器以數位方式編碼至(例如)用於遙測跟蹤之序列號的一或多個印刷圖案上。因此，如此裝備之載具可跟蹤胎面磨損、行駛英里數(例如，總共)及輪胎年齡，而不需要射頻識別(RFID)技術。
與經由阻抗譜法(IS)及/或電化學阻抗譜法(EIS)進行輪胎磨損感測一起，可將額外共振器以數位方式編碼至印刷圖案上以提供用於基於遙測之輪胎效能跟蹤的可識別序列號。藉由遞增地印刷至主體簾布層及/或胎面層上，結合所討論之印刷碳基共振器的輪胎可能天生係序列化的。
圖 12繪示根據一個實施例的用於經由輪胎胎面層及/或主體簾布層印刷編碼對載具輪胎的基於共振序列號之數位編碼的示意圖 1200。視情況地，示意圖 1200可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示意圖 1200可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，序列號「6E」如圖所示編碼於印刷碳共振器的專門準備之陣列中，該共振器陣列經組態以根據「聲脈波」刺激-回應圖 1212來共振，藉此允許方便地且可靠地識別如此裝備之載具輪胎的該特定主體簾布層及/或胎面層。
圖 13示出根據一個實施例的共振機制 1300，該共振機制促成由不同的存在於近側之共振器類型產生的整體現象。視情況地，共振機制 1300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，共振機制 1300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，共振機制 1300可用於說明裂環共振器(裂環共振器)作為共振裝置之使用，該等共振裝置促成由不同的存在於近側之共振器類型產生的整體現象。該圖示出了輪胎之內表面 1301，其中內表面具有兩個裂環共振器(例如，裂環共振器 1303A及裂環共振器 1303B)，該等裂環共振器中之每一者形成電路組態 1305，該電路組態可經調整以使信號在特定頻率下衰減及/或在特定頻率範圍內衰減。在該實施例中，電路組態 1305示出為幾何圖案，該幾何圖案對應於大致圓形之裂環共振器；然而，替代電路組態可具有不同之幾何圖案(例如，圓柱形、橢圓形、矩形、橢圓形、正方形等)，因此，任何可設想到之幾何組態係可能的。可基於對幾何圖案之共振能力的影響來選擇幾何組態之變體。明確而言，且如圖所示，幾何圖案可包括具有各種聚集模式(例如，聚集模式 1306、聚集模式 1308及聚集模式 1310)的自組合碳基粒子，該等聚集模式中之任何一或多者可構成密集區 1304，該密集區可能會影響其中結合了碳基微結構的材料的共振效能。一種聚集模式及/或一系列聚集模式亦可能會影響其中結合了碳基微結構之材料的共振效能。
在各種組態中，碳基微結構可至少部分地由石墨烯形成。在此上下文中，石墨烯可指代碳之同素異形體，其形式為二維六方晶格中的單層原子，其中一個原子形成每個頂點。將多個此類六邊形晶格共同定位及/或並置為更複雜之結構引入了其他共振效應。例如，石墨烯之兩個薄片或小片的並置 1302可在其間在某一頻率下共振，該頻率取決於該等薄片或小片的長度、寬度、間距、厚度、間距形狀及/或其他物理特性及/或其相對於彼此的並置。
表1繪示了由整體效應導致之衰減的一個可能和弦。如表中所示，該等結構中之每一者具有對應於其尺度標記的不同共振頻域。 表 1: 整體效應示例
結構 尺度標記 共振頻域
印刷圖案(例如，裂環共振器幾何形狀) 宏觀尺度 較低的GHz
聚集模式 中尺度 較高的GHz
石墨烯片或小片的並置 微尺度 非常高的GHz
分子 奈米尺度 THz
任何數量之不同裂環共振器可印刷至輪胎表面上。此外，任何數量的不同大小之裂環共振器可印刷至輪胎之任何表面上。特定裂環共振器之材料及/或大小及/或其他結構或尺寸特性的選擇可用於控制該特定共振器裂環的共振頻率。可印刷一系列不同大小之裂環共振器，使得圖案對應於數位編碼值。經由電磁信號通信來刺激一系列不同大小之裂環共振器，例如，掃掠通過8GHz至9GHz或類似之範圍，且在返回之範圍內量測衰減回應，可能會導致可識別的經編碼序列號。許多不同之編碼方案係可能的，因此，表2之非限制性示例僅用於說明。 表 2 ：示例編碼方案
尺寸 (外徑) 1mm 2mm 2.5mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm
位元指派 8 7 6 5 4 3 2 1
經校準衰減點(GHz) 8.890 8.690 8.655 8.570 8.470 8.380 8.350 8.275
經編碼的6E裂環共振器模式 存在 存在 存在 存在 存在
經編碼的6E位元模式 0 1 1 0 1 1 1 0
經編碼的4E裂環共振器模式 存在 存在 存在 存在
經編碼的4E位元模式 0 1 0 0 1 1 1 0
經編碼的E1裂環共振器模式 存在 存在 存在 存在
經編碼的E1位元模式 1 1 1 0 0 0 0 1
圖 14為根據一個實施例之示例溫度感測器 1400，該示例溫度感測器包括一或多個當前揭示之裂環共振器。視情況地，示例溫度感測器 1400可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，示例溫度感測器 1400可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施方式中，示例溫度感測器 1400可包括具有多個輪胎簾布層之輪胎主體的部分 1402(例如，如圖 9所示)。示例溫度感測器 1400可偵測例如其中結合了示例溫度感測器 1400之輪胎簾布層的溫度 1408。在一個實施方式中，輪胎感測器可包括陶瓷材料 1404(例如，組織為基質)及一或多個裂環共振器 1406，諸如圖 8及本揭示案的其他地方所示)。一或多個裂環共振器 1406中之每一者可具有自然共振頻率(例如，如圖 16所示)，該自然共振頻率可回應於各別輪胎之彈性體性質變化或溫度變化中的一或多者而偏移。導電層 1410可與一或多個裂環共振器 1406之各別裂環共振器介電分離。在一些實施方式中，示例溫度感測器 1400可在未結合於輪胎中的情況下生產及運輸，使得可在之後結合於輪胎及/或輪胎簾布層內。
另外地，或在替代實施例中，示例溫度感測器 1400可結合於經組態以偵測載具中之輪胎應變(例如，如圖 16中所示)的系統(圖 14中未示出)中。該系統可包括設置於載具或載具組件中之一或多者上的天線(例如，如本揭示案中關於電磁信號之發射及/或傳播來討論的)。天線可經組態以輸出電磁聲脈波。該系統亦可包括具有由一或多個輪胎簾布層形成之主體(例如，如圖 9中所示)的輪胎。任何一或多個輪胎簾布層可包括裂環共振器(裂環共振器)，例如，如本揭示案中所討論。在一個實施方式中，每個裂環共振器可具有自然共振頻率，該自然共振頻率經組態以回應於各別之一或多個輪胎簾布層之彈性體性質(例如，可逆變形、應力及/或應變)的變化而成比例地偏移(例如，如圖 16中所示)。
在一些實施方式中，所描述之系統可用於偵測在與輪胎及/或載具(例如，汽車及卡車)有關之組態之外的材料之物理性質變化。例如，該系統可偵測飛機機翼及/或其他類型之機翼(例如，與太空船等相關聯)的表面溫度變化。此外，該系統可准許例如一或多個裂環共振器 1406在醫院環境中可移除地附著至患者身上，使得可在不使用習知熱感測器(例如，依賴於輻射熱傳遞技術等)的情況下獲得各別患者之體溫讀數。在任何此等示例以及其他示例中，此類系統可偵測與表面相關聯的物理性質。
在一個實施方式中，該系統可包括經組態以輸出電磁聲脈波的單個天線及一或多個撓性基板。每個撓性基板可包括第一側，該第一側包括設置於撓性基板上的複數個裂環共振器(裂環共振器)(例如，諸如一或多個裂環共振器 1406)。每個裂環共振器可具有自然共振頻率，該自然共振頻率可回應於各別一或多個輪胎簾布層之彈性體性質的變化而成比例地偏移(例如，如圖 16中所示)。彈性體性質可包括可逆變形、應力、應變或溫度中之一或多者。以此方式，該系統可產生吸收曲線(例如，指由天線輸出之電磁聲脈波的吸收現象之獨特變化)。該系統可包括與第一側相對定位的第二側。第二側可附接至表面。單個天線可分析與吸收曲線相關聯的資料且輸出物理性質的形貌。
圖 15為根據一個實施例的量測之共振特徵信號強度(以分貝dB計)相對於輪胎胎面層損失之高度(以毫米mm計)的曲線圖 1500。視情況地，曲線圖 1500可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，曲線圖 1500可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如此處所示，含碳微結構及/或微結構材料可以給定濃度水準或多個不同濃度水準(在一或多個輪胎胎面層中之每一者中)結合於感測器中或在一些組態中結合於一或多個輪胎胎面之整個層中以達成所示的獨特劣化曲線。亦即，如本文所述，量測共振特徵(指所述特定輪胎胎面層的識別「特徵」)可被一或多個RF信號「探測」以展現出如所示的該發射信號之衰減。
新輪胎胎面層可經組態以指示約0的信號強度(以分貝dB為單位量測)。該強度可與該輪胎胎面層之劣化程度成比例地改變。例如，輪胎胎面層(假定為與鋪面接觸之輪胎胎面層)的2 mm高度損失可與所示的量測共振特徵信號強度曲線對應。可在約9 dB之強度水準下量測6.7 GHz的「聲脈波」信號，依此類推。
因此，具有獨特濃度水準、化學性質、分散、分佈及/或類似者的含碳微結構可嵌入於輪胎胎面層中(或在一些情況下，放置於輪胎胎面層之一或多個表面上)以達成所示的獨特且易於識別的量測共振特徵信號強度。因此，此類系統之使用者可在行駛期間在輪胎胎面磨損發生時即刻獲知輪胎胎面磨損之確切程度及位置，而非被限制在載具處於固定狀態時觀察輪胎，該過程可能既耗時又繁瑣。
圖 16為根據一個實施例的量測共振特徵信號強度(以分貝dB計)相對於裂環共振器之自然共振頻率的曲線圖 1600，示出了與輪胎簾布層變形成比例的共振回應偏移。視情況地，曲線圖 1600可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，曲線圖 1600可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，曲線圖 1600示出根據一個實施例的量測共振特徵信號強度(以分貝dB計)相對於結合於輪胎胎面及/或胎面簾布層中的裂環共振器(裂環共振器)之自然共振頻率(例如，如本揭示案中所討論)。如此處所示，含碳及/或碳質微結構及/或微結構材料可以給定濃度水準或多個不同濃度水準(在一或多個輪胎胎面層中之每一者中)結合於感測器中或在一些組態中結合於一或多個輪胎胎面之整個層中以達成所示的獨特劣化曲線。亦即，如本文所述，量測共振特徵(指所述特定輪胎胎面層的識別「特徵」)可被一或多個RF信號「撞擊」以展現出如所示的該發射信號之偏移，例如，表示可逆輪胎變形(例如，應力及/或應變)(如可能在漂移情形中遇到的)之程度及/或與可逆輪胎變形程度成比例。以此方式，可根據輪胎變形(例如，應變)(與漂移相關聯)來對裂環共振器「回應」信號行為進行模型化，藉此允許完整地描繪輪胎狀況及效能。導致橫向輪胎靜摩擦損失之真實場景可包括漂移及/或滑水，例如，意指在載具車輪與路面之間形成水層時發生的現象，導致失去牽引力，藉此阻止載具對控制輸入作出回應。若所有接觸車輪同時發生滑水，則載具實際上變成了不受控制的雪橇。當前揭示之裂環共振器及/或共振器與天線及/或信號處理設備結合使用可有效地去除對依賴於習知滑水偵測技術(例如，經由使用與輪胎表面耦接之振動偵測單元，輪胎可能會因為長期使用而劣化及受損)的需要。另外，圖 16示出了與漂移時在靜摩擦損失期間遇到的橫向輪胎移動相關聯的頻譜回應(以信號分貝為單位)。在現實場景中，諸如可能會經由高音「尖叫聲」而聽到臨時靜摩擦損失，而不是僅在快速向前旋轉期間聽到的其他聲音。該類定期靜摩擦損失(在漂移之載具重新獲得靜摩擦及/或牽引力之前)可展現(圖 16中未示出)為對應裂環共振器之自然共振頻率的定期及/或週期性偏移。此外，關於圖 16，可藉由曲線之各種谷及/或峰的微小之定期及/或週期性頻率偏移而在視覺上描繪出「尖叫聲」類型之情況。
如可看出，即時多模態共振器支持用於使用用於彈性體性質變化偵測的含有共振材料之感測器來量測靜摩擦的方法。在一種設置中，用於彈性體性質變化偵測之一或多個含有共振材料之感測器設置於傳感器附近之位置。可發射刺激信號以便激發用於彈性體性質變化偵測的一或多個含有共振材料之感測器。該等發射包括橫跨已知頻率範圍的電磁能。在已知的靜摩擦條件下捕獲校准信號。在接收到至少部分地包括對刺激信號作出回應之頻率的返回信號之後，對返回信號應用各種信號處理技術。例如，對返回信號應用各種信號處理技術以與刺激信號進行比較。只要返回信號之頻率及/或振幅不同於校準信號，則計算對應之界面間接電容率(例如，在輪胎與行駛表面之間的界面處)。界面間接電容率的絕對及/或相對值與靜摩擦值相關(例如，使用校準表)。靜摩擦值隨時間的變化繼而與道路及/或輪胎狀況相關。
構成前述校準信號及/或校準表的靜態及/或動態值可至少部分地基於對刺激信號之分析及/或對傳感器附近之環境的分析。此外，前述校準信號及/或校準表可包括電容率校準信號、磁導率校準信號、溫度校準信號、振動校準信號、摻雜校準信號等。在一個實施方式中，可在已知及/或受控之環境條件(例如，乾燥之鋪面及晴朗天氣)下執行校準程序以在各種前向角速度下產生基線資料(使得測試載具僅在沒有橫向打滑及/或滑動運動的情況下直接向前移動)。隨後，該基線資料用作一或多個校準曲線，隨後可將變形值與該等校準曲線進行比較及/或根據該等校準曲線計算出變形值。以此方式，可觀察到相對於初始未拉伸(基線)校準曲線的明顯效能變化，例如，如圖 16中所示。
無論何時何地返回信號與校準信號不同，相對於刺激信號對返回信號的進一步分析可用於識別返回信號之哪個頻率不同於校準信號。該等差異可作為相對於校準信號之一個頻率或多個頻率的衰減而被觀察/量測。另外地或替代地，該等差異可作為相對於校準信號之峰的峰之頻移(如圖 16中所示，相對於以0.5%對應地拉伸之資料等等)而被觀察/量測。
圖 17為根據一個實施例的裂環共振器之信號強度相對於啁啾信號頻率的曲線圖 1700，該等裂環共振器可回應於經編碼序列號而共振。視情況地，曲線圖 1700可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，曲線圖 1700可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，曲線圖 1700示出了裂環共振結構之使用，該等裂環共振結構經組態為以對應於經編碼序列號之方式共振。裂環共振結構之此類圖案可印刷於輪胎或其他彈性體上。如圖所示，經編碼序列號「E1」由四種不同尺寸之裂環共振器的存在示出。曲線圖 1700示出在約8GHz至約9GHz之範圍中的EM刺激，而回應被示出約為在–8dB至約–18dB之範圍中的衰減。經由跨該範圍之電磁信號通信刺激該一系列不同大小之裂環共振器及跨該範圍量測返回信號之S參數導致對該特定印刷圖案的方便且可靠的識別。因此，若獨特圖案印刷於一連串輪胎中之每一者上且若該圖案與經編碼序列號相關聯，則可基於圖案對EM詢問之回應來判定具體輪胎。
更具體而言，若獨特圖案印刷於一連串輪胎中之每一者上，且若該圖案與經編碼序列號相關聯，則可回應於在對應於編碼方案之範圍中對EM刺激的EM詢問基於量測之S參數(例如，對應於衰減的S參數比率)來判定具體的輪胎。在圖 17之示例中，衰減落入約-8dB至約–18dB之範圍內，然而，在其他量測中，衰減落入約-1dB至約-9dB之範圍中。在其他量測中，衰減落入約-10dB至約-19dB之範圍內。在其他量測中，衰減落入約-20dB至約-35dB之範圍中。在經驗實驗中，衰減實質上獨立於鄰近地共同定位於輪胎表面上的以不同方式組態之共振器的數量。更明確而言，在一些實驗中，當共振器鄰近地共同定位於可能在鋼帶(例如，在鋼帶子午輪胎中)之胎面側上的輪胎表面上時，衰減可能會特別顯著。
前述編碼及印刷技術可用於輪胎及其他含有彈性體之組件中。在一些情況中，印刷共振器係在相對較高之溫度下及/或使用化學劑(例如，催化劑)來實施，使得在共振器與彈性體的碳原子之間形成化學鍵。在共振器與彈性體的碳原子之間形成的化學鍵促成整體效應，因而，可採用校準曲線來考慮前述化學鍵之類型及程度。
彈性體可含有任何一或多種類型之橡膠。例如，異戊二烯為一種常見的橡膠配方。異戊二烯在配體中的其他分子元素之間具有自己的單C-C鍵及雙鍵。由裂環共振器之高溫印刷形成的額外雙碳鍵具有增加電導率的效應，該效應可用於形成更大、頻率更低的共振器。另外地或替代地，可將聚集體調整為特定大小，此將產生有助於整體效應的泛音，此繼而導致在調諧範圍內給定EM詢問時非常高的靈敏度。在一些情況下，材料對EM詢問的回應係充分可辨別的，使得可判定(例如，藉由與一或多條校準曲線進行比較)彈性體的年齡或其他健康態樣。
更具體而言，隨著彈性體的老化，分子間距發生變化，且能量之耦合及/或滲透相應地減少，因此隨著導電位置相對於相鄰位置變得愈來愈孤立，使回應頻率偏移。在一些情況下，衰減及/或返回信號強度將在特定頻率下改變。可隨著時間推移來判定此類變化，且該等變化可用於建構校準曲線。
輪胎之設計支持用於印刷裂環共振器的許多可能位置。例如，裂環共振器可位於輪胎之任何內表面上，包括但不限於冠帶層，及/或位於鋼帶上或附近(例如，在鋼帶之胎面側上)，及/或位於徑向簾布層上或附近，及/或位於側壁上，及/或位於胎圈護膠上，及/或位於胎圈上等等。
裂環共振器技術的使用不僅限於輪胎。該等技術可應用於任何含有彈性體的組件，諸如皮帶及軟管。此外，裂環共振器技術的使用不僅限於載具。亦即，由於在廣泛之機動裝置中(例如，在工業機械系統中)之有機動力系統及/或驅動系統組件中存在消耗品，因此裂環共振器技術亦可應用於此類消耗品。磨損現象之一些態樣為摩擦、熱、熱循環及腐蝕的結果，其中任何一者皆可能導致及/或加速材料分子結構的變化。在EM詢問下可偵測到材料分子結構的變化。更具體而言，藉由計算頻移，可基於頻移量值來評估相對於校準曲線在特定EM詢問模式下特定樣本的回應(例如，老化樣本的回應)、材料的年齡或健康狀況。
圖 18A至圖 18Y繪示根據一個實施例的用作用於生產任何當前揭示之共振器(例如，裂環共振器)的形成材料的碳質材料。視情況地，圖 18A至圖 18Y可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，圖 18A至圖 18Y可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖 18A至圖 18Y繪示碳基材料、生長物、附聚物、聚集體、片材、粒子及/或類似者，諸如在反應腔室或反應器中由諸如甲烷(CH 4)之含碳氣態物質在飛行中自成核的材料，如Stowell等人在2020年2月7日申請的標題為「3D Self-Assembled Multi-Modal Carbon-Based Particle」的美國專利申請案第16/785,020號中所揭示的，該案之內容特此出於所有目的以引用方式併入。
所示碳基奈米粒子及聚集體的特徵可為高「均勻性」程度(諸如所要碳同素異形體之高質量分數)、高「有序」程度(諸如低濃度之缺陷)及/或高「純度」(諸如低濃度之元素雜質)，與藉由習知系統及方法可達成的較低均勻性、較少有序性及較低純度的粒子相反。
使用本文所描述之方法生產的奈米粒子可含有多壁球形富勒烯(MWSF)或連接的MWSF，且具有高均勻性(諸如，石墨烯與MWSF之比率為20%至80%)、高有序度(諸如，I D/I G比率係0.95至1.05的拉曼特徵)及高純度(諸如，碳與其他元素(除氫之外)的比率大於99.9%)。使用本文所描述之方法生產的奈米粒子含有MWSF或連接的MWSF，且MWSF不含有由除碳之外的雜質元素組成的核。使用本文所描述之方法生產的粒子可為含有具有大直徑(諸如大於10 µm)之上述奈米粒子的聚集體。
習知方法已用於生產含有高度有序之多壁球形富勒烯的粒子，但可能會導致最終產品具有多種缺點。例如，高溫合成技術導致粒子具有許多碳同素異形體之混合物且因此具有低均勻性(諸如相對於其他碳同素異形體，富勒烯少於20%)及/或小粒徑(諸如小於1µm，或在一些情況下小於100 nm)。使用催化劑之方法可能導致包含催化劑元素且因此亦具有相對較低純度(係指小於95%的碳對其他元素)的產物。此等非所要性質亦通常導致所得碳粒子的非所要電性質(諸如，小於1,000 S/m的電導率)。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體可藉由拉曼光譜來表征，拉曼光譜指示結構的高有序度及均勻度。如下文所描述，本文所描述的均勻的有序及/或純碳奈米粒子及聚集體可使用相對較高速度、低成本的經改良熱反應器及方法來生產。
術語「石墨烯」，如通常理解的及如本文所提及的，意指碳的同素異形體，其形式為二維、原子級、六方晶格，其中一個原子形成每個頂點。石墨烯中之碳原子為sp 2 鍵合的。另外，石墨烯之拉曼光譜具有兩個主峰：約1580 cm -1的G模式及約1350 cm -1的D模式(在使用532 nm激發雷射時)。
術語「富勒烯」，如通常理解及在本文中提及的，意指呈中空球體、橢圓體、管狀或其他形狀形式的碳分子。球形富勒烯亦可稱為巴克明斯特富勒烯或巴基球。圓柱形富勒烯亦可稱為碳奈米管。富勒烯在結構上與石墨相似，石墨由連接六角環的堆疊石墨烯片組成。富勒烯亦可含有五邊形(或有時七邊形)環。
術語「多壁富勒烯」，如通常理解及本文所提及的，意指具有多個同心層的富勒烯。例如，多壁奈米管(MWNT)包含多個石墨烯軋製層(同心管)。多壁球形富勒烯(MWSF)包含多個同心富勒烯球。
術語「奈米粒子」，如通常理解及本文所提及的，意指1 nm至989 nm的粒子。奈米粒子可包括一種或多種結構特性(諸如晶體結構、缺陷濃度等)及一種或多種類型的原子。奈米粒子可為任何形狀，包括但不限於球形形狀、椭球体形狀、啞鈴形、圓柱形形狀、細長圓柱類型形狀、矩形及/或棱柱形狀、圓盤形狀、線形狀、不規則形狀、密集形狀(諸如，很有少空隙)、多孔形狀(諸如，有許多空隙)等。
術語「聚集體」，如通常理解及本文所提及的，意指藉由范德華力、藉由共價鍵、藉由離子鍵、藉由金屬鍵或藉由其他物理或化學相互作用連接在一起的複數個奈米粒子。聚集體的大小可能會有很大差異，但通常大於約500 nm。
碳奈米粒子可包括兩個(2)或更多個連接的多壁球形富勒烯(MWSF)及塗覆該等連接的MWSF的石墨烯層，且可形成為獨立於由除了碳之外的雜質元素組成的核。如本文所描述，碳奈米粒子可包括兩(2)個或更多個連接的多壁球形富勒烯(MWSF)及塗覆該等連接的MWSF的石墨烯層。在此類組態中，其中MWSF在中心不含有空隙(係指沒有大於約0.5 nm或大於約1 nm之碳原子的空間)。連接的MWSF可由sp 2雜化碳原子的同心、極有序球體形成(與雜亂有序、不均勻、無定形碳粒子的習知球體形成了有利對比，否則可能無法達成任何一或多個本文揭示的意想不到及有利的之性質)。
含有連接的MWSF之奈米粒子的平均直徑為5 nm至500 nm、或5 nm至250 nm、或5 nm至100 nm、或5 nm至50 nm、或10 nm至500 nm、或10 nm至250 nm、或10 nm至100 nm、或10 nm至50 nm、或40 nm至500 nm、或40 nm至250 nm、或40 nm至100 nm、或50 nm至500 nm、或50 nm至250 nm、或50 nm至100 nm。
本文所描述之碳奈米粒子形成聚集體，其中許多奈米粒子聚集在一起以形成較大單元。碳聚集體可為複數個碳奈米粒子。碳聚集體之直徑可為10 µm至500 µm、或50 µm至500 µm、或100 µm至500 µm、或250 µm至500 µm、或10 µm至250 µm、或10 µm至100 µm、或10 µm至50 µm。如上文所定義，聚集體可由複數個碳奈米粒子形成。聚集體可含有連接的MWSF，諸如具有高均勻性指標(諸如石墨烯與MWSF之比率為20%至80%)、高有序程度(諸如I D/I G比率為0.95至1.05的拉曼特徵)及高純度(諸如大於99.9%的碳)。
