專利名稱：通過來自被感測系統(tǒng)的能量變換進(jìn)行供電的無線傳感節(jié)點(diǎn)的制作方法
通過來自被感測系統(tǒng)的能量變換進(jìn)行供電的無線傳感節(jié)點(diǎn) 優(yōu)先權(quán)的權(quán)利要求
本發(fā)明要求于2005年1月25日提交的、題目為"Wireless Measurement of Operating Parameters"的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序歹寸 號(hào)60/647，176的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)因此被引用以供參考，就如在 該申請(qǐng)中為所有目的被完全闡述。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總的涉及感測系統(tǒng)，且更具體地，涉及被使用來感測與處 理過程或事物有關(guān)的條件或特性的網(wǎng)絡(luò)。
感測系統(tǒng)在包括礬土處理工廠儀表、山火檢測和監(jiān)視；以及天氣 監(jiān)視和預(yù)報(bào)的各種需求應(yīng)用中被采用。這樣的應(yīng)用常常要求萬用感 測系統(tǒng)，它們可以容易地提供有價(jià)值的信息來改進(jìn)預(yù)測，制造技術(shù) 等等。
通用的和有效的感測系統(tǒng)在氧化鋁(礬土 )處理應(yīng)用中是特別重 要的，其中牽涉到高電壓和高溫的極端工作條件常常妨礙潛在地不 安全的、笨重的或麻煩的感測系統(tǒng)的使用。 一個(gè)示例性礬土處理工 廠包括多個(gè)鋁還原單元，也稱為電解槽(pot)或Hall-H6roult單元。 Hall-H6roult單元包括含有鋁的電解液。電流流過在碳陽極與碳陰極 之間的溶液，引起在礬土與碳之間的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w 和鋁。
不幸地，用于測量諸如溫度、單元電壓、廢氣壓力等Hall-H"oult 單元處理特性的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)常常需要連接傳感器到一個(gè)或多 個(gè)計(jì)算機(jī)的電線。附加的電線把傳感器連接到電源。在Hal1-貼roult 單元應(yīng)用中實(shí)施這樣的感測系統(tǒng)所需要的硬件會(huì)引起安全考慮，干 擾現(xiàn)有的硬件，需要過度的維護(hù)，以及消耗過度的功率。
因此，由于這樣的問題，Hall-H6roult單元常常只配備有相當(dāng)少 的傳感器。從而，常常無法得到可以帶來單元能效改進(jìn)的感測的數(shù) 據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供感測系統(tǒng)，用于感測與處理過程或事物有關(guān)
的條件或特性，諸如，但不限于，在Hall-H"oult單元中發(fā)生的鋁還 原處理過程。感測系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)能量變換器，所述能量變換 器可包括熱電產(chǎn)生器。感測系統(tǒng)還包括至少一個(gè)傳感器，所述傳感 器被耦合到處理過程或事物(即，"被感測的系統(tǒng)，，，以便與感測 系統(tǒng)區(qū)分開)。與無線發(fā)射機(jī)/接收機(jī)或Mote處理器無線電有關(guān)的節(jié) 點(diǎn)被耦合到傳感器和能量變換器。節(jié)點(diǎn)由來自能量變換器的輸出進(jìn) 行供電，所述節(jié)點(diǎn)也被耦合到處理過程或事物。
能量可以從被感測的系統(tǒng)的任何適當(dāng)?shù)男再|(zhì)、特性或效應(yīng)得到。 例如,皮感測的系統(tǒng)的熱、振動(dòng)、化學(xué)、電的、磁的、電磁、核的、 重力或其它特性都可被用作為能源。溫度、壓力、電荷、酸度、通 量等等的差值可被用來得出給本發(fā)明的各種實(shí)施例中的各種部件或 功能塊供電的能量。被感測的系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)特性可被使用來為 一個(gè)或多個(gè)傳感器、節(jié)點(diǎn)或其它部件提供電源。部件可以感測與被 使用來提供功率的特性相同的或不同的特性。
在具體實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)包括控制器，所述控制器實(shí)施一個(gè)或多個(gè) 例程，用于根據(jù)預(yù)定的條件有選擇地調(diào)節(jié)加到節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)射機(jī)的 功率。預(yù)定的條件可規(guī)定傳感器輸出值處在預(yù)定的范圍內(nèi)，或低于 或高于預(yù)定的閾值。替換地，預(yù)定的條件可規(guī)定從能量變換器輸出 的電能低于預(yù)定的閾值。遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)可包括一個(gè)或多個(gè)例程，適于 處理由傳感器輸出的信息，并通過被包括在節(jié)點(diǎn)中的發(fā)射機(jī)把信息 轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)。
在更具體的實(shí)施例中，系統(tǒng)包括設(shè)備，所述設(shè)備包括傳感器， 用于感測處理過程的特性；熱電產(chǎn)生器，具有第一和第二溫度源， 其中第 一溫度源是從由傳感器感測的材料或?qū)ο蟮玫降?；以及無線 發(fā)射機(jī)，被耦合到熱電產(chǎn)生器和傳感器，其中無線發(fā)射機(jī)從熱電產(chǎn) 生器得到功率，以便把感測的特性的指示從傳感器發(fā)送到接收機(jī)。
另一個(gè)實(shí)施例提供用于得到傳感器讀數(shù)的方法，方法包括使用 熱電產(chǎn)生器來生成電能，其中熱電產(chǎn)生器從一個(gè)源得到熱量；使用 傳感器來測量源的特性；以及使用由電能供電的無線發(fā)射機(jī)來發(fā)送 測量的特性。
另一個(gè)實(shí)施例包括把熱電產(chǎn)生器附著到(例如，用磁鐵)外部單 元上的熱表面，以便提供電功率到與產(chǎn)生器合并在一起或在它旁邊 的傳感器/無線發(fā)射機(jī)，并且電連接到它，傳感器測量某些處理過程 變量，諸如從單元外部的熱通量。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供有效供電的感測系統(tǒng)，它避免對(duì)于有 潛在危險(xiǎn)的電線和電源的需要。本發(fā)明的實(shí)施例可以提供相對(duì)較安 全的和成本經(jīng)濟(jì)的傳感平臺(tái)，它提供對(duì)于伴隨的工廠操作最小的干 擾。而且，感測系統(tǒng)可以通過有效地利用來自現(xiàn)有處理過程的浪費(fèi) 的能量而降低能耗和相關(guān)的成本。
圖l是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的、適用于Hall-H"oult單元的 感測系統(tǒng)的圖。
圖2是說明適用于Hall-H6roult單元的、本發(fā)明的第二實(shí)施例的圖。
圖3是說明適用于Hal l-H6roul t電解槽系列的、本發(fā)明的第三實(shí) 施例的圖。
圖4是適用于圖2-3的實(shí)施例的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了清晰起見，各種熟知的部件，諸如放大器、通信端口、互聯(lián) 網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商(ISP)等等從圖上省略。然而，閱讀本教導(dǎo)的本領(lǐng)域
應(yīng)用的需要。
圖l是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的、適用于Hall-H6roult單元12 的感測系統(tǒng)10的圖。在本具體實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括與計(jì)算機(jī)16通 信的傳感器節(jié)點(diǎn)14;單元電壓測量裝置18;熱敏電阻，熱偶，或其它 溫度測量裝置20;以及熱電產(chǎn)生器組件22。
傳感器節(jié)點(diǎn)14包括節(jié)點(diǎn)控制器24，所述節(jié)點(diǎn)控制器與功率變換器 26通信，并接收來自模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 28的輸入。節(jié)點(diǎn)控制 器24還與節(jié)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)30通信。節(jié)點(diǎn)控制器24、收發(fā)信機(jī)30、和ADC28 由來自功率變換器26的輸出供電。節(jié)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)30實(shí)施無線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，用于發(fā)送無線信號(hào)到計(jì)算機(jī)16的計(jì)算機(jī)收發(fā)信機(jī)68和接 收來自其的無線信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以經(jīng)由組裝的DC-DC轉(zhuǎn)換器 實(shí)施功率變換器26。
