无线能量传输系统中的外来物检测的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求：2012年10月19日提交的美国临时专利申请号61/716,432；2013年8月16日提交的美国临时专利申请号61/866,703；以及2013年9月13日提交的美国临时专利申请号61/877,482的优先权。上面列出申请的整体公开被通过引用结合到本申请中。
本公开涉及无线能量传输和用于检测无线功率传输系统上的外来物碎屑（fod）的方法。
背景技术：
可使用例如在2010年5月6日作为us2010/010909445公开且题为“wirelessenergytransfersystems”的共同所有美国专利申请12/613,686、在2010年12月9日作为2010/0308939公开且题为“integratedresonator-shieldstructures”的美国专利申请12/860,375、在2012年3月15日作为2012/0062345公开且题为“lowresistanceelectricalconductor”的美国专利申请13/222,915、在2012年10月4日作为2012/0248981公开且题为“multi-resonatorwirelessenergytransferforlighting”的美国专利申请13/283,811中详述的多种已知辐射或远场以及无辐射或近场技术来无线地传输能量或功率，该申请的内容被通过引用结合到本文中。
技术实现要素：
一般地，在第一方面，本公开以无线功率传输系统为特征，其包括以至少一个谐振器为特征的电源、以至少一个谐振器为特征的功率接收机，其中，该功率接收机被配置成接收由电源无线地发射的电功率、以导电材料的一个或多个环路为特征的第一检测器，其中，该第一检测器被配置成基于电源与功率接收机之间的磁场而生成电信号、以导电材料为特征的第二检测器以及被耦合到第一和第二检测器的控制电子装置，其中，在系统的操作期间，控制电子装置被配置成：
测量第一检测器的电信号，
将第一检测器的测量电信号与用于第一检测器的基线电信息相比较以确定关于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的信息；
测量第二检测器的电信号，其中，第二检测器的电信号与第二检测器的电容有关；以及
将第二检测器的测量电信号与用于第二检测器的基线电信息相比较以确定关于活物体是否位于电源与功率接收机之间的信息。
系统的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
电源可以是交通工具充电站的部件。功率接收机可以是交通工具的部件。
由第一检测器生成的电信号可以包括电压和电流中的至少一个。第二检测器的电信号可以包括电压和电容中的至少一个。
当没有碎屑位于电源与功率接收机之间时，用于第一检测器的基线电信息可以对应于第一检测器的电信号。当没有活物体位于电源与功率接收机之间时，用于第二检测器的基线电信息可以对应于第二检测器的电信号。
确定关于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的信息可以包括将碎屑位于电源与功率接收机之间的可能性值与阈值值相比较。可以将控制电子装置配置成通过针对用于第一检测器的基线电信息计算均值和协方差矩阵并基于该均值和协方差矩阵来确定可能性值而确定可能性值。确定关于活物体是否位于电源与功率接收机之间的信息可以包括将第二检测器的测量电信号与阈值值相比较。
第一检测器可以包括至少位于电源与功率接收机之间的第一平面中的导电材料的多个环路。第二检测器可以包括至少位于电源与功率接收机之间的第二平面中的一定长度的导电材料。第一和第二平面可以是平行的。第一和第二平面可以是同一平面。
由电源在第二平面中生成的磁场可以具有半峰全宽截面分布，并且在第二平面中环绕第二检测器的最小尺寸的圆形周界具有为半峰全宽截面分布的100%或更多（例如，110%或更多、120%或更多、130%或更多、140%或更多、150%或更多、175%或更多、200%或更多）的封闭区。
导电材料的长度可以在第二平面中形成蛇形路径。导电材料的长度可以包括基本上在公共方向上延伸的多个段，并且各段中的至少某些之间的间距可以在垂直于公共方向的方向上改变。由电源在第二平面的第一区域中生成的磁通量密度可以大于第二平面的第二区域中的磁通量密度，并且第一区域中的连续段之间的间距可以比在第二区域中小。
第一检测器可以包括在第一平面中相互间隔开的多个环路，并且相邻环路之间的间距可以改变。由电源在第一平面的第一区域中生成的磁通量密度可以大于第一平面的第二区域中的磁通量密度，并且相邻环路之间的间距可以在第一区域中比在第二区域中小。第一和第二平面可以位于与电源相比更接近于功率接收机。
功率接收机的至少一个谐振器的总截面面积可以是由电源在功率接收机的位置处生成的磁场的半峰全宽截面面积的80%或更多（例如，90%或更多，100%或更多，120%或更多，140%或更多，150%或更多，175%或更多）。
可以将电源配置成向功率接收机传输1kw或更多（例如，2kw或更多、3kw或更多、4kw或更多、6kw或更多、8kw或更多、10kw或更多、15kw或更多、20kw或更多）的功率。
可以将电源配置成以多个不同的能量传输速率向功率接收机传输功率。可以将控制电子装置配置成：
将电源调整成以多个不同能量传输速率中的所选的一个来传输功率；以及
获得对应于所选能量传输速率的基线电信息。
获得基线电信息可以包括从电子存储单元取回该信息。可以将控制电子装置配置成通过以下各项来测量基线电信息：
在没有碎屑在电源附近的情况下激活电源以生成通过第一检测器的磁通量；以及
响应于磁通量而测量第一检测器的电信号。可以将控制电子装置配置成激活电源并在电源和功率接收机至少部分地对准的情况下测量第一检测器的电信号。可以将控制电子装置配置成激活电源并在在电源与功率接收机之间不发生功率传输的情况下测量第一检测器的电信号。
可以将电源配置成在电源与功率接收机之间的位置处生成至少6.25µt（例如，至少7µt、至少8µt、至少10µt、至少15µt、至少20µt、至少30µt、至少50µt）的磁通量。
第一检测器可以包括多个环路，并且可以将控制电子装置配置成测量由多个环路中的至少某些生成的电信号，以基于测量电信号来确定关于电源与功率接收机之间的不对准的信息。多个环路中的至少某些可以邻近于电源的边缘定位。可以将控制电子装置配置成通过比较由多个环路中的所述至少某些生成的电信号来确定关于不对准的信息。
可以将控制电子装置配置成使得如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值，则控制电子装置中断电源与功率接收机之间的无线功率传输。可以将控制电子装置配置成使得如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值，则控制电子装置减小电源与功率接收机之间的能量传输速率。可以将控制电子装置配置成使得如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值，则控制电子装置向无线功率传输系统的用户提供警告指示器。
可以将控制电子装置配置成使得如果第二检测器的测量电信号超过阈值值，则控制电子装置中断电源与功率接收机的的无线功率传输功率。可以将控制电子装置配置成使得如果第二检测器的测量电信号超过阈值值，则控制电子装置减小由电源生成的磁场的量值。可以将控制电子装置配置成使得如果第二检测器的测量电信号超过阈值值，则控制电子装置向无线功率传输系统的用户提供警告指示器。
电源中的每个谐振器可以是具有谐振频率f=ω/2π、固有损耗率γ以及q因数q=ω/(2γ)的电磁谐振器，并且用于电源中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于100。电源中的每个谐振器可以具有定义谐振频率f的电容和电感。用于电源中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于300。
功率接收机中的每个谐振器可以是具有谐振频率f=ω/2π、固有损耗率γ以及q因数q=ω/(2γ)的电磁谐振器，并且用于功率接收机中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于100。功率接收机中的每个谐振器可以具有定义谐振频率f的电容和电感。用于功率接收机中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于300。
系统的实施例还可以适当地以任何组合的方式包括这里公开的其它特征中的任何特征。
在另一方面，本公开以方法为特征，该方法包括
测量由第一检测器生成的电信号，该第一检测器以位于无线功率传输系统中的电源与功率接收机之间的导电材料的一个或多个环路为特征，
将由第一检测器生成的测量电信号与用于第一检测器的基线电信息相比较以确定关于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的信息，
测量由以导电材料为特征的第二检测器生成的电信号，其中，第二检测器的电信号与第二检测器的电容有关，以及
将由第二检测器生成的测量电信号与用于第二检测器的基线电信息相比较以确定关于活物体是否位于电源与功率接收机之间的信息。
方法的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
功率接收机可以是交通工具的部件，并且该方法可以包括使用电源来向交通工具传输电功率。当没有碎屑位于电源与功率接收机之间时，用于第一检测器的基线电信息可以对应于第一检测器的电信号。当没有活物体位于电源与功率接收机之间时，用于第二检测器的基线电信息可以对应于第二检测器的电信号。
确定关于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的信息可以包括将碎屑位于电源与功率接收机之间的可能性值与阈值值相比较。该方法可以包括通过针对用于第一检测器的基线电信息计算均值和协方差矩阵并基于该均值和协方差矩阵来确定可能性值而确定可能性值。确定关于活物体是否位于电源与功率接收机之间的信息可以包括将第二检测器的测量电信号与阈值值相比较。
该方法可以包括使用电源来向功率接收机传输1kw或更多（例如，2kw或更多、3kw或更多、4kw或更多、6kw或更多、8kw或更多、10kw或更多、15kw或更多、20kw或更多）的功率。
可以将电源配置成以多个不同的能量传输速率向功率接收机传输功率，并且该方法可以包括将电源调整成以多个不同能量传输速率中的所选的一个来传输功率，并且获得对应于所选能量传输速率的基线电信息。获得基线电信息可以包括从电子存储单元取回该信息。
该方法可以包括在在电源附近没有碎屑的情况下激活电源以通过第一检测器生成磁通量；以及响应于所述磁通量而测量第一检测器的电信号以获得用于第一检测器的基线电信息。该方法可以包括激活电源并在电源和功率接收机至少部分地对准的情况下测量第一检测器的电信号。该方法可以包括激活电源并在在电源与功率接收机之间不发生功率传输的情况下测量第一检测器的电信号。
该方法可以包括在电源与功率接收机之间生成6.25µt或更多（例如，7µt或更多、8µt或更多、10µt或更多、15µt或更多、20µt或更多、30µt或更多、50µt或更多）的磁通量。
该方法可以包括测量由第一检测器的多个环路生成的电信号，并基于测量电信号来确定关于电源与功率接收机之间的不对准的信息。该方法可以包括通过比较由多个环路生成的电信号来确定关于不对准的信息。
该方法可以包括如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值、则中断电源与功率接收机之间的无线功率传输。该方法可以包括如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值、则减小电源与功率接收机之间的能量传输速率。该方法可以包括如果对应于碎屑是否位于电源与功率接收机之间的可能性值超过阈值值、则提供警告指示器。
该方法可以包括如果第二检测器的测量电信号超过阈值值、则中断电源与功率接收机之间的无线功率传输。该方法可以包括如果第二检测器的测量电信号超过阈值值、则减小电源与功率接收机之间的能量传输速率。该方法可以包括如果第二检测器的测量电信号超过阈值值、则提供警告指示器。
该方法还可以适当地以任何组合的方式包括本文公开的其它步骤和/或特征中的任何步骤和/或特征。
在另一方面，本公开以一种用于检测碎屑和活物体的装置为特征，该装置包括以导电材料的一个或多个环路为特征的第一检测器，其中，该第一检测器被配置成基于无线功率传输系统的电源和功率接收机之间的磁场来生成电信号、以导电材料为特征的第二检测器以及被耦合到第一和第二检测器的控制电子装置，其中，在无线功率传输系统的操作期间，该控制电子装置被配置成：
测量第一检测器的电信号；将第一检测器的测量电信号与用于第一检测器的基线电信息相比较以确定关于碎屑是否位于无线功率传输系统的电源与功率接收机之间的信息；测量第二检测器的电信号，其中，第二检测器的电信号与第二检测器的电容有关；以及将第二检测器的测量电信号与用于第二检测器的基线电信息相比较以确定关于活物体是否位于无线功率传输系统的电源与功率接收机之间的信息。
该装置的实施例可以包括在本文公开的任何特征，适当地以任何组合的方式包括在这里结合任何系统公开的任何特征。
在另一方面，本公开以无线功率传输系统为特征，其包括以至少一个谐振器为特征的电源、以至少一个谐振器为特征的功率接收机，其中，该功率接收机被配置成接收由电源无线地发射的电功率、位于电源与功率接收机之间的检测器，其中，所述检测器被配置成基于电源与功率接收机之间的磁场而生成电信号、以及被耦合到电源和检测器的控制电子装置，其中，该控制电子装置被配置成：激活电源以在电源与功率接收机之间生成磁场；测量检测器的电信号；以及通过将基线信息与测量电信号相比较来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间，其中，当没有碎屑位于电源与功率接收机之间时，所述基线信息包括关于由检测器生成的电信号的信息，并且其中，控制电子装置被配置成通过确定用于基线信息的均值和协方差矩阵并基于该均值和协方差矩阵来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间而将基线信息与测量信号相比较。