碳奈米粒子之聚集體，主要係指直徑在上述範圍中的聚集體，尤其係大於10 µm之粒子，通常比小於500 nm之粒子或粒子聚集體更易於收集。易收集降低了在碳奈米粒子生產中使用之製造設備的成本且提高碳奈米粒子之產率。與處理較小奈米粒子的風險(諸如，歸因於吸入較小奈米粒子而導致的潛在健康及安全風險)相比，尺寸大於10 µm之粒子帶來較少安全問題。較低的健康及安全風險因此進一步降低了製造成本。
參考本文揭示之碳奈米粒子，碳奈米粒子的石墨烯與MWSF之比率為10%至90%、或10%至80%、或10%至60%、或10%至40%、或10%至20%、或20%至40%、或20%至90%、或40%至90%、或60%至90%、或80%至90%。碳聚集體的石墨烯與MWSF之比率為10%至90%、或10%至80%、或10%至60%、或10%至40%、或10%至20%、或20%至40%、或20%至90%、或40%至90%、或60%至90%、或80%至90%。碳奈米粒子的石墨烯與連接的MWSF之比率為10%至90%、或10%至80%、或10%至60%、或10%至40%、或10%至20%、或20%至40%、或20%至90%、或40%至90%、或60%至90%、或80%至90%。碳奈米粒子的石墨烯與連接的MWSF之比率為10%至90%、或10%至80%、或10%至60%、或10%至40%、或10%至20%、或20%至40%、或20%至90%、或40%至90%、或60%至90%、或80%至90%。
拉曼光譜可用於表徵碳同素異形體以區分其分子結構。例如，石墨烯可使用拉曼光譜來表徵，以判定一些資訊，諸如有序/無序、邊緣及晶界、厚度、層數、摻雜、應變及導熱率。MWSF亦使用拉曼光譜來表徵以判定MWSF之有序程度。
使用拉曼光譜來表徵參考結合於如本文所討論之輪胎的各種輪胎相關簾布層內來使用的MWSF或連接的MWSF的結構。拉曼光譜中的主峰為G模式及D模式。G模式歸因於sp 2 雜化碳網路中碳原子的振動，而D模式與具有缺陷之六方碳環的呼吸有關。在一些情況下，可能存在缺陷，但在拉曼光譜中可能無法偵測到。例如，若呈現之晶體結構與基面正交，則D峰將顯示增加。替代地，若呈現出具有與基面平行的完美平面表面，則D峰將為零。
當使用532 nm入射光時，對於平面石墨，拉曼G模式通常為1582 cm –1，然而，對於MWSF或連接的MWSF，可能會下移(諸如，降至1565cm –1或降至1580 cm –1)。在MWSF或連接的MWSF之拉曼光譜中，觀察到約1350 cm –1的D模式。D模式峰值與G模式峰值的強度之比(諸如，I D/I G)與MWSF之有序程度相關，其中較低的I D/I G指示較高的有序程度。I D/I G接近或低於1指示相對較高的有序程度，且I D/I G大於1.1指示較低的有序程度。
如本文所述，當使用532 nm入射光時，含有MWSF或連接的MWSF之碳奈米粒子或碳聚集體可具有及/或展現出在約1350 cm -1處具有第一拉曼峰值且在約1580 cm -1處具有第二拉曼峰值的拉曼光譜。本文所描述之奈米粒子或聚集體的第一拉曼峰值之強度與第二拉曼峰值之強度的比率(諸如I D/I G)可在以下範圍內：0.95至1.05、或0.9至1.1、或0.8至1.2、或0.9至1.2、或0.8至1.1、或0.5至1.5、或小於1.5、或小於1.2、或小於1.1、或小於1、或小於0.95、或小於0.9、或小於0.8。
如上所定義，含有MWSF或連接的MWSF之碳聚集體具有高純度。含有MWSF或連接的MWSF的碳聚集體的碳與金屬之比率大於99.99%、或大於99.95%、或大於99.9%、或大於99.8%、或大於99.5%、或大於99%。碳聚集體的碳與其他元素的比率大於99.99%、或大於99.95%、或大於99.9%、或大於99.5%、或大於99%、或大於90%、或大於80%、或大於70%、或大於60%。碳聚集體的碳與其他元素(除了氫之外)的比率大於99.99%、或大於99.95%、或大於99.9%、或大於99.8%、或大於99.5%、或大於99%、或大於90%、或大於80%、或大於70%、或大於60%。
如上所定義，含有MWSF或連接的MWSF的碳聚集體具有高的比表面積。碳聚集體的布魯諾、艾米特及泰勒(BET)比表面積為10至200 m 2/g、或10至100 m 2/g、或10至50 m 2/g、或50至200 m 2/g、或50至100 m 2/g、或10至1000 m 2/g。
如上所定義，含有MWSF或連接的MWSF的碳聚集體具有高電導率。如上所定義，將含有MWSF或連接的MWSF的碳聚集體壓縮為粒料，且該粒料之電導率大於500 S/m、或大於1,000 S/m、或大於2,000 S/m、或大於3,000 S/m、或大於4,000 S/m、或大於5,000 S/m、或大於10,000 S/m、或大於20,000 S/m、或大於30,000 S/m、或大於40,000 S/m、或大於50,000 S/m、或大於60,000 S/m、或大於70,000 S/m、或500 S/m至100,000 S/m、或500 S/m至1,000 S/m、或500 S/m至10,000 S/m、或500 S/m至20,000 S/m、或500 S/m至100,000 S/m、或1000 S/m至10,000 S/m、或1,000 S/m至20,000 S/m、或10,000至100,000 S/m、或10,000 S/m至80,000 S/m、或500 S/m至10,000 S/m。在一些情況下，粒料之密度約為1 g/cm 3、或約1.2 g/cm 3、或約1.5 g/cm 3、或約2 g/cm 3、或約2.2 g/cm 3、或約2.5 g/cm 3、或約3 g/cm 3。另外，已進行了測試，其中已使用2,000 psi及12,000 psi之壓縮且使用800℃及1,000℃之退火溫度來形成碳聚集體材料的壓縮粒料。較高壓縮及/或較高退火溫度大體上導致具有較高程度之導電性的粒料，包括在12,410.0 S/m至13,173.3 S/m之範圍內。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體可使用熱反應器及方法生產。有關熱反應器及/或使用方法的其他細節可見於2018年1月9日發佈的標題為、「CRACKING OF A PROCESS GAS」的美國專利第9,862,602號中，該專利特此出於所有目的以全文引用之方式併入。另外，含碳及/或烴前驅物(至少係指甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及天然氣)可與熱反應器一起使用來生產本文所描述之碳奈米粒子及碳聚集體。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體係使用熱反應器以1 slm至10 slm、或0.1 slm至20 slm、或1 slm至5 slm、或5 slm至10 slm、或大於1 slm或大於5 slm的氣體流速來生產。本文所描述之碳奈米粒子及聚集體係使用熱反應器以0.1秒(s)至30 s、或0.1 s至10 s、或1 s至10 s、或1 s至5 s、5 s至10 s、或大於0.1秒、或大於1 s、或大於5 s、或小於30 s的氣體共振時間來生產。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體可使用熱反應器以10 g/hr至200 g/hr、或30 g/hr 至200 g/hr、或30 g/hr至100 g/hr、或30 g/hr至60 g/hr、或10 g/hr至100 g/hr、或大於10 g/hr、或大於30 g/hr、或大於100 g/hr的生產速率來生產。
熱反應器(或其他裂解設備)及熱反應器方法(或其他裂解方法)可用於將原料製程氣體精煉、熱解、離解或裂環為其成分以產生本文所描述之碳奈米粒子及碳聚集體以及其他固體及/或氣體產物(諸如，氫氣及/或低階烴氣體)。原料製程氣體大體上包括例如氫氣(H 2)、二氧化碳(CO 2)、C 1至C 10烴、芳烴及/或其他烴氣體，諸如天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、飽和/不飽和烴氣體、乙烯、丙烯等，及其混合物。碳奈米粒子及碳聚集體可包括例如多壁球形富勒烯(MWSF)、連接的MWSF、碳奈米球、石墨烯、石墨、高度有序之熱解石墨、單壁奈米管、多壁奈米管、其他實心碳產物，及/或本文所描述之碳奈米粒子及碳聚集體。
用於生產本文所描述之碳奈米粒子及碳聚集體的方法可包括熱裂解方法，該等熱裂解方法使用例如視情況地圍封於熱裂解設備之細長殼體、外殼或主體內的細長縱向加熱元件。該主體可包括例如由不銹鋼、鈦、石墨、石英或類似者製成的一或多個管或其他合適外殼。熱裂解設備之主體的形狀大體上係圓柱形的，其中中心細長縱軸垂直地佈置且在主體頂部處或附近有原料製程氣體入口。原料製程氣體可縱向向下流過主體或其一部分。在垂直組態中，氣流及重力有助於將固體產物自熱裂解設備之主體移除。
加熱元件可包括以下各者中的任何一或多者：加熱燈、一根或多根電阻絲或燈絲(或雙絞線)、金屬燈絲、金屬條或棒及/或可被加熱至足以使原料製程氣體分子熱裂解之特定溫度(諸如，分子裂解溫度)的其他合適熱自由基發生器或元件。加熱元件可經設置、定位或佈置以在熱裂解設備之主體內居中地沿著其中心縱軸延伸。在僅具有一個加熱元件之組態中，可將其放置於中心縱軸處或與中心縱軸同心；替代地，對於具有多個加熱元件之組態，其可在中心縱軸附近及周圍且與中心縱軸平行之位置處大體上對稱地或同心地間隔開或偏移。
用於生產本文所描述之碳奈米粒子及聚集體的熱裂解可藉由使原料製程氣體在縱向細長反應區內流過加熱元件或與加熱元件接觸或在加熱元件附近流動以將原料製程氣體加熱至或加熱為特定的分子裂解溫度來達成，該反應區係由來自加熱元件之熱產生且藉由熱裂解設備之主體界定且容納於該主體內部。
反應區可被認為係圍繞加熱元件且足夠靠近加熱元件以使原料製程氣體接收足夠的熱量以使其分子熱裂解的區域。因此反應區大體上與主體之中心縱軸軸向對準或同心。熱裂解係在特定壓力下進行。原料製程氣體圍繞或跨越反應區或加熱腔室之容器的外表面循環以冷卻該容器或腔室，且對原料製程氣體預熱，再使原料製程氣體流到反應區中。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體及/或氫氣係在不使用催化劑之情況下生產。因此，該製程可完全不含催化劑。
所揭示之方法及系統可有利地針對不同生產水準按需要而快速地擴大或縮減，諸如可縮放以提供獨立的氫氣及/或碳奈米粒子生產站、烴源、或燃料電池站，以諸如為精煉廠及/或類似者提供較高容量系統。
用於使原料製程氣體裂解以生產本文所描述之碳奈米粒子及聚集體的熱裂解設備包括主體、原料製程氣體入口及細長加熱元件。主體擁有具有縱軸的內部容積。內部容積具有與縱軸同心的反應區。在熱裂解操作期間，原料製程氣體可經由原料製程氣體入口流入內部容積中。細長加熱元件可沿著縱軸設置於內部容積內且被反應區圍繞。在熱裂解操作期間，細長加熱元件藉由電力加熱至分子裂解溫度以產生反應區，原料製程氣體藉由來自細長加熱元件之熱量加熱，且該熱量使在反應區內的原料製程氣體之分子熱裂解為分子的成分。
一種用於使原料製程氣體裂解以產生本文所描述之碳奈米粒子及聚集體的方法可包括以下各項中之至少任何一或多者：(1)提供具有內部容積之熱裂解設備，該內部容積具有縱軸及在內部容積內沿著縱軸設置的細長加熱元件；(2)藉由電能將細長加熱元件加熱至分子裂解溫度以在內部容積內產生縱向的細長反應區；(3)使原料製程氣體流入內部容積中且流過縱向的細長反應區(諸如，其中原料製程氣體藉由來自細長加熱元件之熱量加熱)；及(4)在原料製程氣體流過縱向的細長反應區時，使縱向的細長反應區內的原料製程氣體之分子熱裂解為其成分(諸如，氫氣及一或多種固體產物)。
用於生產本文所描述之碳奈米粒子及聚集體的原料製程氣體可包括烴氣。裂解之結果可繼而進一步包括氣體形式之氫(諸如，H 2)及各種形式的本文所描述之碳奈米粒子及聚集體。碳奈米粒子及聚集體包括兩個或更多個MWSF及塗覆該等MWSF之石墨烯層，及/或連接的MWSF及塗覆該等連接的MWSF之石墨烯層。在使原料製程氣體流入內部容積中之前，藉由使原料製程氣體流過在加熱腔室與熱裂解設備之外殼之間的氣體預熱區將原料製程氣體預熱(例如，預熱至100℃至500℃)。其中具有奈米粒子之氣體流入內部容積中且流過縱向的細長反應區以與原料製程氣體混合，以在奈米粒子周圍形成固體產物之塗層(諸如石墨烯層)。
可在不需要完成任何後加工處理或操作的情況下生產及收集本文所描述的含有多壁球形富勒烯(MWSF)或連接的MWSF的碳奈米粒子及聚集體。替代地，可對當前揭示之MWSF中的一或多者進行一些後加工。製造及使用共振材料過程中涉及之後加工的一些示例包括機械處理，諸如球磨、輪磨、砂磨、微流化，及用於在不損壞MWSF之情況下減小粒徑的其他技術。後加工之一些其他示例包括剝離製程(係指含碳材料層之完全分離，諸如自石墨產生或提取石墨烯層，等等)，包括剪切混合、化學蝕刻、氧化(諸如赫默斯法)、熱退火、藉由在退火期間添加元素(諸如硫及/或氮)來進行摻雜、汽化、過濾及冷凍乾燥等。後加工之一些示例包括燒結製程，諸如火花電漿燒結(SPS)、直流燒結、微波燒結及紫外線(UV)燒結，該等燒結製程可在高壓及高溫下在惰性氣體中進行。多種後加工方法可一起使用或連續地使用。後加工產生含有多壁球形富勒烯(MWSF)或連接的MWSF的功能化碳奈米粒子或聚集體。
材料可按不同組合、數量及/或比率混合在一起。本文所描述的不同的含有MWSF或連接的MWSF的碳奈米粒子及聚集體可在一或多個後加工操作(若有)之前混合在一起。例如，可將具有不同性質(諸如，不同大小、不同組成、不同純度、來自不同處理操作等)的不同的含有MWSF或連接的MWSF的奈米粒子及聚集體混合在一起。可將本文所描述的含有MWSF或連接的MWSF的碳奈米粒子及聚集體與石墨烯混合以改變混合物中連接的MWSF與石墨烯的比率。可在後加工之後將本文所描述的不同的含有MWSF或連接的MWSF的碳奈米粒子及聚集體混合在一起。具有不同性質及/或不同後加工方法的不同的含有MWSF或連接的MWSF的碳奈米粒子及聚集體(諸如，不同大小、不同組成、不同功能性、不同表面性質、不同表面積)可按任何數量、比率及/或組合混合在一起。
本文所描述之碳奈米粒子及聚集體被生產及收集，且隨後藉由機械研磨、銑磨及/或剝離來進行加工。加工(諸如，藉由機械研磨、銑磨、剝離等)可減小粒子之平均大小。加工(諸如，藉由機械研磨、銑磨、剝離等)增大粒子之平均表面積。藉由機械研磨、銑磨及/或剝離進行之處理剪下碳層之某一部分，藉此產生與碳奈米粒子混合的石墨片。
機械研磨或銑磨係使用球磨機、行星式磨機、棒磨機、剪切混合器、高剪切製粒機、自磨機或用於藉由研磨、壓碎或切割將固體材料破碎為較小片的其他類型之機器。機械研磨、銑磨及/或剝離係乾式或濕式地進行。機械研磨係藉由研磨一段時間、接著空轉一段時間，且重複研磨及空轉一定數目個循環來進行。研磨時間為1分鐘(分鐘)至20分鐘、或1分鐘至10分鐘、或3分鐘至8分鐘、或約3分鐘、或約8分鐘。空轉時間為1分鐘至10分鐘、或約5分鐘、或約6分鐘。研磨及空轉循環之數目為1分鐘至100分鐘、或5分鐘至100分鐘、或10分鐘至100分鐘、或5分鐘至10分鐘、或5分鐘至20分鐘。研磨及空轉的時間總量為10分鐘至1,200分鐘、或10分鐘至600分鐘、或10分鐘至240分鐘、或10分鐘至120分鐘、或100分鐘至90分鐘、或10分鐘至60分鐘、或約90分鐘、或約數分鐘分鐘。
循環中之研磨步驟係藉由使磨機在第一循環中沿著一個方向旋轉(諸如，順時針方向)且接著在下一個循環沿著相反方向(諸如，逆時針方向)旋轉來進行。機械研磨或銑磨係使用球磨機來進行，且研磨步驟係使用100至1000 rpm、或100至500 rpm、或約400 rpm之轉速來進行。機械研磨或銑磨係使用球磨機來進行，該球磨機使用直徑為0.1 mm至20 mm、或0.1 mm至10 mm、或1 mm至10 mm、或約0.1 mm、或約1 mm、或約10 mm的銑磨介質。機械研磨或銑磨係使用球磨機來進行，該球磨機使用由金屬諸如鋼、氧化物諸如氧化鋯(二氧化鋯)、氧化釔穩定之氧化鋯、氧化矽、氧化鋁、氧化鎂，或其他硬質材料諸如碳化矽或碳化鎢組成的銑磨介質。
生產及收集本文所描述之碳奈米粒子及聚集體，且隨後使用高溫(諸如熱退火或燒結)來進行加工。使用高溫之加工係在惰性環境(諸如氮氣或氬氣)中進行。使用高溫之加工係在大氣壓或真空或低壓下進行。使用高溫之加工係在以下溫度下進行：500℃至2,500℃、或500℃至1,500℃、或800℃至1,500℃、或800℃至1,200℃、或800℃至1,000℃、或2,000℃至2,400℃、或約8,00℃、或約1,000℃、或約1,500℃、或約2,000℃或約2,400℃。
生產及收集本文所描述之碳納米粒子及聚集體，隨後在後加工操作中，向碳奈米粒子添加額外元素或化合物，藉此將碳奈米粒子及聚集體之獨特性質結合於其他材料混合物中。
在後加工之前或之後，向其他元素或化合物之固體、液體或漿料添加本文所描述之碳奈米粒子及聚集體以形成結合了碳奈米粒子及聚集體之獨特性質的額外材料混合物。本文所描述之碳奈米粒子及聚集體與其他固體粒子、聚合物或其他材料混合。
在後加工之前或之後，除了關於製造及使用共振材料的應用之外，亦可在各種應用中使用本文所描述之碳奈米粒子及聚集體。此類應用包括但不限於運輸應用(諸如汽車及卡車輪胎、聯軸器、支架、彈性體「O」型圈、軟管、密封劑、索環等)及工業應用(諸如橡膠添加劑、用於聚合物材料之功能化添加劑、用於環氧樹脂之添加劑等)。
圖 18A及圖 18B示出合成碳奈米粒子之透射電子顯微鏡(TEM)影像。圖 18A(第一放大倍數下)及圖 18B(第二放大倍數下)之碳奈米粒子含有連接的多壁球形富勒烯(MWSF)，石墨烯層塗覆該等連接的MWSF。歸因於相對較短之共振時間，該示例中MWSF與石墨烯同素異形體之比率約為80%。圖 18B中之MWSF的直徑約為5 nm至10 nm，且使用上述條件，直徑可為5 nm至500 nm。MWSF之平均直徑在以下範圍內：5 nm至500 nm、或5 nm至250 nm、或5 nm至100 nm、或5 nm至50 nm、或10 nm至500 nm、或10 nm至250 nm、或10 nm至100 nm、或10 nm至50 nm、或40 nm至500 nm、或40 nm至250 nm、或40 nm至100 nm、或50 nm至500 nm、或50 nm至250 nm、或50 nm至100 nm。在該製程中不使用催化劑，因此，無含有污染物之中心種子。在該示例中生產之聚集粒子的粒徑為約10 µm至100 µm或約10 µm至500 µm。
圖 18C示出在532 nm入射光下獲取的該示例中之合成聚集體的拉曼光譜。在該示例中生產之聚集體的I D/I G約為0.99至1.03，表明聚集體由具有高有序度之碳同素異形體組成。
圖 18D及圖 18E示出在藉由在球磨機中進行研磨而縮減尺寸之後的碳奈米粒子的示例TEM影像。球磨係以3分鐘(分鐘)逆時針方向研磨操作、接著6分鐘空轉操作、接著3分鐘順時針方向研磨操作，接著6分鐘空轉操作的多個循環來進行。使用400 rpm之轉速來進行研磨操作。銑磨介質為氧化鋯，且尺寸範圍為0.1 mm至10 mm。總尺寸縮減加工時間為60分鐘至120分鐘。在尺寸縮減之後，該示例中生產之聚集粒子的粒徑約為1 µm至5 µm。尺寸縮減後之碳奈米粒子為連接的MWSF，石墨烯層塗覆該等連接的MWSF。
圖 18F示出使用532 nm入射光獲取的在尺寸縮減之後來自此等聚集體的拉曼光譜。在尺寸縮減之後該示例中的聚集體粒子之I D/I G約為1.04。另外，尺寸縮減之後的粒子具有約40 m 2/g至50 m 2/g的布魯諾、艾米特及泰勒(BET)比表面積。
使用質譜法及x射線螢光(XRF)光譜法來量測該樣本中產生的聚集體之純度。在16個不同批次中測得的碳與除氫之外的其他元素的比率為99.86%至99.98%，平均碳含量為99.94%。
在該示例中，使用熱線加工系統來產生碳奈米粒子。前驅物材料為甲烷，其流速為1 slm至5 slm。使用此等流速及工具幾何形狀，反應腔室中之氣體的共振時間約為20秒至30秒，且碳粒子生產速率約為20 g/hr。
關於此類加工系統之其他細節可見於標題為「CRACKING OF A PROCESS GAS」的先前提到之美國專利9,862,602中，該美國專利特此出於所有目的以引用方式併入。 示例 1
圖 18G、圖 18H及圖 18I示出該示例之合成碳奈米粒子的TEM影像。該等碳奈米粒子含有連接的多壁球形富勒烯(MWSF)，石墨烯層塗覆該等連接的MWSF。歸因於相對較長之共振時間允許較厚或更厚之石墨烯層塗覆MWSF，在該示例中多壁富勒烯與石墨烯同素異形體之比率約為30%。在該製程中不使用催化劑，因此，沒有含有污染物之中心種子。在該示例中生產之合成聚集體粒子的粒徑約為10 µm至500 µm。圖 18J示出來自該示例之聚集體的拉曼光譜。該示例中之合成粒子的拉曼特徵指示塗覆該合成材料中之MWSF的較厚石墨烯層。另外，合成粒子具有約90 m 2/g至100 m 2 /g的布魯諾、艾米特及泰勒(BET)比表面積。 示例 2
圖 18K及圖 18L示出該示例之碳奈米粒子的TEM影像。具體而言，該等影像繪示了在藉由在球磨機中進行研磨來進行尺寸縮減之後的碳奈米粒子。尺寸縮減製程條件與關於前述圖 18G至圖 18J描述的彼等製程條件相同。在尺寸縮減之後，在該示例中生產之聚集體粒子的粒徑約為1 µm至5 µm。TEM影像示出在尺寸縮減之後可觀察到埋入於石墨烯塗層中的連接的MWSF。圖 18M示出使用532 nm入射光獲取的在尺寸縮減之後來自該示例之聚集體的拉曼光譜。在尺寸縮減之後該示例中之聚集體粒子的I D/I G約為1，表明埋入合成之石墨烯塗層中的連接的MWSF在尺寸縮減之後在拉曼中變成可偵測的，且非常有序。尺寸縮減之後的粒子具有約90 m 2/g至100 m 2/g的布魯諾、艾米特及泰勒(BET)比表面積。 示例 3
圖 18N為碳聚集體之掃描電子顯微鏡(SEM)影像，示出在第一放大倍數下的石墨及石墨烯同素異形體。圖 18O為碳聚集體之SEM影像，示出在第二放大倍數下的石墨及石墨烯同素異形體。分層石墨烯清楚地示出於碳之扭曲(褶皺)內。碳同素異形體之3D結構亦可見。
圖 18N及圖 18O之碳粒子的粒徑分佈示出於圖 18P中。質量基累積粒徑分佈 1806對應於曲線圖中之左側y軸(Q 3(x) [%])。質量粒徑分佈 1808之直方圖對應於曲線圖中之右側軸線(dQ 3(x) [%])。中值粒徑約為33 μm。第10個百分位粒徑約為9 μm，且第90個百分位粒徑約為103 μm。粒子之質量密度約為10 g/L。 示例 4
自多級反應器捕獲之碳粒子的粒徑分佈示出於圖 18Q中。質量基累積粒徑分佈 1814對應於曲線圖中之左側y軸(Q 3(x) [%])。質量粒徑分佈 1816之直方圖對應於曲線圖中之右側軸線(dQ 3(x) [%])。所捕獲之中值粒徑約為11 μm。第10個百分位粒徑約為3.5 μm，且第90個百分位粒徑約為21 μm。圖 18Q中之曲線圖亦示出對應於曲線圖中之左側軸線(Q 0 (x) [%])的數基累積粒度分佈 1818。數基中值粒徑約為0.1 μm至約0.2 μm。
回到圖 18P之討論，曲線圖亦示出第二組示例結果。具體而言，在該示例中，藉由機械研磨對粒子進行尺寸縮減，隨後使用旋風分離器對尺寸縮減之粒子進行處理。在該示例中捕獲的尺寸縮減之碳粒子的質量基累積粒徑分佈 1810對應於曲線圖中之左側y軸(Q 3(x) [%])。質量基粒徑分佈 1812之直方圖對應於曲線圖中之右側軸線(dQ 3(x) [%])。在該示例中所捕獲的尺寸縮減之碳粒子的中值粒徑約為6 μm。第10個百分位粒徑為1 μm至2 μm，且第90個百分位粒徑為10 μm至20 μm。
有關製造及使用旋風分離器之其他細節可見於2017年10月5日申請的標題為「MICROWAVE REACTOR SYSTEM WITH GAS-SOLIDS SEPARATION」之美國專利申請案15/725,928中，該申請案特此出於所有目的以全文引用方式併入。
在一些情況下，可使用微波電漿反應器系統使用前驅物材料來產生含有石墨、石墨烯及無定形碳的碳粒子及聚集體，該前驅物材料含有甲烷、或含有異丙醇(IPA)、或含有乙醇、或含有濃縮烴(諸如己烷)。在一些其他示例中，含碳前驅物視情況地與供應氣體(諸如氬氣)混合。在該示例中生產之粒子含有石墨、石墨烯、無定形碳，且無種子粒子。該示例中之粒子的碳與其他元素(除氫之外)的比率約為99.5%或更大。
