[發明專利]用于環境感測的系統和方法

有效

• 申請號: 201780071429.1
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN109964243B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 拉迪斯拉夫·亞歷山德羅維奇·波特雷洛;丹尼爾·懷特·塞克斯頓;史蒂文·戈
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G06Q50/26
• 分類號: G06Q50/26;H04W84/18;H04W88/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁麗超

提供了用于環境感測的系統和方法。系統包括具有傳感器的傳感器節點。傳感器包括被配置為與周圍環境接觸的傳感材料。系統包括具有通信電路和控制器電路的遠程系統。通信電路被配置為無線通信地耦接到傳感器節點。控制器電路電耦接到通信電路?？刂破麟娐繁慌渲脼榻邮諅鞲胁牧系淖杩鬼憫⑶曳治鲈谔峁﹤鞲胁牧蠈κ荜P注分析物的線性響應并至少部分地抑制干擾影響的頻率處的傳感材料的阻抗響應。

技術領域

本文中公開的主題的實施方式總體上涉及用于環境感測的系統和方法。

背景技術

諸如金屬氧化物傳感器的環境傳感器通常用于許多應用中，其中可以使用對各種蒸氣或氣體的檢測來辨別有用信息。例如，環境傳感器可以用于監測工業區域的化學或物理危害，諸如，化學制造業內的二氧化碳檢測，運輸業內的諸如一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物的發動機廢氣的檢測，以及石油和天然氣業內的逸散性甲烷排放檢測。

用于感測這種環境變化的一種技術是通過采用傳統傳感器，諸如，射頻識別(RFID)傳感器、電阻傳感器和/或涂覆有特定傳感材料的電容傳感器。傳統傳感器的阻抗、電阻、電容響應可以經由電感耦接或通過直接連接到傳感器讀取器來測量。傳統傳感器的電響應轉換為傳統傳感器的阻抗、電阻或電容變化，其用于確定受關注的化學蒸氣的濃度，諸如，二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物、或甲烷氣體。然而，可用的傳統傳感器具有作為化學蒸氣濃度的函數的非線性響應，特別是指數、冪定律和/或非單調響應。由于冪定律響應，隨著化學蒸氣濃度的增加，化學蒸氣使傳統傳感器響應飽和，導致化學蒸氣濃度估算時的明顯誤差。術語“氣體”和“蒸氣”描述了與傳感器接觸的任何揮發性物質。

另外，傳統傳感器受到暴露于傳統傳感器的其他化學蒸氣(例如，非受關注化學蒸氣)的影響，諸如，水蒸氣的濃度(例如，周圍環境濕度)。水蒸氣使傳統傳感器的響應移位或飽和，這可能影響傳感器對受關注化學蒸氣的濃度的確定。

傳統傳感器可以在傳統的無線傳感網絡(WSN)中實現為傳感器節點。然而，傳統WSN內的傳感器節點不能用單獨的傳感器測量多種氣體，降低了傳統WSN的可靠性。因此，傳統WSN需要用于各個傳感器節點的多個傳統傳感器。每個傳統傳感器被配置為測量特定氣體。然而，由于用于傳感器節點的多個傳統傳感器，這些傳感器節點需要高功率消耗，這限制了可以用于為節點供電的電源類型。此外，高功率消耗降低了傳統WSN內的傳感器節點的壽命。

發明內容

在實施方式中，一種系統包括具有傳感器的傳感器節點。傳感器包括被配置為與周圍環境接觸的傳感材料。系統包括具有通信電路和控制器電路的遠程系統。通信電路被配置為無線通信地耦接到傳感器節點。控制器電路電耦接到通信電路?？刂破麟娐繁慌渲脼榻邮諅鞲胁牧系淖杩鬼憫⑶曳治鲈谔峁﹤鞲胁牧蠈κ荜P注分析物的線性響應并至少部分地抑制干擾影響的頻率處的傳感材料的阻抗響應。

在實施方式中，傳感器節點包括傳感器，該傳感器具有傳感材料和與傳感材料接觸的至少一對電極。傳感材料被配置為與周圍環境接觸。傳感器節點包括通信電路，該通信電路被配置為通信地耦接到遠程系統。傳感器節點包括電耦接到至少一對電極的控制器電路?？刂破麟娐繁慌渲脼樯捎糜诮浻芍辽僖粚﹄姌O來施加給傳感器的傳感材料的刺激波形?？刂破麟娐繁慌渲脼閺闹辽僖粚﹄姌O接收表示傳感材料的阻抗響應的電信號。控制器電路還被配置為控制通信電路以向遠程系統發送阻抗響應。

在實施方式中，一種方法(例如，用于檢測一種或多種受關注分析物)包括從多個傳感器節點接收多個阻抗響應和一個或多個周圍環境參數。每個阻抗響應表示與周圍環境操作接觸的傳感器節點的傳感材料。該方法包括基于一個或多個周圍環境參數調整多個阻抗響應，并且分析在提供傳感材料對受關注分析物的線性響應并至少部分地抑制干擾影響的頻率處的多個阻抗響應。

附圖說明

參考附圖，通過閱讀以下對非限制性實施方式的描述，將更好地理解當前描述的主題，其中在下文中：

圖1是無線傳感網絡的一個實施方式的示意圖；