系统的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
可以将控制电子装置配置成基于均值和协方差矩阵来计算碎屑位于电源与功率接收机之间的可能性值。可以将控制电子装置配置成基于该可能性值来计算碎屑位于电源与功率接收机之间的在0和1之间的概率值。可以将控制电子装置配置成通过将可能性值与阈值可能性值相比较来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间。
可以将控制电子装置配置成获得基线信息。可以将控制电子装置配置成通过从电子存储单元取回信息来获得基线信息。可以将控制电子装置配置成通过在没有碎屑在电源附近的情况下激活电源以生成通过检测器的磁通量并响应于该磁通量测量检测器的电信号而获得基线信息。可以将控制电子装置配置成激活电源并在电源和功率接收机至少部分地对准的情况下测量检测器的电信号。可以将控制电子装置配置成激活电源并在在电源与功率接收机之间不发生功率传输的情况下测量检测器的电信号。
基线信息可以包括关于对应于系统的不同操作状态的由检测器生成的电信号的信息。不同的操作状态可以对应于电源与功率接收机之间的不同能量传输速率。不同的操作状态对应于电源与功率接收机之间的不同对准。不同的操作状态可以对应于沿着与由电源的所述至少一个谐振器定义的平面垂直的方向测量的电源与功率接收机之间的不同间距。
可以将控制电子装置配置成通过响应于磁通量而多次测量检测器的电信号来获得基线信息，并且均值和协方差矩阵可以包括来自电信号的多个测量结果的贡献。可以将控制电子装置配置成生成对应于不同操作状态中的每一个的均值和协方差矩阵。可以将控制电子装置配置成通过将检测器的测量电信号与对应于不同操作状态中的每个的均值和协方差矩阵相比较来确定系统的操作状态。
电源可以是交通工具充电站的部件。功率接收机可以是交通工具的部件。
由检测器生成的电信号可以包括电压和电流中的至少一个。检测器可以包括位于电源与功率接收机之间的导电材料的多个环路。所述多个环路可以在平面中相互间隔开，并且相邻环路之间的间距可以改变。
由电源在平面的第一区域中生成的磁通量密度可以大于平面的第二区域中的磁通量密度，并且相邻环路之间的间距可以在第一区域中比在第二区域中更小。
检测器可以被定位成比电源更接近于功率接收机。功率接收机的所述至少一个谐振器的总截面面积可以是由电源在功率接收机的位置处生成的磁场的半峰全宽截面面积的80%或以上（例如，90%或以上、100%或以上、120%或以上、140%或以上、150%或以上、175%或以上）。
电源被配置成向功率接收机传输1kw或更多（例如，2kw或更多、3kw或更多、4kw或更多、6kw或更多、8kw或更多、10kw或更多、15kw或更多、20kw或更多）的功率。
可以将控制电子装置配置成将测量信号与对应于系统操作状态的基线信息的一部分相比较。
可以将电源配置成在电源与功率接收机之间生成6.25µt或更多（例如，7µt或更多、8µt或更多、10µt或更多、15µt或更多、20µt或更多、30µt或更多、50µt或更多）的磁通量。
检测器可以包括导电材料的多个环路，每个被配置成当电源生成磁场时生成电信号，并且可以将控制电子装置配置成测量由所述多个环路中的至少某些生成的电信号，并基于测量的电信号来确定关于电源与功率接收机之间的不对准的信息。多个环路中的至少某些可以邻近于电源的边缘定位。可以将控制电子装置配置成通过比较由多个环路中的所述至少某些生成的电信号来确定关于不对准的信息。可以将控制电子装置配置成使得如果碎屑位于电源与功率接收机之间，则控制电子装置中断电源与功率接收机之间的无线功率传输。
可以将控制电子装置配置成使得如果碎屑位于电源与功率接收机之间，则控制电子装置减小电源与功率接收机之间的能量传输速率。可以将控制电子装置配置成使得如果碎屑位于电源与功率接收机之间，则控制电子装置向无线功率传输系统的用户提供警告指示器。
电源中的每个谐振器可以是具有谐振频率f=ω/2π、固有损耗率γ以及q因数q=ω/(2γ)的电磁谐振器，并且用于电源中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于100。电源中的每个谐振器可以具有定义谐振频率f的电容和电感。
用于电源中的谐振器中的至少一个的q因数可以大于300。
系统的实施例还可以适当地以任何组合的方式包括本文公开的其它特征中的任何特征。
在另一方面，本公开以方法为特征，该方法包括激活电源以在无线功率传输系统的电源与功率接收机之间生成磁场；测量由位于电源与功率接收机之间的检测器生成的电信号，以及通过将基线信息与测量电信号相比较来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间，
其中，当没有碎屑位于电源与功率接收机之间时，所述基线信息包括关于由检测器生成的电信号的信息，并且其中，将基线信息与测量信号相比较包括确定用于基线信息的均值和协方差矩阵，并且基于均值和协方差矩阵来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间。
方法的实施例可以包括以下特征中的任何一个或多个。
该方法可以包括基于均值和协方差矩阵来确定碎屑位于电源与功率接收机之间的可能性值。该方法可以包括基于该可能性值来确定碎屑位于电源与功率接收机之间的在0和1之间的概率值。该方法可以包括通过将可能性值与阈值可能性值相比较来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间。
该方法可以包括通过从电子存储单元取回信息来获得基线信息。该方法可以包括通过在没有碎屑在电源附近的情况下激活电源以生成通过检测器的磁通量并响应于该磁通量测量检测器的电信号而获得基线信息。该方法可以包括激活电源并在电源和功率接收机至少部分地对准的情况下测量检测器的电信号。该方法可以包括激活电源并在在电源与功率接收机之间不发生功率传输的情况下测量检测器的电信号。
基线信息可以包括关于对应于系统的不同操作状态的由检测器生成的电信号的信息。不同的操作状态可以对应于电源与功率接收机之间的不同能量传输速率、电源与功率接收机之间的不同对准以及沿着与由电源的所述至少一个谐振器定义的平面垂直的方向测量的电源与功率接收机之间的不同间距中的至少一个。该方法可以包括通过响应于磁通量而多次测量检测器的电信号来获得基线信息，其中，均值和协方差矩阵包括来自电信号的多个测量结果的贡献。
该方法可以包括生成对应于不同操作状态中的每一个的均值和协方差矩阵。该方法可以包括通过将检测器的测量电信号与对应于不同操作状态中的每个的均值和协方差矩阵相比较来确定系统的操作状态。
该方法可以包括使用电源来向交通工具中的功率接收机传输电功率。该方法可以包括使用电源来向功率接收机传输1kw或更多（例如，2kw或更多、3kw或更多、4kw或更多、6kw或更多、8kw或更多、10kw或更多、15kw或更多、20kw或更多）的功率。
该方法可以包括将测量信号与对应于系统操作状态的基线信息的一部分相比较。
该方法可以包括使用电源在电源与功率接收机之间生成6.25µt或更多（例如，7µt或更多、8µt或更多、10µt或更多、15µt或更多、20µt或更多、30µt或更多、50µt或更多）的磁通量。
该方法可以包括如果碎屑位于电源与功率接收机之间、则中断电源与功率接收机之间的无线功率传输。该方法可以包括如果碎屑位于电源与功率接收机之间、则减小电源与功率接收机之间的能量传输速率。该方法可以包括如果碎屑位于电源与功率接收机之间、则提供警告指示器。
该方法的实施例还可以适当地以任何组合的方式包括本文公开的其它步骤或特征中的任何步骤或特征。
在另一方面，本公开以一种用于检测碎屑的装置为特征，该设备包括检测器以及被耦合到检测器的控制电子装置，其中，该检测器被配置成使得当检测器位于无线功率传输系统的电源与功率接收机之间时，检测器基于电源与功率接收机之间的磁场来生成电信号，其中，所述控制电子装置被配置成：响应于电源与功率接收机之间的磁场而测量检测器的电信号；以及通过将基线信息与测量电信号相比较来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间，
其中，当没有碎屑位于电源与功率接收机之间时，所述基线信息包括关于由检测器生成的电信号的信息，并且其中，控制电子装置被配置成通过确定用于基线信息的均值和协方差矩阵并基于该均值和协方差矩阵来确定碎屑是否位于电源与功率接收机之间而将基线信息与测量信号相比较。
该装置的实施例可以包括本文公开的特征中的任何特征，适当地以任何组合的方式包括本文结合系统中的任何系统公开的特征中的任何特征。
根据示例性和非限制性实施例，外来物碎屑检测系统可使用磁场传感器和/或重力梯度仪来测量无线能量传输系统的谐振器周围的电磁场中的扰动。传感器和/或重力梯度仪可位于无线能量传输系统的电磁场中。可将传感器和/或重力梯度仪定位成基本上覆盖应在其上面检测fod的区域。在用于交通工具的无线功率传输系统的实施例中，在其上面应检测fod的区域可包括交通工具的底侧的区域或交通工具的整个底侧或者比交通工具的底侧更大的区域或者可能不在交通工具的底侧下面的区域。传感器和/或重力梯度仪可包括形成环路的导线和/或印刷导体迹线的环路，8字环路，和/或包括一个环路或多个环路的结构，其生成与穿过由一个和/或多个环路封闭的表面区域的磁通量的量成比例的电信号。可将一个和/或多个环路连接到高输入阻抗读出电路。该读出电路可测量电压和/或电流和/或环路中的电压和/或电流的相对相位。在实施例中，一种系统可包括多层环路以增加fod的检测概率。在实施例中，可将环路设计成在不显著地影响无线功率传输系统的特性的情况下操作，该特性诸如谐振器的扰动品质因数、能量传输的效率、传输的功率量、由系统生成的热量等。
在本公开中，应理解的是重力梯度仪是一种类型的传感器。重力梯度仪可包括一个或多个检测器。例如，可以使用一个或多个检测器来检测检测器周围的磁场通量。
根据示例性和非限制性实施例，外来物碎屑检测系统可使用电场传感器和/或重力梯度仪来测量无线能量传输系统的谐振器周围的电场中的扰动。传感器和/或重力梯度仪可位于无线能量传输系统的电磁场中。传感器和/或重力梯度仪可包括各长度的导线和/或印刷导体迹线和/或任何类型的导电路径，并且其可包括单个或多个导电路径。可将一个或多个导电路径构造成基本上覆盖可能需要在该处检测fod的区域。在实施例中，电场传感器可以是向后行进的单个导电路径并跨fod表面形成，并且在另一实施例中，可存在多个基本上直的导电路径，其穿过fod表面并被单独地或者在并联电连接之后和/或以复用方式感测。可将电场传感器和/或重力梯度仪连接到高输入阻抗读出电路。读出电路可测量传感器中的电压和/或电流和/或电压和/或电流的相对相位。在实施例中，一种系统可包括多层传感器以增加fod的检测概率。在实施例中，可将传感器设计成在不显著地影响无线功率传输系统的特性的情况下操作，该特性诸如谐振器的扰动品质因数、能量传输的效率、传输的功率量、由系统生成的热量等。
根据示例性和非限制性实施例，提供了可包括至少一个外来物碎屑检测系统的无线能量传输系统。该系统可包括被配置成生成振荡磁场的至少一个无线能量传输源。可由位于振荡电磁场中的场传感器来检测外来物碎屑。可使用读出电路来测量场传感器的电压和/或电流，并且可使用基于来自传感器的读数的反馈环路来控制无线能量源的参数。
在本公开中，使用fod来指代外来物碎屑。应理解的是可将检测fod称为外来物检测和/或活物体检测（lod）。在行业中，将检测活物体称为lod而不是fod正变得更加常见，但是一般地还认识到fod包括多种材料和物体。在本公开中，应理解的是外来物可包括活物体。因此，虽然使用术语“fod”和“lod”两者，但应理解的是可将lod视为检测fod。关于检测fod公开的技术可应用于lod，并且反之亦然。例如，可使用fod传感器作为lod传感器，并且用于使用fod传感器的方法可应用于lod传感器。此外，在本公开中，“活物体”是至少部分地由活有机组织（例如，细胞）构成的物体。活物体可以是整个有机体（例如，人类、动物、植物）。活物体还可以是有机体的一部分（例如，人类、动物或植物的一个或多个肢体或身体部分）。活物体还可以包括至少部分地由曾经是活的但现在死了的有机组织（例如，树的枝干、动物的身体）构成的物体（或其一部分）。
附图说明
图1是示出了具有提供被动fod缓解的谐振器盖的谐振器的侧视图的示意图。
图2是示出了可用作单个场传感器且可形成为感测由两个单个场环路捕捉的磁通量中的差的重力梯度仪的两个导线环路的示意图。
图3a是示出了被布置成具有相对的磁偶极的两个小导体环路的双叶配置的示意图（此类结构可称为磁四极）；图3b是示出了对准磁四极的4叶配置的示意图；图3c是示出了相对四极的4叶配置的示意图，有时称为八极；并且图3d是示出了在线性维度上延伸的4叶配置的示意图。在相对参考系中，“+”和“-”符号指示每个环路的磁偶极的方向。
图4a是示出了包括具有基本上正方形形状以实现高面积填充因数的环路的fod检测器阵列的示意图；并且图4b是示出了具有两个偏移阵列、可用来消除盲点的布置的实施例的示意图。
图5是示出了连接到读出电路的示例性fod检测器的示意图。
图6是示出了被连接到读出电路的示例性fod检测器阵列的示意图。
图7是示出了连接到读出电路的fod检测器阵列和同步或参考环路的示意图。
图8是示出了fod检测器环路的示例性实施例的示意图。
图9a—9c是示出了来自8字重力梯度仪传感器的电压测量曲线的图表。
图10是示出了示例性ev充电器系统的框图的示意图。
图11a—c是示出了具有不同形状的不对称传感器的示意图。
图12是示出了fod传感器的对称布置的示意图。
图13是示出了fod传感器的不对称布置的示意图。
图14是示出了fod传感器的另一不对称布置的示意图。
图15是示出了fod传感器的另一不对称布置的示意图。
图16是示出了fod检测传感器板的示例性布局的示意图。
图17是示出了具有屏蔽迹线的fod检测传感器板的示例性布局的示意图。
图18a—18f是示出了传感器的不同布置的示意图。
