用于环境感测的系统和方法与流程

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。

技术实现要素：

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；

图2是图1的无线传感网络系统的一个实施方式的传感器节点的示意图；

图3是图1的无线传感网络系统的一个实施方式的远程系统的示意图；

图4是用于检测无线传感器网络内的一种或多种受关注分析物的方法的一个实施方式的“泳道”图。

图5示出了施加给传感器的传感材料的刺激波形的一个实施方式的图形说明；

图6a示出了根据实施方式的对应于传感器的非谐振阻抗响应的测量响应的图形说明；

图6b示出了根据实施方式的对应于传感器的谐振阻抗响应的测量响应的图形说明；

图7a是根据传感器计算的谱参数的一个实施方式的图形说明；

图7b是图7a中所示的谱参数的实施方式的一个峰值的图形说明；

图8a是根据传感器计算的谱参数的一个实施方式的图形说明；

图8b是图8a中所示的谱参数的实施方式的一个峰值的图形说明；

图9a是根据传感器计算的谱参数的一个实施方式的图形说明；

图9b是基于图9a中所示的谱参数的传感器的浓度曲线的图形说明；

图10是根据实施方式的根据由远程系统从传感器节点接收的阻抗响应计算的谱参数的图形说明；

图11是多个谱参数的主成分分析的一个实施方式的图形说明；

图12是图1中所示的无线传感网络系统的传感器节点的阻抗响应和周围环境参数的实施方式的图形说明；

图13a至图13b是图1中所示的无线传感网络系统的传感器节点的实施方式的阻抗响应的图形说明；以及

图14是图1中所示的无线传感网络系统的传感器节点的阻抗响应和周围环境参数的实施方式的图形说明。

具体实施方式

本文中的一个或多个实施方式描述了用于环境感测的系统和方法，尤其是具有传感器节点的无线传感器网络(wsn)，这些传感器节点被配置为检测环境内的一种或多种受关注分析物(例如，甲烷气体、一氧化碳气体、氮氧化物气体)。传感器节点包括传感器，诸如，多变量分析物传感器和环境传感器。传感器可以与案卷号为285314-1us的名称为“用于环境系统和方法(systemsandmethodsforenvironmentsensing)”的美国专利申请中描述的传感器类似和/或相同，该申请的全部内容通过引用结合于此。环境传感器可以被配置为获取环境(例如，非受关注分析物)的周围环境参数，诸如，周围环境温度、周围环境相对湿度、周围环境大气压力、气象条件、光检测、风向、风速等。

传感器节点由周围环境电源(例如，太阳能面板、振动、热力、周围环境射频功率等)供电。传感器利用电耦接到一对电极的传感材料。电刺激被递送到包括传感材料的传感器。可选地，多变量分析物传感器可以包括谐振电感器电容器电阻器(lcr)电路和/或rfid传感器。

传感器的阻抗响应(例如，阻抗谱)经由传感器节点的控制器电路直接和/或电感耦接在拾取线圈和传感器之间来进行测量。例如，在对应于传感器的信号变化(例如，阻抗、电阻、电容等)的某些频率或单个频率处的电响应被转换成传感器的阻抗变化以形成阻抗响应。基于阻抗响应，控制器电路可以计算一个或多个谱参数。根据阻抗响应的实部和/或虚部计算谱参数。“谱(spectrum)”或“谱的(spectral)”参数用于确定受关注分析物的环境参数。例如，控制器电路可以分析在根据提供传感材料的线性响应以确定受关注分析物的环境参数(例如，浓度)的阻抗响应的实部来计算的频率处的传感器的传感材料的阻抗响应。可以注意到，本文中描述的传感材料的阻抗响应提供了对传统环境传感器中传感材料的非线性(例如，幂定律)电阻响应的线性改善。此外，由于线性响应，传感材料的阻抗响应提供了对传统环境传感器中的传感材料的非单调电阻响应(例如，抛物线)的单调响应改善。另外地或可选地，可以选择谱参数以抑制和/或滤除由于挥发性分析物(例如，不受关注分析物)引起的干扰影响。例如，传感材料的阻抗响应提供了减小湿度对传统环境传感器中的传感材料的电阻响应的影响。

传感器节点包括rf电路，该rf电路被配置为将由受关注分析物的环境参数和由环境传感器获取的周围环境参数发送到远程系统(例如，中央集线器、wsn网关等)。可选地，传感器节点可以以预定间隔发送环境参数和周围环境参数。另外地或可选地，远程系统可以从wsn的远程气象站接收额外的周围环境参数。

本文中描述的流体可以包括气体、蒸气、液体、颗粒、生物粒子和/或生物分子。可选地，流体可以指一种或多种固体材料。

每个传感器节点可以具有数字标识或id，其可以包括存储在传感器节点的存储器芯片(或其他存储器设备)中的数据。这种数据的非限制性示例包括制造商标识、电子谱系数据、用户数据和/或用于传感器的校准数据。另外地或可选地，传感器节点可以具有ip地址，该ip地址可以允许传感器节点连接到互联网或其他基于远程的网络、服务器、数据库、云或任何其他的远程数据存储和处理源。

监测过程包括但不限于测量传感器周围发生的物理变化。例如，监测过程包括监测与传感器周围环境的物理、化学和/或生物特性的变化有关的生物制药、食品或饮料制造过程中的变化。监测过程还可以包括监测物理变化以及成分组成或位置的变化的工业过程。非限制性示例包括国土安全监测、住宅家庭保护监测、环境监测、临床或床边病人监测、机场安全监测、入场票务和其他公共事件。当传感器信号已经达到明显的稳态响应时和/或当传感器具有动态响应时，可以执行监测。稳态传感器响应是传感器在确定的时间段内的响应，其中该响应在测量时间内没有明显变化。因此，稳态传感器响应随时间的测量产生类似的值。动态传感器响应是传感器在测量的环境参数(温度、压力、化学浓度、生物浓度等)变化时的响应。因此，动态传感器响应随测量时间而显著变化，以产生对所测量的环境参数或参数的响应的动态特征。响应的动态特征的非限制性示例包括平均响应斜率、平均响应幅值、信号响应的最大正斜率、信号响应的最大负斜率、信号响应的平均变化、信号响应的最大正变化和信号响应的最大负变化。所产生的响应的动态特征可以用于进一步增强传感器在各种蒸气及其混合物的动态测量中的选择性。所产生的响应的动态特征还可以用于进一步优化传感材料和换能器几何形状的组合，以增强传感器在各种蒸气及其混合物的动态和稳态测量中的选择性。

环境参数和/或选择参数可以指制造或监测系统(例如，传感系统)内或周围的可测量环境变量。可测量环境变量包括物理、化学和生物特性中的至少一个，并且包括但不限于温度、压力、材料浓度、导电性、介电特性、邻近或接触传感器的介电、金属、化学或生物粒子的数量、电离辐射剂量和光强度的测量。

分析物可以包括任何期望的测量环境参数。

干扰包括不期望地影响使用传感器的测量的准确度和精度的不期望的环境参数。干扰包括潜在地可能由传感器产生干扰响应的流体或环境参数(包括但不限于温度、压力、光等)。

多变量分析可以指用于根据传感器响应分析多于一个变量并且根据测量的传感器谱参数提供关于至少一个环境参数的类型的信息和/或根据测量的传感器谱参数提供关于至少一个环境参数的水平的定量信息的数学过程。主成分分析(pca)包括用于将多维数据集减少到较低维度以进行分析的数学过程。主成分分析是多变量数据的统计分析的特征分析方法的一部分，并且可以使用协方差矩阵或相关矩阵来执行。多变量分析工具的非限制性示例包括典型相关分析、回归分析、非线性回归分析、主成分分析、判别函数分析、多维尺度分析、线性判别分析、逻辑回归或神经网络分析。

