用于信号量化的系统和方法 |
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| 申请号 | CN201610021409.0 | 申请日 | 2016-01-13 | 公开(公告)号 | CN105811932B | 公开(公告)日 | 2020-08-11 |
| 申请人 | 英西图公司; | 发明人 | G·L·维维安尼; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于 信号 量化的系统和方法。本公开的 实施例 提供用于检测并精确测量一种或更多环境条件的信息内容的系统。所述系统包括耦合在一起的多个 振荡器 电路 (102，104)。振荡器电路(102，104)的耦合产生具有振幅和 频率 的模式(200，202，204，206，208)的 输出信号 。振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)随(多个)环境条件的一个或更多值的改变而改变。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于检测一种或更多环境条件的信息内容的系统，所述系统包括： |
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| 说明书全文 | 用于信号量化的系统和方法[0001] 相关申请 [0002] 本申请涉及2015年1月14日提交的编号为62/103,312的名称为“Quantum Detector Assembly，System and Method”的美国临时专利申请并要求其优先权权益，其全部内容通过引用包括在此。 技术领域[0003] 本公开的实施例一般涉及用于量化信号的系统和方法，并且，更具体地，涉及用于量化信号以测量或以其他方式检测一种或更多环境条件的系统和方法。 背景技术[0004] 如在Gabor的“通信理论”中所述，信息的概念直接涉及海森堡不确定原理的概念。通过变量的改变，粒子的动量和位置以相关的信号的时间(通常表示为振幅)和频率而等效表示，其可表征为信息单元。典型的测量或检测器件测量可被视为时间域或者频域信号的内容，但不是对时间域以及频域信号两者都可以进行测量。 [0005] 在各种设置和应用中，通过各种类型的传感器检测环境条件。例如，温度计用于检测环境温度，气压计用于检测环境压力，高度计用于检测飞行器的高度，速度计用于检测交通工具的速度等。通常，各种各样的传感器和检测器可用于感测各种各样的环境条件。 [0006] 数字传感器通常用于检测环境条件。各种已知的数字传感器包括处理接收到的数据的一个或更多处理器，所述数据由一个或更多感测元件输出。可以认识到，时间延迟可存在在第一时间和第二时间之间，在第一时间，数字传感器接收来自感测元件的数据，在第二时间，数字传感器产生关于环境条件的计算。此外，许多数字传感器通常包括多个处理部件，这增加了传感器组件的成本和复杂性。另外，传感器无论是数字或模拟的，可证明传感器是随着时间推移不可靠的，使得它们不产生特定的环境条件的精确确定。 [0007] 因此，存在对检测一种或更多环境条件的高效、可靠且精确的系统和方法的需求。发明内容 [0008] 本公开的某些实施例提供用于检测一种或更多环境条件的系统。所述系统可包括耦合在一起的多个振荡器电路。振荡器电路的耦合产生具有振幅和频率的模式的输出信号。振幅和频率的模式随(多个)环境条件的一个或更多值的改变而改变。 [0009] 多个振荡器电路中的每一个可包括提供多个稳定均衡(equilibrium)的多个负电阻非线性。在至少一个实施例中，系统没有单独且不同的参考源。 [0010] 多个振荡器电路的多个负电阻非线性和/或多个稳定均衡可不同。例如，第一振荡器电路的多个负电阻非线性可不同于第二振荡器电路的那些负电阻非线性。作为另一个示例，第一振荡器电路的多个状态均衡可不同于第二振荡器电路的那些状态均衡。在另一个实施例中，振荡器电路中的每个的多个负电阻非线性和/或多个稳定均衡可相同。 [0011] 振荡器电路可电磁地耦合在一起。可替换地，或另外地，振荡器电路可机械地和/或化学地耦合在一起。 [0012] (多个)环境条件可包括空间方位角(attitude)、高度、体积内位置、速度、温度、压力或光强度。可替换地，系统可检测各种其它环境条件。 [0013] 系统还可包括操作地耦合至多个振荡器电路的模式识别单元。模式识别单元经配置用于接收输出信号以及通过分析振幅和频率的模式确定(多个)环境条件的(多个)值。 [0015] 本公开的某些实施例提供检测一种或更多环境条件的方法。所述方法可包括将多个振荡器电路耦合在一起，以及通过耦合操作产生具有振幅和频率的模式的输出信号。振幅和频率的模式随(多个)环境条件的一个或更多值改变而改变。 [0017] 图1示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统的示意性框图。 [0018] 图2为根据本公开的实施例的环境条件的不同值的输出信号模式的图示。 [0019] 图3示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统的示意性电路图。 [0020] 图4示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统的示意性电路图。 [0021] 图5示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统的简化透视图。 [0022] 图6示出根据本公开的实施例检测一种或更多环境条件的方法的流程图。 [0023] 图7示出根据本公开的实施例的飞行器(或飞行器组件)的透视俯视图的图示。 具体实施方式[0024] 结合附图阅读将更好地理解在前的发明内容以及以下某些实施例的详细描述。如本文所使用的，以单数形式限定并且在其之前出现词“一个/一种”的元素或步骤应当理解为并非必须排除复数个要素或步骤。