图19a—19e是示出了传感器的不同布置的示意图。
图20a—20c是示出了传感器的不同布置的示意图。
图21a—21d是示出了传感器的不同布置的示意图。
图22是示出了fod传感器的布置的示意图。
图23是示出了用于使用场传感器来检测高场的一系列步骤的流程图。
图24是示出了用于独立fod检测的一系列步骤的流程图。
图25是示出了用于实现fod检测系统的不同操作模式的一系列步骤的流程图。
图26是组合外来物碎屑和活物体碎屑检测系统的实施例的示意图。
图27是包括用于检测外来物碎屑和/或活物体碎屑的计算机系统的控制电子装置的实施例的示意图。
图28是示出了无线功率传输系统的示例性布置的示意图。
图29是示出了源线圈与设备线圈之间的示例性对准的示意图。
图30是由fod传感器板获得的模拟结果的图。
图31是被减去基线图案的图30中所示的模拟结果的图。
图32是具有重新缩放（rescale）色彩条的模拟结果的图。
图33是由fod传感器板获得的模拟结果的图。
图34是被减去基线图案的图33中所示的模拟结果的图。
图35是具有重新缩放色彩条的模拟结果的图。
图36是用fod传感器板获得的模拟结果的图。
图37是用fod传感器板获得的模拟结果的图。
图38是具有重新缩放色彩条的模拟结果的图。
图39是被减去基线图案的图37中所示的模拟结果的图。
图40是无线功率传输系统4000的示意图。
图41是用fod传感器板获得的模拟结果的图。
图42是源的示意图。
图43a是lod传感器布置的示意图。
图43b是lod传感器的示意图。
图44是用图表示两个传感器的示例性测量结果的图的示意图。
图45是源的示意图。
应理解的是附图示出了示例性实施例，即使其未被明确地叙述成是示例性的。
具体实施方式
依赖于两个耦合谐振器之间的振荡磁场的无线功率传输系统可能是高效、无辐射且安全的。被插在谐振器之间的非磁性和/或非金属物体可能基本上不与被用于无线能量传输的磁场相互作用。在某些实施例中，无线功率传输系统的用户可能希望检测这些“外来物”的存在，并且可能希望控制、关小、关掉、警告等无线功率传输系统。插在谐振器之间的金属物体和/或其它物体可以以引起金属和/或其它物体扰乱无线能量传输和/或显著地加热的方式与无线功率传输系统的磁场相互作用。在某些实施例中，无线功率传输系统的用户可能希望检测这些“外来物”的存在，并且可能希望控制、关小、关掉、警告等无线功率传输系统。在某些实施例中，用户可检测无线功率传输系统的加热，并且控制、关小、关掉、设置系统的警报以用于进行安全操作。例如在2012年9月10日提交且题为“foreignobjectdetectioninwirelessenergytransfersystems”的共同所有美国专利申请13/608,956、在2011年9月9日提交且题为“foreignobjectdetectioninwirelessenergytransfersystems”的美国临时申请61/532,785、在2010年10月6日提交且题为“vehiclechargersafetysystemandmethod”的美国专利申请12/899,281和在2009年9月25日提交且题为“wirelessenergytransfersystems”的美国专利申请12/567,716中描述了用于无线功率传输、检测外来物的存在或检测无线功率传输系统的加热的技术，其内容通过引用而被并入。
位于无线功率传输系统附近的外来物碎屑（fod）可以是有益的和/或可以有益的方式与被用于能量传输的场相互作用。有益fod的示例可包括灰尘、沙、树叶、细枝、雪、油脂、油、水以及可能并未显著地与低频磁场相互作用的其它物质。在实施例中，fod可包括可以以有益方式与被用于无线功率传输的场相互作用但是可能由于感知的危险或出于警告的占优势而被限制进入非常接近于无线传输系统的谐振器的区域的物体。这种类型的fod的常见示例是可能希望在无线交通工具充电系统的谐振器和/或谐振器线圈之间睡觉的猫。虽然不太可能，但某些人可感知人类（尤其是孩子）使其自己位于高功率系统中的谐振器之间的可能性，在那里人类暴露效应可超过某些暴露指南和规则。在某些情况下，人类、动物、有机材料等可以是无线功率传输系统中的fod的一个类型。在某些实施例中，可将诸如猫和人之类的活物体的检测称为活物体检测（lod）。在实施例中，某些fod可以以可扰乱被用于能量传输的谐振器的特性、可阻止或减小被用于能量传输的磁场或者可创建火灾和或燃烧危险的方式与磁场相互作用。在某些应用中，特殊的预防可能是必要的以避免易燃的金属物体在高功率充电期间变得足够热而点燃。某些金属物体可以加热并具有足够的热容而对可能在其仍然是热的同时将其拾起的人造成烧伤或不适。示例包括工具、线圈、金属片、苏打水罐、钢丝棉、食品（口香糖、碎肉夹饼等）包装纸、具有金属箔的香烟包装等。
因此，所需要的事物是用于检测或缓解无线功率传输系统附近的fod的影响的方法和设计。
可以将用于缓解fod风险的方法分类为被动缓解技术和主动缓解技术。被动缓解技术可用来防止fod进入或保持在高电磁场（例如，磁场、电场）的区域中。被动缓解技术可降低fod与电磁场危险地相互作用的可能性。可使用主动缓解技术来检测fod的存在并对其进行反应。
在本公开中，从一个线圈（例如，谐振器线圈）到另一线圈（例如，另一谐振器线圈）的“无线能量传输”指的是传输能量以做有用功（例如，机械功），诸如对电子设备、交通工具供电、点亮灯泡或对电池充电。类似地，从一个线圈（例如，谐振器线圈）到另一线圈（例如，另一谐振器线圈）的“无线功率传输”指的是传输功率以做有用功（例如，机械功），诸如对电子设备、交通工具供电、点亮灯泡或对电池充电。无线能量传输和无线功率传输两者指的是提供否则将通过到电源的连接（诸如到主电压源的连接）来提供的工作功率的能量传输（或者等价地，传送）。因此，用以上理解，在本公开中可互换地使用措辞“无线能量传输”和“无线功率传输”。还应理解的是“无线功率传输”和“无线能量传输”可以伴随有信息的传输；亦即，可以经由电磁信号连同能量或功率一起传输信息以做有用功。
在某些实施例中，无线功率传输系统可利用源谐振器来向接收机谐振器无线地传输功率。在某些实施例中可以用多个源谐振器和/或多个设备谐振器和/或多个中间件（也称为“重复器”谐振器）来扩展无线功率传输。谐振器可以是能够将能量储存在电磁场（例如，电场、磁场）中的电磁谐振器。谐振器中的任何一个可以具有谐振频率f=ω/2π、固有损耗率γ以及q因数q=ω/(2γ)（在本公开中也称为“固有”q因数），其中，ω是角谐振频率。例如在系统的电源或功率接收机中的谐振器的谐振频率f可以具有定义其谐振频率f的电容和电感。
在某些实施例中，源、接收机、重复器谐振器中的任何一个可以具有作为高q因数的q因数，其中q＞100（例如，q＞100、q＞200、q＞300、q＞500、q＞1000）。例如，无线功率传输系统可以包括具有一个或多个源谐振器的电源以及具有q1＞100（例如，q1>100、q1>200、q1>300、q1>500、q1>1000）的q因数的源谐振器中的至少一个。无线功率传输系统可以包括具有一个或多个接收机谐振器的功率接收机以及具有q2>100（例如，q2>100、q2>200、q2>300、q2>500、q2>1000）的q因数的接收机谐振器中的至少一个。该系统可以包括具有q3>100（例如、q3>100、q3>200、q3>300、q3>500、q3>1000）的q因数的至少一个接收机谐振器。利用高q因数谐振器可以导致无线功率传输系统中的谐振器中的至少某些或所有之间的大的能量耦合。高q因数可以导致谐振器之间的强耦合，使得谐振器之间的“耦合时间”比谐振器的“损耗时间”更短。在这个方法中，可以由于谐振器的损耗（例如，加热损耗、辐射损耗）而以比能量损耗速率更快的速率在谐振器之间高效地传输能量。在某些实施例中，几何均值
被动缓解技术
被动缓解技术可用来防止fod进入谐振器之间的区域或高电磁场的特定区域，由此防止fod与电磁场的相互作用。
作为附加的示例性实施例，无线功率传输系统中的谐振器盖的设计可提供被动fod缓解技术。在实施例中，可将源和/或设备和/或重复器谐振器的外壳成形为防止fod接近于那里电磁场可能是大的的谐振器和/或谐振器线圈的区域。在实施例中，谐振器外壳可能足够厚而防止外部物体变得比离谐振器或谐振器线圈的指定距离更近。例如，外壳可包括额外外壳材料和/或气隙和/或罐装材料和/或谐振器线圈与谐振器的外表面之间的其它物体和/或材料。在实施例中，从谐振器线圈表面到外壳表面的距离可以是0.5mm、1mm、5mm等。在实施例中，顶部谐振器线圈表面和顶部外壳表面与底部谐振器线圈表面和底部外壳表面之间的距离可不同。在实施例中，谐振器线圈可基本上位于谐振器外壳的最薄尺寸中间。在其它实施例中，谐振器线圈可基本上偏离谐振器外壳的最薄尺寸的中间定位。在实施例中，谐振器线圈可基本上远离可暴露于fod的表面定位。在实施例中，谐振器外壳可包括提供fod与谐振器部件之间的最小距离的排除区。该排除区可足够大以确保该排除区的外面的场足够小而不引起安全或性能关注。
可将谐振器外壳设计成弯曲、有角度或成形为迫使外壳上的任何fod滑离外壳或盖的表面并远离谐振器和/或高电磁场。可将谐振器外壳成形或定位成允许重力拉动物体远离谐振器。在某些实施例中，可将谐振器的外壳和位置设计成使用其它自然或普遍存在的力来使fod移开。例如，可使用水流、风、振动等的力来防止fod在谐振器周围的不期望区域中累积或停留。在实施例中，可将fod在那里可累积的谐振器表面布置成基本上垂直于地面，使得物体可以不自然地停留并累积在谐振器上。
在图1中示出了提供一定程度的被动fod保护的示例性谐振器盖。可用成形盖102来围绕或包围无线功率传输系统的磁谐振器104或者将其放置在该成形盖102下面。可将盖102成形为迫使fod106由于重力而从盖102滚下。盖102的形状可通过迫使任何fod到谐振器的侧面和/或远离围绕谐振器的区域而防止fod106累积在盖102的顶部上和/或在谐振器104的附近，在那里，电磁场的量值足够高而由于fod的加热或与fod的相互作用而引起危险条件。在实施例中，可迫使fod足够远地远离高场区而不再引起被场加热和/或点燃和/或与场负面地相互作用的风险。在某些实施例中，该盖可包括被成形为圆锥形、金字塔形、土墩形、椭圆形、球形等的部分。在某些实施例中，该盖可包括光滑的材料，例如，诸如特氟纶®（teflon®），以使得fod难以保持位于源与设备谐振器之间。
在其它示例性和非限制性实施例中，被动fod技术可包括对谐振器和/或谐振器部件确定尺寸以将在无线功率交换的区域中的任何地方的最大电磁场密度（例如，磁场密度、电场密度）减小至期望极限以下。在某些实施例中，可使用相对大的谐振器线圈来缓解fod风险的子集。针对固定水平的功率传输，较大谐振器线圈的使用可减小无线地传输一定量的功率所需的每单位面积电磁场强度。例如，可将由源生成的最大电磁场强度减小至其中可能已知将发生加热或其它危险的阈值以下。被动缓解技术可能并不总是可能的或切合实际的或充分的。例如，通过增加谐振器尺寸来降低fod危险可能由于系统成本或重量约束或者将谐振器集成到指定体积的系统中的期望而不切合实际。然而，即使在其中完全被动技术可能不是可能、切合实际和/或充分的应用中，可使用被动缓解技术来至少部分地降低fod风险，并且可与主动缓解技术互补。在某些应用中，可仅利用主动缓解技术。
主动缓解技术
根据示例性和非限制性实施例，用于fod的主动缓解技术可包括检测系统，其可检测某些物体、物体的某些类型、金属物体、有机物体、热物体、谐振器参数中的扰动和/或磁场分布中的扰动。
根据示例性和非限制性实施例，诸如金属物体之类的fod可具有足够的尺寸、范围和/或材料组成而扰乱无线能量传输系统的效率或功率传输能力。在这种情况下，可通过检查与无线功率系统的源谐振器和/或设备谐振器和/或重复器谐振器相关联的电压、电流和/或功率中的一个或多个的改变来确定所述fod的存在。源、设备或重复器谐振器中的一个或多个可具有至少100（例如，至少200、至少500）的固有品质因数。某些fod可扰乱被用于能量传输的谐振器的参数和/或可扰乱能量传输的特性。fod可改变例如谐振器的阻抗。根据示例性和非限制性实施例，可通过测量谐振器和无线能量传输的电压、电流、功率、相位、阻抗、频率等来检测这些扰动。可使用与预期或预测值相比的改变或偏差来检测fod的存在。在示例性实施例中，可不需要专用fod传感器来检测无线功率系统中的fod并对其进行反应。
根据示例性和非限制性实施例，fod可仅微弱地扰乱无线能量传输，并且基本上不可通过监视谐振器的电参数和/或无线能量传输的特性而可检测。然而，此类物体仍可以产生风险。例如，仅微弱地与磁场相交互的fod仍可显著地加热。fod可由于在无线能量传输期间生成的磁场或电场而加热。可仅微弱地与电磁场相交互但可经历显著加热的fod的示例是金属箔和包装纸，诸如常常在口香糖和香烟包装中找到的和常常用来包装来自快餐机构（诸如汉堡王和肯德基）的食品的。当放置在3.3kw无线能量交通工具充电系统的谐振器之间时，口香糖包装纸可能不通过检查与谐振器和/或能量传输系统相关联的电参数而可检测。然而，所述包装纸仍可吸收足够的功率而快速地加热并使纸质衬背最后燃烧。
根据示例性和非限制性实施例，用于fod的主动缓解系统可包括温度传感器以检测在无线能量传输系统上面和/或附近的热点、热区和/或热物体。一种系统可包括任何数目的温度传感器、红外检测器、照相机等以检测在无线能量传输系统中和周围的热源、热梯度等。在实施例中，可单独地或除其它主动和/或被动缓解技术之外使用热物体感测，并且其可以用来进一步改善被加热fod的可检测性和/或减小其它主动fod检测系统的错误警报率。
根据示例性和非限制性实施例，用于仅微弱地扰乱两个谐振器之间的电磁场的fod物体的主动缓解系统可包括用于测量在fod物体附近的磁场的小变化的传感器。例如，金属箔和纸口香糖包装纸可能并不显著地改变两个谐振器之间的磁通量，但是如果其被线圈或环路面积或传感器或重力梯度仪的任何部分覆盖和/或阻挡的话，其可显著地改变通过较小传感器线圈或环路或传感器或重力梯度仪的磁通量。在实施例中，可通过测量fod附近的磁场改变、变化、梯度等来检测由fod的存在引起的磁场的局部扰动。