谱参数(spectralparameter或spectrumparameter)可以用于指传感器的阻抗响应的可测量变量。阻抗传感器响应是cr(电容(c)-电阻(r))传感器的非谐振传感器电路的阻抗谱。阻抗传感器响应是lcr(电感(l)-电容(c)-电阻(r))或rfid(射频识别)传感器的谐振传感器电路的阻抗谱。除了以z参数、s参数和其他参数的形式测量阻抗谱之外，可以使用用于分析的各种参数同时分析阻抗谱(实部和虚部两者)，诸如，阻抗实部的最大值的频率(fp)、阻抗实部的幅值(zp)、阻抗虚部的谐振频率(f1)、以及阻抗虚部的反谐振频率(f2)，阻抗虚部的谐振频率(f1)处的信号幅值(z1)、阻抗虚部的反谐振频率(f2)处的信号幅值(z2)、以及零电抗频率(fz，在该频率处阻抗的虚部为零)。可以使用整个阻抗谱同时测量其他谱参数，例如，谐振的品质因数、相位角和阻抗的幅值。总体而言，根据阻抗谱(诸如非谐振谱或谐振谱)计算的“谱参数”在此称为“特征”或“描述符”。从可以根据谱计算的所有潜在特征中执行适当的特征选择。在名称为“methodsandsystemsforcalibrationofrfidsensors”的美国专利第7,911,345号中描述了多变量谱参数，该专利通过引用结合于此。

谐振阻抗或阻抗可以指测量的传感器频率响应，从该传感器频率响应中提取传感器谱参数。

传感材料和/或传感膜可以包括但不限于沉积到换能器的电子模块上的材料(诸如，cr或lcr电路组件的电极或rfid标签)，以在与环境相互作用时执行可预测并可再现地影响阻抗传感器响应的功能。例如，导电聚合物(诸如，聚苯胺)在暴露于不同ph的溶液时改变其导电性。当这种聚苯胺膜沉积到cr或lcr或rfid传感器上时，阻抗传感器响应根据ph而变化。因此，诸如cr或lcr或rfid传感器用作ph传感器。当这种聚苯胺膜沉积到cr或lcr或rfid传感器上用于气相检测时，阻抗传感器响应也在暴露于碱性(例如nh3)或酸性(例如hcl)气体时发生变化。可选地，传感膜可以是介电聚合物。传感器膜包括但不限于聚合物、有机、无机、生物、复合和纳米复合膜，其基于它们所处的环境来改变它们的电学和/或介电特性。传感器膜的非限制性附加示例可以是诸如全氟磺酸的磺化聚合物、诸如硅酮粘合剂的粘合剂聚合物、诸如溶胶-凝胶膜的无机膜、诸如炭黑-聚异丁烯膜的复合膜、诸如碳纳米管-全氟磺酸膜、金纳米颗粒-聚合物膜、金属纳米颗粒-聚合物膜、电纺聚合物纳米纤维、电纺无机纳米纤维、电纺复合纳米纤维的纳米复合膜、或者掺杂有机、金属有机或生物衍生分子的膜/纤维以及任何其他的传感材料。为了防止传感器膜中的材料浸入液体环境中，使用标准技术(诸如，共价键合、静电键合和本领域普通技术人员已知的其他标准技术)将传感材料附接到传感器表面。此外，传感材料具有至少两个温度相关的响应系数，这些响应系数与传感材料的材料介电常数和电阻的温度相关变化有关。

换能器和/或传感器可以用于指用于传感的诸如cr、lcr或rfid设备的电子设备。换能器可以是在涂覆有传感膜之前或者在针对传感应用校准之前的设备。传感器可以是通常在被涂覆有传感膜之后并且在针对传感应用校准之后的设备。

图1是根据实施方式的无线传感器网络(wsn)100的示意图。wsn100包括远程系统108和一个或多个传感器节点102。可选地，wsn100可以包括气象站104。气象站104可以被配置为基于wsn100的环境获取一个或多个周围环境参数(例如，风向和/或风速、温度、湿度等)。气象站104可以包括风速计、温度计、气压计、湿度计、日射强度计、雨量计等。例如，气象站104可以被配置为获取邻近wsn100的传感器节点102的地理区域(例如，区域地点114)的风速、风向、温度等。节点102和/或气象站104可以经由一个或多个双向通信链路110-113通信地耦接到远程系统108。可选地，来自气象站104的数据可以与传感器节点102的响应同步，以提供更准确的环境参数的传感器读数。

远程系统108经由一个或多个双向通信链路110-113通信地耦接到传感器节点102。双向通信链路110-113可以基于一个或多个标准无线协议，诸如，蓝牙低功耗、蓝牙、wifi、802.11、zigbee等。双向通信链路110-113可以被配置为在wsn100的组件(例如，节点102、气象站104、远程系统108等)之间交换数据(例如，环境参数、周围环境参数、操作状态等)。

可选地，传感器节点102可以经由predix^tm软件平台(通用电气公司)无线或有线地连接到物联网和/或工业互联网，以用于资产优化、工业自动化、机器诊断、工业、医疗保健、制造和基础设施管理流程优化，从而考虑到识别趋势、预测故障和其他情况来监测资产生产性能。

另外地或可选地，wsn网关106可以通信地介于远程系统108与传感器节点102和/或气象站104中的一者或多者之间。例如，wsn网关106被配置为将节点102和气象站104通信地耦接在一起以形成区域地点114。wsn网关106可以经由双向通信链路113将区域地点114通信地耦接到远程系统108。可以注意到，在各种实施方式中，远程系统108可以通信地耦接到多个区域地点114。例如，每个区域地点114可以对应于不同的地理位置。另外地或可选地，区域地点114可以对应于邻近工业地点和/或商业地点的一部分、排气口等的区域。可选地，wsn网关106可以被配置为桥接不同的无线协议。例如，区域地点114内的双向通信链路110-112可以利用相对于双向通信链路113的不同无线协议。

气象站104可以是位于区域114外部的一般受关注区域中的联邦、州和/或私人气象站。在这种情况下，双向通信链路112可以用从气象站到wsn网关106和/或到远程系统108的数据的单向通信代替。

远程系统108可以是互联网和/或其他基于远程的网络、服务器、数据库、云和/或任何其他远程数据存储和处理源的一部分。

可选地，本发明的传感器节点102可以与移动机器人设备(例如，用于污染、国土安全威胁和其他源的定位和验证)、gps子系统、具有匹配车辆/传感器维护计划的显著益处的用于污染和国土安全威胁监测的公共或个人运输车辆结合。

另外地或可选地，传感器节点102可以植入或结合在不同的对象、物品、物体中，用于实时监测化学、生物和物理参数。将传感器节点102植入或结合到工业或消费者基础设施或组件中的非限制性示例可以包括固定工业基础设施、移动工业户外基础设施、工业室内基础设施、城市户外基础设施、城市室内基础设施、道路、建筑物、桥梁、车辆、风力涡轮机、飞机发动机、一次性和多用途生物过程组件、消费产品、家用电器、消费者器具、运动设备、实验室设备、实验室分析仪器等。

