[发明专利]用于环境感测的系统和方法

说明书

提供了用于环境感测的系统和方法。系统包括具有传感器的传感器节点。传感器包括被配置为与周围环境接触的传感材料。系统包括具有通信电路和控制器电路的远程系统。通信电路被配置为无线通信地耦接到传感器节点。控制器电路电耦接到通信电路。控制器电路被配置为接收传感材料的阻抗响应并且分析在提供传感材料对受关注分析物的线性响应并至少部分地抑制干扰影响的频率处的传感材料的阻抗响应。

技术领域

本文中公开的主题的实施方式总体上涉及用于环境感测的系统和方法。

背景技术

诸如金属氧化物传感器的环境传感器通常用于许多应用中，其中可以使用对各种蒸气或气体的检测来辨别有用信息。例如，环境传感器可以用于监测工业区域的化学或物理危害，诸如，化学制造业内的二氧化碳检测，运输业内的诸如一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的发动机废气的检测，以及石油和天然气业内的逸散性甲烷排放检测。

用于感测这种环境变化的一种技术是通过采用传统传感器，诸如，射频识别(RFID)传感器、电阻传感器和/或涂覆有特定传感材料的电容传感器。传统传感器的阻抗、电阻、电容响应可以经由电感耦接或通过直接连接到传感器读取器来测量。传统传感器的电响应转换为传统传感器的阻抗、电阻或电容变化，其用于确定受关注的化学蒸气的浓度，诸如，二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物、或甲烷气体。然而，可用的传统传感器具有作为化学蒸气浓度的函数的非线性响应，特别是指数、幂定律和/或非单调响应。由于幂定律响应，随着化学蒸气浓度的增加，化学蒸气使传统传感器响应饱和，导致化学蒸气浓度估算时的明显误差。术语“气体”和“蒸气”描述了与传感器接触的任何挥发性物质。

另外，传统传感器受到暴露于传统传感器的其他化学蒸气(例如，非受关注化学蒸气)的影响，诸如，水蒸气的浓度(例如，周围环境湿度)。水蒸气使传统传感器的响应移位或饱和，这可能影响传感器对受关注化学蒸气的浓度的确定。

传统传感器可以在传统的无线传感网络(WSN)中实现为传感器节点。然而，传统WSN内的传感器节点不能用单独的传感器测量多种气体，降低了传统WSN的可靠性。因此，传统WSN需要用于各个传感器节点的多个传统传感器。每个传统传感器被配置为测量特定气体。然而，由于用于传感器节点的多个传统传感器，这些传感器节点需要高功率消耗，这限制了可以用于为节点供电的电源类型。此外，高功率消耗降低了传统WSN内的传感器节点的寿命。

发明内容

在实施方式中，一种系统包括具有传感器的传感器节点。传感器包括被配置为与周围环境接触的传感材料。系统包括具有通信电路和控制器电路的远程系统。通信电路被配置为无线通信地耦接到传感器节点。控制器电路电耦接到通信电路。控制器电路被配置为接收传感材料的阻抗响应并且分析在提供传感材料对受关注分析物的线性响应并至少部分地抑制干扰影响的频率处的传感材料的阻抗响应。

在实施方式中，传感器节点包括传感器，该传感器具有传感材料和与传感材料接触的至少一对电极。传感材料被配置为与周围环境接触。传感器节点包括通信电路，该通信电路被配置为通信地耦接到远程系统。传感器节点包括电耦接到至少一对电极的控制器电路。控制器电路被配置为生成用于经由至少一对电极来施加给传感器的传感材料的刺激波形。控制器电路被配置为从至少一对电极接收表示传感材料的阻抗响应的电信号。控制器电路还被配置为控制通信电路以向远程系统发送阻抗响应。

在实施方式中，一种方法(例如，用于检测一种或多种受关注分析物)包括从多个传感器节点接收多个阻抗响应和一个或多个周围环境参数。每个阻抗响应表示与周围环境操作接触的传感器节点的传感材料。该方法包括基于一个或多个周围环境参数调整多个阻抗响应，并且分析在提供传感材料对受关注分析物的线性响应并至少部分地抑制干扰影响的频率处的多个阻抗响应。

附图说明

参考附图，通过阅读以下对非限制性实施方式的描述，将更好地理解当前描述的主题，其中在下文中：

图1是无线传感网络的一个实施方式的示意图；