沿着混响空腔中的多个路径的无线电力收集的利记博彩app

沿着混响空腔中的多个路径的无线电力收集的利记博彩app
【专利摘要】一种包括以下结构的装置，该结构包含在利用电磁能激发时产生具有随机分布的场的振幅和极性的电场的空腔。该装置进一步包括空腔内的传感器。该传感器具有用于沿着空腔内的不同路径无线收集操作电力的多个天线。
【专利说明】沿着混响空腔中的多个路径的无线电力收集

【背景技术】
[0001]在商用飞机中，传感器可以位于燃料箱中测量温度、水分含量、燃料平面、氧气水平、及其他物理量。因为美国联邦政府法规禁止电力存储设备(诸如电池和超级电容)设于燃料箱内部，所以传感器从燃料箱外部的电源接收电力。
[0002]电力可以通过延伸到燃料箱中的电线提供给传感器。该电线同样可以被用来数据通信。然而，电线会增加飞机的重量。所增加的重量会增加飞机的运营成本。电线因需要检查同样会增加维护成本。
[0003]在替代方式中，传感器可以从周围环境的源(例如，振动、热能和太阳能)收集能量。然而，从周围环境的源的收集是不可靠而且不一致的，而且，对于密闭结构，如燃料箱，未必是可行的。


【发明内容】

[0004]根据本文中的实施方式，一种包含以下结构的装置，该结构包括空腔，当利用电磁能激发该空腔时产生具有随机分布的场振幅和极性的电场。该装置进一步包括空腔内的传感器。传感器具有用于沿着空腔内部不同的路径无线收集操作电力(operating power)的多个天线。
[0005]根据本文中的另一实施方式，一种方法，包括操作混响空腔中的传感器，包括收集从空腔内部的多个方向和方位入射的能量，组合(combine)所收集的能量，并且使用所结合的能量为传感器提供电力。
[0006]根据本文中的另一实施方式，一种运载工具包括一种燃料箱，并且燃料箱传感器安装在燃料箱内部。传感器具有用于沿着箱内部不同的路径无线收集能量的多个天线。
[0007]根据本文中的另一实施方式，一种飞机包括燃料箱，以及燃料箱内部的多个燃料箱传感器。至少一些燃料箱传感器具有用于无线收集从箱内的多个方向和方位入射的操作电力的多个天线。
[0008]根据本文中的另一实施方式，一种传感器包括沿着不同的路径引导的多个天线，以及用于组合在天线上收集的电力的电路。天线被调谐到不同频率。传感器被配置为如果在任何天线上没有接收到电力则变为非运行。传感器进一步包括换能器，该换能器用于使用来自电路中的电力测量物理量。
[0009]根据本文中的另一实施方式，传感器系统包括多个传感器，该多个传感器用于执行物理参数的测量，每一个传感器具有多个天线和用于收集操作能量的电路，天线被调谐到不同频率。
[0010]根据本发明的方面，提供了一种装置，包括一种包括空腔的结构，其空腔当利用电磁能来激发时产生具有随机分布的场振幅和极性的电场；以及空腔内的传感器，该传感器具有用于沿着空腔内部不同的路径无线收集操作电力的多个天线。
[0011]有利地，所述空腔具有变化的边界条件。
[0012]有利地，传感器包括用于组合从天线收集的电力的电路。优选地，传感器包括换能器，该换能器用于使用组合的电力以执行测量。优选地，传感器进一步包括由组合电力来操作的数据发射器。
[0013]有利地，传感器被配置为在空腔内部的能量衰减过程中变为非运行。优选地，传感器存储不多于200微焦尔的能量。
[0014]有利地，本发明进一步包括空腔外部的电源，以及空腔内部的用于利用电磁能激发空腔的至少一个辐射元件。
[0015]有利地，天线具有不同的平面和方位。优选地，该天线是空间移位的并正交取向的。优选地，该天线空间移位在电磁能频率处的波长的部分(fract1n)。
[0016]有利地，天线被调谐到不同的频带。
[0017]有利地，本发明进一步包括空腔内的至少一个附加传感器，每一个附加传感器具有用于沿着空腔内部不同的路径无线收集操作电力的多个天线。优选地，至少一个传感器的不同的天线被调谐到不同的可用频率。可选地至少一个传感器的所有天线被调谐到特定频率。可选地，不同的传感器被调谐到不同频率，以利用空腔的物理约束。
[0018]有利地，该结构包括燃料箱。