图2是wsn100的一个实施方式的传感器节点102的示意图200。传感器节点102包括控制器电路210、存储器204、传感器202、环境传感器212、射频(rf)电路216和周围环境电源206。

存储器204是被配置为存储从传感器202、环境传感器212等获取的信息(例如，阻抗谱、传递函数等)的电子存储设备。存储器204的内容可以由控制器电路210、rf电路216等访问。存储器204可以包括可以由控制器电路210访问的协议固件。协议固件可以为控制器电路210提供无线协议语法以组装数据分组、基于无线协议建立双向通信链路111-112、从数据分组划分数据等。协议语法可以包括关于由传感器节点102接收和/或发送的分组结构(例如，帧大小、分组规范、适当的比特数、频率等)的规范。存储器204可以包括闪速存储器、ram、rom、eeprom等。

控制器电路210被配置为控制传感器节点102的操作并获得表示由传感器202和环境传感器212获取的环境参数和周围环境参数的测量。在各种实施方式中，控制器电路210可以被配置为向传感器202施加刺激波形。刺激波形可以是被配置为是具有幅值(例如，电压、电流等)和动态频率的正弦波形的电刺激。可选地，控制器电路210可以随时间调整刺激波形的频率。例如，控制器电路210可以调整传感器202的谐振带宽的频率之间的刺激波形的频率。在另一个示例中，刺激波形可以调整传感器202的扫描带宽的频率之间的刺激波形的频率。扫描带宽包括作为传感器202的非谐振频率的频率范围。另外地或可选地，电刺激可以被配置为具有静态频率。例如，电刺激可以具有在传感器202的谐振频率处和/或附近的频率。

控制器电路210被配置为响应于刺激波形来获取传感器202的阻抗响应。控制器电路210可以体现为基于一个或多个指令集(例如，软件)执行功能或操作的硬件，诸如，处理器、控制器或其他基于逻辑的设备。硬件操作的指令可以存储在有形和非暂时性(例如，非瞬态信号)计算机可读存储介质(诸如，存储器204)上。可选地，可以将指示硬件操作的一个或多个指令集硬连线到硬件的逻辑中。

rf电路216可以被配置为处理和/或管理传感器节点102与远程系统108、wsn网关106等之间的双向通信链路。rf电路216由控制器电路210控制，并且可以支持一种或多种无线通信协议。例如，这些无线通信协议可以包括蓝牙低功耗、蓝牙、zigbee、wifi、802.11等。协议固件可以存储在由控制器电路210访问的存储器204中。协议固件为控制器电路210提供无线协议语法以组装数据分组、建立一个或多个双向通信链路110-111、和/或划分从wsn100的其他组件(例如，远程系统108、wsn网关106、气象站104、另一传感器节点102等)接收的数据。

环境传感器(例如，环境传感器套件)212可以被配置为获取邻近传感器节点102和/或环境传感器212所暴露于的环境(例如，非受关注分析物)的周围环境参数(例如，温度、湿度等)。环境传感器212包括热敏电阻、热电偶、湿度传感器、光电传感器、风速计等。环境传感器212可以生成由控制器电路210获得的一个或多个传感器测量信号。传感器测量信号可以是表示由环境传感器212获取的表示一个或多个周围环境参数(例如，温度、湿度)的一个或多个测量值的数字信号。另外地或可选地，传感器测量信号可以是具有预定电特性(例如，频率、幅值、相位等)的一个或多个模拟信号，该模拟信号表示由环境传感器212获取的表示一个或多个周围环境参数的一个或多个测量值。

周围环境电源206可以被配置为生成用于传感器节点102的一个或多个组件的电力(例如，电流、电压)。周围环境电源206可以是被配置为生成来源于邻近传感器节点102的周围环境(例如，阳光、热能、风能、动能、电磁辐射等)的电力的能量采集器。例如，周围环境电源206可以包括太阳能面板(例如，光伏发电机)、热电发电机、风力涡轮机、压电材料等。另外地或可选地，周围环境电源206可以电耦接到电存储设备(未示出)，诸如，电池、电容器等。例如，电存储设备可以被配置为，当由源206生成的电力不足以为传感器节点102的组件供电时，增补和/或补充由周围环境电源206生成的电力。

另外地或可选地，传感器节点102可以包括加热器(未示出)。加热器可以热耦接到传感器202，并且配置为生成热能。例如，加热器可以包括被配置为转换电力(例如，电流，电压)以生成热能的一个或多个加热元件(例如，加热器)。由加热器生成的热能的量可以基于控制器电路210接收的指令。例如，加热器可以将传感器202的温度增加至比环境传感器212测量的环境温度高至少50摄氏度。

传感器202被配置为测量和/或检测传感器202的周围(例如，与传感材料214操作接触、邻近、围绕传感材料214的表面区域、在表面区域的预定距离内等)环境内一种或多种受关注分析物的存在。例如，传感器202可以是多变量气体传感器。传感器202包括至少一对电极208-209和传感材料214。电极208-209是电耦接到传感材料214和控制器电路210的导体。例如，电极208-209与传感材料214接触。电极208-209被配置为将由控制器电路210生成的刺激波形递送到电极208-209和传感材料214。

传感材料214被配置为响应于环境的变化可预测并可再现地影响和调整传感器214的阻抗。例如，基于传感器202的周围环境内的受关注分析物的浓度、存在等来调整传感材料214的阻抗的特性(例如，阻抗的实部的幅值、阻抗的虚部的幅值、阻抗的相位等)。传感材料214与周围环境操作地接触。例如，传感材料214的表面区域的至少一部分暴露于邻近传感器202的环境和/或与环境接触，其改变传感材料214的电特性(例如，电感)。传感材料214可以是半导体聚合物(例如，聚苯胺膜、全氟磺酸)和/或介电聚合物(例如，硅酮粘合剂)。另外地或可选地，传感材料214可以包括被配置为基于传感材料214所暴露的环境来改变电特性和/或介电特性的有机、无机(例如，溶胶-凝胶膜)、生物、复合膜(例如，聚异丁烯膜)、纳米复合膜(例如，电纺聚合物纳米纤维、金纳米颗粒-聚合物膜、金属纳米颗粒-聚合物膜、电纺聚合物纳米纤维、电纺无机纳米纤维、电纺复合纳米纤维)、n型氧化物半导体、p型氧化物半导体、石墨烯、碳纳米管等。

另外地或可选地，传感材料214可以是金属氧化物。例如，传感材料214可以是单金属氧化物，诸如，zno、cuo、coo、sno2、tio2、zro2、ceo2、wo3、moo3、in2o3等。在另一个示例中，传感材料214可以是具有不同大小的阳离子的钙钛矿氧化物，诸如，srtio3、catio3、batio3、lafeo3、lacoo3、smfeo3等。在另一个示例中，传感材料214可以是混合金属氧化物组合物，诸如，cuo-batio3、zno-wo3等。

可选地，传感器202可以被配置为非谐振电路。另外地或可选地，传感器202可以配置为谐振电路。例如，传感器202可以是如案卷号为285314-1us的名称为“systemsandmethodsforenvironmentsensing”的美国专利申请中描述的谐振电路，该申请的全部内容通过引用结合于此。