在一個特定示例中，烴為微波電漿反應器之輸入材料，且反應器之分離輸出包含氫氣及含有石墨、石墨烯及無定形碳的碳粒子。在多級氣體-固體分離系統中將碳粒子與氫氣分離。來自反應器之分離輸出的固相含量為0.001 g/L至2.5 g/L。 示例 5
圖 18R、圖 18S及圖 18T為合成碳奈米粒子之TEM影像。該等影像示出了石墨、石墨烯及無定形碳同素異形體的示例。在影像中可清楚地看出石墨烯及其他碳材料的層。
捕獲之碳粒子的粒徑分佈示出於圖 18U中。質量基累積粒徑分佈 1820對應於曲線圖中之左側y軸(Q 3(x) [%])。質量粒徑分佈 1822之直方圖對應於曲線圖中之右側軸線(dQ 3 (x) [%])。在該示例中在旋風分離器中捕獲的中值粒徑約為14 μm。第10個百分位粒徑約為5 μm，且第90個百分位粒徑約為28 μm。圖 18U中之曲線圖亦示出對應於曲線圖中之左側軸線(Q 0(x) [%])的數基累積粒度分佈 1824。該示例中之數基中值粒徑為約0.1 μm至約0.2 μm。
圖 18V、圖 18W及圖 18X及圖 18Y為示出三維含碳結構之影像，該等三維含碳結構生長至其他三維結構上。圖 18V為生長至碳纖維上之三維碳結構的100倍放大圖，而圖 18W為生長至碳纖維上之三維碳結構的200倍放大圖。圖 18X為生長至碳纖維上之三維碳結構的1601倍放大圖。示出纖維表面上之三維碳生長物。圖 18Y為生長至碳纖維上之三維碳結構的10000倍放大圖。該影像繪示了至基面上以及至邊緣平面上之生長物。
更具體而言，圖 18V至圖 18Y示出使用來自微波電漿反應器之電漿能量以及來自熱反應器之熱能生長至纖維上的3D碳材料的示例SEM影像。圖 18V示出交錯之纖維 1831及纖維 1832的SEM影像，其中3D碳材料 1830生長於纖維表面上。圖 18W為示出纖維 1832上之3D碳材料 1830的較高放大倍數影像(與圖 18V之500 μm相比，比例尺為300 μm)。圖 18X為示出纖維表面 1835上之3D碳材料 1830的進一步放大視圖(比例尺為40 μm)，其中可清楚看到3D碳材料 1830之3D性質。圖 18Y示出碳單獨之近視圖(比例尺為500 nm)，示出纖維 1832之基面與生長在纖維上之3D碳材料的眾多子粒子之邊緣平面 1834之間的互連。圖 18V至圖 18Y展現出3D纖維結構上生長3D碳的能力，諸如在3D碳纖維上生長的3D碳生長物。
可藉由將多根纖維引入至微波電漿反應器中且在微波反應器中使用電漿來蝕刻纖維來達成在纖維上之3D碳生長。蝕刻產生成核位點，使得當碳粒子及亞粒子藉由反應器中的烴解離產生時，在此等成核位點處開始3D碳結構的生長。3D碳結構在纖維(其本身為三維的)上之直接生長提供高度整合的3D結構，該3D結構具有樹脂可滲透到其中的孔。與具有習知纖維之複合材料相比，其中習知纖維具有光滑表面且該等光滑表面通常與樹脂基質脫層，用於樹脂複合材料之該3D加強基質(包括與高縱橫比加強纖維整合之3D碳結構)導致增強的材料性質，諸如拉伸強度及剪切。
碳材料，諸如本文所描述的任何一或多種3D碳材料，可具有為官能化而準備的一或多個暴露表面，諸如促進黏附及/或添加多種元素，諸如氧、氮、碳、矽或硬化劑。官能化係指藉由化學合成向化合物添加官能基。在材料科學中，可使用官能化來達成所要之表面性質；例如，官能團亦可用於將官能分子共價連接至化學裝置的表面。碳材料可原位官能化，亦即，在生產碳材料的同一反應器內進行現場官能化。碳材料可在後加工中進行管能化。例如，富勒烯或石墨烯之表面可用含氧或氮的物質進行官能化，該等物質與樹脂基質之聚合物形成鍵，因此提高黏附性且提供強結合力以增強複合材料的強度。
可利用本文所描述之電漿反應器(諸如微波電漿反應器)對任何一種或多種揭示之碳基材料(諸如，CNT、CNO、石墨烯、 3D碳材料，諸如 3D石墨烯)進行官能化表面處理。此類處理可包括在產生可與複合材料中之黏合劑或聚合物結合的碳材料期間進行的原位表面處理，或者在產生碳材料之後在碳材料仍處於反應器中時進行的表面處理。
一些前述實施例包括共振器，該等共振器包括複數個三維(3D)聚集體，該等聚集體由嵌入輪胎之一或多個簾布層內的含碳材料形成。然而，一些實施例包括被印刷或以其他方式設置於輪胎之內表面上(例如，在輪胎之內襯層上)的共振器。
圖 19A1提供了根據一個實施例的在混凝土被澆注至給定結構模板中之前放置於混凝土中的一個裂環共振器或複數個裂環共振器的繪示 19A100。視情況地，繪示 19A100可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 19A100可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖 19A1所示，裂環共振器可結合至混凝土澆注流 1902中。一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可在混凝土處於混合容器中時混合至混凝土 1906中，或者一個裂環共振器或複數個裂環共振器可在澆注過程中在混凝土處於中流狀態時混合至混凝土中。
該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可被捕獲在混凝土澆注流 1902內。裂環共振器可以任何取向被捕獲於該模板內，但可能穩定在結構元件之底部附近；例如，其中任何給定裂環共振器可經取向，使得來自裂環共振器之平面的法向向量實質上垂直，或任何給定裂環共振器可經取向，使得來自該裂環共振器之平面的法向向量實質上水平，或任何給定裂環共振器可經取向，使得來自裂環共振器之平面的法向向量處於垂直與水平之間的角度。
在某些情況下，裂環共振器將被捕獲在該模板內在離模板邊界相對較近的位置處。在其他情況下，裂環共振器在該模板內最後處於離模板邊界相對較遠的位置。此係因為異物(例如裂環共振器)在混凝土澆注流 1902內隨機定位的自然趨勢(例如，流體動力學)。不管裂環共振器在該模板中處於何種位置，用於用信號對裂環共振器進行探測及用於接收返回信號的技術均為可操作的。更具體而言，由於信號雜訊比很寬(參見如圖 17中所示的18 dB間隔)，因此可接收並處理來自處於任何特定位置之任何給定裂環共振器的返回信號以促進與校準信號的比較。該技術可應用於各種結構，一個此類示例可見於圖 19A1中，該圖示出了垂直取向之混凝土結構構件。
前述示例與垂直取向之混凝土結構構件有關，然而，在形成水平取向之混凝土結構構件(或採取任何角度之混凝土結構構件)時，本文揭示之技術亦適用。
圖 19A2提供了根據一個實施例的在混凝土被澆注至給定結構模板中之前放置於混凝土中的一個裂環共振器或複數個裂環共振器的繪示 19A200。視情況地，繪示 19A200可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 19A200可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，圖 19A2示出在為板 1910澆注時可結合於混凝土澆注流 1902上的一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904。一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可在混凝土處於混合容器中時混合至混凝土 1906中，或者一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可在澆注過程中在混凝土處於中流狀態時混合至混凝土 1906中。
該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可被捕獲於混凝土澆注流 1902內，且以任何取向被捕獲於該模板內。例如，任何給定裂環共振器可經取向，使得來自裂環共振器之平面的法向向量實質上垂直，或任何給定裂環共振器可經取向，使得來自裂環共振器之平面的法向向量實質上水平，或任何給定裂環共振器可經取向，使得來自裂環共振器之平面的法向向量處於垂直與水平之間的角度。在一個實施例中，該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可分散為較接近於水平取向之混凝土結構構件 1914的壁。在某些實施例中，該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可最終位於該模板內離水平取向之混凝土結構構件 1914之頂面相對較近的位置處。在某些其他實施例中，該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可相對接近於水平取向之混凝土結構構件 1914的底面。此外，該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904可經取向、整合至鋼筋(或混凝土構件內之其他支撐結構)中及/或附著至鋼筋，使得在混凝土澆注 1902至混凝土構件期間，可維持該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904的位置。
在各種實施例中，圖 19A1及圖 19A2繪示在混凝土澆注至給定結構模板(例如，垂直取向之混凝土結構構件、水平取向之混凝土結構構件)中之前放置於混凝土中的一個裂環共振器或多個裂環共振器的一個實施例。此外，呈現圖 19A1及圖 19A2以說明在一個實施例中在將混凝土澆注至模板中之前一個裂環共振器(例如，環形類型或圓柱形類型)或複數個裂環共振器 1904(例如，環形類型、或圓柱形類型、或其組合)可如何結合至混凝土混合物中。該模板可為任何形狀。嚴格地說，作為示例且如圖 19A1中所示，該模板可經組態以接納用於垂直取向之混凝土結構構件 1912的澆注流(例如，所示之柱或壁 1908)。另外地或替代地，且如圖 19A2中所示，該模板可經組態以接納用於水平取向之混凝土結構構件 1914的澆注流(例如，所示之板 1910)。
不管裂環共振器在該模板內處於何種位置(例如，在頂面處、在底部處、在混凝土內等)，用於用信號對裂環共振器進行探測且用於接收返回信號的技術可得以維持且為可操作的。更具體而言，由於信號雜訊比很寬(參見如圖 17中所示之18dB間隔)，來自處於任何特定位置之任何給定裂環共振器的返回信號可被接收且進行處理以促進與早先捕獲之校準信號的比較。
在一個實施例中，一旦澆注流固化，則可捕獲前述校準信號。此類校準信號可儲存於資料庫中，及/或保存指定資訊的任何系統中。在稍後的時間，可用聲脈波信號對結構構件進行詢問，且可將其當前的返回信號與對應校準信號進行比較。在一個實施例中，稍後捕獲的信號與校準信號之間的差異可指示捕獲校準信號的時間與實施詢問的時間之間的壓縮變化。
在存在分散於整個結構構件中的複數個個裂環共振器的情況下，可應用類似的方法。具體而言，在結構構件的在實質上相同的位置有許多裂環共振器的區域中進行探測將返回校准信號，該校准信號亦可儲存於資料庫中或可儲存資訊的任何其他系統中。同樣，在任何以後的時間，可用聲脈波信號對結構構件進行詢問，且可將其當前的返回信號與對應校準信號進行比較。若判定了兩個信號之間存在差異，則該現象可指示該結構及或其構成材料的變化。存在許多用於分析回應變化(例如，由於壓縮，或由於彎曲等)的可能技術，依照圖 19B1來示出及描述該等技術中的一些。
圖 19B1示出根據一個實施例的含有該裂環共振器或複數個裂環共振器之柱及用於量測結構構件內之變化的方程的繪示 19B00。視情況地，繪示 19B00可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 19B00可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 19B00示出含有一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904的固化柱及用於量測結構構件內之變化的各種方程。另外，圍繞裂環共振器 1904之材料的壓縮變化 1916導致了來自裂環共振器之回應變化 1922(如圖 19B2中所示)。此外，圖 19B1示出用於量測結構構件內之壓縮程度(隨壓縮變化而變)的示例方程，方程6。另外，雖然方程6被示出為與壓縮有關，且方程7 (下文)被示出為與回應變化有關，但應了解，任何變化扭轉、濕度測定(濕度)、彎曲、回應、材料性質等可為用於判定及/或量測裂環共振器之變化的依據。
在一個實施例中，單一用途模型可支持對基礎設施之混凝土基礎(例如，公寓大樓、公寓、住宅、旅館)的結構評估。另外，單一用途模型大體上可支持對建築物之基礎設施的結構評估，包括監測鋼樑、支撐柱/支柱，及結構健康監測之其他態樣。隨著時間推移對材料完整性的正在進行的或定期的監測可指示形成結構之材料是否已改變，例如，由於老化、過多的或相關的應力，及/或由於實體損壞等。在一些情況下，可防止材料的即將臨近之故障以避免災禍。在一些情況下，多個結構構件可組合為一個承重結構，將隨著時間推移監測該承重結構的整體性。例如，可藉由兩步方式來完成校準及定期監測。在第一步驟中，操作信號發生器(或類似工具)之技術人員將信號發生器調到所選頻率且在結構構件中之裂環共振器附近發射信號。捕獲來自裂環共振器之返回信號及/或其特性(例如，衰減、單頻率共振、多頻率共振等)。技術人員將返回信號及/或其特性儲存為與該位置及該給定時間點時的聲脈波有關的校準點。返回信號及/或其特性之後被用作對應於材料被認為具有結構完整性之基線狀態時的時間點的校準特徵。
在第一步驟之後的任何之後的時間執行的第二步驟中，技術人員可重複探測及特徵捕獲過程以收集結構構件中之裂環共振器傳回的當前資料。校準特徵與當前資料之間的比較可潛在地指示材料完整性的變化。在一個實施例中，回應變化 1918可僅指示壓縮變化。隨著時間推移某些範圍之壓縮變化可能被認為係正常的，且可能會發生在正常使用中(例如，當結構在諸如地震等地球運動導致的應力下彎曲時)。除了用於量測壓縮變化的前述技術之外，在下文亦呈現與量測彎曲變化有關的其他技術。
圖 19B2示出根據一個實施例的含有該裂環共振器或複數個裂環共振器之柱及用於量測結構構件內之變化的方程的繪示 19B02。視情況地，繪示 19B02可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 19B02可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，繪示 19B02示出含有該裂環共振器或複數個裂環共振器 1904的固化板及用於量測結構構件內之彎曲程度(隨彎曲變化而變)的示例方程，方程7。另外，圍繞裂環共振器 1904之材料的彎曲變化 1920導致來自裂環共振器之回應的變化 1922，藉此導致與最初判定之信號回應不同的信號回應。該資訊被認為對於監測材料在其應用中之完整性係必不可少的。
如先前在給定情況下提到的，一個裂環共振器或多個裂環共振器 1904將在混凝土基礎中實施以允許監測材料。此可例如藉由兩步方式來完成。在第一步驟中，操作信號發生器(或類似工具)之技術人員將信號發生器調到所選頻率，該信號發生器可在結構構件中之裂環共振器附近發射信號。捕獲來自裂環共振器之返回信號及/或其特性(例如，衰減、單頻率共振、多頻率共振等)。技術人員將返回信號及/或其特性儲存為與該位置及該給定時間點時的聲脈波有關的校準點。返回信號及/或其特性之後被用作對應於材料被認為具有結構完整性之基線狀態時的時間點的校準特徵。
當將該裂環共振器或多個裂環共振器實施至該構件中時，在澆注期間，精確之取向及位置可能係不可控的，然而，仍可使用前述兩步程序。此係因為，當對複數個裂環共振器進行探測時，整體效果信號(來自多個裂環共振器之返回)可用作校準。同樣，在第一步驟之後的任何之後的時間執行的第二步驟中，技術人員將重複探測及特徵捕獲過程以收集結構構件中之裂環共振器傳回的當前資料。校準特徵與當前資料之間的比較可潛在地指示材料完整性的變化。另一方面，回應變化 1918可僅指示壓縮變化。隨著時間推移某些範圍之壓縮變化可能被認為係正常的，且可能會發生在正常使用中(例如，當結構在諸如地震等地球運動導致的應力下彎曲時)。除了用於量測壓縮變化的前述技術之外，在下文亦呈現與量測彎曲變化有關的其他技術。
若結構構件已處於給定使用中，則一個裂環共振器或複數個裂環共振器 1904仍可在該結構構件上實施，不管物理特性(例如，形狀、大小、位置)如何。依照圖 20來示出及描述此類情況之示例。
圖 20示出根據一個實施例的裂環共振器在已處於使用中的形狀各不相同的結構構件外部的使用 2000。視情況地，使用 2000可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，使用 2000可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，圖 20亦示出對於判定結構構件上之一個裂環共振器或多個裂環共振器的大小、取向、位置及應用可能至關重要的可能因素及方程的示例。另外，圖 20示出施加於形狀各不相同之結構構件外部的裂環共振器的使用。圖 20示出對於判定結構構件上之該裂環共振器或多個裂環共振器之大小、取向、位置及應用可能至關重要的可能因素及方程的示例。
更具體而言，圖 20繪示水平構件 2002，其中裂環共振器 1904可被附接(例如，使用超音波焊接)且在給定應用(例如，車軸組件、拉桿組件、推桿、鋼筋等)中使用。除了水平細長構件之外，裂環共振器亦可附接至彎曲構件 2004(例如，桶柄、懸架部分、彈簧的一部分、鋼筋等)。
在一種特定情況下，可使用任何已知技術將一個裂環共振器 1904或複數個裂環共振器施加至鋼筋，其後，鋼筋可被置於一個模板中。當混凝土或其他建築複合材料澆注至該模板中時，裂環共振器在鋼筋上的並置及裂環共振器在模板中的並置與當裂環供應器施加於鋼筋中且置於模板中時的情況保持實質上相同。因此，裂環共振器可經定位，使得與水平取向之平面實質上對齊(亦即，在「X」方向上)，或者使得與垂直取向之平面實質上對齊(亦即，在「Y」方向上)，或者使得與深度取向平面實質上對齊(亦即，在「Z」方向上)。
另外地或替代地，裂環共振器可附接至平坦結構構件 2006(例如，汽車發動機蓋)。在該給定應用中，裂環共振器可用於在任何給定時刻動態地量測汽車發動機蓋之彎曲度。與使用風洞量測汽車發動機蓋之彎曲度相比，該種方法具有許多優點。此係因為，在風洞情況下，載具係靜止的，而在載具實際上在行駛之預期使用模型中，可計算實際之即時回應。因此，該裂環共振器或多個裂環共振器 1904在實際行駛條件期間提供即時回饋。
用於每個結構構件之該裂環共振器或多個裂環共振器的所判定大小可取決於該構件之大小以及應用。此由方程式8示出。具體而言，不同大小之該裂環共振器或多個裂環共振器在對應的不同頻率下共振。在初始校準測試期間可考慮不同大小。
在某些情況下(例如，當將裂環共振器應用於筆直之水平構件時，或當裂環共振器應用於彎曲構件時，或當將裂環共振器應用於平坦構件時)，可根據有限元模型之分析(例如，使用CAD軟體，諸如SOLIDWORKS、AGROS2D、CALCILIX)來判定或推斷出最佳位置(方程10)及/或取向(方程9)。更具體而言，有限元分析之結果將取決於應用及相關的所要性質而產生彎曲向量、壓縮向量及膨脹向量。基於有限元分析之結果，特定結構構件可經組態而具有處於對應位置(方程10)及/或取向(方程9)的裂環共振器。
圖 21為表示根據一個實施例的在給定應用中實施裂環共振器的過程的流程圖 2100。視情況地，流程圖 2100可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，流程圖 2100可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，該過程之第一步驟為判定該場景是否准許裂環共振器之內部或外部設置(步驟 2102)。在該裂環共振器或多個裂環共振器的內部應用(步驟 2104)的情況下，將需要判定混合技術(步驟 2106)。在一個實施例中，該裂環共振器或多個裂環共振器可與骨料混合物或水泥組合。隨後可將骨料混合物或水泥傾注至結構或基礎中，且該等裂環共振器將隨機地分散在混合物中，最終形成構件(步驟 2110)。
一旦基礎或結構已固化，則可校准裂環共振器，且可收集初始狀態或校準特徵(步驟 2114)。為了達成校準特徵，可使用獨特信號來對來自裂環共振器之回應進行探測。基於裂環共振器埋入其中的介質的特性，可產生隨該介質之參數(壓縮、密度、頻率等)而變的回應。在該結構處於某種初始狀態時的該初始讀數可變成校準特徵及參考參數以供將來進行比較。當然，將了解，該初始讀數可在之後的時間點(諸如水泥重鑄、地震升級等)重設(及/或重新校準)。
在外部應用(諸如，經由超音波焊接)的情況下，該裂環共振器或多個裂環共振器將以不會有損裂環共振器之精確性的方式整合至組件中。可使用裂環共振器之取向、位置及應用來自裂環共振器搜集正確的資料(步驟 2108)(例如，裂環共振器安裝至馬達車軸)。可使用裂環共振器相對於該軸之取向來相對於裂環共振器之平面達成法向、水平或角度向量，該向量不會有損信號雜訊比且允許校準特徵或點的可操作傳回。裂環共振器在軸上之位置可放置於故障及波動應力區中以恰當地監測軸之完整性。可採用將裂環共振器音波焊接(步驟 2112)至軸以確保裂環共振器校準特徵及點的精確性。允許不同材料結合的音波焊接不使用焊料或其他材料來形成可能抑製或改變裂環共振器回應的焊接點。當然，應了解，亦可使用任何類型之附著來代替焊接。
如流程圖所示，外部及內部過程均匯聚到測試事件(步驟 2116)。在測試事件期間，施加刺激(步驟 2118)，且量測回應(步驟 2120)。測試事件用於收集校準點且將校準點與校準特徵進行比較(步驟 2122)。在經過給定量的時間之後，且嚴格地說，作為示例，結構或組件之壓力事件已經發生，或者例行維護檢查或對組件或結構之視覺觀察使得需要進行測試。當結構或組件在結構之完整性方面可能不同時，該測試返回之校準點可能與稍後採集的校準特徵實質上類似。可使用兩步技術來完成獲得必要的校準。在第一步驟(步驟 2120)中，操作信號發生器(或類似工具)之技術人員將信號發生器調到所選頻率，且在結構構件中之裂環共振器附近發射信號。捕獲來自裂環共振器之返回信號及/或其特性(例如，衰減、單頻率共振、多頻率共振等)。技術人員將返回信號及/或其特性儲存為與該位置及該給定時間點時的聲脈波有關的校準點。返回信號及/或其特性之後被用作對應於材料被認為具有結構完整性之基線狀態時的時間點的校準特徵。
在第一步驟之後的任何之後的時間執行的第二步驟(步驟 2122)中，技術人員將重複探測及特徵捕獲過程以收集結構構件中之裂環共振器傳回的當前資料。校準特徵與當前資料之間的比較可潛在地指示材料完整性的變化。另一方面，回應變化 1918可僅指示壓縮變化。隨著時間推移某些範圍之壓縮變化可能被認為係正常的，且可能會發生在正常使用中(例如，當結構在諸如地震等地球運動導致的應力下彎曲時。除了用於量測壓縮變化的前述技術之外，在下文亦呈現與量測彎曲變化有關的其他技術。不管構件之形狀如何，先前技術或本文揭示之任何相關技術皆可用於收集必要的資訊。
隨後將校準點與校準特徵進行比較。若兩個信號之差異在可接受誤差臨限值或容差之外(「是」決策選項 2124)，則採取「是」決策分支 2124，且進行報告(步驟 2126)。另外，圖 22A1至 22A3示出了應用前述內容的其他實施例。
圖 22A1至圖 22A3被呈現來說明根據一個實施例的多個裂環共振器或複數個裂環共振器在路旁障壁中的使用。視情況地，圖 22A1至圖 22A3可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，圖 22A1至圖 22A3可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖 22A1繪示含有混凝土障壁 2206及/或金屬障壁 2204或可能含有該兩者的道路 2202，該混凝土障壁及該金屬障壁使用一個裂環共振器或複數個裂環共振器。路旁障壁旨在藉由吸收來自迎面而來之汽車的力且藉由允許障壁主體形狀變形而阻止汽車繼續沿其路徑前進來降低潛在載具事故(例如，越過懸崖、進入水體中等)的嚴重性。在此完成之後，由於材料變形，障壁材料之完整性可能會改變且可能需要更換。儘管障壁之外部實體態樣看起來未改變，但材料內可能發生了變形，導致其由於撞擊而變弱，因此需要更換障壁。