此外，参考“一个实施例”并非意在解释为排除也包含所限定的特征的另外的实施例的存在。此外，除非明确表示相反，否则“包括”或“具有”具有特定特性的一个元素或多个元素的实施例可包括不具有该特性的另外的元素。 [0025] 原子级结构提供易于识别的静止模式。本公开的实施例提供此类稳定模式的类似系统合成。例如，原子级结构具有多个均衡(轨道)。以类似的方式，本公开的实施例提供多稳定自振荡器或振荡器电路。系统的能量源可来自施加的结偏置(bias)。本公开的实施例提供类似处于原子级的多个轨道的预定的稳定振荡。一旦在特定轨道或相位平面振荡被建立，系统保持在该轨道或相位平面振荡直到被刺激例如一种或更多改变的环境条件扰动。 [0026] 本公开的某些实施例提供检测和测量具有信息内容的信号的系统，所述信息内容可与一种或更多环境条件有关。信号的时间和频率的独特(unique)模式包括至少一个单位的信息内容。因此，本公开的实施例瞬时检测来自独特信号模式的信息，所述独特信号模式可由影响系统的具体环境条件引起。 [0027] 本公开的某些实施例提供检测一种或更多环境条件(例如，由系统所在环境引起的条件)如高度、空间内的交通工具的空间方位角(attitude)、速度、温度、压力、空间中相对位置等的系统和方法。本公开的实施例提供可包括利用量子力学类方法的多个多稳定器件的系统，目的是为了提供一种或更多环境条件的瞬时确定。本公开的实施例提供高效、经济和可靠的检测系统和方法。在至少一个实施例中，该系统和方法可用于基于地球磁场内位置的一种或更多确定来检测交通工具的空间方位角。 [0028] 本公开的实施例提供系统和方法，该系统和方法可基于相对于振幅和频率可为独特的输出(如模式、代码等)提供一种或更多环境条件的瞬时指示。例如，具体、独特的输出(可包括振幅包络、频率包络和载波频率)可指示特定环境状态。第一输出信号，如具有振幅和频率成分的波形，可指示第一环境状态，第二输出信号，如具有振幅和频率成分的波形(不同于第一输出)，可指示第二环境状态(不同于第一环境状态)，第三输出信号，如具有振幅和频率成分的波形，可指示第三环境状态(不同于第一和第二环境状态)，等等。 [0029] 在至少一个实施例中，检测系统或装置可包括具有导致多个稳定均衡的多个负电阻非线性的第一振荡器电路或自振荡器、以及具有导致多个稳定均衡的多个负电阻非线性的第二振荡器电路或自振荡器。第一和第二自振荡器(如通过电磁耦合)彼此耦合。 [0030] 每个振荡器电路可为具有多个稳定均衡的多稳定器件。响应于刺激，如改变环境条件，(多个)振荡器电路可瞬时转变到多个稳定均衡状态之一。例如，响应于环境条件的第一值(如地球磁场内的第一位置)，(多个)振荡器电路可处于第一稳定状态。当环境条件改变为第二值(如地球磁场内第二位置)时，(多个)振荡器电路可转变为不同于第一稳定状态的第二稳定状态。代替仅具有两种稳定状态，(多个)振荡器电路可具有N种稳定状态，其中的每一种可与一种或更多环境条件的不同值的能量有关。(多个)环境条件中的每个值表示具有不同能量的不同的刺激，该不同的刺激将(多个)振荡器电路转变至不同的稳定状态，类似于具有多个轨道的原子结构的行为。一旦在特定稳定状态下被建立，(多个)振荡器电路保持在该特定稳定状态，直到由例如改变的环境条件扰动。 [0031] 负电阻(其还可称为负电导)是一种通用电气特性，其中电压的增大造成经过其的电流减小(和典型电阻器对比，其中电压增大造成电流的成比例增大，导致正电阻)。当正电阻消耗功率时，负电阻产生功率。负电阻是振荡器电路的特征。此外，具有多个稳定均衡(振荡，也称为吸引域)的振荡器电路具有感兴趣的多个负电阻区域。 [0032] 此外，振荡器电路可为非线性的，因为这些振荡器电路不表现出电流和电压之间的线性关系。也就是说在非线性系统中，有关电流的电压的斜率在感兴趣的整个范围内不是直线。 [0033] 在至少一个实施例中，第一振荡器电路的多个负电阻非线性与第二振荡器电路的多个负电阻非线性不同。可替换地，第一振荡器电路的多个负电阻非线性可与第二振荡器电路的多个负电阻非线性相同。 [0034] 在至少一个实施例中，第一振荡器电路的多个稳定均衡的数量与第二振荡器电路的多个稳定均衡的数量不同。可替换地，第一振荡器电路的多个稳定均衡的数量可与第二振荡器电路的多个稳定均衡的数量相同。 [0035] 所述系统还包括具有导致多个稳定均衡的多个负电阻非线性的第三振荡器电路或自振荡器。第三振荡器电路可(如通过电磁耦合)耦合至第一振荡器电路和第二振荡器电路中的一个或两者。例如，振荡器电路可彼此间隔一距离，在该距离上电磁场存在于振荡器电路之间。 [0037] 如所提及的，振荡器电路可电磁地彼此耦合。可替换地，振荡器电路可机械地和/或化学地彼此耦合。 [0038] 耦合的振荡器电路产生可由波形表示的输出信号，该波形为一种或更多环境条件的稳定振幅(或时间)和频率模式的组合。例如，一种或更多环境条件的第一值可使得耦合的振荡器电路产生具有独特振幅和频率模式的第一输出(如电磁场)。当环境条件的值改变为不同于第一值的第二值时，输出信号改变，使得该输出信号不同于初始输出信号。改变的输出信号可由不同的振幅和频率模式定义，并且该改变的输出信号可为可识别的。这样，系统提供瞬时确定或结果而不需计算，其中可能的排除计算可用于识别可能已改变的模式。系统可识别与一种或更多环境条件的不同值相关的振幅和频率的不同模式。 [0039] 在至少一个实施例中，环境条件可为交通工具的空间方位角。例如，可通过测量地球的磁场检测空间方位角。在至少一个其它实施例中，环境条件可为包括检测系统的结构相对于另一结构在特定区域、体积或空间内的位置。 [0040] 所述系统还可包括操作地耦合至振荡器电路的模式识别单元。由振荡器电路产生的输出信号可被模式识别单元接收，其进而基于接收的输出信号的频率的振幅的模式的分析确定环境条件的值。因为系统可被预先校准并且模式可被量化并且是重现性的，模式识别单元可利用例如查找表，以利用例如相关的值来识别和匹配模式。 [0041] 在至少一个实施例中，每个振荡器电路可包括与至少一个电容器并联连接的至少一个电感器。每个振荡器电路可被供电有提供稳定操作的直流(DC)电压。DC电压与负电阻元件组合可确定导致多个稳定均衡的非线性的所需形状。 [0042] 由于等效电路的考虑，本公开的某些实施例可提供双电路，其中电压源可被电流源代替，电感器可被电容器代替，电容器可被电感器代替，并且电压控制的非线性电阻器可被电流控制的非线性电阻器代替。因此，对于本申请中描述的每个实施例，如所述，对应的等效电路可被交替使用。振荡器电路之间的耦合可以包含磁场或电场(或两个场)的双方式发生。具体地，在双电路配置中，可在等效直流(DC)电流源中实现DC电压的参考，并且所有相关的特性可被认为是相同的，伴随变量的适当改变。 [0044] 图1示出根据本公开的实施例检测一种或更多环境条件的系统100的示意性框图。系统100可包括耦合至第二振荡器电路104的第一振荡器电路102。例如，第一振荡器电路 102可通过电磁场106电磁地耦合至第二振荡器电路104，所述电磁场106由第一振荡器电路 102和第二振荡器电路104的相互作用产生。电磁场106可提供相互作用的第一振荡器电路 102和第二振荡器电路104的输出信号。第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可彼此间隔开距离d，所述距离d允许电磁场106存在于第一振荡器电路102和第二振荡器电路104之间。可替换地，系统100可包括比示出的更多的振荡器电路。例如，系统100可包括耦合至其它振荡器电路的至少一个的三个或更多振荡器电路。 [0045] 模式识别单元108可操作地耦合至第一振荡器电路102和第二振荡器电路104(或以其他方式与第一振荡器电路102和第二振荡器电路104通信)以检测电磁场106。例如，模式识别单元108可通过有线连接或无线连接和/或部分电路，电连接至第一振荡器电路102和第二振荡器电路104，该部分电路将模式识别单元108电连接至第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个。模式识别单元108可包括耦合感测器件110，如天线，耦合感测器件110经配置用于检测电磁场106。耦合感测器件110与中央处理单元(CPU)112通信，所述中央处理单元112可与存储器114通信或以其他方式包括存储器114，所述存储器114存储管理模式识别单元108的操作的程序、指令等。简言之，模式识别单元108可为一电路或包括一电路，该电路包括经配置用于识别振幅和频率的波形模式的一个或更多处理器(如微处理器、微控制器等)、一个或更多存储器等，所述振幅和频率的波形模式由耦合的振荡器电路102和104输出。输出或输出信号可为电磁场106。例如，电磁场106可被检测为波形，电磁场106可提供和/或携带波形，所述波形包括相对于一种或更多改变的环境条件改变的振幅成分和频率成分。可替换地，系统100可不包括模式识别单元108。 [0046] 在操作中，具有第一值的环境条件可使耦合的振荡器电路102和104输出特征输出信号，特征输出信号可为电磁场106(或以其他方式由电磁场106携带)。例如，在地球磁场内的第一位置处，输出信号可由具有振幅和频率的第一模式的波形(如特定的第一振幅和频率的模式)定义。模式识别单元108检测输出信号并且确定环境条件的值为第一值。例如，模式识别单元108可将接收的输出信号的振幅和频率的模式与指示第一值的存储器114中存储的模式相匹配，所述第一值可为地球磁场内的第一位置。第一输出信号由环境条件的第一值引起，其可使得第一振荡器电路102和第二振荡器电路104均处在第一稳定均衡。以这种方式，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104处于第一稳定均衡状态。 [0047] 由于环境条件的第一值的能量，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104处于第一稳定均衡状态。当第一值改变为具有不同能量的第二值时，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可瞬时转变为第二稳定均衡状态，从而产生具有不同振幅和频率的模式或特征的波形的输出信号。这样，系统100提供类似处于原子级的多个轨道的预定的稳定振荡。一旦振荡器102和104处于特定的稳定均衡状态，系统100保持在该状态直到由刺激(例如一种或更多改变的环境条件的改变的能量值)扰动。 [0048] 第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个的稳定均衡状态可相同或不同。例如，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个可具有由每种状态的相同能量值定义的一百种稳定均衡状态。可选地，第一振荡器电路102可具有第一数量的稳定均衡状态，而第二振荡器电路104可具有不同于第一数量的第二数量的稳定均衡状态。系统100的精确性和准确性可随第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的稳定均衡的数量增大而增大。 [0049] 如所指出，当环境条件的值改变为第二值时，输出信号(例如，电磁场106)改变，使得振幅和频率的第二模式不同于与环境条件的第一值相关的第一模式。模式识别单元108检测输出信号并且确定环境条件的值为第二值。例如，模式识别单元108可将接收的输出信号的振幅和频率模式与指示第二值的存储器114中的存储的模式相匹配，该第二值可为地球磁场内的第二位置。第二输出信号可使第一振荡器电路102和第二振荡器电路104均处在稳定均衡状态，其进而使输出信号例如电磁场处在第二状态。 [0050] 振荡器电路的稳定均衡状态可与环境条件的单独且不同的值有关。例如，环境条件可为交通工具例如飞行器的空间方位角。