可选地，传感器202可以被配置为使用适用于测量所需一种或多种分析物的任何检测原理来操作。这种检测原理的非限制性示例包括非谐振阻抗传感器和谐振阻抗传感器、机电谐振传感器、场效应晶体管传感器、以及光子非谐振传感器和光子谐振传感器(这种传感器可以是多变量传感器)。

图3是wsn100的一个实施方式的远程系统108的示意图300。远程系统108包括控制器电路310、存储器304、显示器306、用户界面312和射频(rf)电路316。存储器304是被配置为存储从wsn100的一个或多个区域地点114获取的信息的电子存储设备。例如，存储器304可以包括从一个或多个传感器节点102接收的环境参数和周围环境参数、从气象站104接收的周围环境参数等。存储器204可以包括可以由控制器电路210访问的协议固件。协议固件可以为控制器电路210提供无线协议语法以组装数据分组、基于无线协议建立双向通信链路111-112、从数据分组划分数据等。协议语法可以包括关于由传感器节点102接收和/或发送的分组结构(例如，帧大小、分组规范、适当的比特数、频率等)的规范。存储器204可以包括闪速存储器、ram、rom、eeprom等。存储器304的内容可以由控制器电路310、rf电路316、显示器306等访问。

rf电路316可以被配置为处理和/或管理远程系统108与传感器节点102、wsn网关106等之间的双向通信链路。rf电路316由控制器电路310控制，并且可以支持一种或多种无线通信协议。例如，这些无线通信协议可以包括蓝牙低功耗、蓝牙、zigbee、wifi、802.11等。协议固件可以存储在由控制器电路310访问的存储器304中。协议固件为控制器电路310提供无线协议语法以组装数据分组、建立一个或多个双向通信链路113、和/或划分从wsn100的其他组件(例如，wsn网关106、气象站104、传感器节点102等)接收的数据。

控制器电路310被配置为控制远程系统108的操作。在各种实施方式中，控制器电路310被配置为分析从传感器节点102接收的阻抗响应，以确定一种或多种受关注分析物的环境参数。例如，控制器电路310沿着双向通信链路110、111、113(图1)接收由控制器电路210测量的传感器202的阻抗响应。控制器电路310分析在向一种或多种受关注分析物提供在传感器202的预定阈值内(例如，足够线性)的线性响应的频率处的传感器202的阻抗响应。控制器电路310还可以被配置为分析在向一种或多种分析物提供在传感器202的预定阈值内的非线性响应、单调响应或非单调响应的频率处的传感器202的阻抗响应。控制器电路310可以体现为基于一个或多个指令集(例如，软件)执行功能或操作的硬件，诸如，一个或多个处理器、控制器或其他基于逻辑的设备。硬件操作的指令可以存储在有形和非暂时性(例如，非瞬态信号)计算机可读存储介质(诸如，存储器304)上。可选地，可以将指示硬件操作的一个或多个指令集硬连线到硬件的逻辑中。

另外地或可选地，控制器电路310可以被配置为分析单个或多个频率处的传感器202的阻抗响应。控制器电路310的非限制性示例包括诸如sl900a(amsag)或ad5933(模拟设备)的专用集成电路(asic)、诸如矢量网络分析器minivnapro(迷你无线电解决方案)的微网络分析器等。

控制器电路310可以被配置为包括电流传感器以监测传感器202使用的电流，以及气流传感器以监测与传感器202相互作用的空气气流。

控制器电路310操作地耦接到显示器306和用户界面312。显示器306可以包括一个或多个液晶显示器(例如，发光二极管(led)背光)、有机发光二极管(oled)显示器、等离子显示器、crt显示器等。显示器306可以显示由显示器306从控制器电路310接收的基于传感器节点102接收的阻抗响应的受关注分析物的一个或多个环境参数、wsn100的一个或多个区域地点114的地理信息、图形用户界面的组件等。

用户界面312控制控制器电路510的操作，并且被配置为接收来自用户的输入。用户界面312可以包括键盘、鼠标、触摸板、一个或多个物理按钮等。

可选地，显示器306可以是触摸屏显示器，其包括用户界面312的至少一部分。例如，用户界面312的一部分可以对应于由控制器电路310生成的在显示器上显示的图形用户界面(gui)。gui可以包括可以由操作用户界面312(例如，触摸屏、键盘、鼠标)的用户来选择、操纵和/或启用的一个或多个界面组件。界面组件可以以不同的形状和颜色呈现，诸如，图形或可选择的图标、滑动条、光标等。可选地，一个或多个界面组件可以包括文本或符号，诸如，下拉菜单、工具栏、菜单栏、标题栏、窗口(例如，弹出窗口)等。另外地或可选地，一个或多个界面组件可以指示gui内用于输入或编辑信息(例如，患者信息、用户信息、诊断信息)的区域，诸如，文本框、文本字段等。

图4是用于检测wsn100内的一种或多种受关注分析物的方法400的一个实施方式的泳道图。例如，方法400可以采用或由本文中讨论的各种实施方式(例如，系统和/或方法)的结构或方面来执行。例如，方法400包括由存储器204、304、控制器电路210、310、传感器202等执行和/或对其进行改变的操作。在各种实施方式中，可以省略或添加某些操作，可以结合某些操作，可以同时执行某些操作，可以并发地执行某些操作，可以将某些操作分成多个操作，可以以不同的顺序执行某些操作，或者可以以迭代的方式重新执行某些操作或一系列操作。在各种实施方式中，该方法的部分、方面和/或变体能够用作一个或多个算法以引导硬件执行本文中描述的一个或多个操作。

从402处开始，传感器节点102的控制器电路210可以进入睡眠模式(例如，低功率模式、休眠模式、待机模式)。在睡眠模式期间，控制器电路210可以被配置为相对于不处于睡眠模式时减少传感器节点102使用的电流量。例如，在睡眠模式期间，传感器节点102的一个或多个组件(诸如，环境传感器212和/或rf电路216)不接收电力。

在404处，控制器电路210可以确定是否达到收集间隔。收集间隔可以是控制器电路210被配置为获得来自传感器202的一个或多个阻抗响应和/或来自环境传感器212的传感器测量信号的时间长度。收集间隔可以介于与控制器电路210进入睡眠模式时的持续时间相对应的睡眠间隔之间。例如，收集间隔的长度可以超过一分钟(例如，5-10分钟的范围)并且介于睡眠间隔之间(例如，长度为1-4小时的范围)。可以注意到，对于区域地点114内的每个传感器节点102，收集间隔和/或睡眠间隔可以类似和/或相同。

当控制器电路210确定达到收集间隔时，在406处，控制器电路210可以向传感器202施加刺激波形。结合图5，控制器电路210可以生成刺激波形504，该刺激波形由传感材料214利用与传感材料214接触的一对电极208-209来接收。刺激波形504传导通过电极208-209并由传感材料214接收。

图5是施加到传感器202的传感材料214的刺激波形504的图形说明500。刺激波形504可以由控制器电路210生成。刺激波形504可以是具有幅值(例如，电压、电流等)和动态频率的电刺激。例如，示出了沿着表示时间的水平轴502绘制的刺激波形504。随着时间的过去，控制器电路210可以调整(例如，增加、降低)刺激波形504的频率。例如，如图5中所示，控制器电路210可以在箭头506的方向上沿轴502增加刺激波形504的频率。在各种实施方式中，刺激波形504可以是啁啾(chirp)和/或扫频信号。