為了判定可能需要更換給定障壁的時間及頻率，如圖 22A2中所示，裂環共振器可放置於混凝土障壁中(例如，圖 19A中繪示之技術的示例)。一旦基礎或結構已固化，則可校准裂環共振器，且可收集初始狀態或校準特徵，例如，藉由兩步型技術。在第一步驟中，操作信號發生器(或類似工具)之技術人員將信號發生器調到所選頻率，且在混凝土障壁中之裂環共振器附近發射信號。捕獲來自裂環共振器之返回信號及/或其特性(例如，衰減、單頻率共振、多頻率共振等)。技術人員將返回信號及/或其特性儲存為與該位置及該給定時間點時的聲脈波有關的校準點。返回信號及/或其特性之後被用作對應於材料被認為具有結構完整性之基線狀態時的時間點的校準特徵。
相同情況可應用於圖 22A3中呈現之金屬障壁。裂環共振器亦可藉由步驟 2112之施加技術(例如，超音波焊接)來附接。一旦附接至金屬障壁，便可對裂環共振器進行校準，且可使用先前之兩步技術來收集初始狀態或校準特徵。類似地，賽道障壁亦可使用複數個裂環共振器來監測障壁之完整性，在圖 22B中對此進行繪示。
當然，應了解，裂環共振器可嵌入於其他材料中(除了圖 22A2之混凝土障壁及/或圖 22A3之金屬障壁之外)，包括但不限於：航空相關實施例(例如，機翼、起落架、飛機組件等)、航海相關實施例(例如，帆、桅杆、浮標、結構鋼等)、公用事業相關實施例(例如，電力線結構、傳輸線、輸送管線等)、建築相關實施例(例如，梁、混凝土塔等)、生物醫學相關實施例(例如，假肢、植入物、矯形器等)、職業運動器材相關實施例(例如，頭盔、保護墊、手持工具、鞋類等)、鍛造或冶煉相關實施例(例如，金屬、複合材料、合金等)、發電相關實施例(例如，太陽能電池陣列、水電大壩、風力渦輪機、天然氣貯存及運輸等)、汽車相關安全及/或效能實施例(例如，發動機效能、懸架、底盤及車身完整性等)、製造相關實施例(例如，組裝、3D打印、組件合併、測試等)、打印、組件合併、測試等）、農業相關實施例(例如，生長速率、溫度控制、水分飽和度、紫外線照射等)及/或太空旅行相關實施例(例如，氣閘效能、推進劑容器完整性、發射效果容差量測、 飛行期間的太空艙/機身變形等)。簡而言之，使用裂環共振器判定其附著至或結合在裡面之材料的變形可能與其可埋入及/或附著的任何應用有關，其中裂環共振器附著或嵌入之基板具有基板之任何變形將指示材料疲勞的足夠持久之狀態。
就一個特定示例而言，鑽探平臺通常暴露於海上應用的高溫及腐蝕環境中。此類情況通常導致鑽桿故障，此主要由金屬疲勞導致。在一個實施例中，將裂環共振器嵌入於鑽桿自身內將允許在導致鑽桿故障(及由此類故障產生的固有複雜性)之前偵測到金屬疲勞。與本文之描述一致，最初可對嵌入於鑽桿中之裂環共振器進行校準，其中可收集初始狀態或校準特徵(與兩步型技術一致)。信號發生器(或類似工具)可將信號發生器調到所選頻率，且在鑽桿中之裂環共振器旁邊發射信號。可捕獲返回信號及/或其特性，該返回信號及/或其特性繼而可儲存為當前材料之校準特徵。在稍後之時間段(與步驟 2116一致)，可施加刺激(依照步驟 2118)，且可量測回應(依照步驟 2120)，繼而可將該回應與校準特徵進行比較(依照步驟 2122)。應了解，可按照使用者預先判定之任何時間段速率(例如，每分鐘、每天、每週、每月等)來施加刺激。以此方式，可在鑽桿內量測變形(其可指示疲勞裂紋、裂紋擴展等)，且在實際上導致鑽桿故障之前偵測到變形。
圖 22B繪示根據一個實施例的在賽道中使用的路旁障壁 22B00，示出構成路旁障壁之結構組件，一個裂環共振器或多個裂環共振器可放置於該路旁障壁中。視情況地，路旁障壁 22B00可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，路旁障壁 22B00可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，路旁障壁 22B00可包括鋼及發泡體能量減能障壁。如圖所示，賽道在發泡體吸收器的一側(具有內部裂環共振器 2208)。鋼及發泡體減能障壁可用於某些賽道之高速路段中，且藉由在撞擊期間吸收動能以降低事故嚴重性以及在汽車碰撞情況下將觀眾與可能危險隔開及/或防止危險材料落到人群中來發揮作用。當障壁接觸一輛或多輛汽車時，所吸收之能量沿著壁之側傳播，藉此減少汽車損壞且防止觀眾受傷。
另外，裂環共振器陣列 2212可放置於推桿鋼障壁 2210之表面上及/或放在其內部，以便獲得所需的資訊來在例如一次或多次碰撞之後判定障壁完整性，或在某一時間段內判定障壁完整性。在示例性情況下，裂環共振器陣列 2212可放置於推桿鋼障壁前面及背面，及/或嵌入於發泡體吸收器中及/或放在任何水泥墻上或中。
在一個特定實施例中，在裂環共振器陣列 2212已設置於(例如，放置於具有內部裂環共振器 2208之發泡體吸收器中及/或放置於推桿鋼障壁 2210外部或內部，及/或放置於發泡體吸收器外部或內部等)，可藉由本文中詳述之兩步技術對裂環共振器進行校準。
在第一步驟中，操作信號發生器(或類似工具)之技術人員將信號發生器調到所選頻率，該信號發生器在具有內部或外部裂環共振器 2008之發泡體吸收器中及/或在推桿障壁 2210外部或內部的裂環共振器附近發射信號。捕獲來自裂環共振器之返回信號及/或其特性(例如，衰減、單頻率共振、多頻率共振等)。技術人員將返回信號及/或其特性儲存為與該位置及該給定時間點時的聲脈波有關的校準點。返回信號及/或其特性之後被用作對應於材料被認為具有結構完整性之基線狀態時的時間點的校準特徵。
在第一步驟之後的任何之後的時間執行的第二步驟中，技術人員將重複探測及特徵捕獲過程以收集結構構件中之裂環共振器傳回的當前資料。校準特徵與當前資料之間的比較可潛在地指示材料完整性的變化。另一方面，回應變化 1918可僅指示壓縮變化。隨著時間推移某些範圍之壓縮變化可能被認為係正常的，且可能會發生在正常使用中(例如，當結構在諸如地震等地球運動導致的應力下彎曲時。除了用於量測壓縮變化的前述技術之外，在下文亦呈現與量測彎曲變化有關的其他技術。在對所收集資料進行分析之後，可創建報告，其中可判定要更換障壁。
圖 23示出根據一個實施例的在混凝土被澆注至給定結構模板中之後設置於混凝土結構表面上的裂環共振器的繪示 2300。視情況地，繪示 2300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 2300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 2300包括在混凝土已澆注至給定結構模板中之後設置於混凝土結構(例如，柱或墻 1908)之表面上的裂環共振器(例如，裂環共振器 1904 1 、裂環共振器 1904 2 、裂環共振器 1904 3 )。此類裂環共振器(例如，所示的表面施加式裂環共振器 2302)的放置可作為「改裝」來完成，在一些情況下，在澆注物已固化很久之後，且在一些情況下，在使用柱及/或墻建造建築物很久之後。可使用任何已知技術來完成表面施加式裂環共振器 2302之建造、放置及附著至結構的手段。例如，可將此類表面施加式裂環共振器 2302印刷或絲網印刷至成卷基板上，且可將該卷基板或其部分施加(可能係用黏合劑)至柱或墻之表面。在一些情況下，基板被抬離，留下表面施加式裂環共振器 2302附著至柱或墻的表面。在一些情況下，表面施加式裂環共振器 2302可直接印刷至鋼筋上。在一些情況下，可使用噴墨或噴泡列印機將表面施加式裂環共振器 2302打印至基板上。在一些情況下，可使用平版印刷或印刷(例如，多色平版印刷)將表面施加式裂環共振器 2302印刷至基板上。在一些情況下，可使用凹版印刷技術將表面施加式裂環共振器 2302印刷至基板上。
校準及測試模組 2301可位於有表面施加式裂環共振器 2302的任何位置附近。基於發射之RF信號 210的出現與返回之RF信號 212的對應出現的特定組合的一或多個校準特徵可經由網路傳送至上游組件 113。嚴格地，作為與該實施例及其他實施例有關的示例，上游組件可包括但不限於對結構執行連續檢查及分析的模組、相組合以起到預警系統之作用的模組、符合管理的模組及/或符合任何監管報告要求的模組。
用於製造及使用裂環共振器之任何前述技術可相結合。例如，表面施加式裂環共振器可改裝至路旁障壁及/或其組件之表面上。另外，例如，上游組件可包括賽道安全監測單元。此外，裂環共振器中的第一幾何形狀之裂環共振器(例如，同心環)可與第二幾何形狀之裂環共振器(例如，同心圓柱體)組合(例如，近側並置)。嚴格地，作為又一個實施例，由鋼製成之路邊障壁及/或由另一種導電材料之鋼製成的其他障壁組件可用作導電層，該導電層與設置於路邊障壁之表面上的任何一或多個裂環共振器介電隔離(例如，經由黏合劑)。
前文揭示了用於將裂環共振器結合於或以其他方式嵌入於形成預期結構構件之基礎材料中(例如，諸如在水泥澆注流中)的各種方法。此外，前文揭示了用於將裂環共振器附著至結構構件(例如，諸如汽車中之轉向機構的拉桿)之表面上的各種方法。另外，如亦在本文中討論的，設想到使用RF「喇叭」來發射特定信號且量測嵌入式裂環共振器的回應。
一些方法包括將裂環共振器設置(可能印刷)於形成某總成的「接地平面」上，該總成繼而施加至結構構件之表面上。此可極大地提高裂環共振器在寬EM範圍內的靈敏度。
前述方法僅藉由將當前回應/特徵與先前獲取之校準回應/特徵進行比較且隨後對該兩個特徵之間的差異進行分類來支持靜態非破壞性測試。更明確而言，該等特徵之間明顯的某些差異可能與對應物理性質變化相關。在一些情況下，物理性質變化指示老化(例如，脆化)。在一些情況下，物理性質變化指示拉伸、壓縮、其他變形等。
在一些情況下，物理性質變化指示動態變化之性質變化(例如，振動)。捕獲一系列動態獲取之回應/特徵系列與先前獲取之校準回應/特徵系列支持動態非破壞性測試。兩組特徵之間明顯的差異可能與物理性質變化諸如週期性變形相關。在一些情況下，物理性質變化指示老化(例如，彈性變形曲線之變化)。在一些情況下，在讀數之間出現的物理性質變化及/或在將一系列讀數與另一系列讀數進行比較時量測之物理性質變化可指示彈性變形對塑性變形，該等變形有時指示即將發生的故障。嚴格地，作為一個示例，當量測彈性曲線(例如，基於一系列讀數)類似被指定為在故障事件之前的彈性曲線區時，可指示組件即將發生故障。
圖 24A繪示根據一個實施例的包括相互接觸的含碳樹脂及碳纖維之交替層的感測積層 24A00。視情況地，感測積層 24A00可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，感測積層 24A00可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，感測積層 24A00包括由彼此疊置之多個層構成的示意性側視剖面圖，包括(依次)含碳樹脂 2404 2 、碳纖維 2402 2 、含碳樹脂 2404 1 及碳纖維 2402 1 。在一個實施例中，感測積層 24A00可表示相對於圖 24A至圖 24C所示內容討論的任何感測器。術語「樹脂」(在聚合物化學及材料科學中)通常係指植物或合成來源的固體或高黏性物質，該物質通常可轉化為聚合物(由許多重複之亞基組成的大分子或高分子)。合成樹脂可為工業生產之樹脂，通常為藉由固化製程轉化為硬質聚合物的黏性物質。為了進行固化，樹脂通常含有反應性端基，例如丙烯酸酯或環氧化物。術語「碳纖維」係指直徑約為5至10微米(µm)且主要由碳原子組成的纖維。碳纖維具有幾個優點，包括高剛度、高拉伸強度、低重量、高耐化學性、耐高溫及低熱膨脹。
含碳樹脂 2404 2 、碳纖維 2402 2 、含碳樹脂 2404 1 及碳纖維 2402 1 中的任何一或多者可藉由結合特定濃度水準的任何一種或多種前述含碳微結構來進行調整以在使用RF信號進行探測時展示或展現一種或多種特定共振頻率。感測積層可包括任何組態、取向、順序或分層的含碳樹脂 2404 2 、碳纖維 2402 2 、含碳樹脂 2404 1 及碳纖維 2402 1 中的任何一或多者，及/或更少或更多的包括類似或不同材料的層。額外樹脂層可在額外碳纖維層之間有間隙地分層。
每一層含碳樹脂可以不同方式進行配製以在不同的預期或所要調諧頻率下共振。可就對應分子組成來描述材料共振之物理現象。例如，具有第一經定義結構(諸如第一分子結構)之層將在第一頻率下共振，而具有第二不同分子結構之層可在第二不同頻率下共振。
具有特定分子結構且包含在層中的材料在該層處於低能態時將在第一調諧頻率下共振，而當該層中之材料處於感應的較高能態時將在第二不同頻率下共振。例如，當該層處於自然的、未變形的、低能態時，展現出特定分子結構之層中的材料可被調整為在3 GHz下共振。相反地，當該層自其自然的、未變形的、低能態至少部分變形時，該同一個層可在2.95 GHz下共振。結果，可調整該現像以適應以高保真度及準確度偵測例如與路面(諸如鋪面)接觸且在某一局部接觸區域經歷增強之磨損的輪胎表面的甚至最微小之異常。即使在時間敏感之比賽日條件下，在要求苛刻之賽道(指具有急轉彎及快速海拔變化的高技術、多風賽道)上比賽的賽車亦可自此類局部輪胎磨損或退化資訊中受益，藉此做出明智的輪胎更換決定。如本文所述，該現象可應用於裂環共振器可整合於基板內或附著至基板的任何背景及/或應用。
圖 24B1及圖 24B2繪示根據一個實施例的頻移現象，如包括含碳調諧RF共振材料之感測積層所展現的。視情況地，圖 24B1及圖 24B2可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，圖 24B1及圖 24B2可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
參看圖 24B1至 24B2示出及討論上文提到的頻移現象(就圖 24A而言，諸如自在3 GHz之頻率下共振轉變為在2.95 GHz之頻率下共振)。圖 24B2繪示了包含含碳調諧共振材料之感測積層中展現出的頻移現象。
眾所周知，原子以給定元素的自然頻率發射電磁輻射。亦即，特定元素之原子具有對應於原子特性的自然頻率。例如，當銫原子受到刺激時，價電子自較低能態(諸如基態)躍遷到較高能態(諸如激發能態)。當電子返回到其較低能態時，其會以光子形式發射電磁輻射。對於銫，發射之光子在微波頻率範圍內；為9.192631770 THz。比原子大的結構，諸如由多個原子形成之分子，亦在可預測之頻率下共振(諸如藉由發射電磁輻射)。例如，一堆液態水在109.6 THz下共振。處於張力狀態之水(諸如，在水堆表面，處於各種表面張力狀態)在112.6 THz下共振。碳原子及碳結構亦展現出取決於結構的自然頻率。例如，碳奈米管(CNT)之自然共振頻率取決於CNT的管直徑及長度。在受控條件下生長CNT以控制管直徑及長度導致控制結構的自然共振頻率。因此，合成或以其他方式「生長」CNT為調整到所要共振頻率的一種方式。
由碳形成之其他結構可在受控條件下形成。此類結構包括但不限於碳奈米蔥(CNO)、碳晶格、石墨烯、含碳聚集體或附聚物、石墨烯基、其他含碳材料、工程奈米級結構等，及/或其組合，其中任一者結合於根據當前揭示之實施方式的載具組件之感測器中。此類結構可形成為在特定調諧頻率下共振，及/或此類結構可在後加工中修改以獲得所要特性或性質。例如，可藉由選擇材料組合比率及/或藉由添加其他材料來實現所要性質，諸如高強化值。此外，多個此類結構的共同定位引入了其他共振效應。例如，兩個石墨烯薄片可在其自身之間在某頻率下共振，該頻率取決於該等薄片之長度、寬度、間距、間距形狀及/或其他物理特性及/或其彼此的並置。
如本領域已知的，材料具有特定的、可量測的特性。對於天然存在的材料以及工程碳同素異形體，此皆成立。此類工程碳同素異形體可經調整以展現出物理特性。例如，碳同素異形體可被設計成展現出對應於以下各者的物理特性：(a)構成原粒子之特定構型；(b)聚集體的形成；及(c)附聚物的形成。此等物理特性中之每一者皆影響使用對應的特定碳同素異形體形成之材料的特定共振頻率。
除了針對對應於特定共振頻率之特定物理構型調整特定碳基結構之外，含碳化合物可被調整到特定共振頻率(或一組共振頻率)。一組共振頻率稱為共振曲線。
圖 24B1繪示在第一頻率下共振的第一含碳結構，該第一頻率可能與包括電容器C 1 及電感器L 1的等效電路相關(請注意，下文提供的方程3之背景亦可在關於圖 2之前文及/或明確而言圖 18A至 18Y之含碳結構中找到)。頻率f 1由以下方程給出： (方程3)
圖 24B2繪示圖 24B1的該第一含碳結構的輕微變形。該變形導致物理結構變化，物理結構變化繼而改變結構之電感及/或電容。該等變化可能與包括電容器C 2及電感器L 2之等效電路相關。頻率f 2可由以下方程給出： (方程4)
圖 24B3為繪示根據一個實施例的RF共振之理想化變化隨偏轉而變的曲線圖 24B300。視情況地，曲線圖 24B300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，曲線圖 24B300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，曲線圖 24B300繪示了量測共振之理想化變化隨偏轉而變。視情況地，曲線圖 24B300或其任何態樣之一或多個變體可在本文描述之實施方式的背景下實施。曲線圖 24B300(或其任何態樣)可在任何環境中實施。
圖 24B3中所示之實施方式僅為一個示例。所示曲線圖繪示了變形尤其係偏轉的一個態樣。當構件或表面因偏轉(諸如彎曲)而發生變形時，該變形可改變構件在被信號(諸如RF信號)探測時所展現出之共振頻率。曲線之形狀可取決於構件之特性，諸如形成該構件或表面之積層的特性。曲線在小的變化時可能是陡峭的，而當偏轉達到最大值時曲線會變平。此外，曲線之形狀部分取決於積層的層數、碳結構的幾何形狀、碳如何結合至積層中等。
圖 24B4為繪示根據一個實施例的4層及5層積層之RF共振的變化的曲線圖 24B400。視情況地，曲線圖 24B400可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，曲線圖 24B400可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，曲線圖 24B400繪示4層積層 292及5層積層 294之共振變化。視情況地，曲線圖 24B400或其任何態樣之一或多個變體可在本文所描述之材料及系統中實施。諸如所描述之積層的材料可部署到許多應用中。一種特定應用可用於表面感測器，該等表面感測器可部署到載具的許多位置之中、之上或上面。可依照圖 24C來示出及描述此類部署的示例。
圖 24C繪示根據一個實施例的表面感測器在載具 24C00之區域中的部署。視情況地，載具 24C00可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，載具 24C00可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，載具 24C00示出了在載具之所選位置中的示例表面感測器部署。此類示例表面感測器部署或其任何態樣可在暴露於任何可能外部環境條件(諸如雪、雨夾雪、冰雹等)中的載具中或上實施。
在載具之各種外表面中的耐用感測器的背景下，調諧共振感測含碳材料可結合於汽車特征、表面及/或組件中或與汽車特征、表面及/或組件結合。如圖所示，載具在載具之前翼(諸如發動機蓋)上、在載具之支撐構件上且在載具之車頂上配備有表面感測器。在載具運行期間，載具之每個前述位置可能會經歷應力及隨之而來的變形。例如，在車輛運行時(諸如，在向前運動期間)，在前翼上之表面感測器將經歷氣壓變化。在氣壓之作用下，構成該表面之材料可能會輕微變形，且根據依照圖 24B1及圖 24B2描述之現象，展現出與材料之變化或變形程度成比例的材料之共振頻率變化。此類變化可使用早先描述之「探測」及觀察技術來偵測。
觀察到之發射信號可共同地定義特定材料或表面之特徵且可進一步進行分類。可隔離出信號之特定特性以進行比較及量測，以判定對應於隔離出之特定特性的校準點。因此，可準確且可靠地判定載具周圍的環境之態樣。
例如，若表面感測器之變形導致自3 GHz至2.95 GHz的頻移，則該差異可映射至校準曲線，繼而可得出氣壓的值。載具組件，諸如面板、車頂、發動機蓋、行李箱或機翼組件，可提供相對較大的表面積。在此類情況下，收發器天線可分佈於該組件之可觀察側上。若干收發器天線可分佈到一個陣列中，其中該陣列之每個元素對應於大表面積的一部分。如圖所示，每個收發器天線可安裝於表面感測器部署 24C00之輪艙上或內，且藉由聲脈波/啁啾獨立地刺激。在一些情況下，陣列之每個元素可依序進行刺激，而在其他情況下，陣列之每個元素係同時進行刺激。可藉由用於區分來自近側陣列元素之特徵返回的信號處理來在大表面積上量測載具之空氣動力學。
可相對於其他環境條件及/或其他感測資料來分析來自特定陣列元素的特徵返回。例如，可將機翼組件之特定部分的偏轉與機翼組件之不同部分的偏轉進行比較，繼而可相對於當前溫度、及/或當前輪胎壓力、及/或載具或其環境之任何其他感測態樣來對該比較進行分析。如前所述，可藉由將共振器置於載具之表面平面中(如 24C中所示)來實施共振器電路(諸如 24B1及 24B2中所示)。其他實施例之組態經過特別調整以能夠將共振器(例如，裂環共振器)跨越載具之表面定位。可將大小各不相同之表面感測器的陣列或矩陣部署到載具上之許多位置中或部署到載具上之許多位置上面，以便分析當前之載具狀況。如下文所述，一種此類部署可見於例如圖 29中。
圖 25A提供根據一個實施例的載具與設置於道路瀝青中及/或路面上的裂環共振器之間的相互作用的繪示 2500。視情況地，繪示 2500可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 2500可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 2500可包括載具 2502、位於路面中及/或上的裂環共振器 2504及路面與載具之相互作用 2506。在一個實施例中，繪示 2500可用於判定輪胎靜摩擦(及/或滾動摩擦)。例如，保持與道路的靜態接觸可控制載具(而失去與道路的靜態接觸可能會導致載具失去控制)。裂環共振器 2504可用於量測輪胎(及/或界面)靜摩擦(隨著輪胎胎面厚度而變)。下面參看圖 27更詳細地闡釋用於判定輪胎靜摩擦的過程。
圖 25B提供根據一個實施例的設置於輪胎內或上之裂環共振器可如何用於量測輪胎靜摩擦的繪示。視情況地，繪示 2500可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 2500可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 2501可包括載具 2502、位於輪胎中及/或上的裂環共振器 2503及輪胎相互作用 2505。在一個實施例中，繪示 2501可用於判定輪胎靜摩擦(及/或滾動摩擦)。例如，位於輪胎中及/或上之裂環共振器 2503可用於量測輪胎(及/或界面)靜摩擦(隨著輪胎胎面厚度而變)。
在各種實施例中，位於路面中及/或上之裂環共振器 2504及位於輪胎中及/或上之裂環共振器 2503可用於量測輪胎與路面的實際靜摩擦以及量測輪胎在路面上的實際厚度。此類量測可即時進行，即便載具 2502正在運行中。以此方式，鑒於裂環共振器 2504及 2503不依賴於電子器件(其更容易出現故障及其他機械問題)的事實，可以高準確度連續地(或幾乎連續地)量測輪胎靜摩擦。
例如，對於賽車行業，在載具 2502在行駛中時，裂環共振器(位於汽車諸如輪胎中及/或上，及/或在道路中及/或上)可向駕駛員及維修人員提供與輪胎靜摩擦有關的即時電容率的即時資料。此類即時資料可允許對輪胎如何作出回應及與路面相互作用進行即刻回饋，繼而可允許駕駛員及維修人員調整及微調載具(例如，輪胎胎面類型、輪胎動力、擋風玻璃、侧翼、擾流板等)以實現更大的輪胎靜摩擦(以至少最大化載具控制及效能)。當然，可對載具進行任何其他微調以確保輪胎靜摩擦。
