無源柔性定位器及定位服的製作方法

2023-05-17 01:30:26 1

本實用新型涉及無源可穿戴設備的無線能量收集技術，具體是一種基於柔性電極的由無線能量收集技術與通信定位技術結合的無源柔性定位器及定位服。

背景技術：

可穿戴設備是智能化科技發展的潮流，如智能手錶、智能眼鏡等。目前的可穿戴設備大多採用電池供電的設計，如果電池續航能力不強，則會造成使用時間短、需要頻繁充電等問題，直接影響到了用戶體驗，而且對於一些需要長時間使用的特殊人群來說，電池續航能力顯得更為重要。比如說，為了防止老人和小孩走丟，需要給他們佩戴可穿戴的定位設備，這就要求該設備擁有超長的待機時間。也有一些利用太陽能供電的可穿戴設備，但是利用太陽能供電對於天氣環境有較大的依賴性，便攜性較差，而且使用太陽能時接受陽光的部分必須無遮擋，局限了可穿戴設備的設計。

為了解決電池續航能力不足的問題，需要結合柔性材料，設計一種能收集環境中無線能量來供能的無源柔性定位器。

技術實現要素：

1、本實用新型的目的。

本實用新型針對充電式可穿戴定位設備電池續航能力不足，無法長時間待機的問題，提供一個可以收集環境中電磁波能量作為能量來源，向接收器發射位置信息的無源柔性定位器及定位服。

2、本實用新型所採用的技術方案。

本實用新型提出的無源柔性定位器，包括：無線能量收集系統和定位信號發射電路兩部分構成；無線能量收集系統包括能量接收天線，阻抗匹配網絡，整流升壓電路，能量存儲模塊；能量接收天線通過阻抗匹配網絡調整阻抗值後連接整流升壓電路，整流升壓電路倍壓和整流後連接能量存儲模塊，最後連接定位信號發射電路發射定位信息，收集能量達到閾值觸發定位信號發射電路。

本實用新型使用柔性材料製成無源柔性定位器，由柔性材料(柔性金屬)製作的電源天線和微型定位信號發射電路兩個部分組成。電源天線利用無線能量收集技術，通過收集環境中的(通信基站或廣播電視塔)電磁信號進行RF-DC能量轉換，為定位電路提供能量。電源天線收集到的能量達到閾值之後，將觸發微型定位電路，使其向外發射所在位置信息。位置信息發射完畢之後，定位電路進入休眠狀態，等待下一次的觸發。定位電路的觸發周期由電源天線收集能量的速度，以及閾值能量收集值所決定。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的阻抗匹配網絡為電容電感形成的π型匹配網絡。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的阻抗匹配網絡匹配到50歐姆。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的能量接收天線為柔性材料。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的柔性材料為柔性金屬材料。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的無源柔性定位器設置於衣服內部。

本實用新型提出的無源柔性定位器的定位服，所述的阻抗匹配網絡為電容電感形成的π型匹配網絡,能量接收天線為柔性材料。

在普通的服裝中，置入無源柔性定位器製作成定位服。穿戴者在外出時，定位器中的電源天線通過收集周圍環境中的電磁波能量(通信基站或廣播電視塔)並進行能量轉換，給定位系統提供發射信號的能量。在收集到足夠能量後，定位器中的微型定位電路會向穿戴者監護人發射穿戴者實時的位置信息。位置信息發送完畢之後，定位電路進入休眠狀態，等待下一次被觸發。通過改變定位器的設計，可以改變發射位置信息的周期。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的阻抗匹配網絡匹配到50歐姆。

本實用新型提出具體的實施方式中，所述的柔性材料為柔性金屬材料。

本實用新型提出具體的實施方式中，定位信號的接收系統可以是接收人的移動終端(手機、平板)也可以設計為RFID系統，在RFID接收範圍內的向RFID讀卡器發射位置信息。

3、本實用新型的有益效果。

(1)本實用新型能收集環境中無線能量來供能，並提供定位功能的的無源柔性定位器。

(2)本實用新型的無源柔性定位器採用柔性材料製作，具有微型、輕薄的特點。將定位器置於日常服裝中，即可以製成可穿戴式定位服。環境中的電磁波可以穿透衣物被定位器的電源天線接收，解決了可穿戴定位設備需要反覆充電的問題，定位器的放置位置沒有太大的限制，可以做到隱秘、安全。