可选地，控制器电路210基于频率带宽来调整刺激波形504的频率范围。频率带宽可以是以传感器202(例如，配置为非谐振或谐振电路的一部分)的谐振频率为中心的限定频率范围。另外地或可选地，控制器电路210基于一个或多个扫描带宽来调整刺激波形504的频率范围。扫描带宽可以是作为传感器202的非谐振频率的频率范围。例如，当传感器202被配置为非谐振电路的一部分时，控制器电路210可以利用扫描带宽。

在408处，控制器电路210测量传感器202的阻抗响应。例如，控制器电路210可以从电极208-209接收由传感材料214生成的测量信号。测量信号表示与周围环境操作接触的传感材料214的阻抗响应。例如，测量信号可以具有由控制器电路210用来计算阻抗响应的电特性(例如，电压、电流、频率等)。

图6a至图6b示出了根据实施方式的对应于传感器202的实部和虚部阻抗响应602、604、652、654的测量响应600、650的图形说明。

例如，阻抗响应600(图6a)可以表示基于由控制器电路210生成的刺激波形504的被配置为非谐振传感器的传感器202的阻抗传感器响应。阻抗响应650(图6b)可以表示基于由控制器电路210生成的刺激波形的被配置为谐振传感器的传感器202的阻抗传感器响应。控制器电路210基于测量信号来测量阻抗响应600、650。例如，控制器电路210可以从与传感材料214接触的电极208-209接收测量信号。测量信号是由传感材料214响应于刺激波形504和传感材料214所暴露的周围环境而生成的电信号。测量信号表示传感材料214的阻抗响应。例如，测量信号可以具有由控制器电路210用来计算阻抗响应600、650的电特性(例如，电压、电流、频率等)。阻抗响应600、650被分成对应于阻抗响应600、650的实部阻抗zre(f)的实部602、652，和虚部阻抗zim(f)的虚部604、654。

在410处，控制器电路210可以测量来自环境传感器212的一个或多个传感器测量信号。例如，控制器电路210可以接收来自环境传感器212的传感器测量信号。基于传感器测量信号的电特性(例如，幅值、电压、频率、比特序列等)，控制器电路210可以确定表示周围环境参数的一个或多个值(例如，温度、湿度等)。

在412处，控制器电路210可以基于传感器测量信号来计算一个或多个周围环境参数(例如，温度、湿度等)。例如，基于传感器测量信号之一的电压，控制器电路210可以确定由环境传感器212测量的温度。

在414处，控制器电路210指示rf电路216发送阻抗响应和一个或多个周围环境参数。例如，控制器电路210可以基于存储在存储器204中的无线协议来形成数据分组。数据分组包括与阻抗响应相关联的信息(例如，图6a、图6b的阻抗响应600、650)，该阻抗响应包括对应于阻抗响应的实部阻抗zre(f)的阻抗响应的实部(例如，实部602、652)，以及虚部阻抗zim(f)的虚部(例如，虚部604、654)。另外地或可选地(例如，在后续和/或在前数据分组中)，数据分组包括与基于由环境传感器212生成的传感器测量信号的一个或多个周围环境参数(例如，温度、压力、湿度、风速值)相关联的信息。

由rf电路216发送的数据分组还可以包括时间戳。时间戳可以表示与rf电路216发送数据分组的时间相对应的wsn100的全球时间值。另外地或可选地，时间戳可以表示由控制器电路210测量阻抗响应和/或传感器测量信号的时间。全球时间值基于wsn100的网络时钟。例如，控制器电路210、310和气象站104均可以利用系统时钟。当建立双向通信链路110-113时，wsn100的组件可以利用诸如网络时间协议(ntp)、精确时间协议的时钟同步协议，基于全球定位系统将wsn100的组件内的系统时钟同步到被指定为网络时钟的系统时钟之一。例如，控制器电路210、310和/或气象站104可以执行ntp以将传感器节点102和气象站104的系统时钟对齐可以被指定为wsn100的网络时钟的远程系统108的系统时钟。

在收集间隔期间，控制器电路210可以重复操作406-414。在各种实施方式中，控制器电路210可以连续地重复操作406-414，直到收集间隔终止和/或到达睡眠间隔。执行操作的速率可以取决于控制器电路210的性能规范(例如，处理速度)。例如，控制器电路210可以被配置为每秒连续地收集和/或发送阻抗响应和一个或多个周围环境参数。

在416处，气象站104可以获得一个或多个周围环境参数(例如，风向和/或风速、温度、湿度等)。例如，气象站104可以利用邻近wsn100的传感器节点102的地理区域(诸如由区域地点114形成的区域)的气象站104的一个或多个传感器(例如，风速计)来确定风向和风速。

在418处，气象站104将一个或多个周围环境参数发送到远程系统108。例如，基于与双向通信链路112对应的无线协议，可以将一个或多个周围环境参数包括在数据分组中。由气象站104发送的数据分组还可以包括与由rf电路216发送的数据分组中包括的时间戳类似和/或相同的时间戳。可选地，气象站104可以不如图4中所示的基于收集间隔来连续地发送一个或多个周围环境参数。例如，气象站104可以连续地发送数据分组。另外地或可选地，气象站104可以周期性地发送一个或多个周围环境参数。例如，气象站104可以在与wsn100的传感器节点102类似和/或相同的收集间隔期间发送一个或多个周围环境参数。另外地或可选地，气象站104可以不包括在wsn100内。

在420处，rf电路316可以接收来自传感器节点102的测量(例如，阻抗响应、一个或多个周围环境参数)以及来自气象站104的一个或多个周围环境参数。例如，rf电路316可以经由双向通信链路110、111和113从传感器节点102接收测量。在另一示例中，rf电路316可以经由双向通信链路112-113从气象站104接收一个或多个周围环境参数。

控制器电路310可以基于从传感器节点102和气象站104接收的数据分组中包括的时间戳来对齐所接收的测量和一个或多个周围环境参数。通过对齐所接收的测量和一个或多个周围环境参数，控制器电路310可以使用时间戳来同步从传感器节点102和气象站104接收的数据。例如，控制器电路310可以将所接收的测量与具有相同时间戳和/或预定阈值内的时间戳的一个或多个周围环境参数进行匹配。

另外地或可选地，来自传感器节点102的测量(例如，阻抗响应、一个或多个周围环境参数)和来自气象站104的一个或多个周围环境参数的对齐可以在被rf电路316接收之前执行。例如，wsn网关106可以被配置为同步由传感器节点102和气象站104发送的数据分组。wsn网关106经由双向通信链路110-112接收由节点102和气象站104发送的数据分组。wsn网关106可以从具有相同时间戳和/或在预定阈值内的时间戳的接收到的数据分组中划分测量和一个或多个周围环境参数，以生成新的对齐的有效载荷。wsn网关106可以形成具有对齐的有效载荷的新数据分组，并且经由双向通信链路113将新数据分组发送到远程系统108。另外地或可选地，wsn网关106可以基于时间戳对接收到的数据分组进行分组，以对齐经由双向通信链路113连续发送到远程系统108的测量和一个或多个周围环境参数。

在421处，控制器电路310可以基于一个或多个周围环境参数(例如，温度、湿度)来调整阻抗响应。控制器电路310可以将周围环境参数与存储在存储器304中的调整数据库进行比较。调整数据库可以包括多个候选周围环境参数，每个候选周围环境参数具有有待由控制器电路310基于周围环境参数执行的相应的阻抗调整。当控制器电路310将周围环境参数与调整数据库匹配时，控制器电路310根据调整数据库内限定的调整来调整阻抗响应。例如，控制器电路310可以在调整数据库中匹配表示由环境传感器121测量的湿度的周围环境参数。基于湿度，控制器电路310可以根据调整数据库通过减小或增加阻抗来调整阻抗响应。