[0019]有利地，该结构包括飞机客舱。
[0020]根据本发明的另一方面，提供一种方法包括，操作在混响空腔的传感器，包括收集从空腔内部的多个方向和方位入射的能量；组合收集的能量；以及使用组合的能量为传感器供电。
[0021 ] 根据本发明的又一方面，提供一种运载工具，包括燃料箱；以及安装到燃料箱内的燃料箱传感器，该传感器具有用于沿着箱内不同的路径无线收集能量的多个天线。
[0022]根据本发明的又一方面，提供一种飞机，包括燃料箱；以及燃料箱内的多个燃料箱传感器，至少一些燃料箱传感器具有用于收集从箱内的多个方向和方位无线入射的操作电力的多个天线。
[0023]有利地，燃料箱容纳在翼盒内部，并且其中，线缆穿透翼盒的并且终止于燃料箱内的辐射元件处。
[0024]有利地，本发明进一步包括机舱和机舱内的多个机舱传感器，至少一些机舱传感器具有用于沿着机舱内不同的路径无线收集能量的多个天线。
[0025]根据本发明的又一方面，提供一种传感器，包括指向不同路径的多个天线，该天线被调谐到不同频率；用于组合在天线上收集的电力的电路，传感器被配置为当在任何天线上没有接收到电力时则变为非运行；以及用于使用来自电路的电力以测量物理量的换能器。
[0026]根据本发明的又一方面，提供一种传感器系统，包括用于执行物理参数的测量的多个传感器，每一个传感器具有用于收集操作能量的多个天线和电路，该天线被调谐到不同频率。
[0027]这些特征与功能可以在各种实施方式中独立地实现或与其它实施方式组合来实现。实施方式的更多细节将参考以下说明和附图来了解。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1是包括具有空腔以及该空腔内的传感器的装置结构的图示。
[0029]图2是一种传感器的图示，该传感器沿着空腔内不同的路径收集能量，组合所收集的能量，并且使用所组合的能量以执行传感器功能。
[0030]图3是收集混响空腔内的电力的方法的图示。
[0031]图4A、图4B以及图4C是传感器不同配置的图示。
[0032]图5是飞机的图示。
[0033]图6是包括燃料箱和多个传感器的机翼组件的图示。

【具体实施方式】
[0034]参考图1，示出了具有空腔120的结构110，以及利用电磁能激发空腔的源。激发源包括空腔120内的辐射单元130、空腔120外的发射器131和电源132。尽管在空腔外示出，但是发射器131也可以替代地位于空腔内部。
[0035]当利用电磁能激发时，空腔120反射能量并产生驻波电场。空腔120的壁122可以由反射电磁能的材料(例如，金属)制成，或者壁122可以涂覆有或者覆盖有反射电磁能的材料(例如，油漆或者箔片)。电磁能的波长与空腔120的尺寸相比较小。空腔120的最小尺寸的长度可以是若干波长长。例如，商用飞机的燃料箱的空腔120可以利用微波能量激发。
[0036]在空腔120中任何给定点的电力通过空腔120的边界条件来控制。如果边界条件不波动，并且激发是连续的，会产生具有驻波图案的电场。电场将会在最小和最大值之间变化。然而，即使边界条件的轻微波动也影响最小和最大值在空腔120内的位置。该随机性可能由在空腔120内物体的位置、方位、频率以及几何状态的小扰动引起。如果边界条件随机的改变，那么最小和最大值的位置也会随机的改变。因此，空腔120内的电场具有随机分布的场的振幅和极性。
[0037]考虑一种诸如商用飞机燃料箱的结构。燃料箱的壁提供相对固定的边界。燃料箱内的其它材料表面边界(诸如，管道、肋状物以及支架)同样具有相对固定的边界。然而，由于动态结构和气动载荷，他们表现出合理设计限度内的不同的弯曲。此外，在箱中任何燃料的晃动或者其它移动将会导致边界条件改变。
[0038]现在考虑一种诸如商用飞机的客舱的结构。机舱的壁提供相对固定的边界。然而，机舱壁同样由于动态结构和气动载荷而表现出合理设计限度内的不同的弯曲。此外，机舱内的乘客同样提供了材料表面边界。当乘客在机舱内移动时,机舱的边界条件改变。