(3)本實用新型無線能量收集技術具有供電穩定、響應時間短、設備簡單、環境友好等特點。通過無線能量收集技術收集到的環境中電磁波的能量十分微弱，在滿足定位電路發射位置信息的能量需要的同時，對穿戴者的身體健康也不會造成影響。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構圖。

圖2是本實用新型專利的工作原理圖。

圖3是本實用新型專利的一個實施例結構示意圖。

其中，能量接收天線1，阻抗匹配網絡2，整流升壓電路3，能量存儲模塊4，定位信號發射電路5，無源柔性定位器6，定位服7，信號接收器8，電磁波發射源9，電磁波信號10，位置信號11，穿戴者12。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型專利作進一步說明。

實施例1

本實用新型使用柔性材料製成無源柔性定位器，由柔性材料(柔性金屬)製作的電源天線和微型定位信號發射電路兩個部分組成。電源天線利用無線能量收集技術，通過收集環境中的(通信基站或廣播電視塔)電磁信號進行RF-DC能量轉換，為定位電路提供能量。電源天線收集到的能量達到閾值之後，將觸發微型定位電路，使其向外發射所在位置信息。位置信息發射完畢之後，定位電路進入休眠狀態，等待下一次的觸發。定位電路的觸發周期由電源天線收集能量的速度，以及閾值能量收集值所決定。

如圖1和圖2所示，無源柔性定位器主要有無線能量收集系統和定位信號發射電路兩部分構成。無線能量收集系統由能量接收天線1、阻抗匹配網絡2、整流升壓電路3以及能量存儲模塊4這4部分組成。能量收集天線的設計首先要從信號源的接收強度、方向圖、頻譜特點等來考慮。其次從能量接收天線1和整流升壓電路3的匹配角度考慮，為了實現高效收集，能量接收天線1和整流升壓電路3往往都利用阻抗匹配網絡先匹配到50歐姆再連接。射頻輸入端直接進入阻抗匹配網絡2，經過合適的電容電感形成的π型匹配網絡，進入到倍壓整流升壓電路3。最後直流能量輸出至能量存儲模塊4(如電容)中，再加載到微型定位信號發射電路5上，為其發射定位信號提供能量。

實施例2

本實用新型可以將無源柔性定位器置入日常穿著的衣物中製成定位服，定位器置入位置沒有特殊要求。定位器在發射定位信息時，可以向接收者的移動終端發射位置信息，也可以使用RFID系統，向RFID接收範圍內的RFID讀卡器發射位置信息.

在普通的服裝中，置入無源柔性定位器製作成定位服。穿戴者在外出時，定位器中的電源天線通過收集周圍環境中的電磁波能量(通信基站或廣播電視塔)並進行能量轉換，給定位系統提供發射信號的能量。在收集到足夠能量後，定位器中的微型定位電路會向穿戴者監護人發射穿戴者實時的位置信息。位置信息發送完畢之後，定位電路進入休眠狀態，等待下一次被觸發。通過改變定位器的設計，可以改變發射位置信息的周期。

如圖3所示，穿戴者12穿著置有無源柔性定位器6的定位服7，定位器6從其所處環境中收集由電磁波發射源9(通信基站或廣播電視塔等)發出的電磁波信號10作為能量來源，當收集到的能量達到最大值時(或預先設定的一個閾值)，定位器6中的定位信號發射電路5 被觸發，向信號接收器8發送穿戴者實時的位置信息11。信息發送完畢之後，定位信號發射電路5停止工作，進入休眠狀態。電源收集系統重新開始收集電磁波能量，直到收集能量達到最大再次觸發定位信號發射電路。這樣，定位服7就可以以一定的時間周期向接收者發送穿戴者7的實時位置信息。無源柔性定位器6的放置可以有多種變化，可以放在攜帶者的其他隨身物品中(鞋帽)，不會影響其功能。定位信號接收裝置可以是接受者的手機等移動終端，也可以將定位發射、接收系統設計為RFID系統，利用無線收集的能量供給RFID有源標籤或 RFID讀卡器。作為本實用新型的改進，可以在定位器中存入攜帶者的個人信息以及監護人信息，建立信息資料庫，方便第三方聯繫監護人，增加其實用性。

上述描述中的實施方案可以進一步組合或者替換，且實施方案僅僅是對本實用新型的優選實施例進行描述，並非對本實用新型的構思和範圍進行限定，在不脫離本實用新型設計思想的前提下，本領域中專業技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變化和改進，均屬於本實用新型的保護範圍。