在422处，控制器电路310可以分析在提供传感材料214的线性响应的频率处的传感材料214的阻抗响应。例如，控制器电路310可以基于阻抗响应的实部(例如，fp、zp)和/或虚部(例如，f1、f2、fz、z1、z2)来计算一个或多个谱参数。控制器电路310可以被配置为分析谱参数，这些谱参数向受关注分析物提供传感材料214的线性响应(例如，如图7至图9中所示)并且至少部分地抑制干扰分析物(例如，不是受关注分析物的分析物)的影响。可选地，由控制器电路310计算的一个或多个谱参数可以是基于限定阻抗响应与受关注分析物的参数之间的线性关系的传递函数。

另外地或可选地，传感器节点102可以被配置为使用传感器的任何检测原理来操作，该检测原理适用于测量所需分析物或受关注分析物，而不利用非谐振和谐振阻抗检测原理，如图4所示。例如，这种检测原理可以包括机电谐振传感器、场效应晶体管传感器、光子非谐振传感器和光子谐振传感器等。可选地，这种传感器可以是多变量传感器。

作为非限制性示例，结合图7至图8，接收在不同浓度的受关注分析物下的传感材料214的阻抗响应。

图7a是由远程系统108的控制器电路310计算的谱参数702的图形说明700。例如，控制器电路310可以是具有两个输入(诸如，电容输入和电阻输入)的asic(例如，amssl900a)。谱参数702可以表示当传感器202连接到控制器电路310时在沿着表示时间的水平轴704绘制的电阻输入处的asic计数。传感器202随时间暴露于不同浓度的受关注分析物(例如，4.5ppm、9ppm、13ppm、18ppm、22ppm)并且在暴露于受关注分析物之间暴露于干燥空气以形成峰值710-714。由谱参数702的峰值710-714的线性度来表示基于暴露于不同浓度的受关注分析物(例如，甲烷气体)的谱参数702响应。峰值710-714中的每一个可以具有基于呈现给传感器202的受关注分析物的浓度的幅值。例如，峰值710的幅值小于峰值713的幅值表示峰值710的受关注分析物的浓度小于峰值713处的受关注分析物的浓度。

图7b是谱参数702的实施方式的峰值710的图形说明750。峰值710对应于图7b中所示的谱参数702的受关注分析物的最低浓度(例如，4.5ppm)。图形说明750示出了传感器202响应于对应于峰值710的最低受关注分析物的高信噪比。例如，表示为峰值710的幅值751的信号可以与包围具有大于1的信噪比的峰值710的区域752和753区分开。

图8a是由远程系统108的控制器电路310计算的谱参数802的图形说明800。例如，控制器电路310可以是asic(例如，ad5933)。谱参数802可以是沿着表示时间的水平轴804绘制的如由控制器电路310测量的传感器202的阻抗的实部。传感器202随时间暴露于不同浓度的受关注分析物(例如，17ppm、34ppm、52ppm、69ppm、86ppm、103ppm、121ppm、138ppm、155ppm、172ppm、190ppm、207ppm)并且在暴露于受关注分析物之间暴露于干燥空气，从而形成峰值810-821。由谱参数802的峰值810-821的线性度来表示基于暴露于不同浓度的受关注分析物(例如，甲烷气体)的谱参数802响应。峰值810-821中的每一个可以具有基于传感器202所暴露于的受关注分析物的浓度的幅值。例如，峰值810的幅值小于峰值813的幅值表示峰值810的受关注分析物的浓度小于峰值813处的受关注分析物的浓度。

图8b是谱参数802的实施方式的峰值810的图形说明850。峰值810对应于图8b中所示的谱参数802的受关注分析物的最低浓度(例如，17ppm)。图形说明850示出了传感器202响应于对应于峰值810的最低受关注分析物的高信噪比。例如，表示为峰值810的幅值851的信号可以与包围具有大于1的信噪比的峰值810的区域852和853区分开。

结合图9a和图9b，可以基于峰值960-964来限定校准曲线903。例如，控制器电路310可以分析具有线性响应的传感器节点102的传感器202的阻抗响应的谱参数952。

图9a是由传感器节点102的传感器202的控制器电路310计算的谱参数952的图形说明950。可选地，传感器202可以被配置为谐振传感器。谱参数902是沿表示时间的水平轴954绘制的峰值频率fp。以谐振模式操作的传感器202随时间暴露于不同浓度(例如，111ppm、222ppm、444ppm、667ppm、889ppm)的受关注分析物并且在暴露于受关注分析物之间暴露于干燥空气。

谱参数952响应基于由谱参数952的峰值960-964的线性度表示的对于不同浓度的受关注分析物(例如，甲烷气体)的暴露。峰值960-964中的每一个可以具有基于呈现给传感器202的受关注分析物的浓度的幅值。例如，峰值960的幅值小于峰值963的幅值表示峰值960的受关注分析物的浓度小于峰值963处的受关注分析物的浓度。结合图9b，可以基于峰值960-964来限定校准曲线903。

图9b是基于图9a中所示的谱参数952响应的传感器202的浓度曲线903的图形说明900。浓度曲线903由谱参数902构成，诸如，峰值960-964。例如，浓度曲线903基于峰值960-964的幅值由数据点908-912构成。可以注意到，浓度曲线903是线性的(例如，不是指数的)。该意外发现表明，传感器节点102的传感器202对谱参数952的受关注分析物(例如，甲烷气体)的响应测量产生高度线性响应。

根据实施方式，图形说明900表示传感器202的阻抗响应的特性与受关注分析物的参数的线性关系。阻抗响应的特性可以对应于沿着垂直轴906绘制的阻抗响应的实部的频率。受关注分析物的参数可以对应于传感器202的周围环境中的受关注分析物的浓度(例如，百万分率(ppm))。图形说明900包括多个数据点908-912。每个数据点908-912可以对应于在不同浓度的受关注分析物下的阻抗响应的实部的频率。例如，数据点908可以对应于904处的浓度，其中频率为阻抗响应的实部的905。在另一示例中，数据点909可以对应于918处的浓度，其中频率为阻抗响应的实部的914。

数据点908-912限定了传感器202在不同浓度下的阻抗响应的实部的频率的浓度曲线903的线性响应(例如，非幂律)。基于浓度曲线903的线性响应，控制器电路310可以限定传感器202的传递函数。

结合图10，控制器电路310可以分析阻抗响应的实部的幅值，其包括多种分析物(例如，水、甲烷、四氢呋喃、苯、乙酸乙酯、乙醇、甲苯等)。例如，谱参数1000可以响应于传感器节点102的传感器202单独暴露于不同的分析物(例如，蒸气)，作为介于每种分析物的暴露之间的分开而暴露于干燥空气。可以注意到，控制器电路310可以彼此并发地和/或同时地分析附加谱参数。例如，控制器电路310可以与阻抗响应的实部的阻抗的幅值并发地和/或同时地分析阻抗响应的实部的频率。