空间方位角信息可包括与交通工具的方位有关的欧拉角(Euler angle)。例如，欧拉角可包括体轴俯仰角、体轴侧倾角和体轴偏航角。例如，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的一个或两者可包括符合欧拉角的所有可能性的数个稳定均衡状态。 [0051] 在至少一个实施例中，环境条件可为交通工具的高度。例如，高度信息可包括高度梯度。振荡器电路可包括符合具体数量的高度梯度的数个稳定均衡状态。 [0052] 在至少一个实施例中，环境条件可为环境温度。第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可包括符合具体温度的数个稳定均衡状态。 [0053] 环境条件可为各种其它类型。特定环境条件的一个或更多值可用耦合的第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的(多个)输出信号校准。输出信号可与第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的相应均衡状态相关联。在环境条件的第一值，输出信号可提供具有第一振幅和频率模式的第一波形。在环境条件的第二值，输出信号可提供具有第二振幅和频率模式的第二波形。在至少一个实施例中，例如，通过确定与振幅和频率的第一和第二模式有关的第一值和第二值，可通过第一模式和第二模式之间改变的分析确定所有其它值。 [0054] 此外，系统100可经配置用于同时检测多个环境条件的值。例如，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的输出信号可提供在第一温度、第一高度和第一交通工具空间方位角具有振幅和频率的第一模式的第一波形。当环境条件改变时，振幅和频率的模式可改变，这提供相对于多个环境条件的瞬时信息。在这种实施例中，在第一高度和第一交通工具空间方位角第一温度可产生具有振幅和频率的第一特征波形模式的第一输出信号。在第二高度和第一交通工具空间方位角第一温度可产生具有振幅和频率的第二特征波形模式的第二输出信号，所述第二特征波形模式不同于第一特征波形模式。当环境条件的一种或更多改变时，特征波形模式可响应于其而改变。 [0055] 第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个可具有导致多个稳定均衡的多个负电阻非线性。第一振荡器电路102的多个负电阻非线性可不同于第二振荡器电路104的多个负电阻非线性。可替换地，第一振荡器电路102的多个负电阻非线性可与第二振荡器电路104的多个负电阻非线性相同。此外，第一振荡器电路102的多个稳定均衡的数量可与第二振荡器电路104的多个稳定均衡的数量相同或不同。 [0056] 如所指出，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可电磁地彼此耦合，使得电磁场106在第一振荡器电路102和第二振荡器电路104之间产生。电磁场106可提供相互作用的第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的输出信号。可替换地和/或可选地，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可机械地和/或化学地彼此耦合。例如，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可用机械链接如阻尼器来连接，该机械链接相对于耦合的振荡器电路的输出信号移动。另外，例如，化学制品可设置在振荡器电路之间，该化学制品相对于第一振荡器电路102和第二振荡器电路104的输出信号化学地反应。 [0057] 第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个可为自主的并且可表示量子力学构建块。例如，可为自主的第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个提供多稳定自振荡。应当理解，贯穿本申请讨论的振荡器电路可为自主的振荡器电路。 [0058] 系统100可依靠包括多个非线性负电阻区域的非线性。可通过组合可为来自相关半导体结构的特定偏置结的多个元件(如第一振荡器电路102和第二振荡器电路104)来实现非线性。例如，每个振荡器电路102和104可包括一个或更多FET或BJT晶体管。 [0059] 系统的能量源可来自施加的结偏置。由于第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可为自振荡器，能量的来源可来自直流(DC)电压，该直流(DC)电压还用于获得非线性例如F(x)的所需形状。术语F(x)可表示广义的非线性电阻器，其中x表示电压。然而，如上所指出，在等效电路中，x可表示电流。如上所示，系统100提供类似于原子级处的多个轨道的预定稳定振荡。获得的稳定振荡可为可选择的并且可为应用到系统100的初始条件的函数。一旦被建立在特定轨道或相位平面振荡(例如，均衡状态)，系统100可保持该状态直到被一种或更多改变的环境条件扰动。 [0060] 系统100可提供输出信号可存在的多个稳定性的区。稳定性的区可类似于原子结构被量化。多个稳定性的区之间的转变(如由一种或更多环境条件的改变值引起)可为立即的、瞬时的等(例如，如果不是不可能的，则是难以感知的)。基于系统100的相位平面特征，每次转变可由不同对应的能量引起。 [0061] 第一振荡器电路102和第二振荡器电路104可为多稳定自振荡器，多稳定自振荡器可为原子级动力学的合成近似。这样，第一振荡器电路102和第二振荡器电路104中的每一个可类似于原子。多个振荡器电路102和104(以及，可替换地，另外的振荡器电路)的相互作用提供具有检测各种环境条件能力的系统。系统100可被视为带有相应地快速收敛至稳定轨道的合成电动态分子。