在本具體實(shí)施例中，控制器30運(yùn)行各種軟件和/或硬件，包括Tiny 0S(操作系統(tǒng))34，所述Tiny OS支持Tiny DB (數(shù)據(jù)庫)36。功率變 換器26接收來自控制器34的控制信號(hào)32，該信號(hào)可以經(jīng)由各種例 程，包括Tiny DB例程36被生成，其有選擇地控制從功率變換器26輸 出到收發(fā)信機(jī)30、 ADC 28和各種傳感器18，20的功率，正如下面更詳 細(xì)地討論的。
在本具體實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)控制器24利用在Tiny OS 34上運(yùn)行的定 制的軟件，Tiny OS 34實(shí)施Tiny-DB應(yīng)用編程接口 (API)軟件36且 進(jìn)一步執(zhí)行以下的動(dòng)作，其也為感測系統(tǒng)提供多個(gè)節(jié)點(diǎn)，正如下面 更全面地討論的
1) 給出組裝的圖形用戶接口 (GUI)，用于用戶選擇和輸入各 種變量(諸如，但不限于，采樣頻率等等)，和選擇要監(jiān)視的處理 過程參數(shù)，諸如溫度。
2) 顯示來自每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收數(shù)據(jù)，包括日期和時(shí)間、詢問號(hào)、 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別號(hào)、選擇的處理過程參數(shù)、熱電產(chǎn)生器功率輸出信 息、和關(guān)于該節(jié)點(diǎn)跳過其到達(dá)計(jì)算機(jī)16的母節(jié)點(diǎn)的信息，正如下面 更全面地i寸論的。
3) 將接收數(shù)據(jù)以電子表格格式和/或文本文件來存儲(chǔ)。
4) 每12小時(shí)創(chuàng)建新的文件，以及統(tǒng)計(jì)地分析以前的文件。
5) 可以運(yùn)行三個(gè)分離的GUI: a)顯示當(dāng)前的節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，b) 顯示在每個(gè)節(jié)點(diǎn)與中心計(jì)算機(jī)16之間的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)顯像，以及c)允許 運(yùn)營商在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)監(jiān)視各個(gè)節(jié)點(diǎn)的感測的值。
Tiny DB 36可以實(shí)施詢問處理系統(tǒng)，用于從節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)提取信 息，正如下面更全面地討論的，傳感器節(jié)點(diǎn)14可以是該網(wǎng)絡(luò)的一部 分。Tiny DB 36可以經(jīng)由可容易得到的可編程應(yīng)用被實(shí)施，可編程 應(yīng)用提供各種特征，包括
1) 不需要編程員為傳感器編寫嵌入的C代碼。
2) 呈現(xiàn)簡單的用于提取數(shù)據(jù)的語言。
3) 提供Java API(應(yīng)用編程接口)，用于簡化個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC )
應(yīng)用的編碼。
4) 提供把節(jié)點(diǎn)的特別種類自主聯(lián)網(wǎng)以及把數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)經(jīng)由跳躍 路由到諸如計(jì)算機(jī)16那樣的中心服務(wù)器的能力。
5) 提供功率節(jié)省算法，當(dāng)諸如傳感器節(jié)點(diǎn)14的附屬節(jié)點(diǎn)沒有在 收集、發(fā)送、或接收數(shù)據(jù)時(shí)，它將該節(jié)點(diǎn)自動(dòng)設(shè)置為低功率休眠模 式。
功率變換器26接收來自被夾心在熱電產(chǎn)生器組件22的發(fā)熱板40 與散熱器42之間的熱電產(chǎn)生器層38的輸入66。發(fā)熱板40、散熱器42 與熱電產(chǎn)生器層38可以由磁鐵44被附著到目標(biāo)或被感測的系統(tǒng)。為 了說明起見，功率變換器26也被顯示為接收來自單元電壓測量裝置 18的輸入52， 54。
ADC 28接收來自傳感器的模擬輸入50， 52， 54,包括用作為溫度傳 感器的溫度測量裝置20,和用作為電壓和/或電流傳感器的單元電壓 測量裝置18。在替換的工作情形下，單元電壓測量裝置18還提供電 能54到功率變換器26，以便給節(jié)點(diǎn)14和附屬傳感器20供電，如需要 的話。
ADC 28把模擬輸入50， 52， 54轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)被提 供到節(jié)點(diǎn)控制器24。節(jié)點(diǎn)控制器24可以存儲(chǔ)最終得到的數(shù)字化的感 測的數(shù)據(jù)70和/或可以把感測的數(shù)據(jù)70轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)16。在本具體實(shí) 施例中，模擬輸入50， 52， 54包括單元電流52和在單元12的陽極導(dǎo)體 56與陰極導(dǎo)體58之間的單元電壓54。模擬輸入50， 52， 54還包括來自 熱敏電阻20的感測的溫度數(shù)據(jù)50。
熱電產(chǎn)生器組件22的發(fā)熱板40被熱耦合到熱傳導(dǎo)延伸部分46，該
熱傳導(dǎo)延伸部分可以經(jīng)由各種材料，諸如，但不限于銅，被構(gòu)建。 延伸部分46從發(fā)熱板40延伸到單元12的廢氣管道48內(nèi)，并在它們之 間傳導(dǎo)熱。熱敏電阻20被連接到熱傳導(dǎo)延伸部分46的末端，并暴露 在廢氣管道48的里面。關(guān)于廢氣管道48的里面的溫度的感測的溫度 數(shù)據(jù)50被轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點(diǎn)14的ADC 28。
計(jì)算機(jī)16包括用戶接口60和傳感器-網(wǎng)絡(luò)軟件62,該傳感器-網(wǎng)絡(luò) 軟件包括單元分析例程64，用于有選擇地詢問傳感器節(jié)點(diǎn)14;用于 分析來自傳感器節(jié)點(diǎn)14的感測的數(shù)據(jù)；用于實(shí)施應(yīng)用編程接口 (API);用于實(shí)施服務(wù)器功能；用于使能經(jīng)由Java⑧的可編程性等等。計(jì)算機(jī)16的硬件和/或軟件62的功能的精確的細(xì)節(jié)是應(yīng)用特定 的，并且可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員調(diào)節(jié)，而不偏離本發(fā)明的范圍。
在諸如模塊12， 14， 16， 22那樣的模塊間的精確的連接細(xì)節(jié)是應(yīng)用 特定的并且可以變化以滿足給定的應(yīng)用的需要，而不偏離本發(fā)明的 范圍。例如，來自單元電壓測量裝置18的輸出在某些應(yīng)用中可以不 輸入到節(jié)點(diǎn)14的功率變換器26。而且，某些模塊可以省略，或某些 模塊的位置可以改變，而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，單元電壓測 量裝置18可以省略和/或功率變換器26可以與節(jié)點(diǎn)14分離地放置。
工作時(shí)，熱電產(chǎn)生器組件22把來自廢氣管道48內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)換成電 能，并把該電能經(jīng)由功率信號(hào)66提供到節(jié)點(diǎn)14的功率變換器26。對(duì) 于本討論，電能可以是經(jīng)由電流、電壓差、或經(jīng)由無線電磁能提供 的任何能量。發(fā)熱板40和相對(duì)冷的散熱器42提供足夠的溫度差，使 得熱電產(chǎn)生器層38能夠提供足夠的輸出功率來給節(jié)點(diǎn)14供電。由熱 電產(chǎn)生器組件22提供的功率也可以被使用來給諸如熱敏電阻46那樣 的傳感器供電，這些傳感器可能需要附加功率輸入，正如下面更全 面地討論的。