根据示例性和非限制性实施例，可使用如图2中所示的小导线环路202来实现fod传感器。可将此类传感器放置在被用于无线能量传输的谐振器上面或附近。在操作期间，无线能量传输系统可以生成可通过环路的磁场。该环路可逐渐产生与穿过环路208内部的磁通量的量成比例的电压。在某些实施例中，在环路中感生的电压可小于5v。在另一实施例中，在环路中感生的电压可小于10v。如果例如将口香糖包装纸放置成使得其部分地覆盖环路和/或或使环路附近的磁通量偏转和/或将该磁通量吸收，则由环路逐渐产生的电压可改变，并且可检测并确定电压的改变以指示fod的存在。在实施例中，可使用导电环路来指示无线功率传输系统中的fod的存在。
根据示例性和非限制性实施例，可使用如图2中所示的两个小导线环路202、204来实现fod传感器。可将此类传感器放置在被用于无线能量传输的谐振器上面或附近。在操作期间，无线能量传输系统可以生成可通过两个环路的磁场。每个单个的环路可逐渐产生与穿过每个环路206、208内部的时变磁通量的量成比例的电压。由两个环路逐渐产生的电压之间的差可首先与接近于环路的磁场的梯度成比例。如果将两个环路放置在基本上均匀场的区域中且环路是基本上类似的，则由两个环路逐渐产生的电压的量值之间的差可以是非常小的。如果例如将口香糖包装纸放置成使得其部分地覆盖环路中的一个而不是另一个，则由两个环路逐渐产生的电压的差可比在不存在包装纸时更大，因为口香糖包装纸的金属箔可使正常地将已通过该环路的磁通量中的某些偏转和/或将其吸收。在某些实施例中，通过环路的磁通量可小于6*10-6t·m-2。
在实施例中，可将由两个环路逐渐产生的输出信号相互做减法，使得由环路的组合形成的结构在所感测场基本上均匀时产生小信号，并且当在两个环路之间存在场中的梯度时产生可测量地更大的信号。当环路和/或线圈被配置成在存在场梯度和/或不均匀或基本上不均匀场的情况下生成信号时，可将其称为被布置为重力梯度仪。请注意可使用模拟电路、数字电路、处理器、比较器等对来自不同环路的信号做减法。请注意，可以以特定配置、诸如以8字配置将环路连接在一起，使得由跨环路中的一个的表面面积的磁场感生的电压与由跨传感器中的其它环路中的一个的面积的磁场感生的电压近似相等且相反。传感器和/或重力梯度仪的灵敏度可与两个环路之间的电压差的量值和/或相位有关。
请注意，可通过取一个大的导电环路、在中间捏住它、使得所述一个大的环路形成两个近似相等尺寸的较小环路且然后将一个环路相对于另一个扭曲180度或180度的奇数倍来形成所谓的“8字”导电环路。在实施例中，可使用任何类型的导电迹线来实现8字导电环路，包括但不限于导线、利兹线、导电管、pcb迹线、导电墨、凝胶、油漆、条带等。
根据示例性和非限制性实施例，可调整环路和/或线圈和/或传感器和/或重力梯度仪的灵敏度以优先地检测给定尺寸或在给定尺寸以上的物体。可调整灵敏度以减小错误检测率，从而降低检测系统的噪声和/或在频率的一定范围内操作。在实施例中，可调整环路的尺寸和形状以调整传感器的灵敏度。例如，传感器的环路可较小以降低背景信号并改善对较小fod的灵敏度。然而，如果传感器环路太小，则某些fod可完全覆盖传感器的所有环路，使得fod可不产生信号。可通过使用多个fod传感器并将其遍及其中应检测fod的区域放置来缓解此类情形。然后，即使当一个fod传感器未检测到fod时，可能至少一个其它传感器将检测到fod。在上文给出的示例中，较大fod可完全覆盖某些传感器，但是仅部分地覆盖其它的。被部分地覆盖的传感器可检测到fod，并且可将系统编程为适当地进行反应。在实施例中，可将环路调整成包括更多匝和/或包括附加环路，诸如四个环路或者例如八个环路。在实施例中，可将环路定位成具有旋转对称，或者可将其以线性布置来布置，或者可将其成形为填充任何尺寸和形状的区域。在实施例中，环路可基本上是二维的，并且在其它实施例中，可将其在第三维度上扩展以改善性能。例如，可在印刷电路板（pcb）上实现环路传感器，并且可在一个层（或者两个以形成8字）上实现多个环路传感器，或者可在pcb的超过两个层上实现多个环路传感器。
在其中磁场密度在其中可放置重力梯度仪和/或其中可实现其它重力梯度仪和/或环路设计的位置上可能不均匀的实施例中，金属物体的存在可导致与两个环路电压之间的差相对应的波形中的振幅和/或相位变化。在实施例中，环路可具有多个匝。根据示例性和非限制性实施例，可根据无线能量传输系统的磁场强度、检测方法的期望灵敏度、系统的复杂性等来对环路面积206、208确定尺寸。如果金属fod基本上小于环路面积，则只有当存在fod时才可能出现弱信号。此弱信号可能冒着被噪声或干扰信号淹没的风险。如果将环路尺寸确定成约为最小fod尺寸（例如在3的因数内）以便被检测，则信号对于以低错误警报率的检测而言可以是足够大的。在实施例中，fod传感器和/或重力梯度仪可包括不同尺寸、形状和/或布置的一个或多个环路。在实施例中，fod传感器可包括具有一个传感器、超过一个传感器或没有传感器的区域。
在示例性和非限制性实施例中，可经由算法、计算系统、用户或市场反馈数据、测试等来优化fod传感器的布置。
根据示例性和非限制性实施例，测量金属物体附近的场梯度的另一方式可以是以直接地输出可与磁场中的局部梯度成比例的电压的方式来创建线圈（也称为环路）。此类线圈可用于图2中所描述的两个线圈的目的，但是可要求仅一个电压测量结果。如果例如一个人将使图2中所描述的环路中的一个的面积加倍并然后将其扭曲成8字形状，其中，8字的每个叶片（lobes）具有近似相等的面积，但是由局部磁场在每个叶片中感生的电压是符号相反的，则跨其两个端子逐渐产生的电压可以与两个叶片之间的磁通量的差成比例。如果通过两个环路的磁通量基本上相等，则来自传感器的输出信号可基本上为零。图3a—3d描述了扭曲环路的某些示例性配置，其可以能够直接地创建可与磁场的强度和/或密度中的局部梯度成比例的电压。
可将图2中所示的两个环路称为磁偶极，并且可将图3a中的环路称为重力梯度仪和/或磁四极，并且可将图3b中的环路称为重力梯度仪和/或八极。四极配置可以在左至右取向中逐渐产生与磁场梯度成比例的电压。可以将4叶配置配置成测量场梯度（图3b）和场梯度的梯度（图3c）。图3d表示其中多个叶片可沿着线性维度延伸以覆盖例如矩形的fod检测区域的实施例。可将如图3d中所示地配置的多个传感器以阵列方式配置成覆盖任何形状和尺寸的fod检测区域。在实施例中，还可以将具有偶数个叶片的高阶多极配置成测量对磁场的空间扰动。在实施例中，图3a—3d中所描述的叶片可使用多匝的导体、导线、导电迹线等。
这些配置中的每一个可以由于fod的存在而实现测量磁场扰动的目的。具有多个叶片的配置可在不大大降低检测到与叶片类似的特定尺寸的fod的可能性的情况下覆盖更多区域（在更多位置上检测fod）。
图2和图3a—3d中的环路配置被描述为圆形的，但是可利用任何形状和尺寸的环路。如果期望的是多环路配置在不存在fod时产生接近于零的净电流和/或净电压，则应将环路中的每个的截面面积设计成捕捉相等量的通量。在基本上均匀的磁场中，环路面积可以是基本上相等的。如果将环路放置在基本上不均匀磁场中，则可将环路面积调整成在场较强的情况下较小且在场较弱的情况下较大，使得在每个环路中感生的电压在量值方面基本上相等且在符号方面相反。
在实施例中，可对传感器阵列进行校准，并且可处理从传感器输出的信号以便改善传感器阵列的性能。例如，如果fod检测算法利用传感器输出中的变化作为控制信号，则可将传感器配置成使不存在fod时的其输出信号尽可能接近于零。如上所述，如果单个传感器叶片上的信号基本上相互抵消，则输出信号可非常接近于零。这可增加传感器的动态范围。如果在不存在fod时由传感器逐渐产生的信号并非基本上为零，则可将其说成是具有“背景偏移”，并且可在检测电路中处理信号且可去除该偏移。在实施例中，阵列中的不同传感器可具有不同的背景偏移。在实施例中，可在校准程序中确定背景偏移。
除圆形之外的形状可非常适合于具有高面积填充因数的阵列。示例包括正方形、矩形、六边形以及在其之间铺有（tilewith）小的间隙空间的其它形状。图4a示出了其中假设阵列将延伸至比所示的更远且将具有相等数目的加和减环路的正方形形状线圈的示例。
图中的“+”和“-”符号的目的是指示环路上的感生电压的相对符号。因此，将用两个连接叶片来表示均匀场中的8字传感器，一个被标记为加且另一个标记为减，因为叶片被配置成使得由一个环路中的场感生的信号基本上抵消了由另一个环路中的场感生的信号。也就是说，加和减符号指示给定时刻的感生电压的相对符号。请注意，在振荡磁场中，单个环路或叶片中的感生电压的符号以与磁场振荡相同的频率改变。也就是说，如果在一个时间点感生电压是正的，即在“加”方向上，则感生电压具有相反符号，晚了半个循环
在本公开中，应理解的是“盲点”可以指的是其中一个或多个传感器可能由于一个或多个传感器的布置而不能检测到一片fod（例如，碎屑）的区域。对于图4a中所示的配置而言，可以将对称的一片fod放置在相邻环路之间的某些位置上，使得场扰动可能不生成可检测磁场梯度。在图4a中描述了此类所谓“盲点”的示例。根据示例性和非限制性实施例，可将第二层的阵列环路放置在第一层上面和/或下面，并且可如图4b中所示那样横向地平移。可选择平移的量，使得第一层传感器的“盲点”可对应于用于第二层的最大可检测性或者至少适当可检测性的位置。在实施例中，该平移可以是相对于单阵列检测概率而言改善fod的检测可能性的任何平移。这样，可减小具有其中一片fod可能不可检测的大量盲点的可能性。一个或多个已平移阵列的类似方案可以在减少盲点方面实现大致相同的优点。还可改变多个阵列中的环路的取向以处理不均匀磁场。
在实施例中，阵列环路的层可具有类似尺寸和/或形状的环路。在其它实施例中，阵列环路的层可具有不同尺寸和/或形状的环路。在具有不同尺寸和/或形状的阵列环路的层的实施例中，平移阵列环路可能不是必要的以便减小“盲点”的影响和/或改善fod检测的可能性。
在实施例中，单个环路或偶极、四极、八极等的叶片等可以具有多个尺寸和/或具有不均匀尺寸。在其中重力梯度仪可覆盖不均匀磁场的各区域的实施例中，可将环路尺寸确定成在不存在fod时确保重力梯度仪环路的输出处的最小电压。可将环路尺寸确定成使得较大环路位于较弱磁场的区域中，并且较小环路位于较高磁场的区域中。在实施例中，可将环路尺寸确定成使得较大环路位于更加均匀磁场的区域中，并且较小环路位于较不均匀磁场的区域中。在实施例中，传感器阵列中的重力梯度仪的尺寸可改变。在实施例中，较小重力梯度仪可位于较不均匀磁场的区域中。在实施例中，较小重力梯度仪可位于较大磁场强度的区域中以提供较小fod项目的检测能力，并且可将较大重力梯度仪放置在较小磁场强度的区域中，那里可能仅期望检测fod的较大项目。
图11a、11b、11c示出了多个不对称fod传感器设计。可将传感器成形并确定尺寸以在位于不均匀磁场中时在正常操作期间提供基本上零电压信号。在板上或跨针对fod检测而设计的区域的传感器阵列1202中，可如图12中所示遍及该区域对称地布置fod传感器1204。在某些实施例中，可如图13、14和15中所示地不对称地布置fod传感器。在实施例中，传感器可在高磁场区域中更近地位于一起且在低磁场区域中更远地间隔开。例如，可能期望在其中fod最有可能被加热或与场负面地相互作用的最高场的区域中具有更多传感器和/或更高灵敏度传感器。在实施例中，可能不存在用以减少较低场区域中的传感器的数量和/或类型的原因。在某些实施例中，可能期望减少阵列中的fod传感器的数目。例如，如果传感器占用可被用于其它电路的空间，或者如果传感器要求对系统增加支出的部件或者针对任何此类实际考虑，则可能优选的是设计一种fod系统，该系统包括多个单个fod传感器，其单个设计和在阵列内的放置是专门设计的。虽然在这里描述了此类均匀和不均匀阵列的某些示例，但其仅仅是在公开技术的范围内的许多示例中的几个。
根据示例性和非限制性实施例，fod传感器阵列可包括多个类型的传感器。在实施例中，fod传感器可包括单环路传感器和/或偶极环路传感器/重力梯度仪和/或四极环路传感器/重力梯度仪和/或八极环路传感器/重力梯度仪等。fod传感器的某些区域可不包括传感器和/或重力梯度仪。fod传感器可包括温度传感器、有机材料传感器、电场传感器、磁场传感器、电容传感器、磁传感器、电感传感器、运动传感器、重量传感器、压力传感器、水传感器、振动传感器、光学传感器等以及传感器的任何组合。
根据示例性和非限制性实施例，用于仅微弱地扰乱两个谐振器之间的电磁场的fod的主动缓解系统可包括用于测量fod附近的电容元件的电容中的小的变化的传感器。例如，放置在无线功率传输系统上面或附近的物体（例如，有机、金属材料）可基本上不改变两个谐振器之间的磁通量，但是其可能显著地改变其附近的一定长度的导电材料的自电容和/或互电容。一般地，当两个物体（例如一定长度的导电材料和有机或金属物体）相互接近（但保持被诸如空气之类的电介质材料分离）时，两个物体的电容改变，称为“互电容”的效应。可以使用灵敏电容检测器来检测任一物体的电容的变化（即，作为电压变化或者直接电容测量），由此检测物体相互的接近。使用此类方法，在某些实施例中，可通过检测fod附近的电容变化、改变、梯度等来检测由fod的存在引起的对电容元件的电容值的局部扰动。此类方法对检测通常不显著地扰乱磁场的有机物体（例如，活物体）特别有用。
根据示例性和非限制性实施例，可如图18中所示那样使用一定长度的导线1802作为电容元件来实现fod传感器。该长度的导线可当在其附近不存在物体时具有与当存在物体（例如，有机、金属材料）时相比不同的电容。如果将该长度的导线1802与可以测量物体附近的其电容变化和/或对其进行反应的电路集成，则可将该长度的导线称为电容传感器。如果将该长度的导线放置在无线功率传输系统的区域和/或区中，则可使用其电容变化来指示无线功率传输的该区域和/或区中的某些类型的fod的存在。在实施例中，可使用具有与某些材料的接近有关的电容的一定长度的导电材料来指示无线功率传输系统中的fod的存在。
在实施例中，可在这里设想的电容传感器中使用任何类型的材料和/或结构，其具有可与某些类型的材料的接近有关的电容值。一定长度的导线或任何类型的导电路径可能是有吸引力的，因为可将其设计成具有几乎任何尺寸和形状的感测区域，并且因为在存在无线功率传输系统的电磁场的情况下不应降低其性能。并且，当诸如有机材料之类的材料在附近但不一定接触传感器时，可改变导线/导电迹线的电容。在实施例中，导线/导电迹线传感器可检测并未与无线功率传输系统的谐振器或谐振器外壳进行物理接触的有机材料。在实施例中，可将供在电容传感器中使用的导线/迹线集成到无线功率传输系统的电路、pcb、外壳、模块、子系统等中。