系统100的输出信号提供可辨别的、精确的、快速的和适用于复杂识别任务的振幅和频率两者的辨别。系统100可提供虚拟量子阱多状态振荡器。 [0062] 图2为根据本公开的实施例的环境条件的不同值的输出信号模式200、202、204、206和208的图示。参考图1和图2，响应于环境条件，耦合的第一振荡器电路102和第二振荡器电路104产生输出信号，如电磁场106。输出信号可包括和/或可被检测为稳定振幅和频率(或时间)模式的组合的波形，所述模式与一种或更多环境条件的不同值有关。 [0063] 图2示出关注的信号的相关包络。然而，应当理解，在示出的对称包络模式的上限和下限之间可有较高的频率振荡模式，该对称包络模式的上限和下限包含可形成相关信号信息内容的相关振幅和频率指示。 [0064] 频率和振幅可指的是输出信号的包络形状。振幅可与输出信号的形状有关，而频率可与模式重复的速率有关。 [0065] 例如，如输出信号模式200所示，第一环境条件值可使耦合的第一振荡器电路102和第二振荡器电路104产生具有独特振幅和频率模式的第一输出。当环境条件值改变为不同于第一值的第二值时，第二输出模式202被产生。类似地，当环境条件值改变为不同于第一和第二值的第三值时，第三输出模式204被产生。此外，当环境条件值改变为不同于第一、第二和第三值的第四值时，第四输出模式206被产生。如所示，每个输出信号模式200、202、204和206包括具有不同振幅值和不同频率模式的独特模式。例如，如图2所示，振幅包络ΔA(如一段时间内从最大振幅绝对值至最低振幅绝对值所测量的振幅包络ΔA)和平均频率(例如，如一段时间内在邻近波形上行或下行之间测量的平均频率)对每个输出信号模式 200、202、204和206可不同。每个输出信号模式200、202、204、206和208与环境条件的独特值有关。因此，系统100提供(多个)环境条件的值的瞬时确定而不需繁锁的计算。 [0066] 环境条件的改变值产生具有独特振幅和频率模式的信号输出。独特模式与环境条件的特定值有关。这样，本公开的实施例可提供振幅和频率的独特模式，该振幅和频率的独特模式指示环境条件的值的瞬时确定。例如，环境条件的特定值与振幅和频率的独特波形模式或签名有关。通过识别波形模式内的振幅和频率，可独特地识别一种或更多环境条件的具体值。 [0067] 如图2所示，环境条件可使振荡器电路产生包括电压(以及可选地电流)成分的输出信号。如所示，电流和电压之间的关系可形成具有振幅和频率的模式的波形。一旦环境刺激或值造成特定波形由振荡器电路输出，波形保持稳定(即，保持在均衡的状态)直到环境刺激或值扰动波形并使其转变为具有振幅和频率变化的不同模式的另一波形。 [0068] 改变环境刺激或值可改变振荡器电路之间的相互耦合。相互耦合可为电磁场，其可表示振荡器电路的输出信号。相互耦合的振幅和频率的独特波形模式可通过改变环境刺激或值产生。模式识别单元可检测瞬时模式并且将其与环境条件的特定值相关联。 [0069] 另外，本公开的实施例可不利用单独且不同的参考振荡。因此，本公开的实施例可被精确地校准。振幅和频率的波形模式可为独特的并且可不依靠单独且不同的参考源。 [0070] 图3示出根据本发明的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统300的示意性电路图。系统300为图1所示的系统100的示例。系统300包括支撑耦合至第二振荡器电路306的第一振荡器电路304的衬底302(如印刷电路板(PCB)、半导体等)。如所示，第一振荡器电路304和第二振荡器电路306可由相同衬底302支撑。可替换地，第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个可被支撑在单独且不同的衬底上。振荡器电路304和306可以与所示不同的方式被定向。例如，尽管图3示出电感器314和324可以镜像方向上对齐，但振荡器电路可如通过具有彼此接近设置的电阻器308和318而被不同定向。 [0071] 相对于系统300可没有外部功能。所有电压可为DC。振荡行为可来自振荡器电路304和306的多个负电阻非线性。 [0072] 第一振荡器电路304可包括与电容器310并联连接的非线性电阻器308(具有多个负电阻区域)，该电容器310进而与彼此串联连接的第一电感器312和第二电感器314并联连接。类似地，第二振荡器电路306可包括与电容器320并联连接的非线性电阻器318(具有多个负电阻区域)，所述电容器320进而与串联连接至彼此的第一电感器322和第二电感器324并联连接。第一振荡器电路304和第二振荡器电路306通过例如电磁场耦合在一起，所述电磁场可提供耦合的第一振荡器电路304和第二振荡器电路306的信号输出，所述信号输出包括和/或被检测为包括振幅和频率成分的波形。第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个可包括比示出的更多或更少的电感器。例如，第一振荡器电路304可包括两个电感器，而第二振荡器电路306可包括三个或更多电感器。作为另一示例，第一振荡器电路304可包括三个电感器，而第二振荡器电路306可仅包括一个电感器。 [0073] 第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个提供多稳定均衡。例如，第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个可包括三个或更多稳定均衡。改变的环境条件或刺激的能量可在稳定均衡之间转变第一振荡器电路304和第二振荡器电路306，这进而改变第一振荡器电路304和第二振荡器电路306的输出信号。经发现，包括至少一个电容器、至少一个电感器和具有多个负电阻区域的至少一个非线性电阻器的第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个造成多个稳定均衡。 [0074] 例如，第一振荡器电路304和第二振荡器电路306可形成变压器。