節(jié)點(diǎn)控制器24運(yùn)行例程，用于控制功率，即，根據(jù)從傳感器18, 20報(bào)告的感測的數(shù)據(jù)被提供到節(jié)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)30的電能，由熱電產(chǎn)生 器組件22提供的功率電平，等等。當(dāng)來自傳感器18的感測的數(shù)據(jù)和/ 或由熱電產(chǎn)生器組件22提供的功率電平滿足預(yù)定的準(zhǔn)則時(shí)，節(jié)點(diǎn)控 制器24可以運(yùn)行用于僅僅接通收發(fā)信機(jī)30的例程，正如下面更全面 地討論的。這樣的準(zhǔn)則可被調(diào)節(jié)，以便滿足給定的應(yīng)用的需要。
在節(jié)點(diǎn)控制器24上運(yùn)行的軟件可以經(jīng)由諸如計(jì)算機(jī)16那樣的外 部計(jì)算機(jī)被編程，該計(jì)算機(jī)可被插入到節(jié)點(diǎn)14，或否則可以與節(jié)點(diǎn) 14無線地通信。Tiny OS 34和所附的Java⑧功能的使用易于實(shí)行節(jié)點(diǎn) 可編程性。
因此，系統(tǒng)10實(shí)施用于得到關(guān)于處理過程或事物的信息的系統(tǒng)。 在本實(shí)施例中，處理過程是經(jīng)由單元12實(shí)施的Ha11-H6roult鋁還原處 理過程。系統(tǒng)10實(shí)施第一機(jī)構(gòu)22，用于利用來自Hall-貼roult鋁還原 處理過程的能量，生成相應(yīng)于分別由熱電產(chǎn)生器組件22和/或單元電 壓測量裝置18輸出的功率信號(hào)66和/或電壓信號(hào)54的信號(hào)。對(duì)于本討 論，功率信號(hào)可以是足以給電路或其它設(shè)備供電的任何信號(hào)。功率
表示每單位時(shí)間的電能。
第二機(jī)構(gòu)18， 20感測關(guān)于處理過程或事物12的條件，并響應(yīng)于此 提供感測的信息50，52，54。第三機(jī)構(gòu)14， 16收集感測的信息。第四 機(jī)構(gòu)18利用信號(hào)54， 66，給第二機(jī)構(gòu)20和/或第三機(jī)構(gòu)14， 16供電， 如需要的話。
第三機(jī)構(gòu)14， 16包括傳感器節(jié)點(diǎn)14。對(duì)于本討論，傳感器節(jié)點(diǎn)可 以是經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)鏈路與一個(gè)或多個(gè)其它裝置通信的任何裝置， 其中裝置被連接到傳感器。
來自Ha 1 l-H6roul t鋁還原處理過程的、凈皮使用來給系統(tǒng)l0供電的 能量，代表浪費(fèi)的能量。對(duì)于本討論，浪費(fèi)的能量可以是沒有被處 理過程或裝置充分利用的任何能量。浪費(fèi)的能量的例子包括，但不 限于，與諸如單元12那樣的鋁還原單元有關(guān)的過分的熱、振動(dòng)、和 氣體壓力。在本具體實(shí)施例中，被系統(tǒng)10利用的浪費(fèi)的能量是來自 廢氣管道48的熱能和/或如由單元電壓測量裝置18提供的、來自單元 12的過分的電能。其它能量類型和/或能源也可以被系統(tǒng)10利用，而 不偏離本發(fā)明的范圍。例如，其它形式的浪費(fèi)的熱量，諸如通過單 元12的壁或底部傳導(dǎo)的熱量，可被利用來生成電能。
除了溫度傳感器，即熱敏電阻20，和電壓傳感器18以外，可以包 括各種傳感器，正如下面更全面地討論的。附加傳感器的例子包括 化學(xué)傳感器、氣體流傳感器、電壓傳感器、和/或電流傳感器。
節(jié)點(diǎn)控制器24運(yùn)行軟件34， 36，所述軟件適于根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù) 定的條件有選擇地調(diào)節(jié)加到無線收發(fā)信機(jī)30的功率。在本具體實(shí)施 例中，預(yù)定的條件包括與低于預(yù)定的閾值的功率信號(hào)66有關(guān)的功率 電平。當(dāng)這種情形發(fā)生時(shí)，被提供到節(jié)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)30的功率被減小 或被關(guān)斷。預(yù)定的條件還可包括傳感器輸出狀態(tài)。對(duì)于本討論，傳 感器輸出狀態(tài)可包括關(guān)于傳感器的輸出的信息，包括感測的數(shù)據(jù)值 的大小、感測的數(shù)據(jù)的存在、感測的數(shù)據(jù)值與特定的閾值的比較等 等。
例如，在本工作情形下，如果由熱敏電阻20報(bào)告的溫度超出想要 的范圍，則控制器34可以調(diào)節(jié)或校準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)14和/或附屬傳感器18， 20 的各種工作條件或參數(shù)，使得溫度測量值在范圍內(nèi)。參數(shù)的例子包 括發(fā)送功率、數(shù)據(jù)報(bào)告時(shí)間、溫度值、報(bào)告的數(shù)據(jù)的類型等等。
本實(shí)施例解決在許多礬土還原工廠中各種流行的關(guān)系。這樣的關(guān)
系要求使得對(duì)于每個(gè)單元的每個(gè)感測系統(tǒng)的成本最小化，因?yàn)榻o 定的工廠可以具有多個(gè)單元；使得安全性最大化，因?yàn)樵趩卧膬?nèi) 部和周圍存在危險(xiǎn)的高溫以及因?yàn)榕c放置連線栽送信號(hào)有關(guān)的問題 可以潛在地導(dǎo)致接近l千伏的危險(xiǎn)的電壓；由放置連線有關(guān)的勞動(dòng)力 和成本應(yīng)當(dāng)被最小化；以及笨重的電池和墻壁插座電源的使用應(yīng)當(dāng) 被最小化，因?yàn)檫@樣的電源的使用當(dāng)考慮大量單元和感測系統(tǒng)時(shí)會(huì) 呈現(xiàn)基本的操作麻煩和花費(fèi)。圖1的感測系統(tǒng)10通過提供由浪費(fèi)的能 量或在礬土還原處理過程中固有的其它能量有效地供電的、成本經(jīng) 濟(jì)的和相對(duì)較安全的無線感測系統(tǒng)10而解決這些問題。
感測系統(tǒng)10的使用可以提供各種附加好處。例如，通過由可被看 作為熱通量傳感器的熱敏電阻20提供的熱通量測量可以得出在單元 12內(nèi)的電解液邊緣厚度(未示出)。在單元12內(nèi)形成的電解液邊緣 的厚度的精確的確定可以易于預(yù)測單元12的故障。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易利用現(xiàn)有的基本的射頻和處理模塊 (MPR)，以便于實(shí)施節(jié)點(diǎn)14。示例性MPR是由Crossbow Technology, Inc.供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)mica2 mote，型號(hào)# MPR400 (圖la ) 。 MPR400達(dá)到 標(biāo)準(zhǔn)，IO比特ADC轉(zhuǎn)換器(約3mV精度)、數(shù)字輸入/輸出、通用異步 接收機(jī)和發(fā)射機(jī)(UART) 、 3發(fā)光二極管(LED)、調(diào)頻(FM)可調(diào) 諧無線電、快閃數(shù)據(jù)記錄裝置存儲(chǔ)器(FDLM)、以及基本鞭狀天線。 沒有阻擋時(shí)，mica2s標(biāo)稱地可以發(fā)送數(shù)據(jù)到500英尺遠(yuǎn)處。對(duì)于本發(fā) 明的實(shí)施例，與mica2s伴隨的標(biāo)準(zhǔn)2AA電池和電池架可以被去除。
不同于mica2s的其它類型的mote或節(jié)點(diǎn)可被利用來實(shí)施本發(fā)明 的實(shí)施例，而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以定 制構(gòu)建節(jié)點(diǎn)14，滿足給定的應(yīng)用的需要。
可被利用來易于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的附加的傳感器網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié) 在以下的論文中描述，由此這些論文整體地被引用以供參考，就如
在該申請(qǐng)中為所有目的被完全闡述
1. "Design and Implementation of a Thermoelectrically-powered Wireless Sensor Network for Monitoring the Hall-H6roult Process, ，， (53頁)Michael H. Schneider, 2003;
2. "Experiments on Wireless Instrumentation of Potlines，"
(6頁)Schneider, Evans， Ziegler， Wright, Steingart， 2005; 以 及
3. "Wireless Measurement of Operating Parameters of Hall Cells," (2頁).