在一個實施例中，由於不依賴於電子器件來發揮作用，裂環共振器 2504及 2503可能為低成本感測器。因此，裂環共振器 2504及 2503不僅可改善即時資料收集(以更高的準確性)，且比當前之替代方案成本更低。
圖 26繪示根據一個實施例的設置於道路瀝青中及/或路面上的裂環共振器的放置 2600。視情況地，放置 2600可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，放置 2600可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，放置 2600包括載具 2602、裂環共振器 2604及載具相互作用 2606。裂環共振器 2604之位置(如圖 26內所示)為任意的。此類裂環共振器 2604之位置的要點為其可放置於路面中或上的任何地方。在一個實施例中，圖 26可應用於賽車道，如此可能需要更大數量之裂環共振器 2604(為了增加之資料收集及效能微調)。相反，在其他應用中，諸如在正常的高速公路或大道上，裂環共振器 2604之位置可間隔開較大的量(因為可能不需要效能微調)。
如本文所討論的，裂環共振器 2604可用於收集與輪胎靜摩擦有關的資料。此類資料繼而可用於修改與汽車相關聯的參數。另外，此類資料可用於(載具及/或道路的)安全。例如，若裂環共振器 2604判定即時靜摩擦水準已降低(指示失去牽引力)，則交通諮詢服務可即刻提醒其他駕駛員注意危險道路狀況(且同樣地在偵測到失去牽引力的區域中及/或周圍降低限速)。以此方式，裂環共振器 2604可用於交通管理及/或安全。
此外，裂環共振器，諸如位於輪胎中及/或上之裂環共振器(諸如裂環共振器 2503)，可用作習知鎖死煞車系統(其通常依賴於車輪速度感測器及車速感測器來判定輪胎是否已經停止轉動)的替代方案。裂環共振器 2503可提供具有較少等待時間(偵測時間與向控制模組報告的時間之間，諸如毫秒級)的更精確之資料。此外，再一次，因為裂環共振器 2503不依賴於電子器件來發揮作用(與習知感測器系統相反)，因此其將較不容易出現錯誤及故障。
在另一個實施例中，裂環共振器 2604可用於判定駕駛員能力及/或追蹤駕駛員表現。例如，若過於興奮的駕駛員快速加速或激進的駕駛員強行制動，則此類資料可用於創建(駕駛員表現的)駕駛員簡檔。對於正在訓練(且需要客觀資料回饋)的駕駛員，此類資料可用於幫助駕駛員進行訓練(以更愉快的方式學習駕駛)。另外，此類資料可能與汽車保險公司有關，其中優惠費率可能與較不激進的駕駛歷史趨勢相關聯。
以此方式，裂環共振器 2604可在各種場景中使用及以各種方式使用，使得量測輪胎靜摩擦不僅可用於更好地控制載具(確保載具與路面之間的牽引力)，且基於此類收集之資料，亦可用於安全、駕駛訓練、保險公司費率等。
圖 27為根據一個實施例的表示判定輪胎靜摩擦之過程的流程圖 2700。視情況地，流程圖 2700可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，流程圖 2700可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，流程圖 2700開始於判定輪胎胎面厚度(步驟 2702)。接下來，判定當前量測值(步驟 2704)。例如，當前量測值可包括在輪胎與道路接觸點處裂環共振器的變形。可量測此類變形(呈頻移形式)，且整體效應(與導致變形之動作相關聯及/或由導致變形之動作實施的東西)可追蹤周圍環境之電容率，包括但不限於水、焦油、柏油(瀝青)、混凝土等。若當前量測值與基線量測值匹配(依照決策 2706)，則方法返回到步驟 2702以判定輪胎胎面厚度，且返回到步驟 204以判定折射率。當折射率不匹配時(依照決策 2706)，則方法 2700前進至步驟 2708，且調整車輛以達成匹配。
在一個實施例中，折射率可涉及量測每個輪胎層之反射率(其可使用折射率)且判定每個輪胎層之電容率。當輪胎靜摩較高時，胎面厚度(因此反射率及電容率)將成比例增加。若已失去輪胎靜摩擦(亦即，已失去牽引力)，則相對於輪胎胎面厚度將存在失配(亦即，不成比例的反射率及電容率)。以此方式，可使用輪胎胎面厚度來根據折射率(因此反射率)及電容率判定輪胎靜摩擦。
另外，複合材料中(尤其在輪胎、瀝青、塑膠、橡膠、金屬合金等中)之折射率失配可用於偵測靜摩擦水準之散射參數(或S參數、散射矩陣之元素等)的變體。此類散射參數可涉及刺激(經由無線信號)位於輪胎(或載具、載具組件、路面等)中或上之一或多個裂環共振器。此類一或多個裂環共振器可用於獲得輪胎胎面厚度之即時讀數(其繼而可用於判定輪胎靜摩擦，如上文所述)。
此外，裂環共振器之使用(作為判定輪胎靜摩擦之依據)提供不依賴於電子器件來發揮作用的非常經濟之小外形解決方案。因此，此類因素與高準確性及低等待時間結合使裂環共振器成為許多應用之可行解決方案。
圖 28示出根據一個實施例的量測頻率與胎面厚度之間的相關 2800。視情況地，相關 2800可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，相關 2800可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，輪胎 2802包括多個一或多個輪胎帶束層(以與輪胎 1002一致之方式)。結合於輪胎 2802內之碳基微結構可包括裂環共振器。此類裂環共振器可具有自然共振(諸如約1.0 GHz)，且回應於外部條件(諸如驅動輪胎)，輪胎 2802可能會變形及/或以其他方式改變。輪胎 2802內之變形及/或改變可作為裂環共振器之頻率回應來進行量測(根據回應衰減)。
頻率回應示出於模型 2804中。在一個實施例中，模型 2804可與進入及離開輪胎之阻抗譜能量相關。此類能量(根據頻率來量測)可用於判定輪胎靜摩擦。例如，輪胎 2802之輪胎厚度可能會改變，諸如在自然狀態與使用中的行駛狀態之間。在使用中行駛狀態期間，輪胎 2802可能具有與路面之靜摩擦(及牽引力)。(具有輪胎靜摩擦的)此類狀態可能與匹配頻率模型(在一個示例中，示出於模型 2804中)相關。然而，當失去輪胎靜摩擦時(亦即，發生輪胎牽引力喪失)，對應模型 2804可能不再匹配。例如，當失去靜摩擦時，則電容率可能會迅速下降。對在不同條件下靜摩擦如何工作的校準可允許將當前讀數(及讀數變化)與校準曲線進行比較。
以此方式，阻抗譜可用於量測在輪胎中或輪胎上發現的裂環共振器之頻率樣本。應了解，雖然相關 2800係相對於輪胎之一個實施例示出，但以類似方式可設想到其他應用(諸如關於汽車組件、汽車蒙皮、路面狀況、金屬疲勞狀況、建築材料等)。
因此，裂環共振器可設置於材料(包括內部組件諸如佈線或外部組件諸如道路瀝青)中及/或上且可用於提供與裂環共振器位於裡面及/或上面之材料有關的資訊。
圖 29示出根據一個實施例的載具表面的一部分 2900，其中設置了單獨組態之裂環共振器的陣列。視情況地，部分 2900可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，部分 2900可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，載具表面之該部分 2902在載具運行期間可能會經歷應力及隨之而來的變形，且裂環共振器(裂環共振器)(在圖 29中示出為F 11、F 12、F 13、F 21、F 22、F 23，直至F NN)可用於偵測在此類環境應力及變形下材料內的可能變化。裂環共振器可印刷或施加至載具之海綿材料(例如，載具之乙烯基包裹物)上，及/或共振器與海綿材料之組合可放置於整個載具上面或載具表面之相關部分上面。
例如，前保險槓上之裂環共振器可能會在載具運行時經歷氣壓變化(諸如，在向前運動期間，因此對載具之該部分產生向下的力)。在氣壓之作用下，構成表面之材料可能會輕微變形，且根據依照圖 24B1及圖 24B2描述之現象，展現出與材料之變化或變形程度成比例的材料之共振頻率變化。雖然所有裂環共振器將同時共振，但由於可藉由刺激/回應比較器偵測之音調變化，可判定一個裂環共振器或多個裂環裂環共振器中的差異，該刺激/回應比較器可全部或部分地由喇叭/接收器或類似裝置實施。
載具表面 2902上之裂環共振器陣列或矩陣及構成以某種方式組態，使得該陣列之任何構成構件的頻率回應不會與鄰近裂環共振器衝突。依照圖 30來示出及描述一種此類組態。
圖 30繪示根據一個實施例的在一頻率區間中的裂環共振器的組態 3000。視情況地，組態 3000可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，組態 3000可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，裂環共振器(示出為F 11、F 21，直至F NN)可各自駐留於頻率區間中。由於含有裂環共振器之表面因為偏繼而經歷變形，正偏轉或輔偏轉可能會改變裂環共振器之物理特性，藉此改變構件之固有中心頻率。構件之頻率回應變化在圖 30中由D符號表示。如圖所示，該共振頻率變化即便在其最大值時仍可能不會與鄰近裂環共振器發生衝突。隨著時間的推移測量循環偏轉有助於偵測載具表面上發生的循環應力(例如抖振)。依照圖 31來示出及描述用於偵測基於時間之偏轉變化的一個此類示例。
圖 31示出根據一個實施例的對基於時間之偏轉變化的偵測的圖表 3100，如共振頻率的基於時間之變化所指示。視情況地，圖表 3100可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，圖表 3100可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，圖表 3100示出經由不斷地量測裂環共振器之循環偏轉而偵測基於時間之偏轉變化，如此可允許對載具之給定控制表面上的壓力執行分析。例如，將裂環共振器陣列設置於控制表面載具上的前述技術與分析來自該控制表面之各個裂環共振器的組合返回的技術結合可允許識別該表面的經歷循環應力(例如，抖振)之區域。在一些情況下，物理性質變化指示相對較高的頻率、動態變化的性質變化(例如，振動)。捕獲一系列動態獲取之回應/特徵系列且將其與先前獲取之校準回應/特征系列進行比較可促進動態非破壞性測試。兩組特徵之間明顯的差異可能與物理性質變化諸如週期性變形(例如，抖振)相關。
圖 32繪示根據一個實施例的特徵分類系統 3200，該特徵分類系統處理自由含碳調諧共振材料形成之感測器接收到的信號。視情況地，特徵分類系統 3200可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，特徵分類系統 3200可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在一個實施例中，特徵分類系統 3200可在任何物理環境中實施。更具體地，特徵分類系統 3200繪示如何對信號(諸如特徵)進行分類的一個示例。如圖所示，在操作 3202中傳輸所選聲脈波頻率之聲脈波信號。聲脈波信號產生機制及聲脈波傳輸機制可藉由任何已知技術來執行。例如，發射器模組可產生3 GHz之所選頻率，且使用一個喇叭或多個喇叭及多根接收天線來輻射該信號。調諧天線之設計及位置可對應於任何調諧天線幾何形狀、材料及/或位置，使得聲脈波之強度足以在鄰近感測器中誘發(RF)共振。在一些實施例中，若干調諧天線設置於在對應感測器(諸如安裝至任何一或多個輪艙或載具上及/或內)附近之結構構件上或內。因此，當鄰近表面感測器藉由聲脈波刺激時，其可能會與特徵一起共振。在操作 3204中，可接收該特徵且將其儲存於包括所接收之特徵 3210的資料集中。可在循環中重複聲脈波發射跟著特徵接收的序列，以捕獲一組校準信號，該組校準信號繼而可作為校準點 3212來儲存。
可在反復通過決策 3206中改變聲脈波頻率(在操作 3208中)。因此，當在循環中執行操作 3202時(經由決策 3206)，操作 3204可接收且隨後儲存特徵 3210(包括第一特徵 3210 1 、第二特徵 3210 2 ，直至第N個特徵 3210 N )。迭代次數可由決策 3206控制。當採取決策 3206之「否」分支時(諸如，當在迭代循環中無其他額外聲脈波要發射時)，則可將接收到之特徵提供(操作 3214)至數位信號處理模組。數位信號處理模組對照一組校準點 3212對特徵分類(操作 3216)。校準點可經組態以對應於特定聲脈波頻率。例如，校準點 3212可包括可對應於3 GHz附近之第一聲脈波及第一返回特徵的第一校準點 3212 1 、可對應於2 GHz附近之第二聲脈波及第二返回特徵的第二校準點 3212 2 ，且對於任何整數值「N」校準點以此類推。
在操作 3220中，將已分類信號發送至載具中央處理單元。已分類信號可藉由載具中央處理單元(諸如載具中央處理單元 116)中繼至上游儲存庫(諸如上游組件 113)，該上游儲存庫經組態以托管及/或運行機器學習演算法。因此，可捕獲與信號、已分類信號及信號回應相關的大量刺激，用於後續的資料聚合及處理。可藉由提供一組感測到之量測值來形成或訓練機器學習子系統(例如，訓練模型)之資料庫，該組感測到之量測值繼而與關於載具效能之狀況相關。一旦資料庫在計算上已準備好或「訓練好」，則在載具運行期間，可將機翼組件之特定部分的量測偏轉(諸如，氣壓)與校準點進行比較，且該比較得到頻率差值，該頻率差值對應於偏轉變化，該偏轉變化繼而對應於特定氣壓。可藉由機器學習系統判定其他潛在條件或診斷。可使該等條件及/或診斷及/或支援資料為載具中之儀表可用以完成回饋循環。在一些情況下，載具中之儀表提供可被操作(諸如由駕駛員或工程師)的視覺化。
圖 33示出根據一個實施例的設置於無人機及/或無人機平台中及/或上的裂環共振器的繪示 3300。視情況地，繪示 3300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，無人機 3302可包括一或多個裂環共振器 3304。在一個實施例中，無人機 3302可用於運輸包裹 3306。當然，應了解，無人機 3302可經組態以運輸其他物品(諸如照相機、天氣感測儀器、動物、醫療用品、食品、貨物、貨品、有效載荷等)。另外，在其他實施例中，無人機 3302可經組態用於軍事或戰術目的(包括被組態為無人作戰飛行載具)。此外，如下所述，無人機 3302被組態為載人無人機、無人飛行載具(UAV)及/或自主飛行載具(AAV)。在一個實施例中，無人機 3302可能能夠垂直起降(VTOL)及/或電動垂直起降(eVTOL)。
另外，提供無人機降落場 3308，該無人機降落場可包括一或多個裂環共振器 3312。亦提供用於使無人機 3302與無人機降落場 3308對準的目標位置 3310。
在各種實施例中，該一或多個裂環共振器 3304可用於促進對無人機 3302之實體狀態及/或無人機 3302外部之環境條件的即時感測。此類即時感測可逐毫秒發生，且可用於在無人機 3302內之結構變化成為問題之前偵測該等結構變化，及/或更改無人機 3302的路線以到達預期目的地(諸如目標位置 3310)。例如，在一個實施例中，若無人機 3304上之螺旋槳發生材料疲勞(且容易破裂)，則位於螺旋槳上之裂環共振器可判定結構變化(根據頻率變化)。另外，可監測無人機 3302之任何元件，使得可在觀察到任何結構變化之負面效應之前偵測到該等變化。
在另一個實施例中，無人機 3302可在無人機降落場 3308上開始起飛或降落。對無人機 3302之狀態的即時感測(藉由該一或多個裂環共振器 3304)可保護無人機 3302及/或無人機降落場 3308。以此方式，該一或多個裂環共振器 3304可在起飛之前及/或之後偵測變化。請注意，無人機降落場 3308上之一或多個裂環共振器 3312可另外用於感測降落場 3308之狀態及/或無人機 3302之位置(不管無人機 3302是否具有該一或多個裂環共振器 3304)。此外，當降落時，無人機 3302上之一或多個裂環共振器 3304或無人機降落場 3308上之一或多個裂環共振器 3312可用於在其接近無人機降落場 3308時即時地判定無人機 3302之準確位置。以此方式，一或多個裂環共振器 3304及/或 3312可用於實現精準降落能力。
無人機降落場 3308之一或多個裂環共振器 3312可另外用於判定無人機降落場 3308的狀態，使得材料疲勞及/或組件故障在視覺上顯現之前可被偵測到。
在另一種情況中，在降落之後，可藉由自一或多個裂環共振器 3304接收健康相關資料來評估無人機 3302之狀態。例如，無人機 3302可經過可廣播無線信號之無人機健康系統。一或多個裂環共振器 3304中之每一者可提供頻率回應，該頻率回應可與無人機 3302之結構健康(根據材料疲勞及組件故障)對應。以此方式，可使用裂環共振器 3304來在起飛及/或降落之前、期間及之後偵測無人機 3302之健康狀態。該健康狀態可用於提醒人類/使用者及/或自主系統及/或傳送至人類/使用者及/或自主系統。
以此方式，可達成對無人機機隊進行健康檢查的自主系統。當無人機到達降落位置時，可能會對其進行檢查及評估。若裂環共振器指示無人機內存在結構問題，則可對無人機進行進一步檢查(例如，人工檢查等)及/或修理。若無人機沒有發現問題，則其可獲得「健康」標記且準備好再次派出。以此方式，可相對於機隊之健康完整性達成對無人機之持續管理，繼而可滿足對無人機使用(尤其在消費者空域內)的法律及社會約束。
圖 34示出根據一個實施例的設置於飛行載具中及/或上的裂環共振器的繪示 3400。視情況地，繪示 3400可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3400可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，無人飛行載具(UAV) 3402可包括位於飛行載具主體 3404、結構組件 3406及/或螺旋槳組件 3408上的裂環共振器。當然，應了解，裂環共振器可位於無人機 3404之任何及/或所有組件中及/或上。
在各種實施例中，裂環共振器(諸如位於飛行載具主體 3404、結構組件 3406及/或螺旋槳組件 3408上之裂環共振器)可用於獲得與無人飛行載具 3402相關聯的即時(以毫秒時間粒度)量測值，包括但不限於振動、應變、尺寸及/或材料性質變化、壓力及溫度。
例如，關於振動，裂環共振器可讀取振動頻率(Hz級至數百KHz級)。另外，在一個實施例中，可使用加速度計及其他非接觸式位移感測器來量測低頻至高頻振動(例如，自低赫茲區間中之極低頻率(諸如在類大橋結構中)至諸如在超音速應用中發現的較高振動--直至數百千赫茲)。關於應變，裂環共振器可偵測組件彎曲/扭轉以及結構疲勞/故障。關於尺寸及/或材料性質變化，裂環共振器可判定彈性體組件(諸如例如在輪胎、皮帶、軟管等中發現的彈性體組件)是否需要更換(由於磨損及老化)。此外，可使用尺寸及/或材料性質變化來判定到著陸地面之距離(如上文就圖 33所描述)。關於壓力，可使用裂環共振器來偵測氣壓、差動氣壓及/或氣壓週期性變化。另外，關於溫度，裂環共振器可偵測表面溫度及組件內部溫度。
因此，可使用無人飛行載具 3402中之組件中或上發現的裂環共振器來偵測與無人飛行載具 3402之健康狀態相關聯的參數量測值。此外，可同時接收一個以上量測值。例如，回應於無線聲脈波，每個裂環共振器可提供頻率回應。在一種情況下，可針對壓力量測值來校準此類頻率回應，而在另一種情況下，可針對材料性質變化來校準另一個頻率回應。因此，可接收來自所有裂環共振器的回應，繼而可提供與無人飛行載具 3402相關聯的所有感測器參數的同時結果。
圖 35示出根據一個實施例的設置於飛行載具中及/或上的裂環共振器以及降落位置感測器的繪示 3500。視情況地，繪示 3500可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3500可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，無人飛行載具 3502可能能夠垂直起降(VTOL及/或eVTOL)。應了解，在其他實施例中，無人飛行載具 3502可針對其他起飛能力(例如，習知起降、短距起降等)進行組態。
可在無人飛行載具 3502上找到一或多個裂環共振器，包括位於飛行載具主體 3504、結構組件 3506及/或起落架 3508上。當然，與圖 34一致，該一或多個裂環共振器可位於無人飛行載具 3502上之任何地方(且以任何程度之數量)，且可用於提供感測器相關資訊。
作為示例，位於無人飛行載具 3502上之裂環共振器可分佈於整個表面上。另外，輕型天線可另外分佈於整個無人飛行載具 3502上。在一個實施例中，裂環共振器及天線可為冗餘的(尤其對於關鍵組件、對於安全約束等)。此類裂環共振器可提供即時同時感測(以毫秒為單位)。此外，條件特徵可與來自裂環共振器之同時回饋回應相關聯。例如，條件特徵可與組件故障、外部條件(天氣、飛行模式等)等相關聯。此外，裂環共振器可經佈置以允許進行三角量測定位以幫助精確著陸(與本文就圖 33所描述的一致)。
為此，裂環共振器可包括位置感測器 3512，可用於計算起落架彎曲 3510、表面彎曲 3518、螺旋槳彎曲 3514及/或氣壓 3516。如別處所強調的，裂環共振器可用於與無人飛行載具 3502之起飛、飛行、降落、管理等有關的任何能力中，包括但不限於扭轉、輪胎磨損、空速、氣壓、載具組件之彎曲等。
在一個實施例中，位置感測器 3512可用於精確定位用於精確著陸之位置。此外，位於地面 3520中及/或上之裂環共振器 3522另外可用於幫助達成精確著陸。
圖 36A及圖 36B示出根據一個實施例的設置於飛機中及/或上的裂環共振器的兩個繪示 3600。視情況地，兩個繪示 3600可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，兩個繪示 3600可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，飛機 3602包括位於飛機 3602之各種位置中及/或上的一或多個裂環共振器，包括但不限於發動機 3604(噴射機、螺旋槳等)、機翼 3606、水平穩定器 3608、機身 3610及/或輪胎 3612。應了解，可在飛機 3602上找到任何數量之裂環共振器，且裂環共振器之目的可能不同。例如，位於飛機 3602前部之裂環共振器可用於收集外部天氣條件(氣壓、溫度、風速等)，位於輪胎上之裂環共振器可用於判定胎面壽命及狀態，及/或位於發動機中之裂環共振器可用於確保安全及避免材料疲勞。在一些實施例中，可創建條件特徵且將其與已知條件(天氣模式、材料疲勞之跡像等)相關。另外，來自裂環共振器之頻率可同時用於一個以上條件特徵。例如，裂環共振器可用於判定胎面厚度，且亦可用於靜摩擦量測、水滑偵測等。
應了解，雖然在兩個繪示 3600中示出了商用飛機，但任何飛機(商用、軍用、個人等)均可適用。另外，在飛機中使用裂環共振器可在起飛前、飛行期間連續地及降落期間提供連續的毫秒級變化。此類變化可包括結構參數變化(例如，疲勞臨限值、即將發生之組件故障等)，此繼而可導致向系統及個人發出警報。例如，觸發警報可導致飛機避開飛機，或在即將發生之故障事件發生之前安全地降落。
圖 37A示出根據一個實施例的設置於火箭中及/或上的裂環共振器的繪示 3700。視情況地，繪示 3700可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3700可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，太空船 3702可包括位於太空船 3702各處的一或多個裂環共振器，包括但不限於機翼 3704、升降副翼 3714、發動機 3708、飛行甲板 3710及/或貨倉 3708。應了解，可在太空船 3702中找到任何數量之裂環共振器。
在太空船中使用裂環共振器可在起飛前、飛行期間連續地及再入期間提供連續的毫秒級變化。此類變化可包括結構參數變化(例如，疲勞臨限值、即將發生之組件故障等)，此繼而可導致向系統及個人發出警報。此外，太空船(通常被稱為軌道飛行器)通常附接至火箭助推器。一般而言，太空船或火箭助推器上之任何組件的結構故障通常會導致太空船及火箭助推器的完全失效。然而，裂環共振器的使用將確保在影響太空船或火箭助推器之前可偵測到任何結構參數變化(對太空船或火箭助推器)。在一些實施例中，結構參數變化可能導致太空船與火箭助推器脫離以保留其中一個或另一個(基於所識別之結構參數變化)。
