WO2019161525A1 - 微小信号检测装置及其检测方法 - Google Patents

微小信号检测装置及其检测方法 Download PDF

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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/001Energy harvesting or scavenging

Abstract

一种微小信号检测装置,包括:一能量获取电路模块(10),其包括一预储模块(11)和一高频充放控制模块(12),其中预储模块(11)将一微小信号的能量暂时地存储,高频充放控制模块(12)获取预储模块(11)中的能量,高频充放控制模块(12)以一定频率地方式将能量输出;和一信息获取电路模块(20),其中高频充放控制模块(12)提供能量至信息获取电路模块(20),信息获取电路模块(20)从微小信号获取信息以得到微小信号的检测结果,以将其检测结果进行传输。另外,提供一微小信号检测方法,不仅检测微小信号的存在,更对微小信号进行利用。

Description

微小信号检测装置及其检测方法 技术领域

本发明涉及信号识别与检测领域,特别是一种针对微小信号的获取和进一步处理的检测装置和检测方法。

背景技术

现今,生产中所产生的每个信号都是富有一定的意义,对于那些特征和意义都十分明显的信号而言,主要技术难点在于采集、滤波或者适当的解读等等。但是很多微小的信号也具有一定的代表意义,却常常被忽略,或者因为不能及时获取而错过。只有当小信号代表的小问题上升到一定的级别,变成大问题发出大信号时才能被获取,这个量变引起质变的过程完全可以从初始阶段的小信号进行检测和诊断。

常见地,需要检测一些微弱的突发性动作的存在及动作的过程与状态,例如检测一次轻微的撞击、轻触、挤压等动作的存在,以及通过这些动作来控制设备的运行动作,或者需要对产生这些动作的行为意识进行判断。也就是说动作对应的信号也具有相应的意义。但是,由于这些动作是瞬间产生的,随之即刻消失的,产生能量存在的时间非常短,因此对于检测上也不能是使用常见的装置和方法。

一般地,信号本身具有两种特质,一是本身携带的能量,二是携带的信息。传统的方法局限于微小信号的微弱能量,只能将携带的信息用放大等等处理进行加工解读。那么,误操作的可能性是非常高的,因为信息可能并不完整,又或者过程中被处理掉了关键的信息。

特别是一种非连续存在的微小脉冲信号,在传统的检测中是很难被获取的。当突发事件产生时才会输入单次或几次瞬间存在的微弱脉冲电能,其能量大小在0.001焦耳以内,例如一个47uF/6.3V的小电容器存储的电能进行脉冲放电一次。也就是说是一种不受控脉冲,指输入的脉冲类型可为任意脉冲,不同的供电器件其产生的脉冲幅度、脉冲宽度、能量强度均不同。这个脉冲信号可由一个电容器瞬间放电产生、或者线圈感应产生、或者微电池放电产生、或者由静电放电产生、 或者由压电晶体产生、或者由温度差异产生、或者由其它可生电的器件产生。虽然能量小,但是携带的信息丰富,适当的解读后,能判断出其反应的动作。

本发明构思所针对微小信号的检测,不仅检测微小信号的存在,更对微小信号的能量进行利用,将微小信号的信息进行收集并进一步地处理。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,从一微小信号的能量方面和信息方面分别出发进行获取和检测,并利用所述微小信号的能量为信息方面提供助力。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,将所述微小信号的能量存在时间延长,延长所述微小信号的能量输出时间,即,对所述微小信号的能量能出时间进行延时,进一步地为信息获取提供能源支撑。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,对于获取的所述微小信号的信息进行处理,并将得到的信息以数据的形式传递输出,以供后续的使用。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,将所述微小信号的信息和参数完整地获取,例如极性、幅度、或者存在的时间,提高后续处理的效率。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述微小信号的能量存在时间延长2-10倍,提高数据带宽,保证数据传输的可靠性、降低误码率。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,将所述微小信号的能量存在时间延长,使得所述微小信号的信息被重复地传送或者通讯,提高数据的准确性。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,对于一个所述微小信号,将进行至少一次的检测,也就是能量获取和信息获取,保证所述微小信号被充分地检测。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述微小信号的能量被延长的同时,还进一步地保证能量输出的稳定性,使得输出的能量被有效地利用。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述微小信号的能量被延长的同时,进一步对输出电压可控,使得输出电压为直接可以利用的,提供使用效率和能源转化率。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述微小信号的能量被延长存在后,输出能量可以进一步地用在其他负载。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述微小信号的能量输出被稳定地控制,通过闭环反馈,保证输出电压被维持在需求范围内。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,根据每次对所述微小信号检测的情况,都通过一通讯单元对外传送,使得所述微小信号反应的具体动作被认知。

本发明的另一个目的在于提供一种微小信号检测装置及其检测方法,所述通讯单元为无线传输,对应地向匹配的另一无线接收单元传送检测的结果,以供后续的分析使用。

依本发明的一个方面,本发明进一步提供一微小信号检测装置,包括:

一能量获取电路模块,其包括一预储模块和一高频充放控制模块,其中所述预储模块将一微小信号的能量暂时地存储,其中所述高频充放控制模块获取所述预储模块中的能量,所述高频充放控制模块以一定频率的方式将能量输出;和