因此，圖1說明由來自廢氣管道48的浪費(fèi)的熱量供電的溫度傳感 器20和相關(guān)的發(fā)射機(jī)30的基本結(jié)構(gòu)。熱電產(chǎn)生器層38被放置在發(fā)熱 板40和散熱器42之間。發(fā)熱板40被熱耦合到廢氣管道48的外部和延 伸部分46。延伸部分46延伸到廢氣管道48的內(nèi)部中。廢氣管道48被 使用來傳送在電化學(xué)鋁生產(chǎn)過程期間產(chǎn)生的熱氣體。因此，熱電產(chǎn) 生器層38被耦合在由被傳導(dǎo)到發(fā)熱板40的熱造成的溫度梯度與由于 散熱器42造成的較冷的溫度之間。正如在技術(shù)上已知的，熱電產(chǎn)生 器層38使用溫度差來產(chǎn)生電能。
將熱敏電阻20附著到延伸部分46的末端，并用來測量管道48內(nèi)部 的氣體的溫度。可使用該溫度測量來改進(jìn)鋁生產(chǎn)過程的效率，檢測 有害條件，或用于其它目的。熱電產(chǎn)生器層38的電輸出52， 54和熱 敏電阻20的信號(hào)50輸出被提供到節(jié)點(diǎn)14。節(jié)點(diǎn)14包括無線通信電子 裝置30,把測量值從熱敏電阻20傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)16,用于進(jìn)一步 分析。諸如由熱敏電阻20提供的溫度測量值那樣的傳感器讀數(shù)的輸 送，可以由任何適當(dāng)?shù)难b置，有線或無線地進(jìn)行。而且，可以使用
這里沒有公開的其它類型的傳感器，諸如，黑體輻射傳感器。
圖2是說明適于被使用于Hall-H"oult單元(見圖4的12)的本發(fā) 明的第二實(shí)施例80的圖，其廢氣管道48的截面在圖2中示出。感測系 統(tǒng)80包括替換的傳感器節(jié)點(diǎn)82，傳感器節(jié)點(diǎn)82包括替換的多功能控 制器84和收發(fā)信機(jī)86。多功能控制器84由替換的熱電產(chǎn)生器組件88 供電。彎曲的發(fā)熱板92遵從廢氣管道48的外表面的形狀。
熱電產(chǎn)生器組件88還包括被夾心在彎曲的發(fā)熱板92與專門的散 熱器96之間的替換的熱電產(chǎn)生器層94。為了說明起見，專門的散熱 器96被顯示為包括橫割冷卻片98。熱電產(chǎn)生器層94利用在加熱板92 與散熱器96之間的溫度差，生成功率信號(hào)IOO，功率信號(hào)把功率提供 到多功能節(jié)點(diǎn)控制器84。多功能節(jié)點(diǎn)控制器84包括DC/DC功率變換 器，DC/DC功率變換器接收變化的功率信號(hào)100且響應(yīng)于此提供穩(wěn)定 的功率給控制器84供電。
為了說明起見，多功能控制器84被顯示為把功率和控制信號(hào) (pwr./ctrl. ) 102-110分別有選擇地提供到熱敏電阻插頭112，流 傳感器114,化學(xué)傳感器116，振動(dòng)傳感器/換能器118，以及壓力傳 感器120。傳感器112-120被連接到和/或插入到廢氣管道48，正如對(duì) 于進(jìn)行諸如化學(xué)、氣體流、熱通量測量、振動(dòng)、和壓力測量那樣的 傳感器測量需要的。多功能控制器84接收感測的數(shù)據(jù)，諸如分別從 傳感器112-120分別接收化學(xué)、氣體流、溫度、振動(dòng)、和壓力測量值 122-130。熱敏電阻112除了溫度測量以外還提供熱通量測量。替換 地，熱通量測量值通過TEG層94被提供到多功能節(jié)點(diǎn)控制器84。
工作時(shí)，多功能控制器84響應(yīng)于由節(jié)點(diǎn)82從計(jì)算機(jī)16接收的和被 轉(zhuǎn)發(fā)到傳感器112-120的詢問/控制信號(hào)123，對(duì)于所需要的感測的數(shù) 據(jù)有選擇地詢問傳感器112-120。計(jì)算機(jī)16也可以把控制信號(hào)123轉(zhuǎn) 發(fā)到多功能控制器84，引導(dǎo)多功能控制器84調(diào)節(jié)被提供到一個(gè)或多 個(gè)傳感器112的功率。
多功能控制器84在相應(yīng)的感測的數(shù)據(jù)需要被節(jié)點(diǎn)82接收時(shí)，諸如 響應(yīng)于來自計(jì)算機(jī)16的詢問，或響應(yīng)于預(yù)定的準(zhǔn)則，有選擇地提供 功率到傳感器112-120。例如，多功能控制器84可被配置成周期地接 通一個(gè)或多個(gè)傳感器112-120,以接收相應(yīng)的感測的數(shù)據(jù)。對(duì)于本討 論，感測的數(shù)據(jù)可以是相應(yīng)于由諸如一個(gè)或多個(gè)傳感器112-120那樣 的傳感器進(jìn)行的測量的任何信息。
多功能控制器84和傳感器112-120可被配置成使得多功能控制器 84不斷地從傳感器112-120接收感測的數(shù)據(jù)，不僅僅周期地還響應(yīng)于 詢問，而不偏離本發(fā)明的范圍。而且，多功能控制器84可以實(shí)施一 個(gè)或多個(gè)例程，所述例程使得來自 一個(gè)或多個(gè)傳感器112-120的感測 的數(shù)據(jù)僅僅被節(jié)點(diǎn)82存儲(chǔ)和/或當(dāng)某些準(zhǔn)則滿足時(shí)被轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī) 16。例如，如果如由多功能控制器84確定的，感測的數(shù)據(jù)超過預(yù)定 的閾值或處在預(yù)定的閾值內(nèi)，則可以收集數(shù)據(jù)以及表示測量值何時(shí) 被多功能控制器84接收的時(shí)間戳。
多功能控制器84和例程的精確的配置及與其相關(guān)的功能是應(yīng)用 特定的。多功能控制器84的功能可以由閱讀本教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人 員調(diào)節(jié)，以滿足給定的應(yīng)用的要求而不用過多的經(jīng)驗(yàn)。例如，在一 個(gè)實(shí)施方案中，多功能控制器84可被配置成當(dāng)在廢氣管道48內(nèi)的溫
度超過預(yù)定的最大溫度閾值時(shí)把報(bào)警信號(hào)無線地傳送到計(jì)算機(jī)16。
多功能控制器84還可被配置成當(dāng)由熱電產(chǎn)生器組件88輸出的功率電
平不足以給所有的傳感器112-120供電時(shí)關(guān)斷某些傳感器112-120。
在替換的工作情形下，各種傳感器，諸如振動(dòng)傳感器118和壓力 傳感器120,可以提供有關(guān)處理過程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，該運(yùn)行數(shù)據(jù)然后被 鏈接到多功能控制器84。這樣的傳感器可以由傳統(tǒng)的電池供電。在 其它情形下，從熱量、振動(dòng)或壓力差值的能量回收可被使用來給各 種傳感器供電。因此，各種傳感器112-120可以通過回收來自在 Hall-H"oult單元12內(nèi)發(fā)生的礬土還原處理過程的浪費(fèi)的熱量或振 動(dòng)而被供電(見圖l)。
因此，圖2的感測系統(tǒng)80實(shí)施用于得到關(guān)于處理過程或事物，諸 如在圖l的Hall-H"oult單元12內(nèi)發(fā)生的鋁還原處理過程的信息的系 統(tǒng)。感測系統(tǒng)80包括由熱電產(chǎn)生器組件88和一個(gè)或多個(gè)傳感器112-120實(shí)施的一個(gè)或多個(gè)能量變換器。對(duì)于本討論，能量變換器可以是 適于把來自處理過程或事物，諸如來自被測量的處理過程或裝置的 能量轉(zhuǎn)換成適合于由電路或相關(guān)的設(shè)備，諸如分別由節(jié)點(diǎn)82和一個(gè) 或多個(gè)傳感器112-120使用的能量的任何裝置。