[0039]传感器140被定位于空腔120内。当利用电磁能激发空腔120时，传感器140观测到在空腔120内的随机位置的具有最小和最大值的电场。传感器140同样观测到死区，即具有极低瞬时能量的区域。死区可能因为边界条件的波动而在所指示的空腔120周围移动。
[0040] 申请人:意识到可以有利地使用空腔120内的边界条件中的波动。该空腔120被激发表现为混响空腔，并且传感器140被配置为从空腔120内的多个方向和方位无线的收集能量，组合所收集的能量，并且使用组合的能量以执行传感器功能。
[0041]在一些实施方式中，激发本身可能引起场的振幅和极性的随机分布。电场的振幅是频率的函数。脉冲式激发将具有与连续波正弦曲线不同的频率内容。不同形状的脉冲式波形链可能有助于在周围的模式之间变换，使得空值只存在有限的时间。
[0042]另外参考图2，其示出了传感器140的示例。传感器140具有用于沿着空腔120内不同路径无线地收集工作电力的多个天线210。天线210被连接到整流器220，用于整流和组合在天线210上收集的电力。整流器220可以与用于RFID标签的倍增二极管相似。
[0043]传感器140进一步包括换能器230和用于系统电力管理、处理数据以及控制数据的量度和传输的控制器240，以及用于通过天线210通信数据的收发器250。例如，控制器240可以控制来自换能器230的模拟信号被取样并且传递到收发器250以用于传输的速率。控制器240同样可以根据换能器的要求执行数字化以及转换或者缩放。
[0044]整流器220提供工作电力至所有需要DC电力的组件，包括控制器240、换能器230以及收发器250。这些组件仅使用收集的电力进行操作。当加电时，控制器240从换能器230中获取模拟量度并且测量空腔120内的物理参数(例如，温度)。传感器140不具有任何相当可观的电力存储设备。传感器140当不提供收集的电力时是非运行的。因此在电力衰减过程中，传感器140被配置成变为非运行。
[0045]参考图3，其示出了在混响空腔120中使用传感器140的方法。在方框310，传感器140闲置。因为其不存储任何相当可测量的电力(any appreciable power),传感器140没有接收电力，并且不收集数据。
[0046]在方框320，做出是否测量数据的决定。在一些实施方式中，传感器140可以被编程为根据时间表(schedule)以及假定电力会相应地传递来做出测量。如果电力在计划的时间不可用，那么不会执行测量并且取样被跳过。在其他实施方式中，当每次传感器140接受电力时可以做出测量。可以通过更大的系统做出激发空腔120的决定。
[0047]在方框330，通过利用电磁能激发空腔120以产生场强度和极性随机分布的电场来激活传感器140。传感器140从空腔120内多个方向和方位收集操作能量，整流并组合所收集的能量，并且使用收集的能量以测量空腔120的物理参数。传感器140同样可以使用收集的能量发送数据回到控制器。
[0048]在方框340，传感器数据接收自传感器140。激发源同样可以包括收发器，其处理双向的数据和命令交换。
[0049]因此，在没有跨空腔120走线情况下获得传感器数据。此外，数据采集是一致并可靠的，与依赖周围环境能量源的数据采集不同。
[0050]通过利用混响空腔提供了超过自由空间系统的额外的优点。在混响空腔中平均电力趋向较大。如本文中使用的平均电力指代在接近点的许多位置或者在多个频率上的一个精确的位置接收的电力。当在空腔内任何单个点或者离散频率的瞬时电力较大时，其将会剧烈的波动。死区会出现。通过从不同路径收集平均电力而不是在单个的点收集瞬时电力，该波动被减弱并且死区被避免。
[0051]此外，平均电力不依赖于空腔中的位置。这不是在自由空间系统的情况下或者在仅仅少数反射发生的环境中。
[0052]另一个优点是其天线在混响空腔中的放置和方位在与自由空间系统相比时较不重要，因为能量终将会从空腔中的许多反射之一最终到达接收器。在一些实施方式中，在空腔谐振器中天线的方位和放置可能是任意的。
[0053]依然另一个优点是天线不限定于一种特定的形状。天线的形状可以通过形状因子决定或者与换能器集成。