圖 37B示出根據一個實施例的設置於火箭及/或降落平台中及/或上的裂環共振器的繪示 3701。視情況地，繪示 3701可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3701可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，太空船 3709可附接至火箭助推器 3707。裂環共振器可位於及見於太空船 3709及火箭助推器 3707中的每一者上。此外，示出了用於太空船 3709及火箭助推器 3707之發射台，包括發射平台 3703、火焰坑 3711、平台構架 3713及/或發射服務結構 3705。裂環共振器可位於及見於繪示 3701之發射台的每個組件各處。以此方式，位於發射台的各部分中及/或上的裂環共振器可用於偵測結構參數變化(例如，疲勞臨限值、即將發生之組件故障等)，此繼而可導致向系統及個人發出警報。例如，結構故障(在任何組件中)可能會導致發射中止。另外，在發射開始後(但在升空之前)，結構故障可能另外導致發射中止。因此，任何結構故障(在任何點)皆可為發射中止及/或採取糾正措施的依據。
以此方式，預警系統可基於見於發射台、太空船及/或火箭助推器及/或與其相關的任何組件各處的裂環共振器，且可獲得即時資料以確保安全地修復任何偵測到之變化。
此外，對於任何類型之空中載具，裂環共振器可用作用於確保安全的低成本共振感測器。例如，裂環共振器可用於偵測組件之過多振動，偵測及監測材料中之微裂紋，監測非金屬組件表面的局部溫度(提供瞬時值及歷史/週期性變化)，監測非金屬組件內的局部溫度(提供瞬時值及歷史/週期性變化)，提供精確定位準確性(例如，為了精確著陸)，及/或可安裝至材料中、安裝至表面上及/或安裝於表面下(諸如涂漆表面)。
圖 38A為根據一個實施例的與報告來自裂環共振器之回饋有關的流程圖 3800。視情況地，流程圖 3800可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，流程圖 3800可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
流程圖 3800係關於一個實施例，其中自一或多個裂環共振器接收感測器資料，且作為回應，採取一或多個動作。
如圖所示，流程圖 3800開始於自經校準感測器接收感測器資料(步驟 3802)。經校準感測器可包括基於自然共振進行校準的一或多個裂環共振器。判定(決策 3804)感測器資料是否在預定範圍內。例如，感測器資料可能與條件特徵相關(其中已知偏差與已知故障及/或條件相關)。若感測器資料在範圍內(或在容許條件特徵內)，則該方法返回至連續地接收感測器資料(依照步驟 3802)。當然，用於接收感測器資料之時間間隔可為預定的及/或根據需要來調整。
若感測器資料不在範圍內，則流程圖 3800前進至減小測試時間間隔週期(步驟 3806)。在一個實施例中，步驟 3806可為可選的。例如，測試時間間隔週期可能已經係幾乎連續的(依照步驟 3802)，在該種情況下，可能不需要減小測試時間間隔週期。回應於步驟 3806(或與該步驟同時)，可觸發警報(步驟 3808)，且可產生報告(步驟 3810)。
在一些實施例中，與不在範圍內之感測器資料有關的警報及/或報告可用於通知及/或提醒人類(例如，操作員、主管等)、保存至儲存庫(例如，儲存裝置等)、通知及/或提醒組織(例如，環保局、機動車輛部門等)等。設想到，此類不在範圍內之感測器資料亦可用於觸發自動化動作(例如，AI整合系統等)、導致對載具(或裂環共振器處於其中的設備)之自動化設置更改及/或採取任何其他自動化動作(無需人工干預)。
圖 38B為根據一個實施例的與使使用裂環共振器之飛行載具及/或無人機降落有關的流程圖 3812。視情況地，流程圖 3812可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，流程圖 3812可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
流程圖 3812係關於自一或多個裂環共振器(位於現場)接收感測器資料以幫助精確著陸能力的一個實施例。應了解，可針對位於飛行載具上之裂環共振器的使用(而非依賴於現場感測器)來創建類似流程。
如圖所示，流程圖 3812開始於飛行載具正接近著陸位點(步驟 3814)。判定飛行載具是否在設定範圍內(諸如與降落場相距預定距離)(決策 3816)。在一個實施例中，判定飛行載具是否在設定範圍內(依照決策 3816)可至少部分地依賴於位於飛行載具上之裂環共振器。
一旦飛行載具在設定範圍內，則可自現場感測器接收資料(步驟 3818)。來自此類現場感測器之資料可發送至飛行載具，使得可實施位置調整(決策 3820)。當位置不需要進一步改變時，飛行載具可降落(步驟 3822)。當然，應了解，決策 3820可在飛行載具接近降落場時連續地發生，使得可對飛行載具之位置進行即時調整。
在一個實施例中，可使用現場感測器(依照步驟 3818)來對飛行載具之確切位置進行三角量測。如可了解的，流程圖 3812提供裂環共振器可如何使用且幫助飛行載具降落的僅一個示例。
圖 39示出根據一個實施例的介電基質中之特異材料及其相關電路的繪示 3900。視情況地，繪示 3900可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 3900可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在本說明書之上下文內，特異材料可包括被設計為具有天然存在之材料內找不到的物理性質的任何材料。
如圖所示，在SEM影像 3902中，可在介電基質中對特異材料進行調整。例如，可針對頻率選擇性性質選擇特異材料，包括在應用中先天調整及構造特異材料的情況。另外，特異材料可提供頻率選擇性電導率，而非直流導電。此外，此類特異材料可在不接觸之情況下導電且維持連接(與必須接觸才能導電且維持連接的標準導電墨水/薄片/塗層不同)。
可經由集總電路 3904示出在介電基質中經調整之特異金屬的佈置(依照SEM影像 3902)，其中可達成在共振頻率下具有最小阻抗的串聯電阻或在共振頻率下具有最大阻抗的並聯電阻。應了解，特異材料之佈置可佈置成串聯電阻及/或並聯電阻。
在各種實施例中，介電基質中之特異材料可佈置於裂環共振器 3906中，該裂環共振器可表示在電路型組態 3908中。此類組態 3908可包括與該環相關聯的電感器，及與裂環共振器之間隙相關聯的電容器。此類組態應以與上文討論之圖 24B1及圖 24B2一致的方式來理解。
使用特異材料作為頻率選擇性材料可允許(材料的)持續彎曲，而不會使電導降級。另外，頻率調諧可允許增加之信號雜訊比，以實現更好的偵測及解析度。此外，可經由介電基質之拉伸、變形及/或溫度讀數來直接量測其他參數(溫度、應力應變等)。
以此方式，特異材料可在裂環共振器中及/或上使用，繼而可提供頻率選擇性電導率，而非DC導電的。此外，特異材料之高頻導電性可允許在裂環共振器中使用。
圖 40示出根據一個實施例的嵌入於開孔或閉孔材料內之裂環共振器的繪示 4000。視情況地，繪示 4000可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 4000可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，裂環共振器 4006可嵌入於第一層 4002與第二層 4004之間。在各種實施例中，第一層及/或第二層之材料可包括開孔或閉孔(所選或有塗層)材料。此類材料可具有特定電容率，為材料與材料自身內之孔中的空氣的混合電容率，使得當氣流壓縮時，發泡體將空氣驅出，且總電容率變為材料(開孔或閉孔發泡體)之電容率。由於材料之電容率遠高於空氣，材料之壓縮將導致頻率下移。
為了自替代角度對此進行描述，將裂環共振器 4006嵌入於基於發泡體之材料中允許較大之共振頻率(與裂環共振器獨自作出回應的情況相比)。該較大共振頻率至少部分地歸因於基於發泡體之材料的變形，且當變形發生時，與基於發泡體之材料的電容率變化具有直接且很大的相關。
另外，在另一個實施例中，裂環共振器可印刷至開孔或閉孔材料發泡體之頂部上，接地平面在背面，發泡體材料在頂部與接地平面層之間。前部感測器與接地平面之間(發泡體在中間)的距離可導致頻移(像電容器)。以此方式，發泡體材料可充當壓力感測器，且發泡體之存在可用於使共振頻率上移或下移。例如，若發泡體元件變形或偏轉(推入或拉出)，則可根據裂環共振器之變化來量測發泡體元件。
因此，如本文詳述的，裂環共振器可提供對無線聲脈波/啁啾/詢問的回應。另外，使用基於發泡體之材料來圍封裂環共振器可放大裂環共振器的回應。同樣，基於發泡體之材料的變形大於例如半剛性材料，此繼而轉變為較大的電容率差異(再次將基於發泡體之材料與半剛性材料進行比較)。在圖 24B4之背景下，基於發泡體之材料可具有類似類型的回應(使用y軸坐標量測電容率而非頻率)。另外，在一個實施例中，此類電容率可為單極或雙極的。例如，在一些情況下(例如，在紊流情況下)，表面上可能存在正壓及負壓。在本說明書之上下文內，半剛性材料係指能夠彎曲的硬挺材料。基於發泡體之材料係指多孔海綿材料。將半剛性材料與基於發泡體之材料進行比較，基於發泡體之材料能夠實現較大的壓縮及變形(鑒於其海綿形式)。因此，將基於發泡體之材料與裂環共振器(如本文詳述)結合使用可允許較大的回應放大(此繼而可能與可在較低頻率及功率位准下操作的儀表相關)。
因此，裂環共振器與隨附材料及/或基板(例如，半剛性材料、基於發泡體之材料、混凝土、橡膠、聚合物等)的結合可能具有整體效應。在本說明書之上下文中，整體效應係指與隨附材料及/或基板結合之裂環共振器的頻率回應。
圖 41示出根據一個實施例的使用開孔或閉孔材料的壓力感測器的繪示 4100。視情況地，繪示 4100可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 4100可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
在功能上，波脈衝可自天線(位於載具 4104及/或周圍物件/位置上)傳播，該波脈衝繼而可撞擊於物件(諸如未最佳化感測器 4104)上，該物件具有反射或吸收能量的實及虛物理材料組件。此繼而可經由無線通信產生一種形式之類比遙測(其中溫度、壓力及/或其他量測值之傳輸可藉由波脈衝之反射或吸收來進行)，此繼而可提供對真實世界的遠端低成本參數感測。
使用感測資料對載具 4102進行的真實測試示出於圖 42中。
圖 42示出根據一個實施例的使用開孔或閉孔材料的風壓感測資料的繪示 4200。視情況地，繪示 4200可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 4200可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 4200係關於基於載具(諸如載具 4102)之風壓感測資料。風壓感測器可以與圖 40一致之方式來進行理解。另外，應了解，圖 42示出單個用例場景(針對風壓)。對於其他指標(溫度、壓力、速度等)，可獲得類似感測資料。
繪示 4200示出三種用例場景：(1)基於載具沒有移動的頻率；(2)基於載具之直線軌道加速的頻率；及(3)基於載具在轉彎時減速的頻率。如可觀察到，每種用例場景皆產生單獨的且不同的頻率量測值。如上所述，此類頻率量測值可能與條件特徵相關。另外，在每條線上發現之星星數指示最大/最小資料點。
圖 43示出根據一個實施例的與頻率選擇性電導率有關的路徑及電路的繪示 4300。視情況地，繪示 4300可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 4300可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 4300包括當前材料 4302及特異材料 4304的影像 4301。如可觀察到，當前材料需要基於允許電流流動之直接連接的DC電流。此類電流材料可由電路 4306表示。與此類習知系統相反，使用特異材料 4304可允許經由電阻及電抗路徑達成導電性。此類路徑可基於非直接連接(其中每個路徑及/或節點不需要接觸)以導電。電路 4308表示使用特異材料來建立導電性。
圖 44示出根據一個實施例的可能適合於使用裂環共振器的許多行業的繪示 4400。視情況地，繪示 4400可在任何先前及/或隨後之圖及/或其描述中闡述的任何一或多個實施例之背景下實施。然而，當然，繪示 4400可在任何所要環境之背景下實施。此外，上述定義同樣可適用於以下描述。
如圖所示，繪示 4400包括各種示例性全世界行業應用，其中與裂環共振器相關聯之共振頻率偏移可提供關於數百個潛在場景的早期偵測能力，因此提供補救及調整可能會發現潛在問題的地方的能力。與裂環共振器之共振頻率偏移相關聯的資料可應用於幾乎每個行業及市場，包括但不限於：公用事業、太空旅行及探索、農業、電力生產、製造、車輛安全、商業輪胎動力學、職業運動、鍛造、建築、分子分析與降解、生物醫學、電池組成、飛行及/或航空、航海、消費性包裝品、橋樑及道路等。本文詳述了一些此類行業(及裂環共振器之適用性)。
為了盡可能精確，以及示出裂環共振器之使用(及與其相關的共振頻率偏移)對許多其他行業的潛在適用性，在下文提供額外材料。
如早先所討論，裂環共振器可嵌入於其他材料(除了圖22A2之混凝土障壁及/或圖22A3之金屬障壁之外)中或印刷於其他材料上，該等其他材料涵蓋同樣廣泛之全球行業內的廣泛應用。以此方式，量測共振頻率偏移可在可嵌入或印刷裂環共振器(在表面上、在材料內等)的幾乎任何應用中進行。此外，裂環共振器不僅可用於判定共振頻率之偏移(其可能與指示物理條件之特徵相關聯)，且亦可用於回應於接收到此類輸入來控制態樣。例如，溫度感測器可具有嵌入其中之裂環共振器，使得當達到預定溫度時，可啟動外部單元(空氣調節器、加熱器、通風口等)，直至環境溫度達到預定溫度。在一些情況下，採取行動可取決於處理器，該處理器可解釋來自裂環共振器之共振頻率偏移的資料，且作為回應，開始行動(例如，採取行動以修改環境條件的命令等)。在其他實施例中，可在不使用外部處理器的情況下採取行動。例如，可運輸必須保持在預定範圍內的物品。為了在運輸物品時判定溫度之完整性，可將嵌入有裂環共振器之溫度感測器附著至該物品，且若溫度超過預定臨限值，則感測器之變形可能會導致物理表現(顏色變化、變形之指示器等)。因此，環境變化或表現可能與裂環共振器之狀態直接相關聯。
在一個實施例中，航空相關應用可包括在飛機經歷次音速、穿音速、超音速及高超音速時偵測接近或超過已知容差的材料應力、溫度或振動水準。在機翼(包括副翼、升降舵及方向舵)之表面內及上面採用裂環共振器可偵測機翼表面上方及下方的氣壓、溫度升高及降低、表面區域扭曲及甚至潛在材料破裂或故障，因此提供機會來在可能發生任何災難性事件之前提醒飛行員及地面人員注意飛機的潛在危險且提供足夠時間來作出回應且改正空速、升力、飛行姿態、有效載荷卸下等。另外，可應用之實施例可包括與機翼葉片結合的固定機翼構造，在該等葉片內及上使用裂環共振器來量測機翼表面上面及下面的氣壓以判定該機翼之最佳伸展或縮回，因此提供機會來調整飛行參數且最大化飛機效能。在航空之另一個實施例中，在機翼(包括副翼、升降舵及方向舵)之表面內及上面採用裂環共振器可偵測機翼表面的諧波或幾何形狀在什麼點開始變形且將平穩空氣變成湍流。
在又一個實施例中，航空相關應用可包括飛機噴射發動機渦輪風扇及螺旋槳發動機容差量測以及超過此等容差的潛在危險。例如，裂環共振器可在幾乎每個發動機部件(包括外殼及整流罩)中使用，以提供溫度變化、振動頻率增加及減少、材料彎曲或扭曲、進氣、燃料進氣、燃燒、歧管壓力、油壓、壓縮及/或排氣量測。舉例而言，發動機螺旋槳之表面區域上的裂環共振器可偵測及提供對一般量測(像角旋轉速度、軸向及/或離心氣流及扭矩)及更多潛在威脅分析量測(像螺旋槳及風扇葉片經歷之過多應力或彎曲、螺旋槳及風扇葉片中形成的微觀應力斷裂、過高溫度、發動機潤滑油黏度分解率及程度等)的指示，因此提醒飛行員可能即刻需要採取改正措施來防止即將發生或最終的發動機故障且使維護人員能夠判定在維護週期內採取的可能適當之補救措施。
在又一個實施例中，航空相關應用可包括固定及可分離(模組化)機身完整性量測參數及在飛行及地面上期間由於內力及外力導致的變化。可在機身內及機身表面上使用裂環共振器來偵測由於內部及外部氣壓、溫度變化、起飛(或降落)期間經歷之振動頻率增加及減小、海拔高度之增加及減小、及/或空速之增加及減小導致的不同程度之扭曲，且在災難性事件可能發生之前提供對與其相關聯之金屬及/或複合材料中的可能結構失效的預警。
在一個實施例中，生物醫學相關應用可包括偵測患者假肢中之組件的輕微變化及/或過度磨損。經由使用裂環共振器，可及早偵測到及解決假肢組件之組成及/或形狀的小(甚至微觀)變化，甚至可能在患者出現任何疼痛或不適之前。例如，膝關節置換術中使用的固定支承或活動支承膝關節假體可能由於來自承重及/或其他環境效應的應力而形成輕微未對準或扭曲，藉此導致接受者可能感到疼痛或不適。更具體而言，將裂環共振器與假膝之股骨及/或脛骨組件的接觸表面結合使用可揭露壓力及/或應力點之細微差別以及與之相關聯的聚乙烯關節表面的可能降級，因此提醒醫務人員可能需要進行調整、維護及/或徹底改裝以將患者之舒適性及穩定性最大化。
在另一個實施例中，生物醫學相關應用可包括偵測關於術後環境中數十個或數百個醫用植入物中之任一者的位置、流及/或運動範圍的可能偏移。在一個示例中，可利用一或多個裂環共振器來確保人造心臟瓣膜植入物在操作期間不會移動或偏移位置及/或不會阻止及可能限制非含氧血或含氧血自由流入或流出心臟自身，因此對患者造成嚴重傷害或致命後果。若放置於瓣膜植入物及與其相鄰之動脈壁上或內，則裂環共振器可提醒患者及/醫務人員注意需要進行調整或改裝才能恢復適當之心臟瓣膜功能的小或大的異常，甚至可能在患者出現任何明顯症狀之前。
在又一個實施例中，生物醫學相關應用可包括偵測調整矯具之有效性或需要，該等矯具被設計為改善、約束、減弱及/或支撐或加強患者之運動範圍及舒適性。在矯具應用上使用裂環共振器可幫助糾正或抵消受顯著神經功能障礙及/或傷害或外傷影響的患者原本正常之步態的喪失或減弱。在一個此類示例中，安裝於碳纖維及/或其他複合材料踝及/或腳矯具(對應之膝矯具具有伸出擺動輔助機構)內及上的裂環共振器可偵測在可接受參數值之外的應力、壓力及/或運動範圍，因此表明需要進一步調整以為患者達成所要級別之落腳校正、膝蓋支撐、改良之平衡、增強之本體感及改良之步態生物力學。
在又一個實施例中，個人防護設備(PPE)相關應用可包括提高該等PPE之有效性來偵測與例如面罩之材料接觸的水滴內之某些化合物及/或病毒株。舉出具體示例，因為基於碳質生長物之裂環共振器可被調整為用於特定的偵測相關目的，因此此類裂環共振器可注入於N-95型面罩(或任何類型之面罩)的纖維材料內，有各種以不同方式調整之裂環共振器能夠偵測特定類型之分子化合物及/或病毒株，因此使佩戴人員及(明確而言)醫務人員能夠快速地判定傳染病及/或即將發生之疾病的風險是否可能係直接威脅且使用適當隔離、治療或補救方案來最小化負面影響。
例如，在一個實施例中，可使用面罩來偵測特定菌株(諸如COVID)，且當偵測到特定菌株時，面罩(或其特定部分)可至少部分地明顯變色。此可表明面罩之使用者已經感染特定菌株。另外，其他病毒感測器可安裝於任何位置(例如，公共汽車入口、捷運汽車、地鐵入口等)，使得基於經過之環境空氣，若偵測到特定菌株，則其可能會改變顏色，表明攜帶特定菌株的人經過該感測器。
使用裂環共振器偵測生物材料的其他適用性可見於2021年7月22日申請之標題為「METHOD OF MANUFACTURING A GRAPHENE-BASED BIOLOGICAL FIELD-EFFECT TRANSISTOR」的美國專利申請案第17/382,661中，該申請案之內容出於所有目的以引用方式併入本文中。
在機場安檢之背景內，此類感測器可嵌入於典型金屬偵測系統內，使得當對人進行掃描時，可分析人排出之空氣以判定特定菌株的存在。在一種背景下，基於低成本織物之感測器可懸掛在金屬偵測器內，使得在人經過空氣時，可自動地進行分析，且若偵測到特定菌株，則在低成本織物上發生顏色變化。此類偵測可甚至在不需要電子組態或部件的情況下發生。替代地，感測器可以電子方式附接至處理器，使得在分析空氣時，若偵測到特定應變，則可能作出回應(例如，警報、通知等)。
在一個實施例中，公用事業相關應用可包括偵測在高功率線路導體結構及/或外殼/絕緣套管中緩慢及/或突然形成之故障。例如，裂環共振器可偵測保護性電力線絕緣及/或外殼套管中的應力彎曲或斷裂，該等應力彎曲或斷裂可能會由於乾燥植被(例如，草、樹木、樹葉等)與電力線結構相距較近而成為允許火花或其他直接影響潛在地影響或點燃野火的促成因素。更具體而言，使用安裝在圍繞主導體纜線沿徑向安裝之外殼及/或套管的一或多個層內及周圍的裂環共振器可偵測隨著時間推移形成的小(甚至微觀)故障，該等故障若未被檢查出則可能會使主導體導線危險地暴露於自然元素中。
在另一個實施例中，公用事業相關應用可包括量測通過一或多種形式之輸送設備(管線)的液體及/或氣體流且量測可能影響該輸送系統之效能的形狀、溫度、結構完整性及應力(由於內部及/或外部壓力)的任何變化。明確而言，可採用裂環共振器來藉由偵測及提醒操作及維護人員注意輸送機構之實體結構(圓柱形的及其他)之組成的變化來幫助在輸送管線中維持最佳的操作壓力水準，且可能偵測結構材料中的更微觀之故障，該等微觀故障若在早期被診斷出並進行處理則將不會成熟且不會表現為整個管線輸送系統的災難性損失或損壞。舉出不同示例，裂環共振器可偵測過壓輸送區段，因此允許操作及維護人員有機會進行上游及/或下游調整以使此類壓力保持在標準操作臨限值內且減輕導致額外維修、修理及/或甚至更換的過多應力。
在一個實施例中，建築相關應用可包括使用裂環共振器來偵測應力、不可預見或不可計算之承重及/或對效能的其他基於環境之效應，包括但不限於環境溫度變化、濕度指數及/或飽和度，及用於提供必要支持、載荷平衡及穩定性的原材料之相對實體大小。舉例而言，沿著屋頂結構之椽中的支撐梁及/或托梁的長軸定位的裂環共振器可顯露該等梁或托梁的不可預見之彎曲，因此提醒建造者及/或居住者注意就該結構支撐的重量而言源於施工方法之彎曲的潛在危險狀況。另外，在使用天然木材以外的結構材料(包括但不限於複合鋼、膠合板或定向刨花板等)的情況下，嵌入於承重材料本身之結構內的裂環共振器可偵測到隨著時間推移形成的小的缺陷或故障，若故障嚴重程度高於預定臨限值，則該等缺陷或故障可能會最終導致支撐結構失效。
在另一個實施例中，建築相關應用可包括偵測用於行人及車輛橋樑、高架鐵路、停車場結構、多層房屋及商業結構等的極高級承重鋼筋或純混凝土支撐柱的組成及結構變化。更具體而言，整合為加強混凝土柱結構之複合材料之部分的裂環共振器及能夠偵測組成變化的表面安裝式裂環共振器可用於偵測小缺陷之初始形成，及/或在浇注之後現有輕微缺陷的存在，該等缺陷可能需要必要的進一步外部支持及/或其他補救措施以保持結構完整性及根據其設計繼續提供適當承重。
在又一個實施例中，建築相關應用可包括確保遵照政府標準及法規要求的防火及其他安全措施。就此而言，裂環共振器可幫助偵測不太可能發生之情況，例如，建造之「防火墻」及/或包括金屬框架及輕型結構膠結(SCP)嵌板的其他耐火組裝系統的不可預見及不明顯的變化。具體而言，裂環共振器可偵測在防火墻或SCP之安裝中形成的「小間隙」，且提醒建造者及/或維護人員此等保護措施已不符合前述政府法規，其中原本隨意的視覺確認措施可能無法偵測到該不符合法規。
在一個實施例中，航海相關應用可包括偵測結構完整性及/或在帆吃水在風載荷下打開時對展開之帆的帆布施加的風壓的任何變化。在包括帆的多個布層之表面上及/或在該多個布層之間採用裂環共振器可向船員提供關鍵的即時資訊，指出在使用中帆完整性的潛在問題。在一個具體示例中，裂環共振器能夠偵測在隨意及/或競賽航行期間在與風載荷相關聯的應力下在大三角帆複合材料內及上的材料扭曲或故障，因此使船員能夠更快速地對大三角帆之姿勢進行必要調整以使其拴到桅桿、圓材及/或支索。