一信息获取电路模块,其中所述高频充放控制模块提供能量至所述信息获取电路模块,其中所述信息获取电路模块从所述微小信号获取信息以得到所述微小信号的检测结果,以将所述微小信号的检测结果进行传输。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块从所述预储模块间断地获取能量,其中所述高频充放控制模块用可控电压方式进行输出能量。

根据本发明的一个实施例,所述能量获取电路模块适于从所述微小信号获取能量,通过间断输出的方式延长能量存在时间。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块输出能量的时间大于所述微小信号向所述能量获取电路模块输入能量的时间。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块控制所述微小信号的能量以一定的频率输出电压。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块用脉冲宽度可调的方式控 制而输出所述微小信号的能量。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块包括一控制单元、一高频振荡单元、一执行单元以及一反馈单元,其中所述控制单元可控制频率地连接于所述高频振荡单元,其中所述高频振荡单元可控制所述执行单元的操作频率地连接于所述执行单元,其中所述执行单元自所述预储模块获取能量,并操作能量的输出,其中所述反馈单元对所述执行单元所输出的能量进行监控,并反馈至所述控制单元,以形成闭环控制。

根据本发明的一个实施例,所述反馈单元对所述执行单元的输出电压进行采集并反馈。

根据本发明的一个实施例,所述反馈单元对所述执行单元输出的电压进行采集并反馈。

根据本发明的一个实施例,所述执行单元为相对于所述预储模块和用电负载的缓冲开关。

根据本发明的一个实施例,所述控制单元、所述高频振荡单元、所述执行单元以及所述反馈单元被设置于一电路板。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块被一体地封装。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块通过SOC(System-on-a-Chip)封装。

根据本发明的一个实施例,所述预储模块进一步地包括一整流单元和一预充放单元,其中所述整流单元接收所述微小信号,其中所述预充放单元将所述整流单元整流后的能量储存,并等待被所述高频充放控制模块获取。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块的所述高频振荡单元被所述预充放单元所储存的能量激活。

根据本发明的一个实施例,所述执行单元包括一开断器和一储能器,其中所述开断器具有一开状态和一断状态,所述开断器的开断频率被所述高频振荡单元所控制,其中所述储能器被所述开断器控制而进行充放电。

根据本发明的一个实施例,所述预充放单元中存储有所述微小信号的能量激活所述高频振荡单元控制开断器。

根据本发明的一个实施例,当所述开断器处于开的状态,所述储能器通过所述开断器从所述预充放单元获取能量,当所述开断器处于断的状态,所述储能器 与所述开断器断开,向外部提供刚刚充电的从所述预充放单元获取的能量。

根据本发明的一个实施例,当所述开断器处于开的状态,所述储能器在充电,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,所述储能器对外部放电。

根据本发明的一个实施例,通过所述储能器在充电和放电之间转换,直至所述预充放单元中的能量被输出完全。

根据本发明的一个实施例,所述储能器充电与放电之间的频率范围为:20KHz至10MHz。

根据本发明的一个实施例,所述信息获取电路模块包括一识别单元,一处理单元以及一通讯单元,其中所述识别单元适于获取所述微小信号的信息,其中所述识别单元、所述处理单元以及所述通讯单元依次相通信地连接。

根据本发明的一个实施例,所述识别单元将识别情况传至所述处理单元,所述处理单元进行处理后由所述通讯单元传送检测的结果。

根据本发明的一个实施例,所述处理单元进一步地包括一输入接口、一输出接口、一供能接口以及一预定程序块,其中所述输入接口向所述预定程序块输入所述识别单元的获取情况,经过所述预定程序块对获取情况的处理,由所述输出接口向外发送处理的结果,其中所述供能接口被连接于所述能量获取电路模块的所述高频充放控制模块。

根据本发明的一个实施例,所述预定程序块在预置程序的控制下初始化运行,将所述信息获取电路模块的参数进行配置。

根据本发明的一个实施例,通过对所述输入接口中得到的所述微小信号的参数,所述预定程序块进行调用并进行一定的运算,最后通过所述输出接口传输至外部。

根据本发明的一个实施例,所述整流单元为二极管整流电路。

根据本发明的一个实施例,所述预充放单元为电容器或电容器组。

根据本发明的一个实施例,所述储能器为电感或电感组。

根据本发明的一个实施例,所述高频振荡单元的振荡频率的范围为:20KHz至10MHz之间。

依本发明的另一个方面,本发明进一步提供一微小信号检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

I.对所述微小信号进行能量获取;

II.对所述微小信号进行信息获取;以及

III.处理所述微小信号的信息。

根据本发明的一个实施例,在步骤I之前,进一步包括步骤:

获得一微小信号。

根据本发明的一个实施例,步骤II中对于所述微小信号的信息获取过程的能量来源为步骤I中所获取的能量。

根据本发明的一个实施例,步骤I和步骤II同时地开始,在输出所述微小信号的能量的同时为所述微小信号的信息获取提供能源支撑。

根据本发明的一个实施例,步骤I进一步包括步骤:

I.1延长所述微小脉冲的能量存在的时间。

根据本发明的一个实施例,为步骤II中提供的能量时间大于所述微小信号的能量存在时间。

根据本发明的一个实施例,步骤II进一步包括步骤:

II.1获取所述微小信号的参数,其中所述微小信号的参数选自组合:信号产生、脉宽、极性中的一种或多种。

根据本发明的一个实施例,步骤III进一步包括步骤:

III.1在程序的控制下产生特定的编码信息。

根据本发明的一个实施例,在步骤III之后进一步地包括步骤:

IV输出检测结果。

根据本发明的一个实施例,步骤IV采用无线传输的方式。

依本发明的另一个方面,本发明进一步提供一能量获取电路模块,其特征在于,包括:

一预储模块;和

一高频充放控制模块,其中所述预储模块将一微小信号的能量暂时地存储,其中所述高频充放控制模块获取所述预储模块中的能量,所述高频充放控制模块以一定频率地方式将能量输出,其中所述高频充放控制模块用脉冲宽度可调的方式控制而输出所述微小信号的能量,其中所述高频充放控制模块包括一控制单元、一高频振荡单元、一执行单元以及一反馈单元,其中所述控制单元可控制频率地连接于所述高频振荡单元,其中所述高频振荡单元可控制所述执行单元的操作频 率地连接于所述执行单元,其中所述执行单元自所述预储模块获取能量,并操作能量的输出,其中所述反馈单元对所述执行单元所输出的能量进行监控,并反馈至所述控制单元,以形成闭环控制。

根据本发明的一个实施例,所述执行单元包括一开断器和一储能器,其中所述开断器具有一开状态和一断状态,所述开断器的开断频率被所述高频振荡单元所控制,其中所述储能器为反复充放电地对外输出能量。

根据本发明的一个实施例,所述预充放单元中存储有所述微小信号的能量,所述高频振荡单元控制开断器处于开或者断的状态。

根据本发明的一个实施例,当所述开断器处于开的状态,所述储能器通过所述开断器从所述预充放单元获取能量,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,向外部释放刚刚充电的从所述预充放单元获取的能量。

根据本发明的一个实施例,当所述开断器处于开的状态,所述储能器在充电,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,所述储能器对外部放电。

根据本发明的一个实施例,通过所述储能器在充电和放电之间转换,直至所述预充放单元中的能量被输出完全。

根据本发明的一个实施例,所述高频充放控制模块输出能量的时间大于所述微小信号向所述能量获取电路模块输入能量的时间。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的微小信号检测的流程示意图。

图2是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测装置的框架示意图。

图3是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测装置的电路示意图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测装置的框架示意图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测装置的电路示意图。

图6是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测方法的流程示意图。

图7A是根据本发明的上述优选实施例的微小信号波形图。

图7B是电容器根据上述微小信号而充放电的波形图和根据上述微小信号传统稳压波形图。

图7C是所述高频充放控制模块根据上述微小信号而输出稳压的波形图。

图8是根据本发明的上述优选实施例的微小信号检测装置的电路示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是,在本发明的揭露中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系,其仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是,术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”,即在一个实施例中,一个元件的数量可以为一个,而在另外的实施例中,该元件的数量可以为多个,术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明提供一微小信号检测装置及其方法,对至少一微小信号进行检测,如图1至图8所示,将所述微小信号所表征的意义和动作进一步地解读。

如图1所示,所述微小信号检测方法包括以下步骤:

I.对所述微小信号进行能量获取;

II.对所述微小信号进行信息获取;以及

III.处理所述微小信号的信息。

更多地,在步骤III之后,进一步地包括:

IV.输出检测结果。

更多地,在步骤I之前,进一步地包括:

获得所述微小信号。

更多地,在获得所述微小信号之后,进一步地包括:

预识别所述微小信号。

值得一提的是,步骤II中对于所述微小信号的信息获取过程的能量来源为步骤I中所获取的能量。也就是说,所述微小信号的能量方面被利用于信息获取方 面,充分地将所述微小信号进行解析和利用。当然,根据不同的需求,所述微小信号的能量也可以被输出至其他负载。更多地,上述的步骤I和步骤II可以同时地开始,在输出所述微小信号的能量的同时为所述微小信号的信息获取提供能源支撑。

需要说明的是,本发明中所涉及应用的所述微小信号主要是指能量比较微弱的动作信号,特别以脉冲信号为例,所述微小信号的来源可以为电容器瞬间放电产生、或者线圈感应产生、或者微电池放电产生、或者由静电放电产生、或者由压电晶体产生、或者由温度差异产生、或者由其它可生电的器件产生。也就是说,所述微小信号是突发的、不受控的,甚至是单一的。所述微小信号本身具有的两种特质,一种是所携带的能量,一种是携带的信息,其中所携带的能量可以通过能量强度而得知,所携带的信息需要对信号的幅度、宽度等等电属性的参数统计分析而获得。

更具体地,首先,捕捉一微小信号,也就是说在检测中提取需要检测的对象。然后,预识别所述微小信号,对所述微小信号做初步的判断。例如,是否为本次检测所针对的携带微弱能量的信号,以保证后续功能的有效性和安全性,避免过大的冲击对整体装置或者方法产生破坏性的影响。接着,开始对所述微小信号进行能量获取,并开始对所述微小信号进行信息获取。因为所述微小信号的能量存在时间十分短暂,对所述微小信号进行能量获取时需要延长能量存在时间,以保证输出能量的有效性。被延长的能量被利用与所述微小信号的信息获取中,为获取完整地、有效地信息而提供能源上的支撑。之后,对获取的所述微小信号的信息进行后续处理。根据需要,传输检测结果至其他的终端进行进一步地分析。在一种可行的实施例中,所述微小信号的信息被进一步地编码,进而向其他终端或者分析端提供被编码了的信息,以提高传送的效率。