[0054]对于本文中的传感器，电子设备可以被并入只是几个组件和芯片中，它们安装在小电路板上。电路板可以封装有天线。在一些实施方式中，封装可以是气密密封。
[0055]本文中的传感器不限于任何具体的配置。在图4A、图4B和图4C中示出了传感器140的三个不同配置的示例。这三个配置利用不同的天线位移和方位。
[0056]图4A示出了具有立方体形状的传感器410。立方体形状的传感器410具有空间分开且定向在正交平面的表面天线420。立方体形状的传感器410的一些实施方式可具有在全部六个表面上的天线420。其它实施方式可具有在少于六个表面之上的天线420。将天线420隔成四分之一或者二分之一波长将会增加避免空值的可能性。正交方位进一步增加避免空值的可能性。
[0057]图4B示出了具有球体形状的传感器430。球体形状的传感器430的半径是操作频率的波长的部分。天线440位于球体形状的传感器430的不同块上。可以沿着正交和/或非正交的平面收集电力。
[0058]图4C示出了具有卡片形状的传感器450。天线460可以处于相同的平面，但是以波长的部分来分开(例如，四分之一或者二分之一波长)。卡片形状的传感器450的优点是其可具有用于附着到空腔内表面的“即剥即贴”表面。
[0059]在这三个配置中，全部传感器电子设备可以包含且灌封(potted)于表面天线后面。在一些实施方式中，灌封件(potting)可以放置在天线的外表面上。
[0060]本文中的传感器不限于在图4A、图4B和图4C中示出的配置。其它结构包括但不限于独立轴阵列和叉形。
[0061]本文中传感器的一些实施方式可以使用块状天线。其它实施方式可以使用折叠偶极子或者螺旋天线。天线类型可以取决于传感器的几何约束和电力要求。
[0062]此外，本文中的传感器不限于固定天线。在一些实施方式中，天线可以移动以增强电力收集。例如，电子设备可以包括经由用于评估来自整流器的直流电压的优化环路的自校准机构，以及可以移动天线直至实现最高电压的压电设备。
[0063]本文中的装置不限于空腔内的单个传感器。可以使用多个传感器。在一些实施方式中，并非所有的传感器沿着多个路径收集能量。如果传感器位于辐射元件130附近并且其视线路径没有受到阻隔，如果它的天线是对齐的，其可以更好的运行。除了反射信号路径，该视线路径将存在并且最强。
[0064]本文中装置的一些实施方式可以包括收集具有单个频率的能量的多个传感器。每一个传感器的天线被调谐到单个频率。或者，传感器包括调谐到不同频率的不同天线。
[0065]然而，本文中的装置不限于在单个频率收集能量。在一些实施方式中，以两个或更多频率的电磁能激发空腔，以及传感器在多个频率收集电力。现在将提供一些实施例。在这些实施例中，可收集的能量是输入电力电平和频率的函数。
[0066]作为第一实施例，传感器的不同天线被调谐到不同的可用频率。传感器收集不同频率的电力，组合所收集的电力，并且使用所组合的电力用于操作。没有必要在频率之间切换。如果传感器不能收集在某些频率(无论什么理由)的电力，其频率仅不能贡献于组合的电力。
[0067]考虑立方体形状的传感器。平行面上的天线可以调谐到相同频率，而正交面上的天线可以调谐到不同频率。这样的传感器可以在三个正交方向上收集三个不同频率的电力。
[0068]作为第二实施例，传感器的天线被调谐到相同频率，但是不同传感器被调谐到不同频率。这可以利用空腔的物理限制条件完成。考虑具有密闭隔间的较大的空腔具有非常小的孔。被调谐到低频率的传感器位于空腔中。然而，较低频率可以被细小的孔屏蔽，并且其并不能耦合至该孔内。因此位于隔间内的传感器被调谐至可以耦合进孔内的较高频率。
[0069]本文中的结构不限于任何特殊结构。实施例包括但不限于，货物集装箱、潜艇中包含空腔的结构、船甲板以下包含空腔的结构、在工厂包含空腔的结构、电冰箱和冰柜中、以及设计成能屏蔽外部环境的设施。
[0070]参考图5，示出了另一个实施例:飞机510。飞机包括机身520、机翼组件530、以及尾翼540，其包含可以激发以产生具有随机分布的场的振幅和极性的电场的各种空腔。