感測系統(tǒng)80還包括傳感器，諸如一個(gè)或多個(gè)傳感器112-120，被 耦合到處理過程或事物48。節(jié)點(diǎn)82被耦合到傳感器112-120和能量變 換器88，其中節(jié)點(diǎn)82由來自能量變換器88的輸出供電。
多功能控制器84實(shí)施一個(gè)或多個(gè)例程，用于響應(yīng)于預(yù)定的條件， 諸如從傳感器112-120輸出的值處在預(yù)定的范圍內(nèi)或低于或超過預(yù) 定的闊值，有選擇地調(diào)節(jié)加到節(jié)點(diǎn)82的無線發(fā)射機(jī)86的功率。遠(yuǎn)端 計(jì)算機(jī)16可包括一個(gè)或多個(gè)例程64,適于處理由傳感器112-120輸出 的信息。
圖3是說明適用于Hall-H"oult電解槽系列142的、本發(fā)明的第三 實(shí)施例140的圖。電解槽系列142包括互相串聯(lián)連接的多個(gè)Hall-H"oult單元144-148。多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)14， 82， 154被連接來或否則被 配置來分別從相應(yīng)的傳感器得到與單元144-148有關(guān)的感測的數(shù)據(jù) (見圖1和2)。感測的數(shù)據(jù)可以直接無線地轉(zhuǎn)發(fā)到計(jì)算機(jī)16。替換 地，諸如第二節(jié)點(diǎn)82和笫三節(jié)點(diǎn)154那樣的某些節(jié)點(diǎn)可以用作為中繼 器，用來轉(zhuǎn)發(fā)信令信息，諸如但不限于，來自諸如第一節(jié)點(diǎn)14和/或
第二節(jié)點(diǎn)82那樣的其它節(jié)點(diǎn)的感測的數(shù)據(jù)。
在某些工作情形下，第一節(jié)點(diǎn)14可以發(fā)送信息到第三節(jié)點(diǎn)154， 由此跳過第二節(jié)點(diǎn)82。替換地，第二節(jié)點(diǎn)82可以直接發(fā)送到計(jì)算機(jī) 16，由此跳過第三節(jié)點(diǎn)154。替換地，第一節(jié)點(diǎn)14可以直接與計(jì)算機(jī) 16通信，由此跳過第二節(jié)點(diǎn)82和第三節(jié)點(diǎn)154。關(guān)于哪些節(jié)點(diǎn)被跳過 的精確的細(xì)節(jié)和條件是應(yīng)用特定的。對(duì)于實(shí)施節(jié)點(diǎn)跳過所需要的功 能在本領(lǐng)域中是已知的，它可以由閱讀本教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員容 易地利用到節(jié)點(diǎn)14，82，154,而不用過多的經(jīng)驗(yàn)。
不需要分開的笨重的電池塊或墻壁插座延長線的無線節(jié)點(diǎn) 14， 82, 154的使用，大大地便利了電解槽系列142的測量裝置。感測 系統(tǒng)140的使用可以提高礬土還原工廠安全地和精確地監(jiān)視Hall-H6roult單元處理過程的能力， 由此提供可被使用來改進(jìn)鋁制造的寶 貴的信息。
圖4是適用于圖2-3的實(shí)施例的方法160的流程圖。方法160包括初 始環(huán)境確定步驟162，在其中確定被感測的處理過程、設(shè)備或目標(biāo)的 特性。
如果環(huán)境確定步驟162確定被感測的處理過程或事物產(chǎn)生或造成 熱的形式的浪費(fèi)的能量，則在熱電產(chǎn)生器選擇步驟164,選擇熱電產(chǎn) 生器，諸如圖2的熱電產(chǎn)生器88，在相關(guān)的感測系統(tǒng)中使用。
如果環(huán)境確定步驟162確定被感測的處理過程或事物產(chǎn)生或造成 過分的壓力，則在換能器選擇步驟166，選擇壓力換能器，諸如圖2 的換能器120,在相關(guān)的感測系統(tǒng)中使用。
如果環(huán)境確定步驟162確定被感測的處理過程或事物產(chǎn)生或造成 過分的振動(dòng)，則在振動(dòng)變換步驟170,選擇振動(dòng)換能器，諸如圖2的 振動(dòng)換能器118，在相關(guān)的感測系統(tǒng)中使用。
如果環(huán)境確定步驟162確定被感測的處理過程或事物產(chǎn)生或造成 過分的電能，則在功率變換器選擇步驟168，選擇電功率變換器，諸 如圖1的單元電壓測量裝置18和轉(zhuǎn)換器26，在相關(guān)的感測系統(tǒng)中使 用。
在選擇步驟164-168中選擇適當(dāng)?shù)墓β侍峁┠K后，然后執(zhí)行能 量利用步驟172。能量利用步驟172牽涉到使用來自在選擇步驟164-168選擇的熱電產(chǎn)生器、壓力換能器、和/或功率變換器的功率和/或
電能，給適于感測有關(guān)被感測的處理過程或事物的條件或特性的一
個(gè)或多個(gè)傳感器供電。能量利用步驟172還牽涉到使用給諸如節(jié)點(diǎn)那 樣的電路供電的功率和/或電能，用于收集和/或協(xié)調(diào)從傳感器輸出 的感測的數(shù)據(jù)的傳輸。能量利用步驟172還牽涉到使用給諸如圖2的 節(jié)點(diǎn)收發(fā)信機(jī)80那樣的通信模塊供電的功率和/或電能，用于有選擇 地發(fā)送感測的數(shù)據(jù)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)和/或遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，諸如圖l-3的計(jì) 算機(jī)17。
參照?qǐng)Dl-4，雖然本發(fā)明的實(shí)施例是參照傳感器、節(jié)點(diǎn)和計(jì)算機(jī) 的具體的安排進(jìn)行討論的，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。傳感器、 節(jié)點(diǎn)、散熱器、熱電產(chǎn)生器和其它部件可以在不同的安排中被使用。 例如，各種傳感器可被安裝在不同于廢氣管道48的、單元12的不同 的部分。而且，本發(fā)明可修改用于工作在不同于鋁還原的其它處理 過程。
通常，電能生成可以經(jīng)由不同于熱電產(chǎn)生器、壓力換能器等等的 各種類型的能量變換器而完成。而且，無線傳輸可被使用來監(jiān)視任 何適當(dāng)?shù)奶幚磉^程或條件。例如，本發(fā)明的實(shí)施例可被修改用于工 作在包括鋁還原處理過程的修改例的其它電化學(xué)處理過程。
注意到，設(shè)備和系統(tǒng)的具體的數(shù)目、類型、排列和其它特性可以 由這里描述的那些而變化。通常，本發(fā)明的實(shí)施例的特征可以工作 在任何合適類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、拓樸、協(xié)議、物理鏈路等等?？杀焕?用來便利在節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)之間的無線通信的通信標(biāo)準(zhǔn)的例子包括， 但不限于，電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)標(biāo)準(zhǔn)802. llx(其中"x" 可以是"b，， ， "g"等等)、802. 16、和藍(lán)牙。節(jié)點(diǎn)可被使用來把信息 中繼到其它節(jié)點(diǎn)，并最后到中央處理站，諸如計(jì)算機(jī)16(或其它處 理系統(tǒng))，如在所附的論文中描述的。
傳感器可以具有各種類型、尺寸、裝配或其它特性。例如，位置、 溫度、濕度、氣體壓力、外力、光和其它傳感器都可以使用。單個(gè) 節(jié)點(diǎn)可以具有多個(gè)傳感器，并且不同的節(jié)點(diǎn)可以使用與其它節(jié)點(diǎn)數(shù) 目和類型不同的傳感器，取決于應(yīng)用的類型，可能比起其它更想要 不同的類型的感測，并且諸如靈敏度、堅(jiān)固度、采樣速率、功率消 耗、發(fā)送/接收范圍等等那樣的傳感器特性可能是比起其它更關(guān)鍵。