因为所述微小信号中的能量被获取,并通过延长存在的方式进一步地利用于信息获取中,所以对于所述微小信号的信息获取提供了足够的时间,可以充分地识别所述微小信号的具体参数。因此,提高了数据的传送带宽,保证了在所述微小信号的信息被传送的过程的可靠性。另外,可以重复地传送或者通讯,降低误码率,保证所述微小信号的信息传输的准确性,进而获得所述微小信息所代表的动作意义。更多地,可以通过无线通讯,将所述微小信号的信息传至其他终端,方便后续的操作和解读。

所述微小信号检测装置的原理结构示意如图2至图5所示。所述微小信号检测装置包括一能量获取电路模块10和一信息获取电路模块20,其中所述能量获取电路模块10适于从所述微小信号获取能量并延长能量存在时间,提供能量至所述信息获取电路模块20。所述信息获取电路模块20从所述微小信号获取信息,以供分析所述微小信号所代表的意义。所述微小信号是分别地接入所述能量获取电路模块10和所述信息获取电路模块20的,也就是说,所述微小信号被所述能量获取电路模块10和所述信息获取电路模块20同时地利用。所述微小信号的能量通过所述能量获取电路模块10进行延长,提供给所述信息获取电路模块20对所述微小信号的信息进行获取,使得所述微小信号的完整的信息数据被传送。

更多地,所述能量获取电路模块10进一步地包括一预储模块11和一高频充放控制模块12,所述高频充放控制模块12被连接于所述预储模块11,使得所述微小信号经过所述预储模块11之后进入所述高频充放控制模块12进而得到能量存在的延长。所述微小信息的能量被所述预储模块11先行地储存,然后被所述高频充放控制模块12以一定的电压和频率对外进行能量的输出。通过所述预储模块11的预先储存,可以保证所述微小信号的能量不流失。进而,通过所述高频充放控制模块12可以按照需求的形式来使用能量,而不是将保存的能量迅速地释放,避免所述微小信号的能量瞬间的消失。所述高频充放控制模块12自所述预储模块11中获取能量,向所述信息获取电路模块20进行能量输出。因此,所述高频充放控制模块12除了对能量输出的形式可以控制外,也可以控制能量输出的时间,也就是延长了所述微小信号的能量存在的时间。当然,对于所延长后的能量存在时间,也可以通过输出情况得到知晓和反馈。

优选地,在本优选实施例中,所述高频充放控制模块12将能量输出至所述信息获取电路模块20,为所述信息获取电路模块20提供能源,如图2所示。也就是说,所述能量获取电路模块10将所述微小信号的能量获取,并进行延长性的输出,提供稳压的效果以提供至后续的负载。本领域的技术人员可以理解的是,所述能量获取电路模块10的能源来自于所述微小信号,并可以以不同形式的输出形式被输出,本优选实施例中输出至所述信息获取电路模块20为一种优选的方案。并不是要求所述微小信号的能量一定被用于所述信息获取电路模块20。如图3所示,所述高频充放控制模块12可以对一典型负载R L输出能量。

值得一提的是,当输入的所述微小信号消失以后,所述微小信号检测装置仍 能维持的将检测结果继续传送。优选地,至少向外发送一次。所述高频充放控制模块输出能量的时间大于向所述能量获取电路模块输入微小脉冲能量的时间。

所述高频充放控制模块12从所述预储模块11中间续地获得所述微小信号的能量,以一定的高频率输出PWM电压,进而完成所述微小信号能量存在时间的延长。通过所述高频充放控制模块12,所述微小信号的能量所输出的电压可以被控制。优选地,所述高频充放控制模块12输出电压可控制地在1.2V至9V的范围内输出,而且输出为直流电。也就是说,所述预储模块11中已经保存好所述微小信号的能量,所述高频充放控制模块12从所述预储模块11中间断地获取能量,并用脉冲宽度调制的方式进行输出,那么输出能量的时间就可以被保证,而且输出的电压也可以通过频率控制被控制。

进一步地,所述高频充放控制模块12包括一控制单元121、一高频振荡单元122、一执行单元123以及一反馈单元124,其中所述控制单元121可控制频率地连接于所述高频振荡单元122,其中所述高频振荡单元122可控制所述执行单元123的操作频率,其中所述执行单元123自所述预储模块11获取能量,并操作能量的输出,使得所述执行单元123控制所述微小信号的能量以一定的频率输出电压,进而完成对所述微小信号能量的延长。所述反馈单元124进一步地对所述执行单元123所输出的能量进行监控,并将输出电压情况反馈至所述控制单元121,以形成闭环控制。也就是说,所述执行单元123被所述高频振荡单元122所控制获取能量和输出能量。所述高频充放控制模块12利用一定频率地获取和输出,完成可控的PWM电压输出方式。