[0071]作为第一实施例，机翼组件530包括包含燃料箱的翼盒。鉴于它们的尺寸，燃料箱可以利用微波能量激发。燃料箱内表面是由反射微波能量的材料(例如，铝、碳纤维增强塑料)制成。当燃料箱被微波能量激发时，在箱内燃料的移动以及由于动态结构和气动载荷的结构弯曲将引起电场波动，导致场的强度和极性的随机分布。在燃料箱中的死区由于燃料移动和结构弯曲可以四处移动。
[0072]这些条件可有利地用于测量燃料箱中的不同物理参数。物理量的实施例包括但不限于，温度、水分含量、燃料平面、氧气水平、压力、以及张力。
[0073]另外参考图6。燃料箱600内的物理量通过具有多个天线的多个传感器610测量，其天线用于沿着燃料箱600内不同的路径无线的收集操作电力。传感器610被安装到燃料箱600内。传感器610可以通过电介质托脚630被安装到翼肋620。
[0074]由于在燃料环境中的传感器上仅允许有限的能量存储，燃料箱600内的传感器610不能够存储任何相当可观的能量。例如，传感器610可以存储至多约200微焦尔的能量。美国联邦政府法规禁止电力存储设备(诸如，电池和超级电容)设置在燃料箱内。
[0075]激发是通过电源(未示出)和一个或多个收发器(未示出)以及辐射元件640施加的。电源设置于燃料箱600的外部，以及辐射元件640设置于燃料箱600内。各收发器可以位于燃料箱600的内部或者外部。
[0076]作为第一个实施例，单个辐射元件提供单个微波频带激发到整个燃料箱600。全部传感器610沿着燃料箱内不同的路径收集能量。因此，全部传感器610可以接收电力而不管视线上的障碍625。
[0077]作为第二个实施例，多个辐射元件640提供单个微波频带激发到燃料箱600 (该实施例在图6中示出)。这种设置保证覆盖整个燃料箱600。在某些实例中，其同样可以允许到辐射元件640的直接视线。如果它的视线路径没有受到阻挡，可以使用具有与辐射元件640对准的天线的传感器615，而不是沿着多个路径收集能量的传感器610。
[0078]作为第三个实施例，多个辐射元件640提供在不同的频带的激发。每一个传感器610的天线被调谐至这些不同频率之一。例如，在机翼中靠近翼根处放置的传感器610看到较大的空腔，而放置在翼尖(wing tip)的传感器610看到实质上较小的空腔。在第一和第二频率Π和f2的激发被应用于机翼。接近翼根的传感器610的天线被调谐到第一频率fl并且同样可以被调谐到第二频率f2。在翼尖中的传感器610的天线仅被调谐到第二频率f2。在替代实例中，在翼尖中的传感器610具有一些天线被调谐到第一频率fl以及其他天线被调谐到第二频率f2。如果翼尖传感器610检测到性能的衰减，其可能切换信道并操作在第二频率。
[0079]辐射元件640可以沿着翼梁650定位且安装。燃料箱600可以被被穿透以将有线的电力送到辐射元件640。
[0080]在一些实施方式中，辐射元件640仅被用于提供电力。双向的数据通信将要通过单独系统执行。在其他实施方式中，辐射元件640同样可以处理双向的数据通信和命令。
[0081]数据量度可以传送至飞机远程位置(例如，航空电子设备舱)的航空电子设备(例如，飞行计算机)。可以经由线缆执行通信，或者执行无线的通信。例如，无线传输将在如Bo_er的美国专利第8，026, 857号中描写的由具有电磁空腔特性的一个或多个飞机部件形成的无线总线上传播。
[0082]因此，可以不需要跨燃料箱600走线而给燃料箱的传感器提供电力。线的消除减少了重量，可以减少飞机的运营成本。由于在燃料箱600内的电线的复杂的路由被消除，安装时间同样被减少。此外，避免了燃料箱600内的电线的检查，从而降低了维护成本。
[0083]关于飞机，本文中的系统和方法不限于燃料箱。作为第二实施例，本文中的系统和方法可以被应用于飞机机身中的客舱内。
[0084]客舱的内表面由反射微波能量的材料制成。当利用微波能量激发客舱时，机舱内乘客的移动以及由于动态结构和气动载荷的结构弯曲将会导致电场的波动，产生随机分布的场的振幅和极性。
[0085]这些情况被有利地使用以测量客舱中不同的物理参数(例如，机舱压力和温度)。例如，传感器可以被安装到天花板以上、座位以下、以及厨房中。在机舱中的一个或多个天线可以被连接至机舱感测系统(是一种在航空电子设备舱中的组件)。
