[發明專利]通過來自被感測系統的能量變換進行供電的無線傳感節點

有效

• 申請號: 200680009657.8
• 申請日: 2006-01-19
• 公開（公告）號: CN101175981A
• 公開（公告）日: 2008-05-07
• 發明（設計）人: J·W·埃文斯;M·H·施奈德;D·A·斯坦加特;P·K·賴特;D·P·齊格勒
• 申請（專利權）人: 加州大學評議會;阿爾科技術中心
• 主分類號: G01M17/00
• 分類號: G01M17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;陳景峻

優先權的權利要求

本發明要求于2005年1月25日提交的、題目為“WirelessMeasurement?of?Operating?Parameters”的美國臨時專利申請序列號60/647,176的優先權，該專利申請因此被引用以供參考，就如在該申請中為所有目的被完全闡述。

背景技術

本發明總的涉及感測系統，且更具體地，涉及被使用來感測與處理過程或事物有關的條件或特性的網絡。

感測系統在包括礬土處理工廠儀表、山火檢測和監視；以及天氣監視和預報的各種需求應用中被采用。這樣的應用常常要求萬用感測系統，它們可以容易地提供有價值的信息來改進預測，制造技術等等。

通用的和有效的感測系統在氧化鋁(礬土)處理應用中是特別重要的，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的使用。一個示例性礬土處理工廠包括多個鋁還原單元，也稱為電解槽(pot)或Hall-Héroult單元。Hall-Héroult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反應，產生二氧化碳氣體和鋁。

不幸地，用于測量諸如溫度、單元電壓、廢氣壓力等Hall-Héroult單元處理特性的傳統的傳感器系統常常需要連接傳感器到一個或多個計算機的電線。附加的電線把傳感器連接到電源。在Hall-Héroult單元應用中實施這樣的感測系統所需要的硬件會引起安全考慮，干擾現有的硬件，需要過度的維護，以及消耗過度的功率。

因此，由于這樣的問題，Hall-Héroult單元常常只配備有相當少的傳感器。從而，常常無法得到可以帶來單元能效改進的感測的數據。

發明內容

本發明的實施例提供感測系統，用于感測與處理過程或事物有關的條件或特性，諸如，但不限于，在Hall-Hérolt單元中發生的鋁還原處理過程。感測系統包括一個或多個能量變換器，所述能量變換器可包括熱電產生器。感測系統還包括至少一個傳感器，所述傳感器被耦合到處理過程或事物(即，“被感測的系統”，以便與感測系統區分開)。與無線發射機/接收機或Mote處理器無線電有關的節點被耦合到傳感器和能量變換器。節點由來自能量變換器的輸出進行供電，所述節點也被耦合到處理過程或事物。

能量可以從被感測的系統的任何適當的性質、特性或效應得到。例如被感測的系統的熱、振動、化學、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明的各種實施例中的各種部件或功能塊供電的能量。被感測的系統的一個或多個特性可被使用來為一個或多個傳感器、節點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。

在具體實施例中，節點包括控制器，所述控制器實施一個或多個例程，用于根據預定的條件有選擇地調節加到節點的無線發射機的功率。預定的條件可規定傳感器輸出值處在預定的范圍內，或低于或高于預定的閾值。替換地，預定的條件可規定從能量變換器輸出的電能低于預定的閾值。遠端計算機可包括一個或多個例程，適于處理由傳感器輸出的信息，并通過被包括在節點中的發射機把信息轉發到計算機。

在更具體的實施例中，系統包括設備，所述設備包括：傳感器，用于感測處理過程的特性；熱電產生器，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對象得到的；以及無線發射機，被耦合到熱電產生器和傳感器，其中無線發射機從熱電產生器得到功率，以便把感測的特性的指示從傳感器發送到接收機。

另一個實施例提供用于得到傳感器讀數的方法，方法包括：使用熱電產生器來生成電能，其中熱電產生器從一個源得到熱量；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射機來發送測量的特性。

另一個實施例包括把熱電產生器附著到(例如，用磁鐵)外部單元上的熱表面，以便提供電功率到與產生器合并在一起或在它旁邊的傳感器/無線發射機，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，本發明的實施例提供有效供電的感測系統，它避免對于有潛在危險的電線和電源的需要。本發明的實施例可以提供相對較安全的和成本經濟的傳感平臺，它提供對于伴隨的工廠操作最小的干擾。而且，感測系統可以通過有效地利用來自現有處理過程的浪費的能量而降低能耗和相關的成本。

附圖說明

圖1是按照本發明的第一實施例的、適用于Hall-Héroult單元的感測系統的圖。

圖2是說明適用于Hall-Héroult單元的、本發明的第二實施例的圖。