值得一提的是,所述控制单元121通过对所述高频振荡单元122的频率控制,进而实现对所述执行单元123的频率开关控制。所述高频振荡单元122的振荡频率优选的范围为:20KHz至10MHz之间。所述反馈单元124优选地对所述执行单元123的输出电压进行采集并反馈。当然,直接采集所述执行单元123所输出的电压值和频率值是最优的,但是也可以通过对所述执行单元123间接的采集获得可以直接反馈的值。也就是说,对于所述高频充放控制模块12而言,振荡频率为控制变量,输出电压和频率为输出量。因为所述控制单元121可以实施闭关控制,对于整体的所述高频振荡单元122而言,所述执行单元123所输出的电压是十分稳定的,进而方便能量被直接地利用。更多地,输出电压值优选为1.2V至9V。优选地,所述执行单元123可以为相对于所述预储模块11和用电负载的 缓冲开关。因为所述高频充放控制模块12对于所述预储模块11的获取和对外输出,所述微小信号的能量的存在时间被有效地延长至2至10倍。

更多地,所述高频振荡单元12的所述执行单元123进一步地提供一滤波器,为输出的能量进行滤波,使得输出的能量表现为直流电压。

优选地,所述高频充放控制模块12被一体地封装于电路。换句话说,所述控制单元121、所述高频振荡单元122、所述执行单元123以及所述反馈单元124被设置于一电路板。通过后续的封装和保护,所述高频充放控制模块12也可以被一体地制造。优选地,通过SOC(System-on-a-Chip)封装。

更具体地,如图3所示,所述预储模块11进一步地包括一整流单元111和一预充放单元112,其中所述整流单元111接收所述微小信号,其中所述预充放单元112将所述整流单元111整流后的能量储存,并等待被所述高频充放控制模块12获取。所述高频充放控制模块12的所述高频振荡单元122被所述预充放单元112所储存的能量激活,从而所述高频充放控制模块12开始工作。所述高频振荡单元122以一定的频率控制所述执行单元123的开关。而所述高频振荡单元122的频率被所述控制单元121所控制。根据预定输出的电压要求,以及所述反馈单元124所反馈回来的输出结果,所述控制单元121对所述高频振荡单元122的频率进行闭环控制,使得所述高频充放控制模块12的输出电压保持一定的稳定。也就是说,所述预储模块11将所述微小信号的能量暂存于所述充放单元112,所述高频充放控制模块12从图示A点获取能量,向B点以PWM电压控制的方式输出能量。所述充放单元112进一步地可以提供降压效果,以供更直接地储能。

特别地,在本优选实施例中,所述执行单元123具体地包括一开断器1231和一储能器1232,其中所述开断器1231具有一开状态和一断状态,所述开断器1231的开断频率被所述高频振荡单元122所控制,其中所述储能器1232为反复充放电地对外输出能量。换句话说,当所述预充放单元112中存储有所述微小信号的能量后,所述高频振荡单元122开始控制开断器1231的开或者断的状态。当所述开断器1231处于开的状态,所述储能器1232通过所述开断器1231从所述预充放单元112获取能量,也就是说所述储能器1232在充电。当所述开断器1231处于断的状态,所述储能器1232与所述开断器1231断开,向外释放刚刚充电的从所述预充放单元112获取的能量,也就是说所述储能器1232在放电。上述的充电与放电之间的频率优选为高速进行的,优选地频范围为:20KHz至 10MHz。通过所述储能器1232的充放电,使得输出的能量以一定的频率被输出,直至所述预充放单元112中的能量被获取完全。所述储能器1232所输出的电压不仅受到控制,而且根据需求可以直接地被使用。

优选地,所述整流单元111为BT整流电路。也就是二极管整流电路。

优选地,所述预充放单元112为电容器或电容器组。

优选地,所述储能器为电感或电感组。更多地,提供一电容器C2为输出能量进行滤波。

为方便说明,这里取图7A中波形图所示的一微小信号做以说明。当在e1、e2端输入一个所述微小信号。例如所述微小信号的电压幅度为10V,脉冲存在时间为1.2ms。所述微小信号可以是单一的正脉冲,也可以是正负脉冲。每输入一个脉冲,所述微小信号检测装置就会工作一次或者多次。所述微小信号被所述整流单元111整流,也就是BT脉冲整流单元整流。整流后,开始对所述预充放单元112充电,也就是电容器C1充电。本优选实施例中,电容器有两个作用,降压与储能,有着较高电压的所述微小信号冲对电容器C1充电,在电容器C1的两端电压降到4-5V左右,充放电曲线见图7B。电容C中存储的电能经过本发明中的所述高频充放控制模块12后,在图3中的B点会输出时间较长的维持脉冲。当输入脉冲不变的情况下,经过所述高频充放控制模块12后,能量存在时间被延长至15.6ms。输入不同类型的脉冲,经过所述高频充放控制模块12后的能量存在时间可以到达采用传统稳压器件的2-10倍。当脉冲存在的时间被延长后,就可以发送更多的数据,从而具有更高的数据带宽,可靠性、纠错率更好。所述高频充放控制模块12在B点输出短时间存在的脉冲电能,这个脉冲电能如图7C所示,存在时间对比于e1、e2端输入所述微小信号的时间已将延长数倍,所述微小信号给负载提供电能。