[0086]在机舱中的传感器的一些天线可以被调谐到通常的可在机舱中发现的无线设备的频率(例如，W1-Fi设备)。因此，在后台可以从这些无线设备无源的收集电力。
[0087]本文中的感测不限于飞机的燃料箱和客舱。其它实施例包括但不限于甲板厨房以下、航空电子设备舱、货舱段、管道、以及机身加强子结构(例如，桁条)。
【权利要求】
1.一种装置，包括: 包括空腔(12)的结构(110)，在利用电磁能激发所述空腔时，所述空腔产生具有随机分布的场振幅和极性的电场；以及 所述空腔(102)内的传感器(140、610、615)，所述传感器(140、610、615)具有用于沿着所述空腔(102)内的不同路径无线收集操作电力的多个天线(210)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述空腔(102)具有变化的边界条件。
3.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述传感器(140、610、615)包括:用于组合从所述天线(210)收集的所述电力的电路。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述传感器(140、610、615)包括:用于使用组合的所述电力执行测量的换能器(230)。
5.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述传感器(140、610、615)被配置为在电力在所述空腔(102)内衰减期间变为非运行。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述传感器(140、610、615)存储不超过200微焦耳的能量。
7.根据前述任一项权利要求所述的装置，还包括:所述空腔(102)外的电源(132)、以及所述空腔(102)内的用于利用电磁能激发所述空腔(102)的至少有一个辐射元件(130)。
8.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述天线(210)具有不同的平面和方位，并且所述天线(210)被空间移位和正交取向。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述天线(210)空间位移在所述电磁能的频率处的波长的部分。
10.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述天线(210)被调谐到不同的频带。
11.根据前述任一项权利要求所述的装置，还包括:在所述空腔(102)内的至少一个附加传感器(140、610、615)，各附加传感器具有用于沿着所述空腔内的不同路径无线收集操作电力的多个天线。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，至少一个传感器(140、610、615)的所有的所述天线(210)被调谐到特定的频率。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，不同的传感器(140、610、615)被调谐到不同的频率以利用所述空腔(102)的物理约束。
14.根据前述任一项权利要求所述的装置，其中，所述结构包括燃料箱(600)或飞机客舱中的至少一个。
15.一种包括操作混响空腔(102)中的传感器(140、610、615)的方法，包括: 收集从所述空腔(102)内的多个方向和方位入射的能量； 组合所收集到的能量；并且 使用组合的所述能量供电所述传感器(140、610、615)。
【文档编号】H02J7/02GK104303391SQ201380026014
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年6月26日
【发明者】杰森·P·博默尔, 阿伦·阿亚加里 申请人:波音公司