每个电感器312、314、322和324可包括围绕芯的多个绕组。绕组的变化性可引起其它电感器312、314、322和 324的电磁场的变化。从一个电感器转移至另一电感器的能量的量与电感器内的绕组的数量成比例。 [0075] 例如，电感器312可为参考电感器，而电感器322可为可变电感器。甚至当环境条件的值改变时，电感器312的输出可为恒定的。然而，电感器322的输出可随环境条件的值改变而改变。这样，电感器322的改变的输出使第一振荡器电路304和第二振荡器电路306之间的耦合随环境条件的值的改变而改变。 [0076] 例如，当电感器312和314的输出相同时，定义振幅和频率的第一特征波形模式的第一输出信号(如电磁场)产生，该第一输出信号指示环境条件的第一值。例如，当电感器312和314的输出不同时，定义振幅和频率的第二特征波形模式的第二输出信号产生，该第二输出信号指示环境条件的第二值。 [0077] 作为一个示例，环境条件可为液体的存在或湿度。第一输出信号可指示干燥条件，而第二输出信号可指示饱和条件。 [0078] 如图3所示，在振荡器电路304和306之间实现相对于X轴的一个自由度的耦合。可替换地，振荡器电路可以针对两个或更多自由度被耦合，这可产生提高准确性的输出信号。 [0079] 第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个可包括比图3所示更多的电阻器和电容器。另外，第一振荡器电路304和第二振荡器电路306中的每一个可被电连接至例如共同或单独的电压源。 [0080] 图3所示和描述的耦合的振荡器电路还可操作具有存储器类特征。例如，系统300通过第一振荡器电路304和第二振荡器电路306可被编程以通过利用来自环境引起的改变的振幅和频率的不同模式来记录模式。 [0081] 图4示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统400的示意性电路图。系统400类似于上述的系统100和300，不同的是系统400可包括安装在衬底410(例如，诸如PCB或半导体)上的第一振荡器电路402、第二振荡器电路404、第三振荡器电路406和第四振荡器电路408。可替换地，每个振荡器电路402、404、406和408可被安装在单独且不同的衬底上。每个振荡器电路402、404、406和408可包括将每个振荡器电路402、404、 406和408耦合至至少两个其它振荡器电路402、404、406和408的多个电感器。因此，每个振荡器电路402、404、406和408之间至少存在两个耦合度。增大数量的振荡器电路和耦合提供增大模式改变性的单个输出信号(可检测为具有振幅和频率成分的波形)。可替换地，系统 400可包括以多于两个自由度耦合在一起的更多或更少的振荡器电路。 [0082] 图5示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的系统500的简化透视图。系统500类似于上述系统，不同的是系统500包括八个振荡器电路502、504、506、508、510、512、514和516，其中的每一个以三个或更多自由度耦合在一起。振荡器电路502、 504、506、508、510、512、514和516可类似于上述的那些振荡器电路中的任一个。如所示，振荡器电路502耦合至振荡器电路504、508和510。如所示，每个振荡器电路可耦合至三个其它振荡器电路。系统500可包括以不同形状不同布置的比所示的更多或更少的振荡器电路。 [0083] 图6示出根据本公开的实施例的用于检测一种或更多环境条件的方法流程图。所述方法在600开始，其中至少两个振荡器电路彼此耦合。例如，耦合可为电磁、机械和/或化学耦合。耦合可提供或以其他方式为两个振荡器电路的单个输出信号。输出信号可被检测、解释或以其他方式感测为具有振幅和频率成分的波形。输出信号可提供振幅和频率的独特模式。 [0084] 在602，振荡器电路的输出信号例如通过模式识别单元被检测。在604，输出信号与一种或更多环境条件的第一值有关。环境条件可为在大气、空间等中(如在地球的磁场内)的位置、交通工具的空间方位角、海平面上交通工具的高度、交通工具速度、环境温度、环境压力、光强度等。 [0085] 在606，例如通过模式识别单元确定环境条件的值是否改变。例如，如果振幅和频率信息的波形模式保持相同，则值未改变。在这种情况下，方法返回至604。然而，如果振幅和频率的波形模式改变，则振荡器电路的输出信号在608已改变，这意味着环境条件的值也已改变。然后，在610，改变的输出信号与(多个)环境条件的第二值有关。 [0086] 应当理解，本公开的某些实施例可以递归方式被使用。例如，如与较简单结构相比，在导致不同模式的更复杂分子结构的精神下，上述的系统可重复所需的次数(N次)。 [0087] 如本文所使用，术语“中央处理单元”、“CPU”、“计算机”、“控制单元”、“识别单元”、“模块”等可包括任何基于处理器的或基于微处理器的系统，所述系统包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能够执行本文所述的功能的任何其它电路或处理器的系统。上述示例只是示例性的，并且因此不意在以任何方式限制此类术语的定义和/或含义。 [0088] 计算机或处理器执行存储在一个或更多存储单元(如一个或更多存储器)中的指令集，以便处理数据。根据期望或需要，存储元件还可存储数据或其它信息。在处理机内，存储元件可为信息源或物理内存元件的形式。 [0089] 指令集可包括指示计算机或处理器作为处理机以进行具体操作(如本文所述主题的各种实施例的方法和过程)的各种命令。指令集可为软件程序的形式。软件可为各种形式，如系统软件或应用软件。此外，软件可为单独程序或模块的集合、较大程序内的程序模块或程序模块的一部分的形式。软件还可包括面向对象编程形式的模块化编程。通过处理机的输入数据的处理可响应于用户命令，或响应于之前处理的结果，或响应于由另一处理机做出的请求。 [0090] 本文实施例的图可示出一个或更多控制、识别或处理单元或模块。应当理解，单元或模块表示可实现为具有进行本文所述操作的相关指令(例如，存储在有形和非临时性计算机可读介质，如计算机硬盘、ROM、RAM等上的软件)的硬件的电路模块。硬件可包括硬连线以进行本文所述功能的状态机电路。可选地，硬件可包括电子电路，所述电子电路包括和/或连接至一个或更多基于逻辑的器件，如微处理器、处理器、控制器等。可选地，单元或模块可表示处理电路，如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、(多个)微处理器、量子计算器件等的一种或更多。在各种实施例中的电路可经配置用于执行一种或更多算法以进行本文所述的功能。一种或更多算法可包括本文公开的实施例的各方面，无论是否在流程图或方法中明确标识。 [0091] 如本文使用，术语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在用于通过计算机执行的存储器中的任何计算机程序，所述存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型只是示例性的，并且因此不是对可用于存储计算机程序的存储器类型的限制。 [0092] 图7为根据本公开的实施例的飞行器810(或飞行器组件)的透视俯视图的图示。飞行器810为交通工具的示例，其中可使用本申请中描述的系统和方法的任一种。可替换地，代替飞行器，本公开的实施例系统和方法可被用于各种其它交通工具，如汽车、公共汽车、机车和火车车厢、海轮、宇宙飞船等。此外，本公开的实施例的系统和方法还可被用于其它情况并且不限于在交通工具上使用。 [0093] 例如，飞行器810可包括具有推进系统812的主体，所述推进系统812可包括两个涡轮风扇发动机814。可选地，推进系统812可包括比示出的更多的发动机814。发动机814由飞行器810的机翼816携带。在其它实施例中，发动机814可由机身818和/或尾翼820携带。尾翼820还可支撑水平稳定器822和竖直稳定器824。 [0094] 飞行器810的机身818限定内部舱室，其可包括座舱、一个或更多工作部分(例如，厨房、人员随身行李区域等)和一个或更多乘客部分(例如，头等舱、商务舱和二等座)。每个部分可由舱室过渡区域隔开，所述舱室过渡区域可包括具有可在通道内选择性地打开和关闭的可移动帘的帘组件。 [0095] 检测一种或更多环境条件的系统840可被固定在飞行器的各个部分上或被固定在飞行器的各个部分内。例如，系统840可被固定在驾驶舱842内以检测环境条件如飞行器空间方位角、高度、速度等。另外，系统840可被固定在机翼816的移动部分上或移动部分内，以检测环境条件，如位置、加速度等。此外，系统840可设置在飞行器的舱室内以检测环境条件如温度、压力、湿度等。 [0096] 在至少一个实施例中，系统840的一种或更多可与飞行器810自身或其它此类结构、容器等有关。因此，还可检测对飞行器810的结构或其它材料特性改变。在这种实施例中，系统840的一种或更多可用于检测机身、机翼等的结构改变，如裂纹扩展和其它此类损坏。此外，系统840的一种或更多可用于动态地测量施加在飞行器840上的各种其它环境条件，如转动、上升、下降等过程中的压力。 [0097] 此外，本公开包括根据以下条款的实施例： [0098] 条款1.一种检测一种或更多环境条件的信息内容的系统，该系统包括： [0099] 耦合在一起的多个振荡器电路(102，104)，其中多个振荡器电路的耦合产生具有振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)的输出信号，并且其中振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)随一种或更多环境条件的一个或更多值的改变而改变。 [0100] 条款2.根据条款1的系统，其中多个振荡器电路(102，104)中的每个包括提供多个稳定均衡的多个负电阻非线性。 [0101] 条款3.根据条款2的系统，其中该系统没有单独且不同的参考源。 [0102] 条款4.根据条款2或3的系统，其中多个振荡器电路(102，104)的多个负电阻非线性或多个稳定均衡中的一个是不同的或两者均是不同的。 [0103] 条款5.根据条款2或3的所述系统，其中多个振荡器电路(102，104)的多个负电阻非线性或多个稳定均衡中的一个是相同的或两者均是相同的。 [0104] 条款6.根据条款1、2、3、4或5的系统，其中多个振荡器电路(102，104)电磁地耦合在一起。 [0105] 条款7.根据条款1、2、3、4、5或6的系统，其中多个振荡器电路(102，104)机械地或化学地中的一种耦合在一起或两种耦合在一起。 [0106] 条款8.根据条款1、2、3、4、5、6或7的系统，其中一种或更多环境条件包括空间方位角、高度、体积内位置、速度、温度、压力或光强度中的一种或更多。 [0107] 条款9.根据条款1、2、3、4、5、6、7或8的系统，其进一步包括操作地耦合至多个振荡器电路(102，104)的模式识别单元(108)，其中该模式识别单元(108)经配置用于接收输出信号以及通过分析振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)而确定一种或更多环境条件的一个或更多值。 [0108] 条款10.根据条款1、2、3、4、5、6、7、8或9的系统，其中多个振荡器电路(102，104)中的至少一个包括与至少一个电容器(310)并联连接的至少一个电感器(312)，并且其中多个振荡器电路(102，104)中的至少一个以直流电压控制。 [0109] 条款11.