更多地,如图4和图5所示,所述信息获取电路模块20包括一识别单元21,一处理单元22以及一通讯单元23。所述识别单元21适于获取所述微小信号的信息。所述识别单元21、所述处理单元22以及所述通讯单元23依次相通信地连接。所述识别单元21接收所述微小信号,所述识别单元21将识别情况进一步地传至所述处理单元22,所述处理单元22进行处理后由所述通讯单元23传送检测的结果。另外,所述处理单元22进一步地包括一输入接口221、一输出接口222、一供能接口223以及一预定程序块224。所述输入接口221向所述预定 程序块224输入所述识别单元21的获取情况,经过所述预定程序块224对获取情况的处理,由所述输出接口222向外发送处理的结果,也就是对所述微小信号的信息监测结果。所述预定程序块224在预置程序的控制下初始化运行,将所述信息获取电路模块20的参数进行配置。通过对所述输入接口221中得到的所述微小信号的参数,所述预定程序块224进行调用并进行一定的运算,最后通过所述输出接口222传输至外部。

值得一提的是,所述处理单元22的所述供能接口223为所述预定程序块224提供能源上的支撑。在本优选实施例中,所述供能接口223被连接于所述能量获取电路模块10的所述高频充放控制模块12,从所述高频充放控制模块12的所述执行单元123中获取稳定的能量。而所述执行单元123输出的能量来源于所述微小信号经过所述预储模块11储存而来。也就是说,所述微小信号的能量方面被利用于所述微小信号的信息获取方面。而且,经过所述高频充放控制模块12的延长,所述处理单元22所得到的能量的时间也被延长。对于将所述微小信号进而完整地传送是十分关键的。

例如,所述信息获取电路模块20需要发送一个15个字节的数字信息,发送速率为40Kbps,发射功率为10mW,所述信息获取电路模块20在3V的供电条件下平均电流为20mA。如果输入一个0.0002焦耳的脉冲型的所述微小信号,供电部分如果采用传统的稳压器件只能为所述信息获取电路模块20提供约2.6ms的电能维持时间,40*2.6=104bit,仅能发送104bit的数据,采用传统稳压器件显然无法发送15个字节的数据。但是,如果所述信息获取电路模块20采用所述高频充放控制模块12延长所述微小信号的供电时间,将时间延长至15.8ms,那么就可以发送15.8*40=632bit=79字节。所述信息获取电路模块20可以将数据多次重复发射,直至数据完整发送。

具体地,如图5所示,在本优选实施例中,所述通讯模块23采用无线通讯模块,也就是藉由ATN1。相应地,在另外的终端中设置有相应的无线通讯模块,也就是藉由ATN2,以接收所述通信模块23传送出的检测结果。需要说明的是,ATN1和ATN2之间是无线连接的。这里为方便说明,定义另外终端中的接收无线通讯单元为23A,相应接收处理的单元为接收处理单元22A。本领域的技术人员可以理解的是,所述无线通讯单元23A与所述通讯单元23不一定在结构上是一致的,而需要所述无线通讯单元23A可以接收所述通讯单元23发射出的数据。 所述接收处理单元22A也不一定于所述处理单元22在结构上保持一致。更多地,所述无线通讯单元23A可能为两个或者多个,再由一个或者相对应的多个所述接收处理单元22A进行进一步地处理和分析。

本优选实施例的一种可行的电路如图5所示。对于所述微小信号的能量获取方面,所述整流单元111接收在e1、e2端输入的所述微小信号,其中所述预充放单元112将所述整流单元111整流后的能量储存,并等待被所述高频充放控制模块12获取。所述高频充放控制模块12的所述高频振荡单元122被所述预充放单元112所储存的能量激活,从而所述高频充放控制模块12开始工作。所述高频振荡单元122以一定的频率控制所述执行单元123的开关。而所述高频振荡单元122的频率被所述控制单元121所控制。当所述预充放单元112中存储有所述微小信号的能量后,所述高频振荡单元122开始控制开断器1231的开或者断的状态。当所述开断器1231处于开的状态,所述储能器1232通过所述开断器1231从所述预充放单元112获取能量,也就是说所述储能器1232在充电。当所述开断器1231处于断的状态,所述储能器1232与所述开断器1231断开,向外释放刚刚充电的从所述预充放单元112获取的能量,也就是说所述储能器1232在放电。上述的充电与放电之间的频率优选为高速进行的,优选地范围为:20KHz至10MHz。通过所述储能器1232的充放电,使得输出的能量以一定的频率被输出,直至所述预充放单元112中的能量被获取完全。根据预定输出的电压要求,以及所述反馈单元124所反馈回来的输出结果,所述控制单元121对所述高频振荡单元122的频率进行闭环控制,使得所述高频充放控制模块12的输出电压保持一定的稳定。并提供一储能滤波电容器C2,为输出的能量提供滤波。也就是说,所述预储模块11将所述微小信号的能量暂存于所述充放单元112,所述高频充放控制模块12从图示A点获取能量,向B点以PWM电压控制的方式输出能量。如图8所示,一种所述高频充放控制模块12的具体电路示意如图所示。所述高频振荡单元122对所述执行单元123的所述开断器1231进行一定频率的开关控制。所述储能器1232对所述预储模块11输入的电能进行反复的充电和放电操作。优选地,提供一续流二极管D和一储能滤波电容器C2进而完善电路。