在另一個實施例中，航海相關應用可包括偵測在主帆(或主帆板)在正常操作期間經歷不同程度之風載荷時實心及/或管狀桅桿壓縮的變化。舉例而言，使用附著至可彎曲/可撓曲桅桿之表面的裂環共振器可幫助船員判定是否達到對主帆施加的最佳水準之風載荷及/或因此是否需要進行調整。另外，使用附著至剛性桅桿結構的裂環共振器可偵測在操作期間桅桿的過度/未計劃之撓曲的程度，可能指示主帆承受過多風載荷力，船員可對此進行診斷且進行適當調整以返回至最佳效能。此外，使用在實心及/或管狀桅桿內使用且附接至實心及/或管狀桅桿之外部的裂環共振器可幫助船員偵測在桅桿材料結構中形成的應力故障之早期跡象，因此使船員能夠更準確地判定用於更全面之測試、維護及甚至在疲勞已超出預定「安全」臨限值的情況下進行徹底更換的窗口。
在又一個實施例中，航海相關應用可包括偵測由於外力導致的輪船組件(尤其係船身)之結構的變化及/或異常，該等外力如溫度(水中及水外)、在拋錨及在推進時可能影響金屬、複合材料及/或合金材料結構效能的小及大應變。舉出一個示例，使用裂環共振器可偵測雙體船之浮箱的變化或扭曲，例如在平靜及/或有挑戰性的水域上航行時。具體而言，由於多體船設計的船隻具有優越的速度行駛能力且比其單體船對應物相對更穩定，因此通常採用多體船設計的船隻，多體船與單體船之間的比較方程的一部分可能涉及在操作期間與水接觸的船身表面積。在此類船隻之船身表面上採用裂環共振器可偵測由於水溫變化、尾流衝擊、在操作期間的材料彎曲等導致的船身形狀的暫時變化、異常及/或扭曲，如此可能導致阻力增加，藉此可能轉變為可達到之速度比在維持最佳船身表面形狀時更低。有了該資訊，船員能夠有可能調整一或多個環境參數以努力返回至最佳效能。在一個實施例中，此類環境參數(例如，帆角度、繩索長度等)可自動發生(基於附接至用於處理來自裂環共振器之資料的處理器的致動器)。
在一個實施例中，鍛造相關應用可包括偵測鍛造金屬、複合材料及/或合金之稠密度/密度的微小異常。鍛造金屬、複合材料及/或合金之界可跨越工具生產的兩個主要階段：施加高水準之熱量及鑄造錠坯，及對自鍛造材料得到之最終工具進行實際成型及製造。第一示例可涉及使用裂環共振器來幫助偵測原料金屬、複合材料及/或合金中的極小(甚至微觀)變形及/或異常，該等變形及/或異常可能潛在地影響第二示例例示之成品的品質、強度及可靠性。第二示例，亦即，鍛造製程之最終產品，可得益於在金屬、複合材料及/或合金原材料內及附著至成品外部之裂環共振器，因為該等共振器可幫助偵測在可接受之已確定參數外的表面形狀、密度及/或稠密度變化。舉出具體示例，在高爾夫球桿(例如「鐵桿」)之桿及/或頭的鍛造過程中採用裂環共振器可提醒製造商及設計者注意稍微不準確之球桿頭角度或在組裝時高爾夫球桿之桿與頭之間的可能比預期弱的耦接，或者裂環共振器可偵測與嚴格設計準則稍微不一致的球桿頭形狀，因此需要重鍛造或進行其他材料調整以使球桿符合製造標準。
在一個實施例中，電力產生相關應用可包括確立並維持大型太陽能面板陣列內之各個太陽能電池的一致性及最佳效能。例如，裂環共振器可在製造時整合至各個太陽能電池之實際材料中，如此可偵測電池之材料在正常操作/收集及保留時段期間何時可能會降級或在已確立之規範之外運作。另外，可在太陽能電池陣列附近(例如在電池與封裝材料之間)使用裂環共振器來偵測是整個太陽能陣列效能受損抑或僅一或多個單獨電池效能受損。
在另一個實施例中，電力產生相關應用可包括偵測與水電大壩及/或相關聯之發電廠的結構及操作有關的環境條件。在大壩建設中使用裂環共振器可使得能夠偵測大壩建造材料(包括但不限於各種組件，諸如抗滲钢筋混凝土、混凝土樁、第一密封金屬板、金屬連接板、第二密封金屬板及第二抗滲鋼筋混凝土)之組成的變化，且使建造者、操作人員及維護人員能夠分析關於大壩結構之當前狀態的即時資料，可能提供對潛在故障的預警，該等潛在故障若不加以解決則可能會發展成為大壩主要功能的全面災難性破壞。具體而言，將裂環共振器安裝在構成大壩之主要結構的原料水泥澆注流中來建造大壩可使得安裝在大壩中及周圍的感測器提供對抗滲鋼筋混凝土結構之輕微變化、扭曲及或變形的預警，因此使操作及維護人員能夠在任何真實問題浮現之前有機會補救或減輕任何潛在問題。
在又一個實施例中，電力產生相關應用可包括不斷地監測及評估水平軸線風力渦輪機支架、葉片及/或能量產生器之可行性及狀況。使用裂環共振器可偵測風扇葉片耐用性、磨損及姿態、形狀、強度，及垂直支架之耐用性，及/或渦輪機自身之標準操作的變化。舉出具體示例，裂環共振器放置於水平軸線風力渦輪機設備之葉片及該等葉片附接至之輪轂上可提供對各個葉片(在一個實施例中，其可由鋁-玻璃纖維混合構造組成)至輪轂的連接隨著時間推移變弱的及早指示，因此除了適當之補救措施之外，亦可能需要維護及甚至維修。及早偵測到此等類型之可能故障節省時間及金錢，因為「一盎司的預防可能抵得上一磅的治療」，且最大化之操作時間可能與持續或甚至增加之電能產生直接相關。
在又一個實施例中，電力產生相關應用可包括偵測及追蹤天然氣儲存及輸送管道的變化。作為天然氣儲存及輸送中最昂貴的(就時間、資本支出、潛在的能量損失及額外的維護週期而言)問題之一，輸送天然氣能源中涉及的沿著寬範圍之實體系統中之任一者的洩漏係一個問題，可藉由使用部署在該系統中之裂環共振器來一起最小化或減輕該問題。舉例而言，施加於將天然氣自點A輸送至點B之實體輸送導管的裂環共振器可藉由向操作及維護人員提供對以下各項的指示來及早偵測潛在洩漏：潛在故障、扭曲及/或異常直接在輸送導管之材料內及/或在一片輸送導管可在實體上附接至一或多個額外組件的任何接頭或接合點內形成。另外，能夠偵測預定氣體(例如，甲烷等)之洩漏可能具有環保適用性，因為在導致顯著損害之前可偵測到並阻止環境有害之氣體。
在一個實施例中，製造相關應用可包括顯示關於在建造及組裝過程結束時給定產品之組件合併及/或最終組裝狀態(符合或不符合)的資訊。在放到一起以形成完整機器或其他產品的各個零件上之精確位置中採用裂環共振器可偵測在最終總成中是否及在何處可能存在可能的不準確性及/或未對準。例如，若最終產品之三個部件A、B及C將根據關於間距及/或對準的已知嚴格容差準則來組裝，則經定位以偵測其他精確放置之裂環共振器(用於確定兩個部件A及B(或B及C，或A及C，視情況而定)是否在指定間隙或對準未過度變化的情況下恰當地彼此連接)的存在(或缺少)的裂環共振器可基於裂環共振器之間的接近量測值落在可接受容差之外來偵測哪裡可能存在組裝故障。
在另一個實施例中，製造相關應用可包括藉助於後生產測試來偵測設備內之任何潛在故障或錯誤。使用附著至新製造的有超音速能力的噴射發動機後燃燒室總成之關鍵位置上的裂環共振器可向工程師及維護人員提供關於當在其他實際條件下執行該總成之功能時該總成之準確性的關鍵資訊。具體而言，將裂環共振器附著至包括後燃燒室「推力成形」機構的縱向可移動護罩及可變面積出口噴嘴可藉由轉發該等護罩及噴嘴功能是否在已確立之最佳容差內進行來提供關於總成後生產效能的重要資訊，因此在將該後燃燒室總成最終引入至超音速噴氣式戰鬥機之前確保恰當功能性，該總成將對該超音速噴氣式戰鬥機執行其既定功能。
在一個實施例中，農業相關應用可包括在農業產品之樣本中偵測及追蹤生長速率以判定該等品種是否以已確立準則內之速率生長(例如，不生長過慢，且亦不生長過快)。因為將裂環共振器放置於植物樣本自身之實際纖維內將係困難且可能不合理的，因此在此類農業樣本之非食用部分之關鍵外部點上採用的裂環共振器可在該植物樣本之典型生長週期的跨度內在以恰當之時間間隔進行探測時偵測生長速率。另外，所採用之裂環共振器可用於在設定輪詢週期內簡單地偵測並報告表面溫度讀數，方法係每當對其進行探測時向輪詢機構報告表面溫度，因此允許種植者及植物學家在生長週期內獲得與給定農業樣本之溫度有關的資訊。此外，亦可使用裂環共振器來提供關於裂環共振器附著至的農業品種的水分飽和度的關鍵資訊。亦即，每當輪詢及記錄機構尋找來自附著至一組給定農業樣本之一或多個裂環共振器的回應時，監測生長過程的人可能能夠發現一或多個農業樣本之水分飽和度是否展現出在可接受參數外(過少或過多)的量測值且可能獲知關於該等水分異常之影響的一些情況。此外，裂環共振器可能能夠偵測農業樣本在生長週期內是否可能暴露於不足、不足或過量之紫外光下及暴露於多少量之紫外光下。當附著至此類農業樣本之非食用部分的關鍵外部點時，附著至陰影下區域內及外之植物的裂環共振器可藉助於在輪詢及記錄機構進行定期輪詢期間返回的讀數來緊密地追蹤每個樣本在直接、間接或遮蔽光源下的曝光量。
在一個實施例中，太空旅行相關應用可包括判定太空船組件是否按照設計裝配在一起且對宇航員及太空船上的其他敏感生命體及/或無生命的有效載荷保持安全。舉出一個具體示例，裂環共振器可與在零重力環境中操作時在某一點連接或結合的兩個太空船載具及/或太空船模組結合使用。裂環共振器可藉由基於接近、氣壓、溫度讀數容差在或不在可接受準則內提醒宇航員及/或其他監測人員注意有潛在危險之狀況來偵測結合過程(其中控制器被設計為用關節連接耦接系統以便耦接系統之有效半部成功地捕獲目標組件，將兩者對準且建立靜態/剛性連接)是否準確地且安全地完成。
在另一個實施例中，太空旅行相關應用可包括在太空載具之所有發射階段(之前、期間及之後)不斷地監測及報告固體火箭推進劑完整性。例如，固體火箭推進劑(SRB)複合材料必須保持無裂紋/缺陷，因為含有裂紋之推進劑複合材料帶來載具爆炸破裂之風險。若未恰當地監測潛在故障/裂紋/缺陷，則固體推進劑系統可能會由於包括機械衝擊及靜電的多種可能原因被無意中點燃。在實際複合燃料混合物中及固體燃料元件之表面上採用裂環共振器的可能性可為宇航員及地面人員提供偵測媒體來接收對在載具發射之前SRB燃料源中的可能故障及隨後的有潛在破壞性之故障的預警。
在另一個實施例中，太空旅行相關應用可包括偵測及追蹤在發射期間外力對火箭推進飛船之框架、主體及組件的影響。由發射引起的極熱、振動、氣壓增加及減小及/或扭矩僅為在實際發射期間可能會對運載火箭具有負面影響的外力中的一些。此類力可能會導致運載火箭之表面形狀變化及/或扭曲，該等變化及/或扭曲可能會帶來若不能及早偵測到且有效地減輕則有潛在危險的結果。因此，在運載火箭之組件表面上及運載火箭之組件內採用裂環共振器可有助於向宇航員及隨後可用遙測術實施微小之特定調整的地面人員等提供關於條件變化及/或其他未預料到之情況的即時資料，以使發射過程根據設計參數繼續進行下去。
在一個實施例中，職業運動設備相關應用可包括在比賽期間監測及追蹤來自職業運動員之保護性(及非保護性)設備的原始資料。一個引人注目之示例涉及在職業足球比賽(及其他需要使用頭盔的運動)中使用足球頭盔，且該頭盔必須為佩戴者提供足夠之保護，以防止在佩戴者的頭部在比賽過程中由於各種撞擊類型而經歷線性加速度及旋轉加速度時導致的腦震蕩(或更糟)。舉出具體示例，裂環共振器可安裝於由吸收性發泡體、空氣、凝膠或其組合形成且整合至球員頭盔之結構中的冠部能量衰減總成(或「襯墊」)。事實上，裂環共振器可為頭盔中(例如，吸收性發泡體的)實際材料組成的一部分，且用於偵測在撞擊期間頭盔內之一或多個特定壓力點內的極端壓縮。因此，在正在進行之比賽的場外的運動防護員可能會接收到即時「警報」，亦即，特定球員之頭盔內的一或多個吸收性發泡體插入物剛剛受到可能過度(危險)的撞擊，而球員自身甚至不需要提醒該人員注意潛在問題。
在一個實施例中，職業運動設備相關應用可包括監測在特定球員之給定比賽中獲勝所需的其他可能不太注重安全的設備的完整性。舉出具體示例，可防止職業曲棍球球員在沒有用於在比賽期間在冰上操縱冰球的合適曲棍球棒的情況下參加比賽(在正常比賽的過程中)。若且當球棒斷裂時，可能會要求該球員立即丟掉損壞的工具(幾乎最後總是只要球員那時正好在冰上則球員會丟掉所述斷裂的球棍的其餘部分)，因此使球員在比賽期間在他/她在冰上的任何時間實際上發揮不了作用。使用在結構內且在石墨曲棍球棒外側(且附接至天然木材曲棍球棒之外部)的裂環共振器將使得替補隊員能夠在曲棍球棒實際上斷裂之前獲知使用中之曲棍球棒的完整性是否可能接近斷裂點，因此允許球員在任何此類故障之前更換為全新的球棒。此外，另一種面向曲棍球的應用可能涉及卡扣式可更換冰刀。若可更換冰刀在比賽期間意外脫落及/或與其外殼分離，則結果可能係致命的。在構成可更換冰刀連接的兩個結合元件上使用裂環共振器可基於兩個裂環共振器接近的變化來偵測是否即將發生分離，因此允許球員及/或替補隊員進行必要調整及/或重新連接以便在比賽期間防止此類分離。
在一個實施例中，潤滑劑(及其他重要流體，包括但不限於燃料、冷卻劑及其他製程流體)黏度及/或分子降解相關應用可包括以分子級別偵測重要流體(諸如機油)在操作期間在發動機內何時開始分解。舉出一個具體示例，注入液體之實際組成內的微觀裂環共振器可例如藉由偵測液體內增加水準之異物(例如，來自數千個點火室燃燒事件之積碳)來偵測常規發動機操作過程內流體之分子降解，因此使外部監測組件能夠在潛在臨限值水準之外來粒子變成發動機內之潤滑劑池的「部分」時顯示報告或發出警報來提醒操作及維護人員需要沖洗及刷新潤滑劑以延長所述機器之使用期限。請注意，類似裂環共振器使用可適用於已知之其他前述發動機操作液體，包括燃料、冷卻劑，及製程流體如液壓流體等等。
在一個實施例中，可再充電蓄電池組成、充電及放電相關應用可包括即時地偵測可再充電蓄電池之膜組件(陰極、陽極、隔板等)內之條件何時改變且改變程度是否嚴重。例如，附接至可再充電蓄電池之外部殼體的電極可在蓄電池操作之初始充電、放電及再充電階段期間自整合於鋰蓄電池之陰極(及/或陽極)中的裂環共振器接收偵測資訊。藉由裂環共振器偵測構成陰極(及/或陽極)膜之材料中的異常或不一致因此可提醒操作人員注意較大蓄電池外殼中的單個電池或甚至一組鋰電池的潛在問題，該潛在問題可能會潛在地影響整體效能。
另外，在一些實施例中，可藉由外部源來對裂環共振器進行探測(諸如對位於載具表面上之裂環共振器進行探測)。在其他情況下，可藉由周圍的障礙物防止對裂環共振器進行探測(諸如當裂環共振器沒入液體中或嵌入於諸如發動機之鋼結構內等等時)。在彼等情況下，可在裂環共振器所處位置處收集資料。例如，若裂環共振器處於行進通過設備之液體內時，可在行進過程期間藉由微處理(亦位於該液體內)對此類裂環共振器進行探測，且可在行進過程期間記錄資料。以此方式，當液體離開設備時，可提供在行進過程期間收集到之資料。此外，此類資料可能與與裂環共振器在其中行進之設備相關聯的特徵及條件相關。例如，若裂環共振器沒入潤滑劑內，則此類潤滑劑可輸送通過發動機，且在離開之後，在裂環共振器行進通過發動機時與裂環共振器相關聯的資料可具有與每次探測相關聯的時間戳，使得裂環共振器之特定位置可能與時間戳相關。以此方式，可在潤滑劑離開設備之後確定內部偵測到的異常。另外，在另一個實施例中，可在內部(在裂環共振器嵌入於其中的系統內)接收由於對裂環共振器進行探測而獲得的資料，且經由硬接線連接將該資料傳送至外部天線，該外部天線繼而可將該資料傳送至外部資料收集源。
關於車隊管理，可在各種背景下使用裂環共振器。例如，將車隊(例如，無人機、載具、卡車、飛機等)維持於良好工作狀態可基於每個物品中之裂環共振器的各個讀數。了解何時需要停止使用物品及對物品進行維修通常基於1) 預定時間或行程臨限值；或2) 裝置故障(表明其需要修理)。將裂環共振器嵌入於此類車隊物品內將允許精確地管理車隊，使得只要物品上之感測器偵測到狀態變化，則對物品進行維修，3) 關於車隊管理，單個載具或部件磨損及故障資料可傳送至車隊及部件製造商的倉庫及工廠訂購系統(CRM)中以在排定服務之前更好地及時同步部件，藉此在製造現場或倉庫現場更準確地預報所需部件。另外，大規模管理(服務倉庫、房地產、商業物業等)可能需要大量時間及成本來維護。裂環共振器可針對特定的靈敏度(諸如偵測何時在地板上發現一層灰塵)進行調整。此類適用性甚至可應用於研究設施(其在無塵區中運作)。
在各種實施例中，裂環共振器的操作可用於三角量測(或位置定位)。另外，來自一個裂環共振器之回應繼而可在第二裂環共振器中導致回應，該回應繼而可在第三裂環共振器中產生另一個回應，以此類推。以此方式，來自單個裂環共振器之回應可按照需要順序地通過其他裂環共振器。在另一個實施例中，裂環共振器之操作可用於在GPS資料不存在、被損壞或精確度不足以進行精確導航及定位的區域中進行三角量測(或位置定位)。
在另一個實施例中，床墊行業可使用裂環共振器來修改床墊之輪廓以匹配使用者偏好。例如，使用者可能想要減小床墊之某一點處的壓力(以緩解背部疼痛等)。當使用者躺在床墊上時，裂環共振器(其可嵌入於床墊內、嵌入於發泡體材料內等)可指示整個床墊上的壓力點。與床墊相關聯之處理器可用於解譯此類資料且修改床墊之輪廓(包括藉由機械操縱、發泡體壓縮量之展開/縮回等)以達成期望結果(在所指示之特定點處的特定壓力)。另外，醫生可提供一組特定的床墊壓力點(以緩解症狀)，該等床墊壓力點可輸入至床墊中，使得當使用者躺在床墊上時，床墊可即時地進行組態以滿足指定壓力點。此外，當使用者在床上改變姿勢(自側睡變為仰睡等)，床墊可不斷地調整床的輪廓以滿足預定壓力點，不管使用者採取什麼姿勢。
此外，在一個實施例中，裂環共振器可用於偵測物件上的生長物。例如，裂環共振器可嵌入於纖維及複合纖維中，使得若黑麴例如長在墻壁(諸如不面向外的內壁)表面上，則可在墻壁表面上偵測到黑麴。另外，裂環共振器可用於偵測洩漏(諸如房屋地下室的漏水)。因此，在房屋維護及安全的背景內，裂環共振器可用於偵測房屋的狀態。
此外，裂環共振器可用於偵測藥物完整性(諸如藥物變質)。另外，其可在感測器中用來偵測身體狀況(壞疽之存在、糖尿病之血糖水準等)。
裂環共振器之共振頻率偏移之使用的其他適用性可在2022年8月10日申請的標題為「BATTERY SAFETY SYSTEM FOR DETECTING ANALYTES」之美國專利申請案第17/884,735號及在2021年2月22日申請的標題為「ANALYTE SENSING DEVICE」之美國專利申請案第17/182,006號的背景內應用，以上各案之內容出於所有目的以引用方式併入本文中。
此外，裂環共振器可用於偵測，可放置於消費型包裝品(例如，洗衣清潔劑、牛奶等)之單獨容器或消費型RX容器上以判定容器中剩餘的產品量，且接著將該資訊中繼至患者之醫療管理系統或自動化重訂購系統中。
在上述說明書中，已參考本揭示案之特定實施方式來描述了本揭示案。然而，顯然，在不脫離本揭示案之較廣泛精神及範疇的情況下，可對其進行各種修改及改變。例如，參考過程動作之順序來描述上述過程流程。然而，許多所描述之過程動作的順序可在不影響本揭示案之範疇或操作的情況下改變。說明書及附圖應以說明性意義而非限制性意義而論。
100:載具狀況偵測系統 102:收發器天線 104:帶感測器 105:軟管感測器 106:輪胎感測器 108:調諧RF共振組件 110:RF信號 112:返回信號 113:上游組件 114:收發器 116:載具中央處理單元 118:載具感測器資料接收單元 119:賽車任務控制單元 120:載具致動器控制單元 122:致動器 124:門、窗戶、鎖 126:發動機控制件 128:導航/抬頭顯示器 129:懸架控制件 130:機翼裝飾件 200:信號處理系統 210:發射之RF信號 212:返回之RF信號 214:收發器 216:載具中央處理單元 250:環境變化 254:特徵分析模組 260:表面感測器 270:嵌入式感測器 292:4層積層 294:5層積層 300:特徵分類系統 310:特徵 312 1:第一特徵 312 2:第二特徵 312 N:第N個特徵 318:校準點 320 1:第一校準點 320 2:第二校準點 320 N:第N個校準點 400:輪胎狀況參數 422:胎面使用壽命 426:在第二溫度下之操控 428:在第一溫度下之操控 430:在第一溫度下之滾動經濟性 432:在第二溫度下之滾動經濟性 436:滾動均一性 438:制動均一性 500:示意圖 550:複合材料 554:第一調諧碳 556:第二調諧碳 552 1:反應器 552 2:反應器 552 3:反應器 552 4:反應器 558:第三調諧碳 560:第四調諧碳 562 1:混合器 562 2:混合器 562 3:混合器 562 4:混合器 564 1:主體簾布層及/或胎面層配方 564 2:主體簾布層及/或胎面層配方 564 3:主體簾布層及/或胎面層配方 564 4:主體簾布層及/或胎面層配方 566:輪胎總成 568 1:主體簾布層及/或胎面層 568 2:主體簾布層及/或胎面層 568 3:主體簾布層及/或胎面層 568 4:主體簾布層及/或胎面層 600:示例條件特徵 602:示例條件特徵 604:第一聲脈波 606:第三聲脈波 608:第一回應 610:第二回應 614:第三回應 700:示例條件特徵 702:第一回應衰減 800:示意圖 900:示意圖 902:胎面 904:帶束層 906:带束层 908:带束层 910:带束层 912:內襯 916:胎圈 918:基於阻抗的頻譜學磨損感測印刷電子器件 920:主體 922:胎圈填充區 1000:示意圖 1002:輪胎 1004:印刷碳基共振器 1010:輥總成 1012:儲存庫 1014:網紋墨輥 1016:印版圓筒 1018:壓印圓筒 1200:示意圖 1212:「聲脈波」刺激-回應圖 1300:共振機制 1301:輪胎之內表面 1302:兩個薄片或小片的並置 1303A:裂環共振器 1303B:裂環共振器 1304:密集區 1305:電路組態 1306:聚集模式 1308:聚集模式 1310:聚集模式 1400:示例溫度感測器 1402:輪胎主體的部分 1404:陶瓷材料 1406:裂環共振器 1408:輪胎簾布層的溫度 1410:導電層 1500:曲線圖 1600:曲線圖 1700:曲線圖 1806: 質量粒徑分佈 1808:質量粒徑分佈 1810:質量基累積粒徑分佈 1812:質量基粒徑分佈 1814:質量基累積粒徑分佈 1816:質量粒徑分佈 1818:數基累積粒度分佈 1820:質量基累積粒徑分佈 1822:質量粒徑分佈 1824:數基累積粒度分佈 1830:3D碳材料 1831:纖維 1832:纖維 1834:邊緣平面 1835:纖維表面 19A100:繪示 19A200:繪示 19B00:繪示 19B02:繪示 1902:混凝土澆注流 1904:裂環共振器 1904 1:裂環共振器 1904 2:裂環共振器 1904 3:裂環共振器 1906:混凝土 1908:柱或壁 1910:板 1912:垂直取向之混凝土結構構件 1914:水平取向之混凝土結構構件 1916:材料的壓縮 1918:回應變化 1920:材料的彎曲變化 1922:回應變化 2000:裂環共振器在外部的使用 2002:水平構件 2004:彎曲構件 2006:平坦結構構件 22B00:路旁障壁 24A00:感測積層 24B300:曲線圖 24B400:曲線圖 24C00:載具 2202:道路 2204:金屬障壁 2206:混凝土障壁 2208:內部裂環共振器 2210:推桿障壁 2212:裂環共振器陣列 2302:表面施加式裂環共振器 2402 1:碳纖維 2402 2:碳纖維 2404 1:含碳樹脂 2404 2:含碳樹脂 2500:繪示 2501:繪示 2502:載具 2503:裂環共振器 2504:裂環共振器 2505:輪胎相互作用 2506:路面與載具之相互作用 2600:裂環共振器的放置 2602:載具 2604:裂環共振器 2606:載具相互作用 2700:流程圖 2800:量測頻率與胎面厚度之間的相關 2802:輪胎 2804:模型 2900:載具表面的一部分 2902:載具表面 3000:裂環共振器的組態 3100:圖表 3200:特徵分類系統 3210:所接收之特徵 3210 1:第一特徵 3210 2:第二特徵 3210 N:第N個特徵 3212:校準點 3212 1:第一校準點 3212 2:第二校準點 3302:無人機 3304:裂環共振器 3306:包裹 3308:無人機降落場 3310:目標位置 3312:裂環共振器 3400:裂環共振器的繪示 3402:無人飛行載具 3404:飛行載具主體 3406:結構組件 3408:螺旋槳組件 3500:繪示 3502:無人飛行載具 3504:飛行載具主體 3506:結構組件 3508:起落架 3510:起落架彎曲 3512:位置感測器 3514:螺旋槳彎曲 3516:氣壓 3518:表面彎曲 3520:地面 3522:裂環共振器 3600:繪示 3602:飛機 3604:發動機 3606:機翼 3608:水平穩定器 3610:機身 3612:輪胎 3700:繪示 3701:繪示 3702:太空船 3703:發射平台 3704:機翼 3705:發射服務結構 3707:火箭助推器 3708:貨倉 3709:太空船 3710:飛行甲板 3711:火焰坑 3713:平台構架 3714:升降副翼 3900:繪示 3902:SEM影像 3904:集總電路 3906:裂環共振器 3908:電路型組態 4000:繪示 4002:第一層 4004:第二層 4006:裂環共振器 4100:繪示 4104:載具 4200:繪示 4300:繪示 4301:影像 4302:當前材料 4304:特異材料 4306:電路 4308:電路 4400:繪示