一种检测一种或更多环境条件的信息内容的方法，该方法包括： [0110] 将多个振荡器电路(102，104)耦合在一起；以及 [0111] 通过耦合操作产生具有振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)的输出信号，其中振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)随一种或更多环境条件的一个或更多值的改变而改变。 [0112] 条款12.根据条款11的方法，其中多个振荡器电路(102，104)中的每一个包括提供多个稳定均衡的多个负电阻非线性。 [0113] 条款13.根据条款12的方法，其进一步包括避免使用单独且不同的参考源。 [0114] 条款14.根据条款11、12或13的方法，其中耦合操作包括将多个振荡器电路(102，104)电磁地耦合在一起。 [0115] 条款15.根据条款11、12、13或14的方法，其中耦合操作包括将多个振荡器电路(102，104)机械地或化学地中的一种耦合在一起或两种耦合在一起。 [0116] 条款16.根据条款11、12、13、14或15的方法，其中一种或更多环境条件包括空间方位角、高度、体积内位置、温度、压力或光强度中的一种或更多。 [0117] 条款17.根据条款11、12、13、14、15或16的方法，其进一步包括： [0118] 将模式识别单元(108)操作地耦合至多个振荡器电路(102，104)； [0119] 用模式识别单元(108)接收输出信号；以及 [0120] 使用模式识别单元(108)通过分析振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)确定一种或更多环境条件的一个或更多值。 [0121] 条款18.一种交通工具(810)，其包括： [0122] 包括内部舱室的主体(818)；以及 [0123] 固定在主体(818)上或主体(818)内的用于检测一种或更多环境条件的信息内容的一个或更多系统(840)，一个或更多系统中的每一个包括： [0124] 耦合在一起的多个振荡器电路(102，104)，其中多个振荡器电路(102，104)中的每一个包括提供多个稳定均衡的多个负电阻非线性，其中多个振荡器电路(102，104)的耦合产生具有振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)的输出信号，并且其中振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)随一种或更多环境条件的一个或更多值的改变而改变；以及[0125] 操作地耦合至多个振荡器电路(102，104)的模式识别单元(108)，其中模式识别单元(108)经配置用于接收输出信号以及通过分析振幅和频率的模式(200，202，204，206，208)而确定一种或更多环境条件的一个或更多值。 [0126] 条款19.根据条款18的交通工具，其中系统没有单独且不同的参考源。 [0127] 条款20.根据条款18或19的交通工具，其中一种或更多环境条件包括交通工具的空间方位角、交通工具的高度、体积内交通工具的位置、交通工具的速度、温度、压力或光强度的一种或更多。 [0128] 如上所述，本公开的实施例提供用于提供一种或更多环境条件的值的精确指示的系统和方法。本公开的实施例提供产生振幅和频率的模式的系统和方法，所述振幅和频率的模式指示一种或更多环境条件的不同值。系统和方法可产生模式并且基于检测的模式高效地确定环境条件而不需计算。例如，系统和方法可简单地匹配检测的模式与环境条件的相关值。与之前的检测系统和方法对比，本公开的实施例更快速、更具成本效益、更高效并且使用更少的计算能力。 [0129] 尽管各种空间和方向术语，如顶、底、下、中、横向、水平、竖直、前等可用于描述本公开的实施例，但应当理解，此类术语仅相对于附图所示的方向使用。所述方向可反转、旋转或另外地改变，使得上部分为下部分，并且反之亦然，水平变为竖直等。 [0130] 如本文所用，“经配置用于”进行任务或操作的结构、限制或单元可以对应于任务或操作的方式具体地结构地形成、构造或改造。如本文所使用，为清楚和避免怀疑的目的，仅能够被修改以进行任务或操作的对象不“经配置用于”进行任务或操作。 [0131] 应当理解，以上描述旨在说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其中的方面)可与彼此组合使用。另外，不偏离它们的范围，可作许多修改以让特定情况或材料适应本公开各种实施例的教导内容。尽管本文所述的材料的尺寸和类型旨在用于限定本公开各种实施例的参数，但实施例决不是限制性的而是示例性实施例。在审查以上描述时，许多其它实施例对本领域技术人员是显而易见的。因此，本公开各种实施例的范围应参考随附权利要求以及此类权利要求享有的等效物的全部范围确定。在随附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简洁英语等效物。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在将数字要求强加到它们的对象上。此外，以下权利要求的限制不以装置加功能形式撰写并且不旨在基于35U.S.C第112(f)节理解，除非且直到此类权利要求限制明确使用短语“用于…的装置”，随后无进一步结构的功能的陈述。 [0132] 撰写的描述使用实例来公开本公开的各种实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本公开的各种实施例，包括制备和使用任何器件或系统以及进行任何包括的方法。本公开的各种实施例的可取得专利的范围由权利要求定义，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果示例具有物不同于权利要求的字面语言的结构要素，或如果示例包括与权利要求的字面语言无实质地不同的等效结构要素，此类其它实例旨在在权利要求的范围内。 |
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