对于所述微小信号的信息获取方面,所述识别单元21接收所述微小信号,所述识别单元21将识别情况进一步地传至所述处理单元22。需要注意的是,图示中的电阻R为限流电阻。所述识别单元21由所述输入接口221向所述预定程 序块224输入所述识别单元21的获取情况,经过所述预定程序块224对获取情况的处理,由所述输出接口222向外发送处理的结果,也就是对所述微小信号的信息监测结果。所述预定程序块224在预置程序的控制下初始化运行,将所述信息获取电路模块20的参数进行配置。通过对所述输入接口221中得到的所述微小信号的参数,所述预定程序块224进行调用并进行一定的运算,最后通过所述输出接口222传输至所述通讯单元23。另外的终端设备的所述无线通讯单元23A将接收到的数据传送给内部所述接收处理单元22A,该所述接收处理单元22A承担接口电路的功能,其I/O端口根据需要可以输出接收到的数据、或者将接收到的数据转换成电平以控制其他的设备。优选地,所述接收处理单元22A的I/O口输出数据给终端计算机处理,或者直接给驱动装置以电平指令。优选地,更具有DC-DC稳压器件为所述接收处理单元22A电路提供电源支持,将输入的电压转换成适合所述接收处理单元22A工作的电压。

如图6所示,所述微小信号检测装置的一种流程方法如图阐释。所述微小信号分为两路对信息和能量进行获取。更具体地,所述预储模块11对所述微小信号的能进行预先地存储,所述高频充放控制模块12从所述预储模块11中间续地输出所述微小信号的能量。另外,所述识别模块21对所述微小信号的信息进行采集,并交由所述处理模块进行处理,经过所述通讯单元23传送至外部,最后输出所述微小信号的检测结果。值得一提的是,所述高频充放控制模块12将所述微小信号的能量进行延时,被延时的能量输送给所述处理单元22与所述通讯单元23,使之开始工作。在一些实施例当中也可以省略掉“识别单元21”这个单元,而是可以直接利用脉冲信号输入时的能量驱动所述通讯模块23传输预设的信号。

本领域的技术人员应理解,上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明,在没有背离所述原理下,本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (47)