在本公开中，应理解的是导线是示例性实施例，并且任何类型的导电材料（包括但不限于实心导线、绞合线、导电管、印刷电路板迹线、导电墨、凝胶、油漆、环氧树脂等）也是用于这里所述的公开技术的适当电容元件。
在实施例中，电容传感器可包括一个或多个电容元件。图18a—f示出了电容元件的多个示例。图18a示出了其中电容元件1802可以具有不对称和/或不规则形状的实施例。图18b示出了其中电容元件1804可以具有正弦形状且可布置成覆盖在其上面应检测到fod的区域1806的实施例。图18c示出了其中在fod传感器1204上面布置电容元件1804的实施例。图18d至18f示出了一个或多个电容元件的组织的实施例。例如，可在一个或多个点处测量来自一个或多个电容元件的数据，并且可在一个或多个层级中对其进行处理。图18d示出了其中在点1808、1810、1812和1814处测量的数据可在处理1824的中心或主要层级处进行处理的实施例。图18e和18f示出了其中可在处理的主要（处理器1824）和/或辅助（处理器1816至1822）层级下处理在点1808、1810、1812、1814和1815处测量的数据的实施例。在某些实施例中，可对来自某些点的数据求平均并将其与其它的相比较。例如，图18e示出了其中可对点1808和1810求平均以与点1812和1814的平均相比较且可进一步与点1815相比较的实施例。
一般地可根据期望来选择电容元件的尺寸以允许检测活物体。在某些实施例中，例如，电源生成延伸通过电容元件位于其中的平面的磁场。该场具有截面场强分布，在平面中具有半峰全宽。电容元件可以位于平面中，使得围绕电容元件的平面中的最小尺寸的圆形周界在平面中具有封闭区域，其为截面场分布的半峰全宽的100%或更多（例如，110%或更多、120%或更多、130%或更多、140%或更多、150%或更多、175%或更多、200%或更多）。特别地，通过将电容元件中的某些或所有定位在场分布的边缘附近（例如，在电源和/或功率接收机的边缘附近），可以在物体进入电源与功率接收机之间的区域之前使用电容元件来检测活物体。
一般地，功率接收机和电源两者可以包括一个或多个谐振器，其中的每一个可以包括一个或多个线圈。在某些实施例中，功率接收机的谐振器的总截面面积可以是由电源在功率接收机的位置处生成的磁场的半峰全宽截面面积的80%或更多（例如，100%或更多、120%或更多、140%或更多、150%或更多、175%或更多、200%或更多）。
为了向功率接收机传输功率，电源在电源与功率接收机之间生成磁场（即，磁场线的通量）。在某些实施例中，将电源配置成在电源与功率接收机之间（即，在电源与功率接收机之间的一个或多个点处）生成至少6.25µt（例如，7µt、8µt、9µt、10µt、12µt、15µt、20µt、30µt、40µt、50µt）的磁通量。
例如参考图18c，在某些实施例中，fod传感器1204位于电源与功率接收机之间的第一平面中，并且电容元件1804位于电源与功率接收机之间的第二平面中。第一和第二平面可以是相同或不同的平面。任一个或两个平面可以定位成更接近于电源、更接近于功率接收机或者在源与接收机之间的区域中在源与接收机之间等距离。
图19示出了电容元件的其它示例性和非限制性实施例。在图19a中，方框区域1902可表示应在其上面检测fod的示例性区域或区。在本实施例中，可用单个导线来实现电容元件1802，其跨fod检测区域来回蜿蜒，例如形成蛇形路径。图19b和19c示出了替换实施例。图19d示出了与19a类似的实施例，但是导线路径之间的间距较小，而图19e中所示的间距较大。如在上述磁性fod传感器的情况下，传感器的尺寸、形状、布置以及放置可影响fod传感器的灵敏度。例如，可在区域1902中的各处检测图19d中所示的放置在传感器上的一小块有机材料，而在用短划线圆圈突出显示的区域中可能未检测到图19e中的放置在传感器上的同一材料。在某些实施例中，可能期望检测到非常小的fod片了，并且图19d的传感器设计可能是优选的。在某些实施例中，可能期望仅检测到较大的各片fod，并且使用检测较小fod或对其它类型的fod具有较高灵敏度的检测器可引起检测错误或错误肯定（falsepositive），因此更加类似于图19e中所示的传感器设计的传感器设计可以是优选的。
描述电容传感器的特征的一个方式是用跨fod阵列的长度的导线或导线段之间的间距、fod阵列的宽度和fod阵列的高度（针对3d布置）。在图19a中，形成电容元件的导线图案示出沿着长度（△l）和沿着宽度（△w）的传感器的各段之间基本上相等的间距。如果传感器包括在被示为fod区域1902的平面之外的各段，则可将传感器描述为具有高度段间距（△h）。图19中所示的电容元件被布置成基本上填充fod检测区域，并且可遍及fod区域给出类似的灵敏度。取决于应用，可能更好的是使各区域在其中传感器更加敏感的fod区域中，并且可存在其中不需要fod检测的区域。在图20中示出了那些类型的传感器的示例性实施例。
在实施例中，电容元件可具有沿着fod传感器的长度、宽度以及高度具有变化间距的各段。图20示出了fod传感器的多个示例。图20a中所示的传感器1802可在任一侧比在fod区域1902的中心处具有对小片的fod的更高灵敏度。图20b中的传感器1802可在中心比在fod区域1902的侧边处具有对小片的fod的更高灵敏度。图20c中的传感器1802可在拐角处比在fod区域1902的中心处具有对小片的fod的更高灵敏度。可将图20a—c中所示的传感器描述为具有超过一个段间距和/或具有可变段间距。在实施例中，用于fod检测器的电容元件可具有至少两个宽度段间距（△w1、△w2、…、△wn）。在实施例中，用于fod检测器的电容元件可具有至少两个长度段间距（△l1、△l2、…、△ln）。在实施例中，用于fod检测器的电容元件可具有至少两个高度段间距（△h1、△h2、…、△hn）。在实施例中，用于fod检测器的电容元件可具有恒定和变化段间距的任何组合。
如在上述磁场传感器中，可将电容元件布置在基本上二维（2d）平面中（即，与包含导电材料的一个或多个环路的平面相同的平面或不同的平面，如上文所讨论的）或者可将其用3d布置。图21示出了在两个不同方向上穿过区域1902的电容元件1802的示例性实施例。在实施例中，这些电容元件的导体可优选地相互隔离，使得无线功率传输系统的电磁场可不感生循环电流。因此，可以使用被相互上下地堆叠的绝缘导线来实现此类元件和/或其可通过制造印刷电路板的不同层的元件来实现。
在实施例中，电容和电感传感器可在缺乏振荡无线功率传输电磁场的情况下操作。例如，上述电容传感器可在存在被用于无线功率传输的振荡电磁场的情况下和缺乏振荡电磁场的情况下以类似方式操作。可使用传感器在其中电磁场不大但其中仍可存在检测fod的期望的无线功率传输区域中检测fod。图22示出了可布置在无线功率系统的谐振器的边缘周围和/或延伸超过其外壳2202的电容传感器1802的实施例。电容传感器1802可用来随着物体和/或材料接近谐振器和/或在其进入谐振器之间的最强场的区域之前检测物体和/或材料。在示例性实施例中，诸如猫之类的朝着谐振器外壳行走的动物可在电容传感器1802上面通过，并引起可被检测并被用来降低或关断谐振器线圈上的功率的电容变化。在实施例中，可使用电容传感器来检测朝着无线功率传输系统移动的物体，并且可向无线功率系统发送活物体正在进入无线功率传输系统的某个空间、区、体积、区域等的控制信号。
在某些实施例中，电容传感器可受到在无线能量传输期间生成的振荡磁场的不利影响。场可影响读数的灵敏度或改变读数。可优选地对电容传感器进行定位和/或定向以减少其与场的交互。在某些实施例中，例如可能优选将电容传感器的导体定向成平行于谐振器的偶极矩。图21a—21d示出了用于lod的导体的可能取向。检测区域1902的导体1802可如图21a—21c中所示与谐振器的偶极矩对准。在某些实施例中，可以以多个取向来布置导体，如图21d中所示。可由系统自动地选择处于具有较小干扰的取向中的导体。
在实施例中，如上所述的重力梯度仪可生成其自己的磁场而不是使用由无线功率传输系统生成的磁场。重力梯度仪可检测其自己的磁场的变化。在示例性实施例中，可对重力梯度仪中的电感传感器施加振荡电流和或电压。对在存在fod的情况下检测的振荡电流和/或电压的改变可以是用来指示fod的存在的信号。可使用振荡电流和电压信号来直接地驱动重力梯度仪。在某些实施例中，由无线功率传输场在fod传感器上感生振荡电流信号。
在某些实施例中，可选择用来直接地驱动fod传感器的振荡电流和/或电压的频率以使得传感器对特定类型的fod特别敏感或不敏感。在某些实施例中，可改变磁传感器上的振荡信号的频率、量值和/或相位以执行物体和/或材料表征、识别和/或分类。在某些实施例中，可使用在频率、量值和/或相位的一定范围内的感生fod信号的频率、量值和或相位来识别fod并确定无线功率传输系统是否应对该fod的存在进行反应。例如，可在可引起fod的类型、尺寸、材料和/或位置所独有的反射的频率下驱动fod检测系统。在另一示例中，可以用对于其而言反射签名也可以是fod的类型、尺寸、材料和/或位置所独有的宽带信号来驱动fod检测系统。在某些实施例中，可在与驱动无线功率传输系统的频率不同的频率下驱动fod检测系统。这可允许fod检测系统和无线功率传输系统独立地操作。
在某些实施例中，fod传感器可包括电感和电容传感器两者。在示例性实施例中，可将电容传感器的可变电容与磁场传感器的检测电路集成。此类实施例具有优点，即可以容易地接通和关断电容感测功能，并且甚至可以添加到最初未被设计成从此类传感器接受输入信号的fod检测系统。
在某些实施例中，fod检测系统可包括多个传感器类型。在某些fod检测系统中，不同传感器类型中的至少某些可紧密地在一起，可共享同一空间和/或可检测类似或同一区域中的fod。在某些实施例中，不同fod中的至少某些可相互分离和/或可监视不同的区域。在示例性实施例中，fod系统的电感传感器可基本上与无线功率传输系统的磁谐振器的电容元件分离。
主动fod检测处理
上述环路、偶极、四极、八极等线圈传感器/重力梯度仪配置可在存在振荡电磁场的情况下输出振荡电压/电流/信号。在实施例中，振荡电磁场可以是期望测量信号。在其它实施例中，在来自多个环路的信号可意图基本上相互抵消的情况下，振荡信号可能是由于不完美的传感器和/或线圈设计、不平衡重力梯度仪设计和/或电磁场中的不均匀（由于谐振器设计、谐振器位置、fod的存在等）而引起的。根据示例性和非限制性实施例，可将读出放大器连接到给定线圈、环路、传感器、重力梯度仪等，并且可具有高输入阻抗。此布置可防止在传感器线圈、环路、叶片、传感器、重力梯度仪等中逐渐产生大量的循环电流，其继而可以损坏和/或扰乱被用于无线能量传输的谐振器的q因数。在某些实施例中，可将环路、叶片、线圈、重力梯度仪等连接到放大器和/或滤波器和/或模数转换器和/或操作放大器和/或比较器和/或处理器和/或可布置成具有高输入阻抗的任何电子部件。在某些实施例中，fod传感器可包括传导环路和高输入阻抗电子部件。在示例性实施例中，在环路、叶片、线圈、传感器等中感生的信号可以足够小，使得可使用任何输入阻抗的处理电路来处理fod信号。信号处理可包括但不限于检测信号、对信号进行放大、将信号组合、对信号进行转换（从ac至dc和或从dc至ac）、对信号进行钳位、比较信号、对信号进行滤波、存储信号、在处理器上分析信号等可被利用。例如，可将用于fod检测系统的驱动频率选择成对某个类型的fod敏感。在某些实施例中，驱动频率可低于无线功率传输系统的频率。例如，驱动频率可处于10khz，因为某些金属在10khz创建比在145khz下更多的损耗。在另一示例性和非限制性实施例中，可使用宽带信号来驱动fod传感器，并且然后可对测量和/或反射信号执行谱分析以确定fod的存在。可使不同的fod与不同的反射签名相关联。系统可包括可表征并存储反射fod签名的学习算法。系统然后可基于其“已知fod”数据库来确定fod的类型。
在某些实施例中，可利用调节电路来从传感器和重力梯度仪减去不期望的偏移信号、恒定信号和/或振荡信号。可在振荡电磁场中使用任何类型的捕捉线圈或者通过使用晶体振荡器和/或处理器来生成振荡信号。可使用任何已知电子信号处理技术来生成、调节和操纵振荡信号的量值和/或相位。在实施例中，去除在缺乏fod的情况下从传感器产生的恒定偏移和/或振荡信号可提供改善的灵敏度并可减少背景噪声，并且在某些情况下减少来自传感器的错误肯定输出。
根据示例性和非限制性实施例，可将来自阵列中的至少一个线圈（环路、传感器、重力梯度仪）的至少一个导体连接到读出放大器和/或模数转换器，如图5中所示。可将环路导体502连接到放大器506和/或模数转换器508，并且可产生可被无线能量传输系统的其它元件使用或者作为到诸如微处理器之类的处理元件（未示出）的输入以存储和分析线圈、环路、传感器和/或重力梯度仪的输出的输出504。
在某些实施例中，可按序列来测量阵列中的某些或所有线圈、环路、传感器、重力梯度仪等上的电压，或者可以以允许较少的读出放大器或模数转换器对阵列进行采样的方式进行复用，诸如在图6中所示的示例性实施例中。在示例性实施例中，可将重力梯度仪阵列602、604、606连接到已复用放大器608，并且可将其连接到一个或多个数模转换器610。一个或多个数模转换器612的输出可被无线能量传输系统的其它元件使用或者作为到诸如微处理器之类的处理元件（未示出）的输入以存储、处理、转换、报告、分析线圈、环路、传感器和/或重力梯度仪的输出等。
在某些实施例中，可将传感器和/或重力梯度仪环路的导体连接到主动和/或被动滤波器电路以在高或低频率下提供高终端阻抗。在某些实施例中，可将传感器和/或重力梯度仪环路的导体连接到主动和/或被动滤波器电路以在甚高频率或甚低频率下提供高终端阻抗。
在某些实施例中，可以以允许处理器相对于参考波形而确定在线圈、环路、传感器、重力梯度仪等上感生的波形的振幅和相位的增量对线圈、环路、传感器、重力梯度仪等上的电压进行采样。在某些实施例中，可每个振荡周期（即在尼奎斯特速率或以上）对电压进行采样至少两次。在实施例中，可更不频繁地对电压进行采样（即在高阶尼奎斯特波段中）。可在采样之前对电压波形进行滤波或调节。可处理电压信号以改善信噪比或减少被采样的信号的谐波含量。可在采样之后以数字方式对电压波形进行数字滤波或调节。