節(jié)點(diǎn)可以具有預(yù)編程特性，以使得減小對(duì)于發(fā)送命令到節(jié)點(diǎn)的需
要。另一個(gè)選擇是允許每個(gè)節(jié)點(diǎn)重新編程，以使得諸如傳感器采樣 速率、發(fā)送范圍、通信中繼能力等等的節(jié)點(diǎn)性能可以從控制中心進(jìn) 行調(diào)節(jié)。節(jié)點(diǎn)固件和軟件可以從控制中心、服務(wù)器或其它設(shè)備被下 載到每個(gè)節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施例可以使用基站在節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)送和接 收信號(hào)?；究杀慌渲贸蓤?zhí)行諸如聚集和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、濾波數(shù)據(jù)、監(jiān)
視節(jié)點(diǎn)等等的不同的功能?；究梢越?jīng)由圖1和2的計(jì)算機(jī)16被實(shí) 施，可以用作為中心射頻接收機(jī)/發(fā)射機(jī)，并把信息中繼到其它處理 系統(tǒng)服務(wù)器，其它處理系統(tǒng)服務(wù)器接著把數(shù)據(jù)從節(jié)點(diǎn)提供到其它客 戶計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。客戶系統(tǒng)可以自動(dòng)操作或與人類操作員交互，以分 析數(shù)據(jù)、監(jiān)視和報(bào)告條件，進(jìn)行預(yù)測和發(fā)布命令到節(jié)點(diǎn)。注意到， 實(shí)際上可以使用幾個(gè)或許多基站，每個(gè)具有相關(guān)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)?；?覆蓋范圍可以重疊，以經(jīng)由冗余性提供魯棒性。這樣的重疊的覆蓋 范圍也可以改進(jìn)與節(jié)點(diǎn)的往來通信的總的帶寬。
節(jié)點(diǎn)上的傳感器可被區(qū)分優(yōu)先權(quán)以使得如果缺乏資源(例如，有 限的帶寬)，具有最高優(yōu)先權(quán)的傳感器讀數(shù)首先被傳送。具有較低 的優(yōu)先權(quán)的傳感器類型的數(shù)據(jù)被緩存，并當(dāng)在以后的時(shí)間有空閑帶 寬時(shí)被傳送，或被丟棄且根本不發(fā)送。如果節(jié)點(diǎn)在功率上變低，則 具有較高的優(yōu)先權(quán)的傳感器可以保持為工作的，而較低的優(yōu)先權(quán)的 傳感器被關(guān)斷。
感測可以根據(jù)事件或其它準(zhǔn)則被觸發(fā)或控制或修改。例如，在傳 感器讀數(shù)處在預(yù)期的"正常"范圍的場合下，則節(jié)點(diǎn)可被編程為不 頻繁地報(bào)告。如果讀數(shù)超過閾值，則節(jié)點(diǎn)可以以高的優(yōu)先權(quán)發(fā)送讀 數(shù)或報(bào)警消息。節(jié)點(diǎn)可以開始更頻繁地采樣，并且給予適當(dāng)?shù)膫鞲?器更高的優(yōu)先權(quán)。當(dāng)條件變?yōu)榘踩珪r(shí)(即，不超過閾值)，節(jié)點(diǎn)和 發(fā)送操作可以回到以前的狀態(tài)。
一個(gè)傳感器的讀數(shù)可被使用來修改其它傳感器的操作和報(bào)告。例 如，如果溫度增加，則可在頻率、報(bào)告優(yōu)先權(quán)等方面增加氣體流監(jiān) 視。
雖然本發(fā)明是參照其具體實(shí)施例討論的，但這些實(shí)施例僅僅是說 明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。附加類型的傳感器包括成像傳感器(例 如，照相機(jī))、紅外傳感器等等。在節(jié)點(diǎn)、基站、服務(wù)器和/或客戶
處可以提供任何軟件應(yīng)用或功能。預(yù)期第三方商業(yè)軟件可被使用來 執(zhí)行諸如數(shù)據(jù)庫貯存和檢索、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)分析、操作系統(tǒng)功能 等等那樣的功能。
雖然本發(fā)明的實(shí)施例主要是對(duì)于電化學(xué)生產(chǎn)給出的，但其它使用 也是可能的。傳感器、功率生成器、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和控制系統(tǒng)的 不同的配置是可能的。例如， 一種類型的有用的配置是中繼系統(tǒng)， 它可以使用發(fā)電機(jī)和接收機(jī)/發(fā)射機(jī)節(jié)點(diǎn)來接收來自發(fā)起的節(jié)點(diǎn)的 信號(hào)且把它中繼到可能離得太遠(yuǎn)而不能與發(fā)起的節(jié)點(diǎn)直接通信的另 一個(gè)接收機(jī)。
雖然本實(shí)施例是對(duì)于得到關(guān)于鋁還原單元或處理過程的條件或 特性的測量值進(jìn)行討論的，但本發(fā)明的實(shí)施例不限于此。例如，許 多類型的環(huán)境對(duì)于可以影響傳感器輸出的事件和從按照本發(fā)明的實(shí) 施例實(shí)施的傳感器網(wǎng)絡(luò)與附屬的感測數(shù)據(jù)收集方法獲益的事件是敏 感的。
雖然本發(fā)明的處理過程或模塊可被呈現(xiàn)為簡單的實(shí)體，諸如在單 個(gè)機(jī)器上執(zhí)行的軟件，但這樣的軟件和/或模塊可以容易地在多個(gè)機(jī) 器上執(zhí)行。而且，本發(fā)明的多個(gè)不同模塊和/或程序可以在一個(gè)或多 個(gè)機(jī)器上被實(shí)施而不偏離本發(fā)明的范圍。
任何適當(dāng)?shù)木幊陶Z言可被使用來實(shí)施由各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)體利用的例
程或其它指令。示例的編程語言包括nesC， C++， Java，匯編語言等 等?？梢岳貌煌木幊碳夹g(shù)，諸如面向過程或面向?qū)ο?。例程?以在單個(gè)處理設(shè)備或多個(gè)處理器上執(zhí)行。雖然步驟、操作或計(jì)算可 以以特定的次序呈現(xiàn)，但在不同的實(shí)施例中這個(gè)次序可以改變。在 某些實(shí)施例中，在本技術(shù)說明書中按順序顯示的多個(gè)步驟可以同時(shí) 執(zhí)行。
在這里的說明中，提供多個(gè)具體的細(xì)節(jié)，諸如部件和/或方法的 例子，以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的透徹的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將會(huì)看到，本發(fā)明的實(shí)施例可以不用一個(gè)或多個(gè)具體的細(xì)節(jié)而 被實(shí)踐，或用其它設(shè)備、系統(tǒng)、組件、方法、部件、材料、部分等 等被實(shí)踐。在其它實(shí)例中熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作沒有專門地顯示 和詳細(xì)地描述，以避免遮蔽本發(fā)明的實(shí)施例的方面。
對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，"機(jī)器可讀的媒體"或"計(jì)算機(jī)可讀的媒
體"可以是包含、存儲(chǔ)、通信、傳播、或輸送被或結(jié)合指令執(zhí)行系 統(tǒng)、設(shè)備、系統(tǒng)或裝置使用的程序的任何媒體。計(jì)算機(jī)可讀的媒體 可以是，僅僅作為例子但不限于，電子、磁、光學(xué)、電磁、紅外、 或半導(dǎo)體系統(tǒng)、設(shè)備、裝置、傳播媒體、或計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。