  1. 一微小信号检测装置,其特征在于,包括:
    一能量获取电路模块,其包括一预储模块和一高频充放控制模块,其中所述预储模块将一微小信号的能量暂时地存储,其中所述高频充放控制模块获取所述预储模块中的能量,所述高频充放控制模块以一定频率的方式将能量输出;和
    一信息获取电路模块,其中所述高频充放控制模块提供能量至所述信息获取电路模块,其中所述信息获取电路模块从所述微小信号获取信息以得到所述微小信号的检测结果,以将所述微小信号的检测结果进行传输。
  2. 根据权利要求1所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块从所述预储模块间断地获取能量,其中所述高频充放控制模块用可控电压方式进行输出能量。
  3. 根据权利要求2所述的微小信号检测装置,其中所述能量获取电路模块适于从所述微小信号获取能量,通过间断输出的方式延长能量存在时间。
  4. 根据权利要求3所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块输出能量的时间大于所述微小信号向所述能量获取电路模块输入能量的时间。
  5. 根据权利要求2所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块控制所述微小信号的能量以一定的频率输出电压。
  6. 根据权利要求5所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块用脉冲宽度可调的方式控制而输出所述微小信号的能量。
  7. 根据权利要求5所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块包括一控制单元、一高频振荡单元、一执行单元以及一反馈单元,其中所述控制单元可控制频率地连接于所述高频振荡单元,其中所述高频振荡单元可控制所述执行单元的操作频率地连接于所述执行单元,其中所述执行单元自所述预储模块获取能量,并操作能量的输出,其中所述反馈单元对所述执行单元所输出的能量进行监控,并反馈至所述控制单元,以形成闭环控制。
  8. 根据权利要求7所述的微小信号检测装置,其中所述反馈单元对所述执行单元的输出电压进行采集并反馈。
  9. 根据权利要求8所述的微小信号检测装置,其中所述反馈单元对所述执行单元输出的电压进行采集并反馈。
  10. 根据权利要求8所述的微小信号检测装置,其中所述执行单元为相对于所述预储模块和用电负载的缓冲开关。
  11. 根据权利要求8所述的微小信号检测装置,其中所述控制单元、所述高频振荡单元、所述执行单元以及所述反馈单元被设置于一电路板。
  12. 根据权利要求11所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块被一体地封装。
  13. 根据权利要求11所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块通过SOC(System-on-a-Chip)封装。
  14. 根据权利要求8所述的微小信号检测装置,其中所述预储模块进一步地包括一整流单元和一预充放单元,其中所述整流单元接收所述微小信号,其中所述预充放单元将所述整流单元整流后的能量储存,并等待被所述高频充放控制模块获取。
  15. 根据权利要求14所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块的所述高频振荡单元被所述预充放单元所储存的能量激活。
  16. 根据权利要求15所述的微小信号检测装置,其中所述执行单元包括一开断器和一储能器,其中所述开断器具有一开状态和一断状态,所述开断器的开断频率被所述高频振荡单元所控制,其中所述储能器被所述开断器控制而进行充放电。
  17. 根据权利要求16所述的微小信号检测装置,其中所述预充放单元中存储有所述微小信号的能量激活所述高频振荡单元控制开断器。
  18. 根据权利要求16所述的微小信号检测装置,其中当所述开断器处于开的状态,所述储能器通过所述开断器从所述预充放单元获取能量,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,向外部提供刚刚充电的从所述预充放单元获取的能量。
  19. 根据权利要求16所述的微小信号检测装置,其中当所述开断器处于开的状态,所述储能器在充电,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,所述储能器对外部放电。
  20. 根据权利要求19所述的微小信号检测装置,其中通过所述储能器在充电和放电之间转换,直至所述预充放单元中的能量被输出完全。
  21. 根据权利要求19所述的微小信号检测装置,其中所述储能器充电与放电之间的频率范围为:20KHz至10MHz。
  22. 根据权利要求16所述的微小信号检测装置,其中所述信息获取电路模块包括一识别单元,一处理单元以及一通讯单元,其中所述识别单元适于获取所述微小信号的信息,其中所述识别单元、所述处理单元以及所述通讯单元依次相通信地连接。
  23. 根据权利要求22所述的微小信号检测装置,其中所述识别单元将识别情况传至所述处理单元,所述处理单元进行处理后由所述通讯单元传送检测的结果。
  24. 根据权利要求22所述的微小信号检测装置,其中所述处理单元进一步地包括一输入接口、一输出接口、一供能接口以及一预定程序块,其中所述输入接口向所述预定程序块输入所述识别单元的获取情况,经过所述预定程序块对获取情况的处理,由所述输出接口向外发送处理的结果,其中所述供能接口被连接于所述能量获取电路模块的所述高频充放控制模块。
  25. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中所述预定程序块在预置程序的控制下初始化运行,将所述信息获取电路模块的参数进行配置。
  26. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中通过对所述输入接口中得到的所述微小信号的参数,所述预定程序块进行调用并进行一定的运算,最后通过所述输出接口传输至外部。
  27. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中所述整流单元为二极管整流电路。
  28. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中所述预充放单元为电容器或电容器组。
  29. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中所述储能器为电感或电感组。
  30. 根据权利要求24所述的微小信号检测装置,其中所述高频振荡单元的振荡频率的范围为:20KHz至10MHz之间。
  31. 一微小信号检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
    I.对一微小信号进行能量获取;
    II.对所述微小信号进行信息获取;以及
    III.处理所述微小信号的信息。
  32. 根据权利要求31所述的微小信号检测方法,在步骤I之前,进一步包括步 骤:
    获得所述微小信号。
  33. 根据权利要求31所述的微小信号检测方法,其中步骤II中对于所述微小信号的信息获取过程的能量来源为步骤I中所获取的能量。
  34. 根据权利要求31所述的微小信号检测方法,其中步骤I和步骤II同时地开始,在输出所述微小信号的能量的同时为所述微小信号的信息获取提供能源支撑。
  35. 根据权利要求33所述的微小信号检测方法,其中步骤I进一步包括步骤:
    I.1延长所述微小脉冲的能量存在的时间。
  36. 根据权利要求35所述的微小信号检测方法,其中为步骤II中提供的能量时间大于所述微小信号的能量存在时间。
  37. 根据权利要求35所述的微小信号检测方法,其中步骤II进一步包括步骤:
    II.1获取所述微小信号的参数,其中所述微小信号的参数选自组合:信号产生、脉宽、极性中的一种或多种。
  38. 根据权利要求35所述的微小信号检测方法,其中步骤III进一步包括步骤:
    III.1在程序的控制下产生特定的编码信息。
  39. 根据权利要求35所述的微小信号检测方法,在步骤III之后进一步地包括步骤:
    IV输出检测结果。
  40. 根据权利要求39所述的微小信号检测方法,其中步骤IV采用无线传输的方式。
  41. 一能量获取电路模块,其特征在于,包括:
    一预储模块;和
    一高频充放控制模块,其中所述预储模块将一微小信号的能量暂时地存储,其中所述高频充放控制模块获取所述预储模块中的能量,所述高频充放控制模块以一定频率地方式将能量输出,其中所述高频充放控制模块用脉冲宽度可调的方式控制而输出所述微小信号的能量,其中所述高频充放控制模块包括一控制单元、一高频振荡单元、一执行单元以及一反馈单元,其中所述控制单元可控制频率地连接于所述高频振荡单元,其中所述高频振荡单元可控制所述执行单元的操作频率地连接于所述执行单元,其中所述执行单元自所述预储模块获取能量,并操作 能量的输出,其中所述反馈单元对所述执行单元所输出的能量进行监控,并反馈至所述控制单元,以形成闭环控制。
  42. 根据权利要求41所述的能量获取电路模块,其中所述执行单元包括一开断器和一储能器,其中所述开断器具有一开状态和一断状态,所述开断器的开断频率被所述高频振荡单元所控制,其中所述储能器为反复充放电地对外输出能量。
  43. 根据权利要求41所述的能量获取电路模块,其中所述预充放单元中存储有所述微小信号的能量,所述高频振荡单元控制开断器处于开或者断的状态。
  44. 根据权利要求41所述的能量获取电路模块,其中当所述开断器处于开的状态,所述储能器通过所述开断器从所述预充放单元获取能量,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,向外部释放刚刚充电的从所述预充放单元获取的能量。
  45. 根据权利要求41所述的能量获取电路模块,其中当所述开断器处于开的状态,所述储能器在充电,当所述开断器处于断的状态,所述储能器与所述开断器断开,所述储能器对外部放电。
  46. 根据权利要求44所述的能量获取电路模块,其中通过所述储能器在充电和放电之间转换,直至所述预充放单元中的能量被输出完全。
  47. 根据权利要求44所述的微小信号检测装置,其中所述高频充放控制模块输出能量的时间大于所述微小信号向所述能量获取电路模块输入能量的时间。
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