图10是根据实施方式的根据由远程系统108从传感器节点102接收的阻抗响应计算的谱参数1000的图形说明。谱参数1000可以对应于根据谐振阻抗响应的实部计算的阻抗幅值zp。沿垂直轴1002来绘制阻抗zp的幅值。图10中所示的谱参数1000显示出传感器202对不同分析物具有交叉敏感性。例如，基于与传感器202的传感材料214接触的周围环境的谱参数包括多个响应峰值1005-1011。每个峰值1005-1011可以对应于在传感器202的周围环境内检测到的不同分析物(例如，气体或蒸气)。例如，峰值1005-1011之一可以对应于水、甲烷、四氢呋喃、苯、乙酸乙酯、乙醇、甲苯等。

如图10中所描绘的，对不同气体或蒸气的响应zp具有不同的幅值。控制器电路310可以将频率峰值的频率与分析物参数数据库进行比较，以确定哪个频率峰值对应于受关注分析物。分析物参数数据库可以被存储在存储器304中。分析物参数数据库可以包括多种分析物，每种分析物具有对应的谱参数。例如，分析物参数数据库可以包括具有对应实际频率的多种分析物。控制器电路310可以利用包括1004处的频率的对应实际频率来识别分析物参数数据库内的受关注分析物。控制器电路310可以确定包括1004处的频率的频率峰值1006对应于受关注分析物，并且过滤和/或抑制对应于干扰和/或不受关注分析物的频率峰值1005、1007-1011。

另外地或可选地，结合图11，控制器电路310可以对由传感器节点102接收的使用谱参数fp、zp、f1、f2、z1和z2对多种分析物进行的阻抗响应执行多变量分析，并且使用主成分分析(pca)来处理这些输出。基于pca，控制器电路310可以消除挥发物(例如，不是受关注分析物的分析物)的影响，并且将对受关注分析物的准确响应提供到其唯一响应方向中，以确定受关注环境参数。

图11是多个谱参数的主成分分析的一个实施方式的图形说明1100。例如，图形说明1100由控制器电路310通过对根据传感器节点102接收的阻抗响应计算的谱参数fp、zp、f1、f2、z1和z2执行pca分析来计算。基于pca响应的多个输出1102-1109，控制器电路310可以利用其唯一响应方向来在不同分析物之间进行判别。多个输出1102-1109中的每一个对应于不同的分析物。例如，输出1102可以代表干燥空气(例如，没有分析物的控制)，输出1103可以代表水，输出1104可以代表苯，输出1105可以代表乙酸乙酯，输出1106代表四氢呋喃，输出1107可以代表乙醇，输出1108可以代表甲烷，并且输出1109可以代表甲苯。

在424处，控制器电路310可以基于阻抗响应来确定受关注环境参数。例如，控制器电路310可以利用存储在存储器304中的传递函数来确定传感器节点102的周围环境内的一种或多种受关注分析物的环境参数(例如，浓度)。传递函数可以存储在存储器304中，并且由控制器电路310利用，以基于根据阻抗响应计算的一个或多个谱参数来确定受关注分析物的特征(例如，受关注环境参数)。控制器电路310可以基于阻抗响应来比较谱参数(例如，峰值频率)以确定受关注环境参数(例如，受关注分析物的浓度)。例如，控制器电路310可以基于传感器节点102在图9的916处接收的阻抗响应来确定峰值频率。基于浓度曲线903的在916处的峰值频率，控制器电路310可以确定受关注环境参数(诸如，浓度)在920处。另外地或可选地，控制器电路310可以利用pca基于方向和/或位置基于阻抗响应来确定环境参数，如图11中所示。

在426处，控制器电路310可以确定受关注环境参数(例如，浓度)是否高于预定响应阈值。预定响应阈值可以是基于表示化学或物理危险的受关注环境参数的值，诸如，对应于远程地点114内的泄漏等。例如，控制器电路310可以将在424处确定的受关注环境参数与预定的响应阈值进行比较。

图12是对分析物的阻抗响应(例如，1201-1202)和对wsn系统100的传感器节点102之一的周围环境参数1203的响应的实施方式的图形说明。例如，阻抗响应可以包括基于由控制器电路210生成的刺激波形的阻抗响应的实部1201和虚部1202。图形说明1203中所示的周围环境参数1203可能已经由传感器节点102的环境传感器212获取。在表示时间的水平轴1204上绘制阻抗响应1201-1202和周围环境参数1203。对应于阻抗响应的传感器节点102(例如，实部和虚部1201-1202)可以被配置为检测受关注分析物，诸如甲烷。阻抗响应表示传感器节点102周期性地暴露于表示为阻抗响应1201-1202的峰值1210、1215的逐渐增加浓度的受关注分析物(例如，555.6ppm、1111ppm、1667ppm、2222ppm和2778ppm)。介于受关注分析物的暴露之间，传感器节点102暴露于表示为峰值1214、1217和1220的逐渐增加浓度的水蒸气作为干扰物(例如，百分之20和百分之40的相对湿度)，其中在暴露于水蒸气之间暴露于干燥空气。

另外地或可选地，阻抗响应的实部1201和虚部1202可以基于不同频率处的刺激波形(例如，在图4的406处)。例如，实部1201可以基于具有90khz频率的刺激波形，而虚部1202可以基于具有70khz频率的刺激波形。峰值1210具有略微非线性的响应1212，而峰值1216具有对应于受关注分析物的浓度增加的线性响应1215。另外地或可选地，阻抗响应可能受到刺激波形的频率的影响。例如，传感器节点102对受关注分析物(例如，甲烷)的阻抗响应的实部1201在90khz处可以是略微非线性的，而对水蒸气具有相对较大的响应，由峰值1214表示。在另一示例中，传感器节点对受关注分析物(例如，甲烷)的阻抗响应的虚部1202在70khz处可以是线性的，而对水蒸气具有相对较小的响应，由峰值1217表示。

周围环境参数1203可以表示邻近生成阻抗响应的传感器节点102的湿度。例如，环境传感器212可以被配置为测量湿度。周围环境参数1203包括一系列峰值1220，其对应于邻近传感器节点102的百分之20和百分之40的相对湿度的水蒸气浓度的增加。

图13a至图13b是wsn系统100的传感器节点102的实施方式的阻抗响应的图形说明1300、1350。每个阻抗响应表示对距受关注分析物的泄漏或源(例如，排气口)和传感器节点102不同距离的一种或多种受关注分析物(例如甲烷)的浓度的响应。沿表示时间的水平轴1302绘制阻抗响应。传感器节点102被定位成使得受关注分析物的源相对于传感器节点102的位置被配置为使得风可以在朝向传感器节点102的方向上输送受关注分析物(例如，泄漏的甲烷)。例如，图13a的图形说明1300可以描绘传感器节点102在距受关注分析物的泄漏或源91米的距离处的阻抗响应。该阻抗响应包括对应于在动态风变化期间对受关注分析物的检测的一系列峰值1304。

在另一示例中，图13b的图形说明1350可以描绘传感器节点102在距受关注分析物的泄漏或源213米的距离处的阻抗响应。该阻抗响应包括对应于在动态风变化期间对受关注分析物的检测的一系列峰值1352。图13a和图13b中所示的阻抗响应的技术效果示出了传感器节点102和传感器202在不同距离处检测一种或多种受关注分析物并将数据无线地传送到远程系统108的能力。