在某些实施例中，可以以允许处理器相对于参考波形而确定在线圈、环路、传感器、重力梯度仪等上感生的波形的振幅和相位的增量对线圈、环路、传感器、重力梯度仪等上的电流进行采样。在某些实施例中，可每个振荡周期（即在奈奎斯特速率或以上）对电流进行采样至少两次。在某些实施例中，可以更不频繁地对电流进行采样（即在高阶尼奎斯特波段中）。可在采样之前对电流波形进行滤波或调解。可处理电流信号以改善信噪比或减少被采样的信号的谐波含量。可在采样之后以数字方式对电流波形进行滤波或调节。
在实施例中，可处理来自fod检测器的线圈、环路、传感器、重力梯度仪等的时间采样电信号以相对于参考信号而确定振幅和相位。可从用来激励被用于无线能量传输的谐振器的同一时钟导出参考信号。在实施例中，可从用来驱动fod检测器的线圈、环路、传感器、重力梯度仪等的信号中导出参考信号。在示例性实施例中，可由fod检测系统以小于每秒5个样本或小于每秒10个样本的速率来处理来自线圈、环路、传感器、重力梯度仪等的信号。
在某些实施例中，fod检测系统可包括单独频率、场量值和/或相位采样环路704和电子装置702以使传感器和/或重力梯度仪读数与无线能量传输系统的振荡磁场同步，如图7中所示。
在实施例中，参考信号可在不同频率下来自不同振荡器。
处理用于fod检测的8字四极配置（图3a）的示例可如下：
1.在不存在fod的情况下，从8字环路中的一个收集时间采样电压波形
2.确定基频分量（或其谐波）的振幅和/或相位
3.将振幅和/或相位存储为基线参考值
4.在存在fod的情况下，从同一8字环路收集电压波形
5.确定基波（或其谐波）的振幅和/或相位
6.将振幅和/或相位与参考值相比较
7.如果信号与参考之间的差超过预定阈值，则宣布fod的检测。
在某些实施例中，可在极坐标图上和/或振幅/相位空间中比较和/或评估有和没有fod存在的情况下的电压/电流波形的振幅和相位。在使用极坐标图和/或振幅/相位空间的实施例中，如果测量信号与参考信号之间的距离（例如，由最小二乘法确定的距离）超过预定阈值，则可确定在传感器上存在fod。
在某些实施例中，可使用模拟电子电路、数字电子装置或两者来执行信号的处理。在某些实施例中，可比较并处理来自多个传感器的信号。在某些实施例中，fod传感器可存在于无线功率传输系统中的谐振器的仅一个或所有或某些上。在某些实施例中，可处理来自不同谐振器上的fod传感器的信号以确定fod的存在和/或向无线功率系统给出控制信息。在某些实施例中，fod检测可被可控地开启和关闭。在某些实施例中，可使用fod检测和处理来控制无线功率传输系统的频率、由无线功率系统传输的功率水平和/或启用和/或禁用无线功率传输的时间段。在某些实施例中，fod检测器可以是报告系统的一部分，其可向系统用户报告存在fod和/或其可向更高层级系统报告fod存在或不存在。在某些实施例中，fod检测系统可以能够利用“学习能力”，其可用来识别某些类型的fod，并且其可包括系统识别和/或系统反馈以将fod的类型分类为无害、有加热危险、由于其它原因而不允许等。在示例性实施例中，fod检测系统可要求小于5w或小于10w或小于20w的功率以进行操作。
根据示例性和非限制性实施例，可将处理能力嵌入到fod检测系统和/或子系统中和/或可向远程和/或中央处理器发送传感器数据。该处理可将收集的电压波形与参考波形相比较并寻找统计上显著的变化。处理可将收集的电流波形与参考波形相比较并寻找统计上显著的变化。本领域的技术人员将理解的是可在振幅和相位、i或q分量、正弦或余弦分量方面、在复平面中等对波形进行比较。
在实施例中，可将fod校准和/或参考和/或计算和/或确定基线信息存储在fod子系统的存储器器元件中。在实施例中，fod传感器可包括印刷电路板迹线，并且fod系统可包括存在于印刷电路板上的微控制器。在实施例中，fod系统的存储器元件可在与fod传感器相同的印刷电路板上。在其它实施例中，用于fod系统的存储器元件可远离fod系统。例如，可将来自fod系统的信号传送至控制器/处理器/asic/pic/dsp等和/或无线电源谐振器、设备谐振器、重复器谐振器或任何类型的源、设备和/或重复器电子装置控制单元所包括的存储器单元。在某些实施例中，可将来自fod系统的信号传送至计算机。在某些实施例中，可使用来自fod系统的信号来控制无线功率传输系统的操作。
下面描述fod检测系统的特定和非限制性实施例。已从将其示为充当fod检测器的实施例中收集数据。
在第一实施例中，将绞合线形成为8字环路，形成如图8中所示的四极，在两个环路之间具有较长导线（重力梯度仪1）。第二实施例被如所示地设计为图8中的重力梯度仪2。8字环路约为5cm长，其中每个叶片在直径方面为约2.5cm。图9a—9c示出了从放置在无线能量源谐振器的顶部上的两个传感器收集的采样电压波形，所述无线能量源谐振器被配置成向被附着于设备谐振器的负载输送3.3kw。图9a示出了图8中示出的两个重力梯度仪上的小残余电压（～30mvrms）。该残余电压可能是由于不均匀磁场、叶片区域的轻微变化以及电干扰的组合而引起的。来自重力梯度仪#1和#2的结果被分别地绘图为曲线904和曲线902。当金属口香糖箔被放置在重力梯度仪#2的右叶上时，通过该叶片的至少某些通量被阻挡，并且重力梯度仪变得更加不平衡。在该情形中，可观察到显著的振幅增加和轻微的相移，如图9b、曲线902中所示。当箔移动至重力梯度仪#2的左叶时，重力梯度仪再次地不平衡，导致与当右叶被阻挡时类似的振幅方面的变化，但是相位改变约180°，如图9c中所示。在某些实施例中，可使用fod传感器或重力梯度仪的相位和/或振幅读数的变化来检测传感器上的fod的存在。在某些实施例中，可使用fod传感器或重力梯度仪的相位和/或振幅读数的变化来检测传感器上的fod的位置。
还使用印刷电路板（pcb）技术来制造8字传感器的实施例以实现传感器线圈或环路。本实施例可具有优点，包括低成本、较高填充因数（因为环路可被制成任何形状且使用标准pcb处理技术而容易被铺贴）、较高均匀度、较高可再现性、较小尺寸等。使用用于单个8字传感器的16通道阵列的铺贴矩形环路来获得较高填充因数。当不存在fod时，印刷环路是高度均匀的，导致来自传感器的较小（且较平坦）基线读数。
在某些实施例中，可将上述传感器和/或重力梯度仪传感器与其它类型的fod传感器组合以改善检测可能性并降低假警报（当不存在fod时，系统检测fod）。例如，可以将温度传感器的单体或阵列集成为谐振器组件。如果一片fod开始加热，则其可干扰正常预期的温度测量结果和/或空间温度分布。可以检测该偏差并将其用来向系统控制器发送警报。在实施例中，可单独地或与金属物体传感器相组合地使用温度传感器和/或可将其用作金属物体传感器的备用或确认传感器。
可检测在无线功率附近的诸如人类和/或动物之类的活物体的存在，并且其可引起无线功率传输系统关小和/或关断和/或产生警报或警告（例如，视觉和/或听觉信号），如果在源与接收机之间存在fod的话和/或如果活物体闯进某些场强的磁场的话。可容忍、可接受、许可等的场强极限可以是频率相关的，并且可基于规章极限、安全极限、标准极限、公共感知极限等。在某些实施例中，电介质传感器可测量来自诸如长导线之类的导体的边缘电容的变化，并且可将其用来检测活物的接近。在某些实施例中，可在诊断测试期间、在无线能量传输之前以及在无线能量传输期间使用这个类型的传感器。在实施例中，可单独地或与任何类型的fod检测器相组合地使用这个类型的传感器。在某些实施例中，fod检测器可检测人类、活机体、生物物质等。
交通工具充电应用
fod的检测可以是许多类型的无线能量传输系统中的重要安全预防措施。作为示例，下面讨论用3.3kw汽车充电系统进行的fod检测。
在图10中示出了示例性ev充电器系统的框图。可将系统划分成源模块和设备模块。源模块可以是充电站的一部分，并且可将设备模块安装到电动交通工具上。可经由谐振器将功率无线地从源传输到设备。可通过源与设备模块之间的带内和/或带外rf通信链路来执行发射功率的闭环控制。
可以在多种位置上将fod检测器系统（未示出）集成到系统中。在某些实施例中，可将fod系统集成到源模块中、到源谐振器中、到源谐振器的外壳或壳体中等。在某些实施例中，可将fod系统集成在系统的设备侧。在某些实施例中，可在无线功率传输系统的源和设备侧两者上实现fod系统。在某些实施例中，fod检测系统可包括多个传感器和具有辨别算法的处理器。可以将处理器连接到在源控制电子装置中充当互锁的接口。可通过附加接口或通过外部接口将其它fod检测器系统连接到充电器系统。每个模块处的本地i/o（输入/输出）可提供用于利用fod检测的无线功率系统中的系统级管理和控制功能的接口。
高功率（3.3kw或更多）交通工具充电系统中的源谐振器可在绕组和可选地任何磁性材料的边界附近具有其最高磁场密度。在高磁场的区域中，包括具有矩形形状叶片的多个双8字线圈的传感器阵列可以防止金属fod的无意中加热而进行保护。可在pcb上制造阵列，并且其可具有包括在板上的集成滤波和信号调节。等效设计的第二pcb可略微地位于第一pcb上面或下面，并且以图4b中所述的方式横向地平移。替换地，可使用在单个板上包含两个（或更多）组的阵列的多层pcb。类似于上述算法的算法可在板上处理器中运行，其输出可被发射到系统控制器。系统控制器可以将金属fod检测器的输出与附加fod检测器的输出相比较，诸如测量温度分布（profile）或电介质变化的那些。系统然后可以判定如果检测到fod的话是否关小或关断系统。
foc检测系统的某些可能操作模式如下：
·可以在不存在交通工具的情况下执行低功率诊断测试以检查充电站的健康和状态并在交通工具开车前往该源之前检查fod。
·在交通工具到达并位于源模块上之后，但在高功率充电之前，fod检测器可验证源和/或源周围的区域仍没有fod。
·在交通工具到达并位于源模块上之后，但在高功率充电之前，fod检测器可验证设备没有fod。
·在高功率充电期间，一个或多个fod检测器可以验证没有附加fod已经移动到谐振器线圈上或到谐振器线圈的附近区域中。
如果在低功率诊断期间检测到fod，则可向交通工具、充电站、中央处理器等设置通信信号以指示在某个源位置处存在fod。在某些实施例中，fod传感器可包括通信设施。通信可以是带内和/或带外的，并且可以是电动交通工具通信系统的一部分，或者其可以是单独网络。在某些实施例中，源可向用户或驾驶员提供其在其上面或者在其附近具有fod的指示。在某些实施例中，源可提供可见指示器和可听指示器、物理指示器、无线指示器等，以警告用户fod的存在。在某些实施例中，谐振器可包括用于从其本身和/或其附近去除fod的机构，并且可在检测到fod时对此类机构进行致动。在某些实施例中，用户可具有被设计成从谐振器去除fod的设备并可以使用此类设备来从诸如源谐振器和/或设备谐振器和/或重复器谐振器之类的系统谐振器清除fod。
在某些实施例中，被设计成去除fod的设备可包括可用来吸引诸如金属片、导体和/或磁性材料之类的某些fod的磁体。在某些实施例中，被设计成去除fod的设备可包括刷子、扫帚、速易洁（swiffer）、抹布、拖布、扫除材料等，其可用来去除fod。在某些实施例中，被设计成去除fod的设备可包括真空、吸力杯、镊子、钳子、粘性滚子、吹风机、风扇等，其可用来去除fod。
传感器数据的处理
在实施例中，可单独地处理来自阵列中的多个fod传感器的读数并将其与来自其它传感器、传感器阵列的基线或预期和/或测量读数、参考读数、存储读数、查找表值等相比较。在其它实施例中，可一起使用并分析来自多个传感器的读数以分析并比较整个传感器阵列的行为。同时地处理并分析来自多个传感器的读数可提供改善的灵敏度、fod辨别力等。在本公开中，应理解的是处理和分析可在类似的时间完成。一起处理多个传感器读数由于数据的较高维度而可提供更多的信息。捕捉并处理来自多个传感器的数据可捕捉到类似于相邻传感器的相互关系、整体传感器系统中的趋势和差异之类的效应，以及如果单独地分析每个传感器则可能捕捉不到的其它效应。一起处理来自多个传感器的数据的某些挑战可包括确保高效地处理数据且在处理期间不丢失来自数据的可能信息。在保持检测fod传感器中的微小变化的能力的同时，多维数据组可能难以在数据继续被检测的同时存储和分析。
在某些实施例中，可一起处理并分析来自多个传感器的读数以计算一个或多个数值，其可以用作用于异常系统状态或fod存在的区分器（distinguisher）或警报。该数据处理方法可计算来自多个传感器的一个或多个相关、协方差以及均值矩阵，其可用作用于比较系统读数的基线值。一旦建立了基线，则可使用高效的矩阵运算计算将来自传感器的读数与基线相比较以生成新读数与基线读数相当的概率或可能性。下面概述这些示例性步骤的细节。
（i）计算传感器基线
在某些实施例中，为了确定fod不存在基线，可使用来自传感器阵列中的至少两个传感器的读数来计算均值和协方差矩阵。可使用均值和协方差矩阵作为fod检测系统的操作期间的用于测量数据的比较。
在示例性实施例中，具有j个传感器的fod系统，可从每个传感器捕捉来自每个传感器i的基本上正弦信号的振幅
在一些实施例中，可存在用于比较的超过一个参考信号。可经由fod检测系统中的多个参考线圈来生成多个参考信号。在某些实施例中，参考线圈的布置可取决于无线功率传输系统的磁场。例如，针对在形状方面是径向的且垂直于无线功率传输系统的谐振器线圈的平面的磁场，可将参考线圈布置成圆圈，使得其场可以逐个参考线圈是均匀的。在另一示例中，针对平行于无线功率传输系统的谐振器线圈平面的磁场，可将参考线圈布置成列或行，如图12中所示。可将来自参考线圈的参考信号或各组参考信号相互地、与来自fod传感器的信号等相互比较。可基于所检测fod的位置、尺寸、类型和/或材料而利用参考信号或一组参考信号。
在某些实施例中，可用函数、用电路、通过计算等来处理和/或修改来自至少一个传感器的振幅和相位的读数，并且可用阵列来表示已处理数据。在某些实施例中，可使用各种函数来处理测量的数据。在某些实施例中，用来处理和/或修改原始传感器数据的函数可不减少数据的维度。例如，一个函数可以是取每个读数的相位的正弦和余弦，其根据下面所示的等式（2）导致以下阵列
在某些实施例中，可用诸如值
