[發明專利]復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法及系統

在審

• 申請號: 202110482892.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113189426A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 羅睿希;李福超;劉蘇婕;李金嵩;葉子陽;張杰夫;曾蘭
• 申請（專利權）人: 國網四川省電力公司營銷服務中心
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法及系統，涉及傳感器測試技術領域，其技術方案要點是：將加載的環境微能量轉化為電能輸出，并對轉化的電能處理后輸出符合傳感器供電標準的電源以向模擬傳感器負荷的可調負載供電，以及將供電回路串入高精度同步采樣裝置；采集測試環境中的風速信號、光照強度信號、振動信號，并采集微能量收集裝置的電參量數據，以及將采集數據以數字采樣值報文形式發送至后臺系統；計算分析后輸出環境能量功率與能量轉換效率。本發明可同時施加光能、風能、振動能激勵，提供復合能量測試環境，具備電參量、功率測量、能效評估的長期監測的功能，可以用于具備復合能量收集器的微能量收集裝置的性能測試。

技術領域

本發明涉及傳感器測試技術領域，更具體地說，它涉及復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法及系統。

背景技術

傳感器微能量收集裝置，是通過采集環境中普遍存在的能量，如光能、熱能、機械能、電磁能等，并轉化為電能后可向傳感器網絡進行供電的裝置。有別于傳統的收集裝置，這類裝置可運行于弱光、低風速區域，具備較低的啟動閾值與較高的能量轉換效率，為功耗在μW至mW量級低功耗傳感器提供運行電能，是實現物聯網傳感器網絡自供能與免維護的前提。

微能量收集裝置一般由收集器與能量管理電路構成，收集器將環境能源轉換為微弱電能輸出至能量管理電路，再由能量管理電路將微弱電能轉換為可供傳感器運行的電源，存儲或直接向傳感器供電。隨著傳感器MEMS技術的發展，通常微能量收集裝置會將多種能量收集技術集成在同一節點上，確保節點可以在能源形式單一或不足時也能正常工作。目前，對微能量收集裝置的測試工作僅限于搭建簡易的測試環境，加載的環境能量激勵一般也僅止于風能或光能等單一能量，測試項目一般也僅限于輸出電壓測試，無法實現多種能量測試環境下的轉換效率嚴格評估與性能持續監測。

因此，如何研究設計一種復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法及系統是我們目前急需解決的問題。

發明內容

為解決現有技術中的不足，本發明的目的是提供復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法及系統。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

第一方面，提供了復合環境下傳感器微能量收集裝置性能測試方法，包括以下步驟：

建立用于提供連續可調的微風、微光、微振動能量輸入的測試環境；

通過微能量收集裝置的收集器將加載的環境微能量轉化為電能輸出，并通過微能量收集裝置的電源管理電路對轉化的電能處理后輸出符合傳感器供電標準的電源以向模擬傳感器負荷的可調負載供電，以及將供電回路串入高精度同步采樣裝置；

通過高精度同步采樣裝置同時采集測試環境中的風速信號、光照強度信號、振動信號，并同步采集微能量收集裝置的電參量數據，以及將采集數據以數字采樣值報文形式發送至后臺系統；

通過后臺系統依據數字采樣值進行計算分析后輸出環境能量功率與能量轉換效率，并對計算過程數據進行保存與顯示，以及通過后臺系統輸出反饋調節能量輸入的能量調節參數、負反饋調節模擬負荷的負荷調節參數進行動態測試。

進一步的，所述環境能量功率、能量轉換效率的計算過程具體為：

獲取數據庫中存儲的風速信號、光照強度信號、振動信號的采樣值；

分別對測試環境中各個能量輸入功率進行計算，得到對應的環境能量功率；

通過對環境能量功率進行時間積分計算，得到預設時間段內對應能量的環境能量值；

將微能量收集裝置的輸出電能與各個環境能量值之和對比，計算得到能量轉換效率。

進一步的，所述風速信號的環境能量功率計算公式具體為：