图14是wsn系统100的传感器节点102的阻抗响应1401和周围环境参数1402-1403的实施方式的图形说明。阻抗响应1401和周围环境参数1402-1403可以由wsn网关106接收。而且，阻抗响应1401和周围环境参数1402-1403可以由远程系统108经由一个或多个双向通信链路(例如，双向通信链路110-111、113)接收。在表示时间的水平轴1404上绘制阻抗响应1401和周围环境参数1402-1403。例如，在检测到受关注分析物时，传感器节点102的阻抗响应1401可能超过几个小时，表示现场测量。周围环境参数1402-1403可能已经由传感器节点102的环境传感器212获取。周围环境参数1402表示邻近传感器节点102的温度，并且周围环境参数1403表示湿度。例如，周围环境参数1402示出了在现场测量过程中邻近传感器节点102的周围环境温度从大约25摄氏度增加到大约35摄氏度。在另一示例中，周围环境参数1403示出了在现场测量过程中周围环境相对湿度从大约百分之83变化到大约百分之47。

对应于阻抗响应1401的传感器节点102可能已经被配置为检测受关注分析物，诸如甲烷。对应于阻抗响应1401的传感器节点102被定位成使得受关注分析物的源相对于传感器节点102的位置被配置为使得风可以在朝向传感器节点102的方向上输送受关注分析物(例如，泄漏的甲烷)。例如，一系列峰值1410表示由传感器节点102检测的受关注分析物的浓度。阻抗响应1401的技术效果示出了传感器节点102在由周围环境参数1402-1403表示的可变环境温度和湿度下的响应的稳定性。

在实施方式中，提供了一种传感器系统。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。

可选地，传感器节点包括与传感材料接触的至少一对电极，以及电耦接到至少一对电极的传感器节点的控制器电路。传感器节点的控制器电路可以被配置为生成用于经由至少一对电极施加到传感器的传感材料的刺激波形。另外地或可选地，传感器节点的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。

可选地，传感器节点包括通信电路，该通信电路被配置为将传感材料的阻抗响应无线地发送到远程系统。

可选地，传感器节点包括周围环境电源，该周围环境电源被配置为生成来源于邻近传感器节点的周围环境的电力。

可选地，传感器节点还包括环境传感器，该环境传感器被配置为获取邻近传感器节点的周围环境的一个或多个周围环境参数。控制器电路还可以被配置为接收一个或多个周围环境参数。另外地或可选地，一个或多个周围环境参数包括温度、压力和湿度中的至少一者。另外地或可选地，控制器电路还被配置为基于一个或多个周围环境参数来调整阻抗响应。

可选地，传感器节点还包括电流传感器或气流传感器。

可选地，传感器节点还包括用于在至少200摄氏度的温度下操作传感器的控制器。

可选地，该系统包括气象站，该气象站被配置为基于无线传感器网络的周围环境来获取一个或多个周围环境参数。控制器电路可以被配置为基于时间戳将一个或多个周围环境参数与阻抗响应对齐。

可选地，远程系统的通信电路和传感器节点的通信电路中的至少一者被配置为利用多个双向通信链路将传感器节点与远程系统通信地耦接。

可选地，控制器电路被配置为基于阻抗响应来计算一个或多个谱参数并且在受关注分析物的受关注环境参数高于预定阈值时警告用户。

在实施方式中，提供了一种传感器节点。该传感器节点包括具有传感材料的传感器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向远程系统发送阻抗响应。

可选地，传感器节点包括周围环境电源，该周围环境电源被配置为生成来源于邻近传感器节点的周围环境的电力。

可选地，控制器电路被配置为在收集间隔期间生成刺激波形，收集间隔介于睡眠模式之间。另外地或可选地，在睡眠模式期间，控制器电路被配置为相对于收集间隔减少由传感器节点利用的电流量。

可选地，传感器节点还包括电流传感器或气流传感器。

可选地，控制器电路被配置为在至少200摄氏度的温度下操作传感器节点。

可选地，传感器节点还包括环境传感器，该环境传感器被配置为获取邻近传感器节点的环境的一个或多个周围环境参数，并且控制器电路还被配置为接收一个或多个周围环境参数。另外地或可选地，一个或多个周围环境参数包括温度、压力和湿度中的至少一者。另外地或可选地，传感材料的阻抗响应是在一个或多个频率处测量的。另外地或可选地，传感材料的阻抗响应是使用专用集成电路来测量的。

可选地，传感器节点经由predix^tm软件平台无线或有线地连接到物联网和/或工业互联网，以用于资产优化、工业自动化、机器诊断、工业、医疗保健、制造和基础设施管理流程优化，从而考虑到识别趋势、预测故障和其他情况来监测资产生产性能。

在实施方式中，提供了一种方法(例如，用于检测一种或多种受关注分析物)。该方法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。

可选地，该方法包括基于时间戳将一个或多个周围环境参数与多个阻抗响应对齐。

如本文中所使用的，术语“模块”、“系统”、“设备”、“电路”或“单元”可以包括操作以执行一个或多个功能的硬件和/或软件系统和电路。例如，模块、单元、设备、电路或系统可以包括基于存储在有形和非暂时性计算机可读存储介质(诸如，计算机存储器)上的指令来执行操作的计算机处理器、控制器或其他基于逻辑的设备。可选地，模块、单元、设备、电路或系统可以包括基于硬连线逻辑和设备的电路来执行操作的硬连线设备。附图中所示的模块、单元、电路或系统可以表示基于软件或硬连线指令操作的硬件和电路、指示硬件执行操作的软件、或其组合。模块、系统、设备、电路或单元可以包括或表示包括和/或与一个或多个处理器(诸如，一个或多个计算机微处理器)连接的硬件电路(circuit)或电路(circuitry)。

如本文中所使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器中以供计算机执行的任何计算机程序，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。上述存储器类型仅是示例性的，并且因此不限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。

应理解的是，以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施方式(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不背离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明主题的教导。虽然本文中描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明主题的参数，但它们绝不是限制性的，而是示例性实施方式。在阅读以上描述后，许多其他实施方式对于本领域普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明主题的范围应该参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包含(including)”和“其中(inwhich)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中，(wherein)”的简明等同物。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。此外，所附权利要求的限制不是用装置加功能(means-plus-function)格式写的，并且不旨在基于35u.s.c.§112(f)来解释，除非并且直到此类权利要求限制明确使用后接无进一步结构的功能陈述的短语“用于……的装置”。

本书面描述使用示例来公开本发明主题的若干实施方式，包括最佳模式，并且还使本领域普通技术人员能够实践本发明主题的实施方式，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构要素，则这些其他示例旨在被包含在权利要求的范围内。

当结合附图阅读时，将更好地理解本发明主题的某些实施方式的前述描述。就附图示出各种实施方式的功能块的图而言，功能块不一定表示硬件电路之间的划分。因此，例如，一个或多个功能块(例如，处理器或存储器)可以在单个硬件中实现(例如，通用信号处理器、微控制器、随机存取存储器、硬盘等)。类似地，程序可以是独立程序、可以作为子程序合并到操作系统中、可以是安装的软件包中的功能等。各种实施方式不限于附图中所示的布置和手段。

如本文中所使用的，以单数形式叙述并且与词“一”或“一个”一起使用的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或操作，除非明确说明这种排除。此外，对本发明的“一个实施方式”的引用不旨在被解释为排除也包含所述特征的另外的实施方式的存在。此外，除非明确地说明情况相反，否则实施方式“包括(comprising)”、“包含(comprises)”、“含有(including)”、“包括有(includes)”、“具有(having)”或“带有(has)”具有特定属性的元件或多个元件可以包括不具有该属性的另外的这样的元件。