在示例性实施例中，为了构建fod不存在基线均值和协方差矩阵，系统可获取多个组（例如p组）传感器读数以生成用于系统的各种操作点（功率传输水平、源和设备模块的相对位置等）的多个数据矩阵x。传感器的多个读数可优选地表示系统和传感器读数的有用、常见、指定、预期等操作范围。用所述p组数据（可选地归一化），可根据下面所示的等式（3）和（4）来计算均值
在本示例性实施例中，协方差矩阵
（ii）fod可能性计算
在示例性实施例中，在正常操作期间，系统可从fod传感器收集读数，并且将读数与均值和协方差矩阵的校准基线相比较以确定是否存在fod。该比较可基于产生一个或多个容易地可分析或可比较的数字或可能性的函数。在一个实施例中，如果x是来自j个fod传感器的2j个数据点的阵列，则可将可能性y计算为下面所示的等式（5）：
可将概率
在实施例中，可预先计算存储的协方差矩阵
在本示例性处理技术和方法中，可以以高效的方式一起使用多个传感器读数的特性来以用于存储基线或校准读数的相对小的数据存储要求确定系统的异常状态的可能性。
在示例性实施例中，一种包括一个无线源谐振器和一个无线设备谐振器的系统包括fod检测系统。fod检测系统包括位于源与设备谐振器之间的8字传感器的7乘7阵列（总共49个传感器）。8字传感器位于源谐振器的磁场中。当源谐振器生成振荡磁场时，该磁场在49个fod传感器中生成小的振荡电压。fod传感器中的电压可取决于传感器周围的磁场分布，并且因此可在系统的操作期间充当磁场重力梯度仪。
在无线能量传输系统的正常操作期间，来自fod传感器的信号或者其读数可由于由温度变化、偏移变化、功率水平、其它谐振器的存在等引起的磁场分布的变化而改变或漂移。即使当不存在fod时，传感器读数在无线能量传输系统的正常操作期间也可改变或漂移。该系统可要求校准步骤以确定传感器读数的基线范围或正常传感器读数的范围。可使用基线读数在系统操作（系统备用、启动、功率传输、维护等）期间比较fod传感器读数，以检测fod或者在不同于基线的fod传感器读数中可能显现的异常系统状态。
对于示例性系统而言，可在校准程序期间建立基线。该基线可包括基于系统fod传感器读数中的一个或多个计算的均值和协方差矩阵。为了确定基线，系统可捕捉用于一个或多个系统状态的传感器读数的振幅和相位（98个数据点）。用于每个状态的传感器读数可用来如上文概述地计算均值和协方差矩阵。
如前所述，假设出于校准的目的而执行p次测量。传感器数据的每个测量结果包含98个值。因此可以根据下面示出的等式（6）将传感器数据
传感器数据的p个测量结果可优选地表示在系统的工作点的一定范围内产生的数据，在该范围内可检测到fod。用数据的p个测量结果（可选地归一化），可根据下面示出的等式（7）和（8）来计算均值
一旦系统被校准且保存并计算了均值和协方差矩阵，系统可在系统的操作期间周期性地或连续地获取fod传感器的测量结果。针对来自fod系统中的每个传感器的每组读数，系统可根据下面示出的等式（9）来计算存在于系统附近的fod的基于可能性函数y：
可将概率
可使用可能性y和概率
基于用于y的输入、计算、测量或预定阈值，系统可将计算值分类为在阈值以上以意指存在fod，并且使用系统的其它部分来缓解或研究fod的风险。
在fod检测系统的某些实施例中，可在协方差矩阵和可能性函数的计算中对来自每个传感器的读数给予相等的重要性或相等的权重。在某些实施例中，可对传感器给予不相等的权重或重要性。在某些实施例中，来自更多传感器中的某一个的读数可能由于传感器更大灵敏度、位置等而更加重要。例如，某些传感器（即，线圈、环路、8字环路）可位于高磁场的区域中，而其它传感器可位于低磁场的区域中。还应理解的是在本公开中描述的各种传感器可位于高磁场的区域中，而其它传感器可位于低磁场的区域中。在某些实施例中，由传感器在高磁场中检测到的变化可比由系统中的其它传感器检测到的变化更加重要。可对此类传感器给予更大的重要性，并且可在均值和协方差矩阵的计算中对其读数给予更大的权重。
在某些实施例中，可将谐振器高场或‘热’区域中的fod传感器设计成比在低场或‘冷’区域中的传感器更小和/或更稠密地间隔。其中存在从‘热’区域到‘冷’区域的过渡的区域还可具有较小的传感器环路以使跨传感器环路区域的磁场的不均匀的效应最小化。在某些实施例中，fod传感器的某些区域可包括线圈、环路、重力梯度仪、8字传感器等，具有不相等的尺寸和/或形状的叶片。可将此类不对称传感器设计成提供较高灵敏度、较低噪声和/或较不温度敏感的性能。在某些实施例中，传感器阵列可包括具有与阵列中的至少一个其它传感器不同的尺寸和/或形状和/或对称性和/或类型和/或相对放置和/或相对取向和/或导体材料的至少一个传感器。
在某些实施例中，系统可具有多个基线和/或协方差矩阵。例如，系统可具有用于系统的一个或多个特定状态、位置、温度、湿度、功率水平等的基线和/或协方差矩阵。在某些实施例中，在已针对限制或特定基线确定或计算的协方差矩阵不表示系统的完整操作范围的情况下，可将系统配置成只有当系统处于针对其确定或计算基线的特定状态、位置、功率水平和/或状态、位置、功率水平的范围等时才激活fod检测系统。
例如，已经可以仅在特定功率传输水平（例如，3kw）下用用于传感器读数的基线对fod检测系统进行校准。应理解的是已经可在0.5kw的特定功率传输水平（例如，1kw、2kw、3kw、4kw、5kw、6kw、8kw、10kw、15kw、20kw、50kw）下用用于传感器读数的基线对fod检测系统进行校准。fod检测系统可使用来自系统的其它传感器或部分的信息来确定系统是否正在针对其获取基线的状态下操作。例如，fod检测系统可从源谐振器放大器控制电路接收信息以确定功率传输水平是否处于3kw或在其附近。一旦fod检测系统根据其它子系统或传感器确认系统状态，则可测量并针对保存基线读数而比较fod检测传感器以确定是否存在fod。在示例性实施例中，fod检测系统可包括功率水平、位置、系统状态、温度、湿度等检测能力。在此类实施例中，fod检测系统可在未从无线功率传输系统的其它子系统和/或传感器接收到信息或系统指示符的情况下确认某些操作状态。在某些实施例中，可使用用于超过一个电路、传感器、子系统等的信息和/或指示符的组合来确定无线功率传输系统的操作状态和fod检测系统中的存储基线和/或协方差矩阵的适用性。
在某些实施例中，可针对表示系统的正常和/或可接受操作的传感器读数计算基线和/或校准。在某些实施例中，用来计算基线的传感器读数可以是用于无线能量传输系统的无fod或无故障操作。在基线的校准中使用的传感器读数可表示无线能量传输系统的可接受操作状态的部分或完整范围及来自fod检测系统的可接受读数的部分或完整范围。
一般地，可在基线和/或校准信息中表示用于无线功率传输系统的多种不同操作状态。在某些实施例中，例如，可针对与系统的电源和功率接收机之间的不同能量传输速率相对应的多个不同操作状态提供（例如，取回或测量）基线信息。在某些实施例中，可针对与用于系统的电源和功率接收机之间的不同对准相对应的多个不同操作状态提供基线信息。在某些实施例中，可以针对与用于系统的电源和功率接收机之间的不同间距相对应的多个不同操作状态提供基线信息，沿着垂直于由电源的（多个）谐振器定义的平面的方向测量。
在某些实施例中，用来计算基线或对其进行校准的传感器读数可表示不可接受系统行为或状态。在某些实施例中，用来计算基线或对其进行校准的传感器读数可以是对于其而言在系统的附近存在fod的读数。用来计算基线的传感器读数可以是用于超过系统的操作范围的谐振器偏移。这些不寻常或非期望系统状态可用来构建其自己的均值和协方差矩阵。可通过计算可能性y以确定读数与被用于校准的读数匹配的可能性来针对这些读数比较正常操作期间的传感器读数。如果可能性是高的，则系统可确定存在fod，并且发起对检测事件的系统响应。
在某些实施例中，具有至少一个fod检测器系统的无线功率传输系统可使用传感器读数来计算或确定用于系统的正常或可接受操作的基线和传感器读数以计算或确定用于系统的非期望或不可接受操作或状态的另一基线。在某些实施例中，系统可具有超过一个存储基线，其包括一个或多个存储均值和协方差矩阵。在某些实施例中，一个或多个均值和协方差矩阵可表示用于正常、预期和/或可接受系统状态和/或行为的传感器读数，并且一个或多个均值和协方差矩阵可表示用于不寻常、不可接受和/或在范围之外的系统状态和/或行为的传感器读数。在某些实施例中，在无线能量传输系统的操作期间，fod检测系统可从fod检测传感器取得读数，并且针对可接受和不可接受基线对其进行比较。该系统可使用附加处理来帮助确定当与可接受或不可接受基线相比较时fod传感器读数是否具有较高的可能性y。
在某些实施例中，在基线的校准和计算期间，可在一定范围的状态和操作环境内对系统进行训练或校准，在协方差矩阵和可能性函数的计算中对每个状态或环境给予相等的重要性或相等权重。例如，状态和操作环境可包括源—设备分离距离、功率水平、在无线功率传输中使用的频率、湿度范围、温度范围、高度水平等。在某些实施例中，可在基线的计算中对某些特定系统状态或环境条件给予较高重要性或较大权重。在某些实施例中，某些特定系统状态在系统的正常操作期间可能更加重要或者更有可能。例如，在美国南部中使用的系统可在比在美国北部中所使用的系统更高的温度范围内进行校准。
在某些实施例中，可在基线的计算中对更有可能的系统状态给予较高的权重。例如，在基线的计算期间，可以从在正常的操作中更有可能有用的那些状态收集更多的数据点（p个测量结果中的更多）。在某些实施例中，用于建立基线的优选方法可包括收集基线样本，使得针对每个状态收集的样本的数目与该状态在操作期间存在的概率成正比。在某些实施例中，优选方法可对每个状态分配权重，其与该状态在正常操作期间存在的概率成比例。
作为示例，如果在基线（
（iii）同步
在某些实施例中，fod系统可包括至少一个导电线圈，其获得由振荡磁场感生的电压和/或电流。在某些实施例中，可使用振荡电压/电流信号来确定诸如磁场的频率、磁场的振幅和磁场的相位之类的量。可将这些信号称为参考信号，因为可将其用于fod系统所利用的时钟恢复和锁相环路。在某些实施例中，还可使用参考信号来设置相位参考，使得可相对于参考相位而定义来自单个传感器的相位信息。在某些实施例中，可将用来检测被用于无线功率传输的场的线圈称为“参考线圈”。
在某些实施例中，参考线圈可以是任何形状和/或尺寸，并且可由与fod传感器类似的导体或者由不同的导体制成。在包括集成在印刷电路板中的传感器的fod系统的示例性实施例中，可使用印刷电路板迹线、导线迹线、利兹线迹线、导电带等来形成参考线圈。参考线圈可与fod传感器的各部分重叠，或者可配合在fod传感器的叶片内。
在某些实施例中，fod系统可包括超过一个参考线圈。在某些实施例中，fod系统操作可包括用以确定在不同操作模式中可使用哪个线圈或参考线圈组合的方法。在某些实施例中，可使用参考线圈信号的信号处理来确定对于某个应用而言一个参考信号是否比其它的更好，或者多个参考信号是否更好。可测量、计算、比较等诸如信噪比、谐波含量、采样灵敏度等参数以确定在fod系统中可使用哪些参考线圈信号。
如先前所述，可用正弦波来近似每个fod传感器的输出。当与不存在fod时的情况相比较时，fod的存在可影响传感器信号的量值以及相位。为了检查信号的相位的变化，可测量参考信号，并且可使用传感器信号与参考信号之间的相位差来检测传感器信号的相位的任何变化。可通过测量跨放置在磁场中的导线的环路的电压来生成参考信号。在缺乏fod的情况下，传感器信号与参考信号之间的相位差可保持未改变。
因此，可将传感器信号相对于参考信号的相位差用于fod检测。
（iv）正交采样
可以使用正交采样来计算测量正弦信号相对于参考信号的振幅和相对相位。在fod检测的情况下，可使用测量信号相对于参考信号的振幅和相对相位作为用于测量信号作为fod存在或fod缺乏的分类的参数。当被采样信号并非完美地正弦时，正交采样的触发信号相对于参考信号的相对相位可以影响测量信号相对于参考信号的振幅和相对相位的计算。这可以导致在缺乏fod的情况下的信号振幅和相对相位的计算值中的大的扩散，并且降低传感器的灵敏度。此问题的一个解决方案是确保正交采样的触发信号的相对相位和参考信号基本上不改变。例如，可将相对相位保持在其平均值的10%内（例如，在5%内、在3%内、在1%内）。可通过使用参考信号来生成正交采样的触发信号从而确保采样信号和参考信号的相对相位基本上不改变和/或主动地测量并控制采样触发和参考信号的相对相位而保持该相对相位。
类似于传感器信号，使用模拟滤波器和放大器来处理参考信号。然而，可将用于参考信号的增益选择成不同于传感器信号放大器的那些。
fod传感器的校准
在某些实施例中，fod系统和传感器可具有校准程序。该程序可用来“教授”或“训练”系统正常的操作限度，或者计算适当的基线数据（例如，均值和相关矩阵）。应理解的是适当的基线数据还可指代诸如但不限于无线功率传输系统的可能性
在某些实施例中，可在制造期间、在正规使用的时间段内、每次系统被使用时等对系统进行校准。校准的类型、校准的时间、复杂性、读数的数目等可取决于系统的使用情形、期望灵敏度或性能、系统的成本等。在某些实施例中，fod检测系统可利用超过一个校准方法。可用一个校准方法对系统进行校准，并且在使用期间或在不同的环境和/或部署情形中使用另一校准方法。
在某些实施例中，可在制造期间或在系统的部署之前将fod检测系统校准至传感器读数的正常范围或“无fod”范围。在某些实施例中，可在偏移、高度、谐振器、谐振器类型、功率水平、取向、交通工具、温度、地表、天气条件等的一定范围内对系统进行校准或“训练”。可将教授或校准阶段设计成在预期使用情况情形的正常或预期范围内在没有外来物的情况下提供传感器读数。可在获取传感器读数的同时在逐渐地提供新情形、偏移、位置、环境变量等的受控环境中执行校准。可随着位置和环境条件改变而连续地获取传感器读数，或者可在位置或环境条件以显著方式改变时周期性地获取。
例如，在校准程序期间，可针对由于谐振器的偏移或不对准的变化而引起的传感器读数的变化而对fod检测系统进行校准。在校准程序期间，谐振器可相对于彼此偏移或不对准。可在谐振器相互偏移的同时、可能甚至在其正在传输功率的同时连续地监视和处理传感器读数。在某些实施例中，可用自适应技术对fod检测系统进行校准以适应于变化的状态或环境。在某些实施例中，可在校准期间以离散的偏移来获取传感器读数，诸如每5mm、100mm或更多的偏移。在某些实施例中，可在每个测量位置处或在某些测量位置处在多个功率水平下或者在连续变化的功率水平下获取传感器读数。在某些实施例中，可设置、改变、扫描等多个系统性能参数以执行用来确定和/或计算均值和协方差矩阵的测量结果p。