"處理器"或軟件"處理"包括任何人，硬件和/或軟件系統(tǒng)， 處理數(shù)據(jù)、信號(hào)或其它信息的機(jī)構(gòu)或部件。處理器可包括具有通用 中央處理單元、多個(gè)處理單元、用于達(dá)到功能的專用電路的系統(tǒng)， 或其它系統(tǒng)。處理不一定限于地理位置或具有時(shí)間限制。例如，處 理器可以"實(shí)時(shí)"、"離線"、以"批處理模式"等等執(zhí)行它的功 能。部分處理可以在不同的時(shí)間和不同的位置由不同的(或相同的) 處理系統(tǒng)被執(zhí)行。計(jì)算機(jī)可以是與存儲(chǔ)器通信的任何處理器。
在本技術(shù)說明書中的用語"一個(gè)實(shí)施例"或"一個(gè)具體的實(shí)施例" 是指，結(jié)合實(shí)施例描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明 的至少一個(gè)實(shí)施例，而不一定在所有的實(shí)施例。因此，詞組"在一 個(gè)實(shí)施例中"或"在一個(gè)具體的實(shí)施例中"在本技術(shù)說明書中的各個(gè) 位置的各自出現(xiàn)不一定是指同一個(gè)實(shí)施例。而且，本發(fā)明的任何具 體的實(shí)施例的特定的特征、結(jié)構(gòu)、或特性可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞脚c 一個(gè)或多個(gè)其它實(shí)施例相組合。應(yīng)當(dāng)理解，這里描述和說明的本發(fā) 明的實(shí)施例的其它改變和修改鑒于這里的教導(dǎo)是可能的，并且要被
看作為本發(fā)明的精神和范圍的部分。
將會(huì)理解，在附圖上描繪的一個(gè)或多個(gè)元素也可以以更加分離的
或集成的方式被實(shí)施，或在某些情形下甚至被去除或被呈現(xiàn)為不能 工作，如按照特定的應(yīng)用這樣是有用的。
另外，在附圖上的任何信號(hào)箭頭應(yīng)當(dāng)僅僅看作為示例的，而不是 限制，除非專門指出以外。而且，在這里使用的術(shù)語"或"通常意 在指"和/或"，除非另外表示以外。部件或步驟的組合也將被看 作為指出的，其中當(dāng)分開或組合的能力 ，術(shù)語被預(yù)見。
正如在這里的說明中和在后面的權(quán)利要求中使用的，"一個(gè)"和 "這個(gè)，，包括多個(gè)引用，除非上下文明顯地闡述以外。而且，正如 在這里的說明中和在后面的權(quán)利要求中使用的，"在…中"的意義包 括"在…中，，和"在…上"，除非上下文明顯地闡述以外。
本發(fā)明的說明的實(shí)施例的上述的說明，包括在摘要中描述的內(nèi)
容，不旨在是窮舉的或限制本發(fā)明為這里公開的精確形式。雖然本 發(fā)明的具體實(shí)施例和例子在這里僅僅用于說明的目的被描述的，但 在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種等價(jià)的修改方案是可能的，正如本 領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)確認(rèn)和理解的。正如所表示的，鑒于本發(fā)明的說 明性實(shí)施例的上述的說明，可以對(duì)于本發(fā)明做出這些修改方案并且 其被包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
因此，雖然本發(fā)明在這里是參照其具體實(shí)施例描述的，但在上述 的公開內(nèi)容中意在有許多修改方案、各種改變和替換，并且將會(huì)理 解，在某些實(shí)例中，將利用本發(fā)明的實(shí)施例的某些特征，不用相應(yīng) 地使用其它特征，而不偏離所闡述的本發(fā)明的范圍和精神。所以， 可以做出許多修改，使得特定的情形或材料適于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍 和精神。本發(fā)明旨在不限于在以下的權(quán)利要求中使用的特定的術(shù)語 和/或作為預(yù)期用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好模式的公開的特定的實(shí)施 例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的任何和所有的 實(shí)施例和等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.用于感測系統(tǒng)的條件的設(shè)備，該設(shè)備包括被耦合到系統(tǒng)的能量變換器；被耦合到系統(tǒng)的傳感器；被耦合到傳感器和能量變換器的節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)由來自能量變換器的輸出進(jìn)行供電。
2. 權(quán)利要求l的設(shè)備，其中能量變換器包括熱電產(chǎn)生器。
3. 權(quán)利要求l的設(shè)備，其中傳感器包括溫度傳感器、電流傳感器、 電壓傳感器、熱通量傳感器、化學(xué)傳感器、壓力傳感器、和/或振動(dòng) 傳感器。
4. 權(quán)利要求l的設(shè)備，其中能量變換器包括壓力換能器、振動(dòng)換 能器、或電路。
5. 權(quán)利要求l的設(shè)備，其中節(jié)點(diǎn)包括無線發(fā)射機(jī)。
6. 權(quán)利要求5的設(shè)備，其中節(jié)點(diǎn)包括控制器，其中控制器實(shí)施一 個(gè)或多個(gè)例程，用于響應(yīng)于預(yù)定的條件有選擇地調(diào)節(jié)加到無線發(fā)射 機(jī)和/或接收機(jī)的功率。
7. 權(quán)利要求6的設(shè)備，其中預(yù)定的條件包括從傳感器輸出的值處 在預(yù)定的范圍內(nèi)，或低于或超過預(yù)定的閾值。
8. 權(quán)利要求6的設(shè)備，其中預(yù)定的條件包括從能量變換器輸出的 電能低于預(yù)定的閾值。
9. 權(quán)利要求7的設(shè)備，其中預(yù)定的條件包括來自遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)的信號(hào)。
10. 權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，該遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)經(jīng)由 無線發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)被無線地耦合到節(jié)點(diǎn)。
11. 權(quán)利要求10的設(shè)備，其中遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)包括一個(gè)或多個(gè)例程， 適于處理由傳感器輸出的信息。
12. —種用于得到關(guān)于系統(tǒng)的信息的設(shè)備，該設(shè)備包括 第一裝置，用于利用系統(tǒng)的能量來產(chǎn)生信號(hào)；第二裝置，用于感測關(guān)于系統(tǒng)的條件并響應(yīng)于此提供感測的信息；第三裝置，用于收集感測的信息；以及笫四裝置，用于利用第一裝置給第二裝置和/或第三裝置供電。
13.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中第三裝置包括傳感器節(jié)點(diǎn)。
14.權(quán)利要求13的設(shè)備，其中能量包括浪費(fèi)的能量。
15.權(quán)利要求13的設(shè)備，其中浪費(fèi)的能量包括熱能。