圖 1呈現根據一個實施例的原位載具控制系統，該原位載具控制系統包括由含碳複合材料形成之各種感測器，該等含碳複合材料經調諧以在被探測之後展現出所要的射頻(RF)信號共振及回應。 圖 2繪示了根據一個實施例之信號處理系統，該信號處理系統分析發射及/或返回的RF信號，藉由由含碳之調諧RF共振材料形成的感測器對該等RF信號進行頻移及/或衰減。 圖 3示出根據一個實施例的特徵分類系統。 圖 4繪示根據一個實施例的一連串輪胎狀況參數，該等輪胎狀況參數係自含碳之調諧RF共振材料之各個層的RF共振變化來感測。 圖 5繪示根據一個實施例之設備的示意圖，該設備用於藉由自單獨且獨立之反應器選擇含碳之調諧RF共振材料以結合至單個輪胎總成之主體中來對輪胎之多個簾佈層進行調整。 圖 6及圖 7繪示根據一個實施例的多組示例條件特徵，該等示例條件特徵可自由含碳之調諧RF共振材料之層形成的新輪胎發射。 圖 8繪示根據一個實施例的包括兩個同心裂環共振器之示例裂環共振器(裂環共振器)組態的自頂向下示意圖。 圖 9繪示根據一個實施例的示意圖，示出了用於經由基於阻抗之光譜學來進行輪胎磨損感測的完整輪胎診斷系統及設備。 圖 10及圖 11繪示根據一個實施例的與經由遙測術傳送至導航系統中之輪胎資訊以及用於製造印刷之碳基材料的設備有關的示意圖。 圖 12繪示根據一個實施例的用於經由輪胎胎面層及/或輪胎主體簾佈層印刷編碼對載具輪胎進行基於共振序列號之數位編碼的示意圖。 圖 13示出根據一個實施例的促成由不同的近側存在之共振器類型引起的總體現象的共振機制。 圖 14為根據一個實施例的包括一或多個當前揭示之裂環共振器的示例溫度感測器。 圖 15為根據一個實施例的量測之共振特徵信號強度(以分貝dB計)相對於輪胎胎面層損失之高度(以毫米mm計)的曲線圖。 圖 16為根據一個實施例的量測之共振特徵信號強度(以分貝dB計)相對於裂環共振器之自然共振頻率的曲線圖，示出了與輪胎簾佈層變形成比例的共振回應偏移。 圖 17為根據一個實施例的裂環共振器之信號強度相對於啁啾信號頻率的曲線圖，該等裂環共振器可對應於經編碼序列號而共振。 圖 18A至圖 18Y繪示根據一個實施例的用作成形材料以生產任何當前揭示之共振器(例如，裂環共振器)的碳質材料。 圖 19A1及圖 19A2提供了根據一個實施例的在混凝土被澆注至給定結構模板中之前放置於混凝土中的一個裂環共振器或複數個裂環共振器的繪示。 圖 19B1及圖 19B2示出了根據一個實施例的包含該一個裂環共振器或複數個裂環共振器的柱及用於量測結構構件內之變化的方程的繪示。 圖 20示出了在已經在使用中的形狀各不同之結構構件外部上使用裂環共振器。圖 20亦示出根據一個實施例的對於判定該一個裂環共振器或多個裂環共振器之大小、取向、位置及應用可能至關重要的可能因素及方程的示例。 圖 21為表示根據一個實施例的在給定應用中實施裂環共振器的過程的流程圖。 圖 22A1至圖 22A3被呈現來說明根據一個實施例在路旁障壁內使用裂環共振器或複數個裂環共振器。 圖 22B繪示根據一個實施例的在賽道中使用的路旁障壁，示出構成路旁障壁之結構組件，一個裂環共振器或多個裂環共振器可放置於該路旁障壁中。 圖 23示出根據一個實施例的在混凝土被澆注至給定結構模板中之後設置於混凝土結構表面上的裂環共振器的繪示。 圖 24A繪示根據一個實施例的包括相互接觸的含碳樹脂及碳纖維之交替層的感測積層。 圖 24B1及圖 24B2繪示根據一個實施例的頻移現象，如包括含碳調諧RF共振材料之感測積層所證明的。 圖 24B3為繪示根據一個實施例的RF共振之理想化變化隨偏轉而變的曲線圖。 圖 24B4為繪示根據一個實施例的4層及5層積層之RF共振變化的曲線圖。 圖 24C繪示根據一個實施例的載具區域中的表面感測器部署。 圖 25A提供根據一個實施例的載具與設置於道路瀝青中及/或路面上的裂環共振器之間的相互作用的繪示。 圖 25B提供根據一個實施例的設置於輪胎內或輪胎上之裂環共振器可如何用於量測輪胎靜摩擦的繪示。 圖 26繪示根據一個實施例的設置於道路瀝青中及/或路面上的裂環共振器的放置。 圖 27為根據一個實施例的表示判定輪胎靜摩擦之過程的流程圖。 圖 28示出根據一個實施例的量測頻率與胎面厚度之間的相關性。 圖 29示出根據一個實施例的載具表面的一部分，其中設置了單獨組態之裂環共振器的陣列。 圖 30繪示根據一個實施例的在一頻率區間中的裂環共振器的組態。 圖 31示出根據一個實施例的對基於時間之偏轉變化的偵測的圖表，如共振頻率的基於時間之變化所指示。 圖 32繪示根據一個實施例的特徵分類系統，該特徵分類系統處理自由含碳調諧共振材料形成之感測器接收到的信號。 圖 33示出根據一個實施例的設置於無人機及/或無人機平台中及/或上的裂環共振器的繪示。 圖 34示出根據一個實施例的設置於飛行載具中及/或上的裂環共振器的繪示。 圖 35示出根據一個實施例的設置於飛行載具中及/或上的裂環共振器以及著陸位置感測器的繪示。 圖 36A及圖 36B示出根據一個實施例的設置於飛機中及/或上的裂環共振器的兩個繪示。 圖 37A示出根據一個實施例的設置於火箭中及/或上的裂環共振器的繪示。 圖 37B示出根據一個實施例的設置於火箭及/或降落平台中及/或上的裂環共振器及降落位置感測器的繪示。 圖 38A為根據一個實施例的與報告來自裂環共振器之回饋有關的流程圖。 圖 38B為根據一個實施例的與使使用裂環共振器之飛行載具及/或無人機降落有關的流程圖。 圖 39示出根據一個實施例的介電基質中之特異材料及其相關電路的繪示。 圖 40示出根據一個實施例的嵌入於開孔或閉孔材料內的裂環共振器的繪示。 圖 41示出根據一個實施例的使用開孔或閉孔材料的壓力感測器的繪示。 圖 42示出根據一個實施例的使用開孔或閉孔材料的風壓感測資料的繪示。 圖 43示出根據一個實施例的與頻率選擇性電導率有關的路徑及電路的繪示。 圖 44示出根據一個實施例的可能適合於使用裂環共振器的許多行業的繪示。 不同附圖中相同的元件符號及名稱表示相同的元件。

Claims (20)

  1. 一種空中載具組件，該空中載具組件包括： 至少一個裂環共振器(SRR)，該至少一個裂環共振器嵌入於構成該空中載具組件之至少一部分的一材料內， 其中該至少一個SRR由一個三維(3D)單片碳質生長物形成，且其中該至少一個SRR經組態以對自一天線發射的一電磁刺激作出回應；且 其中該至少一個SRR，與該空中載具組件的位於該至少一個SRR附近之一位置處的該材料相結合，對該電磁刺激進行調變以形成一電磁返回信號，該電磁返回信號指示在該至少一個SRR附近之該位置處的該材料之一狀態。
  2. 如請求項1之空中載具組件，其中空中載具為以下各者中之一者：一垂直起降(VTOL)飛機、一電動垂直起降(eVTOL)飛機、一無人機、一載人無人機、一商用飛機、一軍用飛機或一火箭。
  3. 如請求項1之空中載具組件，其中該至少一個SRR用於相對於一降落場確定空中載具之一位置。
  4. 如請求項1之空中載具組件，其中該至少一個SRR中的至少三個SRR用於對該空中載具組件之一位置進行三角量測。
  5. 如請求項1之空中載具組件，其中該材料見於以下各者中之至少一者上：一螺旋槳葉片、一主體材料、起落架、一駕駛艙界面或一結構組件。
  6. 如請求項1之空中載具組件，其中該材料之該狀態指示表面彎曲、螺旋槳彎曲或起落架彎曲中的至少一項。
  7. 如請求項1之空中載具組件，其中該材料之該狀態經關聯以指示壓力、位置、溫度或海拔高度中的至少一項。
  8. 如請求項1之空中載具組件，其中該至少一個SRR經組態以當該材料處於一第一狀態時回應於該電磁刺激而在一第一頻率下共振，且經組態以當該材料處於一第二狀態時回應於該電磁刺激而在一第二頻率下共振。
  9. 如請求項1之空中載具組件，其中該3D單片碳質生長物之一調諧共振頻率至少部分地基於該材料的一或多個物理特性。
  10. 如請求項1之空中載具組件，其中該至少一個SRR經組態以藉由回應於該電磁刺激產生一第一電磁返回信號來指示該材料之一第一狀態，且經組態以藉由回應於該電磁刺激產生一第二電磁返回信號來指示該材料之一第二狀態。
  11. 如請求項10之空中載具組件，其中該第一電磁返回信號具有一第一頻率，且該第二電磁返回信號具有與該第一頻率不同的一第二頻率。
  12. 如請求項1之空中載具組件，其中該材料之該狀態包括該材料的一變形。
  13. 如請求項12之空中載具組件，其中該至少一個SRR經組態以藉由回應於該電磁刺激產生一第一電磁返回信號來指示該材料之該變形，且經組態以藉由回應於該電磁刺激產生一第二電磁返回信號來指示該材料缺少變形。
  14. 如請求項1之空中載具組件，其中3D單片碳質生長物之一共振頻率至少部分地基於該材料的一電容率及一磁導率中的任一者或兩者。
  15. 如請求項1之空中載具組件，其中一或多個SRR進一步包括一第一裂環共振器(SRR)，該第一裂環共振器包括複數個第一碳粒子，該複數個第一碳粒子經組態以至少部分地基於該第一SRR內之該等第一碳粒子的一濃度水準來回應於該電磁刺激而獨特地共振。
  16. 如請求項15之空中載具組件，其中一或多個SRR進一步包括一第二SRR且包括複數個第二碳粒子，該複數個第二碳粒子經組態以至少部分地基於該第二SRR內之該等第二碳粒子的一濃度水準來回應於該電磁刺激而獨特地共振。
  17. 如請求項16之空中載具組件，其中以下各項中之至少一項： 該等第一碳粒子及該等第二碳粒子中的每一者與該材料化學鍵合； 該等第一碳粒子包括形成一第一多孔結構的第一聚集體；或 該等第二碳粒子包括形成一第二多孔結構的第二聚集體。
  18. 如請求項16之空中載具組件，其中該第一SRR或該第二SRR中之至少一者的一共振振幅指示該材料之一磨損程度。
  19. 如請求項16之空中載具組件，其中以下各項中之至少一項： 該第一SRR經組態以回應於該電磁刺激而在一第一頻率下共振，且該第二SRR經組態以回應於該電磁刺激而在一第二頻率下共振； 該第一頻率不同於該第二頻率； 該第一SRR及該第二SRR之一自然共振頻率回應於該電磁刺激的一偏移程度指示該材料之一變形量； 該第一SRR及該第二SRR中之每一者具有一衰減點；或 該第一SRR及該第二SRR中之每一者的該衰減點與對該電磁刺激之一頻率回應相關聯。
  20. 一種降落場，該降落場包括： 至少一個裂環共振器(SRR)，該至少一個裂環共振器經組態以嵌入於構成該降落場之至少一部分的一材料內， 其中該至少一個SRR由一個三維(3D)單片碳質生長物形成，且其中該至少一個SRR經組態以對自一天線發射之一電磁刺激作出回應；且 其中該至少一個SRR，與該降落場之該材料及其環境相結合，對該電磁刺激進行調變以形成一電磁返回信號，該電磁返回信號指示在該至少一個SRR附近之位置處的至少一個環境條件。
TW111134208A 2021-09-09 2022-09-09 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器 TWI810061B (zh)

Applications Claiming Priority (16)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163242270P 2021-09-09 2021-09-09
US63/242,270 2021-09-09
US202163247680P 2021-09-23 2021-09-23
US63/247,680 2021-09-23
US202163276274P 2021-11-05 2021-11-05
US63/276,274 2021-11-05
US202163281846P 2021-11-22 2021-11-22
US63/281,846 2021-11-22
US17/940,246 2022-09-08
US17/940,240 2022-09-08
US17/940,227 2022-09-08
US17/940,256 US20230017082A1 (en) 2019-03-27 2022-09-08 Sensors incorporated into airborne vehicle components to detect physical characteristic changes
US17/940,227 US11585731B2 (en) 2019-03-27 2022-09-08 Sensors incorporated into semi-rigid structural members to detect physical characteristic changes
US17/940,246 US20230019088A1 (en) 2019-03-27 2022-09-08 Sensors incorporated into building materials to detect physical characteristic changes
US17/940,240 US11555761B1 (en) 2019-03-27 2022-09-08 Sensors incorporated into elastomeric components to detect physical characteristic changes
US17/940,256 2022-09-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202322582A TW202322582A (zh) 2023-06-01
TWI810061B true TWI810061B (zh) 2023-07-21

Family

ID=85506820

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111134208A TWI810061B (zh) 2021-09-09 2022-09-09 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器
TW112123553A TW202408178A (zh) 2021-09-09 2022-09-09 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112123553A TW202408178A (zh) 2021-09-09 2022-09-09 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器

Country Status (2)

Country Link
TW (2) TWI810061B (zh)
WO (1) WO2023039204A1 (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7379800B2 (en) * 2000-09-08 2008-05-27 Automotive Technologies International, Inc. Tire pressure monitoring using hall effect sensors
TW200919823A (en) * 2007-10-19 2009-05-01 En-Min Jow Antenna structure for TPMS transmitter
CN102036840A (zh) * 2008-03-21 2011-04-27 爱尔戴克公司 飞机轮胎压力环连接
CN103620870A (zh) * 2011-06-23 2014-03-05 加利福尼亚大学董事会 小型电气垂直式裂环谐振器天线
TW202005826A (zh) * 2017-06-28 2020-02-01 美商速聯有限責任公司 壓力測量裝置
CN112749007A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 霍尼韦尔国际公司 用于分布式航空电子设备处理的系统和方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2552092A1 (en) * 2003-12-29 2005-07-21 Pirelli Pneumatici S.P.A. Method and system for generating electrical energy within a vehicle tyre
WO2009103042A2 (en) * 2008-02-15 2009-08-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Passive wireless antenna sensor for strain, temperature, crack and fatigue measurement
US8448496B2 (en) * 2009-10-21 2013-05-28 Micropoint Bioscience Inc. Piezoelectric coagulation sensors
US20140354112A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 GM Global Technology Operations LLC Piezoelectric resonators for reduction of noise and vibration in vehicle components
US10472497B2 (en) * 2018-02-28 2019-11-12 Lyten, Inc. Composite materials systems containing carbon and resin

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7379800B2 (en) * 2000-09-08 2008-05-27 Automotive Technologies International, Inc. Tire pressure monitoring using hall effect sensors
TW200919823A (en) * 2007-10-19 2009-05-01 En-Min Jow Antenna structure for TPMS transmitter
CN102036840A (zh) * 2008-03-21 2011-04-27 爱尔戴克公司 飞机轮胎压力环连接
CN103620870A (zh) * 2011-06-23 2014-03-05 加利福尼亚大学董事会 小型电气垂直式裂环谐振器天线
TW202005826A (zh) * 2017-06-28 2020-02-01 美商速聯有限責任公司 壓力測量裝置
CN112749007A (zh) * 2019-10-31 2021-05-04 霍尼韦尔国际公司 用于分布式航空电子设备处理的系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023039204A1 (en) 2023-03-16
TW202322582A (zh) 2023-06-01
TW202408178A (zh) 2024-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11585731B2 (en) Sensors incorporated into semi-rigid structural members to detect physical characteristic changes
US11555761B1 (en) Sensors incorporated into elastomeric components to detect physical characteristic changes
US20230019088A1 (en) Sensors incorporated into building materials to detect physical characteristic changes
US20230017082A1 (en) Sensors incorporated into airborne vehicle components to detect physical characteristic changes
US20230417685A1 (en) Leaky coaxial resonant sensor systems and methods
US11472233B2 (en) Tuned radio frequency (RF) resonant materials
WO2020198451A1 (en) Tuned radio frequency (rf) resonant materials and material configurations
US11479062B2 (en) Tuned radio frequency (RF) resonant materials and material configurations for sensing in a vehicle
US11656070B2 (en) Systems for detecting physical property changes in an elastomeric material
US11592279B2 (en) Sensors incorporated into elastomeric materials to detect environmentally-caused physical characteristic changes
US11555748B2 (en) Sensors incorporated into tire plies to detect reversible deformation and/or temperature changes
US20230384265A1 (en) Sensors incorporated into adhesive material
US20230384264A1 (en) Water droplet sensing systems and methods
EP4232304A1 (en) Systems for detecting physical property changes in an elastomeric material
TWI810061B (zh) 結合至空中載具組件中以偵測物理特性變化的感測器
US11965803B2 (en) Field deployable resonant sensors
CN118176122A (zh) 结合到半刚性结构构件中以检测物理特性变化的传感器
KR20240069739A (ko) 물리적 특성 변화를 검출하기 위해 반강체 구조 부재에 혼입된 센서
WO2024064162A1 (en) Field deployable resonant sensors
US11719582B2 (en) Sensors incorporated into tire plies to detect reversible deformation and/or temperature changes
TW202239629A (zh) 用於在車輛中感測的調諧射頻（ｒｆ）諧振材料及材料配置