16.權(quán)利要求13的設(shè)備，其中浪費(fèi)的能量包括電能。
17.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中能量包括振動(dòng)能量。
18.權(quán)利要求12的設(shè)備，其中傳感器節(jié)點(diǎn)包括無線發(fā)射機(jī)/接收
19.權(quán)利要求18的設(shè)備，其中第二裝置包括溫度傳感器、化學(xué)傳感器、壓力傳感器、熱通量傳感器、氣體流傳感器、電壓傳感器、和/或電流傳感器。
20. 權(quán)利要求18的設(shè)備，其中傳感器節(jié)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)控制器，節(jié)點(diǎn) 控制器適于根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的條件有選擇地調(diào)節(jié)加到無線發(fā)射 機(jī)的功率。
21. 權(quán)利要求20的設(shè)備，其中該一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的條件包括與信 號(hào)有關(guān)的功率電平低于預(yù)定的閾值。
22. 權(quán)利要求20的設(shè)備，其中該一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的條件包括傳感 器輸出狀態(tài)。
23. 權(quán)利要求12的設(shè)備，其中由處理過程或事物輸出的能量包括 熱能。
24. 權(quán)利要求23的設(shè)備，其中第一裝置包括熱電產(chǎn)生器，適于把 由處理過程或事物輸出的熱能變換成電能。
25. 權(quán)利要求23的設(shè)備，其中由處理過程或事物輸出的能量包括 電能。
26. —種用于得到關(guān)于與其有關(guān)的處理過程或事物的信息的方 法，該方法包括第一裝置，用于利用來自處理過程的能量來產(chǎn)生信號(hào)； 第二裝置，用于感測關(guān)于處理過程的條件并響應(yīng)于此提供感測的 信息；第三裝置，用于收集感測的信息；以及第四裝置，用于利用第一裝置給第二裝置和/或第三裝置供電。
27. —種設(shè)備，包括傳感器，用于感測處理過程的特性；熱電產(chǎn)生器，具有第一和第二溫度源，其中第一溫度源是從由傳感器感測的處理過程得到的；以及無線發(fā)射機(jī)，被耦合到熱電產(chǎn)生器和傳感器，其中無線發(fā)射機(jī)得 到來自熱電產(chǎn)生器的功率，以便把感測的特性的指示從傳感器發(fā)送 到接收機(jī)。
28. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括溫度傳感器。
29. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括壓力傳感器。
30. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括流動(dòng)傳感器。
31. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括化學(xué)傳感器。
32. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括振動(dòng)傳感器。
33. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括經(jīng)過單元或其超結(jié)構(gòu)或 者在單元或其超結(jié)構(gòu)內(nèi)的電流的測量。
34. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括在單元或其超結(jié)構(gòu)內(nèi)的 電壓的測量。
35. 權(quán)利要求27的設(shè)備，其中傳感器包括經(jīng)過單元外部的熱通量 的測量。
36. 權(quán)利要求27的設(shè)備，還包括具有內(nèi)部和外部的管道，其中第一溫度源是從管道的內(nèi)部得出 的，并且第二溫度源是從管道的外部得出的。
37. 權(quán)利要求36的設(shè)備，還包括 散熱器，至少部分放置在管道的外部。
38. 權(quán)利要求36的設(shè)備，還包括 發(fā)熱板，被熱耦合到管道的內(nèi)部。
39. —種用于得到傳感器讀數(shù)的方法，方法包括 使用熱電產(chǎn)生器來生成電能，其中熱電產(chǎn)生器從源得到熱量； 使用傳感器測量源的特性；以及使用由電能供電的無線發(fā)射機(jī)來發(fā)送測量的特性。
40. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括溫度傳感器。
41. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括壓力傳感器。
42. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括流動(dòng)傳感器。
43. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括化學(xué)傳感器。
44. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括振動(dòng)傳感器。
45. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括電流的測量。
46. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括電壓的測量。
47. 權(quán)利要求39的方法，其中傳感器包括熱通量的測量。
48. —種設(shè)備，包括熱電產(chǎn)生器，具有第一和第二溫度源，其中熱電產(chǎn)生器根據(jù)在第 一和第二溫度源之間的溫度差來生成電功率；以及無線發(fā)射機(jī)，被耦合到熱電產(chǎn)生器，其中無線發(fā)射機(jī)得到來自熱 電產(chǎn)生器的功率，以便把信號(hào)中繼到另一個(gè)接收機(jī)。
全文摘要
感測系統(tǒng)用于感測與處理過程或事物有關(guān)的條件或特性。感測系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)能量變換器和一個(gè)傳感器，它們被耦合到處理過程或事物。節(jié)點(diǎn)被耦合到傳感器和能量變換器，并且節(jié)點(diǎn)由來自能量變換器的輸出進(jìn)行供電。在一個(gè)具體實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)包括控制器，控制器實(shí)施一個(gè)或多個(gè)例程，用于根據(jù)預(yù)定的條件有選擇地供電節(jié)點(diǎn)的無線發(fā)射機(jī)。預(yù)定的條件可規(guī)定傳感器輸出值處在預(yù)定的范圍內(nèi)，或低于或大于預(yù)定的閾值。替換地，預(yù)定的條件可規(guī)定從能量變換器輸出的電能低于預(yù)定的閾值。遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)可無線地連接到節(jié)點(diǎn)，且可包括軟件和/或硬件，軟件和/或硬件適于處理由傳感器輸出的信息，并經(jīng)由節(jié)點(diǎn)中繼到計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G01M17/00GK101175981SQ200680009657
公開日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
發(fā)明者D·A·斯坦加特, D·P·齊格勒, J·W·埃文斯, M·H·施奈德, P·K·賴特 申請(qǐng)人:加州大學(xué)評(píng)議會(huì);阿爾科技術(shù)中心