在某些实施例中，如果系统参数、测量结果、读数等的预期值是零，则系统的协方差矩阵可等于相关矩阵。在本公开中，可以可互换地使用术语“协方差”和“相关”矩阵。
在某些实施例中，在校准程序期间，可监视传感器读数，并且仅在存在来自传感器的读数的显著变化时进行处理或存储。在用于各种偏移的校准期间，例如，可改变偏移并监视传感器读数。可仅在读数与已经获取的保存校准数据偏离预定阈值的情况下才处理、存储传感器读数或将其添加到校准数据。只有当数据改变预定阈值时才处理数据可减少足够准确的校准所需的读数和存储点的数目。
返回到用自适应技术在一定偏移范围内进行校准的示例，可改变无线功率系统的操作参数直至传感器读数不同于已存储的传感器的校准数据为止。一旦读数显著地不同于存储数据或与之相差预定阈值，则可处理传感器读数并将其添加到正常操作期间的可能“无fod”传感器读数的校准数据。在那方面，可以以不一致的间隔处理传感器数据。例如，可在并排方向上的5mm、20mm、22mm以及24mm谐振器偏移处获取校准数据，取决于这些位置处的传感器读数和存储已校准数据的差异。另一无线功率系统上的另一校准程序可包括在10mm和25mm处获取的测量结果。该校准程序可以是高度定制的，并且可针对校准速度或准确度或均匀性或任何数目的系统变量、参数、规格等进行优化。在某些实施例中，用于fod传感器的校准程序包括无线功率系统处于至少一个操作模式中时的至少一个fod传感器的至少一次测量。在某些实施例中，fod校准包括在无线功率系统处于至少两个操作模式中时使用至少两个fod传感器的超过一个测量结果。
在某些实施例中，可与用于每个校准点的系统状态一起保存存储在系统中的校准数据。可在正常操作期间使用存储校准数据来确定系统的状态。例如，针对每个谐振器偏移位置，可连同关于谐振器偏移位置的信息一起保存校准数据。在系统的正常操作期间，当传感器正在生成类似于特定校准点的读数的读数时，校准可被系统用来确定谐振器的偏移或系统状态的其它参数。在某些实施例中，可使用已校准fod系统作为无线功率传输系统中的位置传感器。在示例性无线功率传输系统实施例中，可存在人们可能希望基于传感器数据来区别的‘n’个状态。例如，‘n’个状态可以是相对谐振器位置。然后，‘n’个状态中的一个可以是（0,0,10），表示其中谐振器线圈的中心在x-y平面中对准且谐振器线圈分开10cm的相对位置（遵循和（x，y，z）惯例，其中，z是垂直于x-y平面的维度）。‘n’个状态中的另一个可以是（-5,10,15），表示谐振器线圈在x方向上偏移-5cm，在y方向上偏移10cm且在z维度上偏移15cm。此类相对谐振器位置可以在无线功率传输系统的正常操作范围内，并且该位置数据可被系统用来增强或改变其操作，包括但不限于调谐阻抗匹配网络、确定适当的功率水平、确定适当的驱动频率和/或其任何组合。在其它实施例中，可将谐振器的相对位置确定成对于系统而言在范围之外，并且系统控制机构可生成警报，限制电源接通，发起重新定位算法等。
在示例性实施例中，可使校准数据与某些系统操作位置、取向、功率水平、频率等相关联。在此类实施例中，可针对每个操作状态i建立和/或存储基线计算。可使用p个数据点（测量结果）来表征每个状态i，并且可将其表示为（
给定新的测量结果x，通过如前所述且根据下面所示的等式（14）来计算以下矩阵积而确定最可能的系统状态：
可将概率
具有y的最高值的状态然后是最可能系统状态。
来自fod检测系统的读数的关于系统状态的信息可被无线能量传输系统的其它部分使用。关于谐振器偏移、谐振器间隔等的信息可被无线能量源放大器的电源和控制电路用来基于系统状态而控制源的功率输出及其输出参数，诸如阻抗、频率等。在某些实施例中，可使用来自其它传感器的信息来细化或补充来自fod检测系统的系统状态预测。可使用来自温度传感器、电感传感器的信息、谐振器上的功率和电压读数等来补充或细化来自fod检测系统的系统状态预测。
在某些实施例中，系统状态信息可被其它设备或系统使用。该信息可例如被交通工具用于引导目的以在交通工具充电应用中的泊车操作期间使谐振器对准。
在某些实施例中，取决于成本、在系统中使用的部件的公差、灵敏度要求等，每个系统可要求校准程序。在某些实施例中，每个fod检测系统可使用无线能量传输谐振器和其将与之配对的系统来经历单个校准程序。在某些实施例中，每个fod检测系统可使用至少一个特殊或标准无线能量传输谐振器和系统来经历单个校准程序。然后可使fod检测系统与不同的无线能量传输谐振器组配对。
在某些实施例中，可以仅针对无线能量传输系统中的每个类型或谐振器类型需要用于fod子系统的校准程序。可针对测试系统执行一次校准，并且可在不必对每个系统进行重新校准的情况下在所有相同或类似无线能量传输系统中使用来自那个系统的校准数据。
在某些实施例中，可仅针对无线能量传输系统的每个不同类型或谐振器类型需要校准程序。在已经表征来自该系统类型的来自fod检测传感器的读数之后，可将其用作用于其它类似系统的基线表征数据，简化了用于系统的其它副本的校准程序。用从基础系统校准加载的基线校准数据，可仅需在位置或系统状态的特定子集处对每个连续系统副本进行校准以完成用于每个系统的校准数据收集。在由于部件变化、制造不确定性等而存在系统特性方面的小差异的情况下，附加校准程序对于每个附加系统副本而言可能是必要的。
在某些实施例中，可在其它系统中使用来自一个表征或校准的信息。针对某些系统，通过仅在一个位置上扫描功率来计算平均矩阵可以是可能的，该位置可以是最可能操作位置或状态。然后可以使用此平均值来计算协方差矩阵，即使其严格来说并非所有数据点的平均。
假设在最可能操作状态下获取m个测量结果，并且可根据等式15来计算有效平均
然后可通过在所有可能操作状态范围内测量p个数据点但根据等式（16）而使用此有效平均值来计算有效协方差：
使用这种方法，当使用新系统时，有效协方差保持近似相同，并且校准仅要求可以更快地测量的新有效平均，因为其仅仅是针对系统的一个状态计算的。
在部署之前校准的系统可以能够在无线能量传输系统的使用和初始化的不同阶段检测fod。在其中校准在没有设备谐振器的情况下包括传感器读数的实施例中，该系统可在设备谐振器的到达之前检测fod。例如，在交通工具充电应用中，源谐振器可在交通工具的到达之前检查fod。在某些实施例中，无线能量源可在交通工具到达之前开启电源或在功率方面斜坡向上（rampup）。源谐振器可上电至满功率或其满功率的一小部分以激励fod检测传感器并获得读数。可将该读数与在没有fod的情况下操作和/或上电的系统的校准数据相比较。如果该读数偏离存储校准数据，则可在交通工具停泊在源上之前和/或在无线功率交换部分地或完全开启之前使用fod检测系统向用户警告可能的fod。
如果期望在不存在交通工具的情况下执行对fod的检查，则可能必须使无线功率系统源在附近没有设备线圈的情况下激励源线圈。在这种情况下，源可以以其处理在正常功率传输期间存在的设备的相同方式来激励源线圈，或者其可在不同的模式中操作以激励源线圈。例如，由源线圈在没有存在设备线圈的情况下呈现的阻抗可不允许源放大器的正常操作。在这种情况下，阻抗匹配网络中可存在一个或多个元件，其可被接入到电路以便以可能操作放大器和fod检测系统的这样的方式修改由源线圈呈现的阻抗。一旦已经完成fod检查，则可以将一个或多个元件从电路断开以在存在交通工具时允许正常的功率传输操作。
在部署之前校准的系统可立即能够检测在系统启动时可能已位于无线能量传输谐振器附近的fod。例如，在交通工具停泊且无线能量传输开启之后，可激励fod检测传感器且其可以提供可与保存校准读数相比较的读数。如果所检测的读数偏离存储值，则fod检测系统可生成fod存在的信号、警报、指示等。在某些实施例中，无线功率传输系统可在存在fod时与在不存在fod时不同地操作。
在某些实施例中，可在系统部署期间对fod检测系统进行校准。在某些实施例中，fod检测系统可每当系统发起或开始能量传输时和/或当系统正在以任何水平传输功率时收集校准数据。在某些实施例中，系统可在能量传输开始期间执行系统校准。在某些实施例中，可保证系统在系统启动时没有fod。可由用户、由另一系统、由fod清洁设备等来保证系统在启动期间的无fod环境。在初始无线能量传输期间，系统可使用初始fod传感器读数作为基线读数以存储在操作期间的正常预期读数组、与之相比较和/或对其进行校准。在某些实施例中，在操作的前数秒期间或者在操作的前数分钟期间，可获取fod传感器的一个或多个读数并用来计算用于传感器的参考或基线（即计算均值和协方差矩阵）。应理解的是计算用于传感器的参考或基线还可指代无线功率传输系统的计算参数，诸如但不限于可能性
在某些实施例中，在系统启动期间的fod校准的使用中，可每当移动、改变或启动系统时执行校准。在某些实施例中，诸如谐振器偏移、距离、功率水平、温度、环境等系统操作参数的变化可导致可能并非由于fod的存在而引起的明显不同的fod传感器读数。因此，系统可在fod系统的寿命内继续向其基线矩阵添加校准数据。在实施例中，fod系统可在系统开启和/或发起时和/或在无线功率传输期间进行自校准。在某些实施例中，可使用各种算法来捕捉场中的校准数据。例如，fod系统可每当系统开启时或者每隔一次系统开启时或者每个第n次系统开启（其中，n是诸如10之类的正整数）等时收集校准数据。在某些实施例中，系统可在某些操作温度、功率水平、耦合值下等收集附加校准数据。在某些实施例中，校准数据的收集可以是自适应的且可随时间推移而改变。例如，如果已在被视为充分的温度范围内收集校准数据，则fod系统可不再基于温度读数而收集附加校准数据。虽然使用温度作为示例，但可使用任何系统参数，包括但不限于谐振器类型、处于某些间隔的谐振器、被附着于某些交通工具类型的谐振器、处于某些功率水平的谐振器、某些环境中的谐振器和/或其任何组合。
在例如交通工具充电应用中，系统可每当交通工具停泊在源上时执行fod传感器校准。在校准期间，一旦交通工具停泊，则源可发起能量传输并对能量传输的参数进行调制，同时测量fod传感器并计算和存储基线。在初始校准期间，可手动地或自动地清理谐振器区域或检查fod以确保所计算的基线在系统的正常（无fod或低fod或无危险fod等）操作期间捕捉到传感器读数。在某些实施例中，每当交通工具停泊并被充电时，可在系统的初始启动期间对系统进行重新校准。每当交通工具停泊时，交通工具位置、类型、高度等可以是不同的，引起先前捕捉的fod传感器校准数据不再表示系统的当前状态中的正常或预期fod传感器读数。在某些实施例中，可通过重新校准来改变先前的基线。在某些实施例中，可丢弃、覆写、移动、忽视等先前的基线，并且可独立地使用重新校准基线。在某些实施例中，可在fod检测算法中使用最近、先前或存储校准数据的某种组合。在某些实施例中，可由用户随时间推移对fod检测系统进行校准和/或该系统可包括自学习或机器学习方法以确定或学习正常和非fod传感器读数。
在另一示例性实施例中，fod传感器可包括印刷电路板。该印刷电路板可包括形成导电线圈、环路、叶片、传感器、重力梯度仪和/或8字的迹线。导电迹线可在单层的印刷电路板上，或者导电迹线可穿过印刷电路板的多个层。在图16中示出了具有七行和七列的正方形8字fod的示例性电路板的迹线。电路板还包括fod传感器读出电路1602和用于使fod传感器相位和量值读数与被用于能量传输的振荡场同步的同步线圈1604。
还可使用导电迹线来将fod传感器连接到fod传感器的其它电子部件。在某些实施例中，fod系统可包括被连接到至少一个电子复用器的至少一个fod传感器。可将示例性复用器称为ic复用器、2×8复用器等。在示例性实施例中，fod系统可包括模拟器件ic复用器。在实施例中，fod系统可包括adg1607bruz复用器或具有类似功能的复用器。在某些实施例中，可使用多个复用器来处理fod传感器信号。在某些实施例中，可在fod系统中使用具有高输入阻抗的ic复用器。
在某些实施例中，fod系统可包括通信设施以使得能够实现fod系统与无线功率传输系统和/或无线功率传输系统的控制器之间的信息交换。在某些实施例中，通信设施可以是有线设施和/或无线设施。在某些实施例中，fod系统可以能够发射和/或接收信息、控制信号、警报、报告、ttl信号、微控制器命令等。在某些实施例中，fod系统可包括收发机。在某些实施例中，fod系统可包括微控制器。
在某些实施例中，fod传感器和/或系统可以是现有无线功率系统的附件。例如，可将fod传感器和/或系统分离地封装以附着到或停留在无线功率系统的谐振器上，并通过有线和/或无线通信链路与无线功率系统进行通信。在某些实施例中，可将fod传感器和/或系统集成到无线功率系统的至少一个部件中。例如，用于无线功率部件的外壳可包括fod传感器和/或系统。作为另一示例，配合在并附着到谐振器外壳上的塑料盖可包括fod传感器和/或系统。
在某些实施例中，fod传感器可优选地感测无线功率传输系统的振荡磁场或无线功率传输系统的振荡电场。在某些实施例中，可将fod传感器设计成主要地或仅感测振荡磁场或者部分地或最低限度地振荡电场。在某些实施例中，可将fod系统设计成与磁谐振器的谐振器线圈基本上重叠。在某些实施例中，fod传感器可与磁谐振器的电容元件基本上分离。在某些实施例中，可将fod系统的导电环路设计成对无线功率传输系统的振荡电场相对不敏感。在某些实施例中，fod传感器可包括屏蔽以使其对振荡电场的暴露和振荡电场的检测最小化。在实施例中，可在fod传感器的导电迹线上面和/或下面添加附加“非环路”导电迹线。图17示出了可在pcb传感器阵列的导电层的一个层上利用以减小其对环境电场的灵敏度的非环路导体1702（粗黑迹线）的示例性布置。
在某些实施例中，特定设计方法可改善fod系统的性能。例如，可将用来将fod传感器连接到感测电子装置的导体布置成使得可对其屏蔽环境场。在某些实施例中，基本上一个在另一个的上面或下面地敷设导电迹线可以是优选的，其为有时被称为“带状线”布置的事物。导体的此类取向可允许较小和/或窄导电焊盘对这些信号载送导体屏蔽环境场。
在某些实施例中，可使用传感器来检测系统损坏、系统故障、外壳穿透或任何其它类型的损坏。系统损坏可通过完全阻挡或改变来自传感器的一个或多个读数来影响传感器读数。可使用错误传感器读数来确定系统损坏的类型和程度。在某些实施例中，传感器或一组传感器可能能够充当已被损坏的传感器的备份。在某些实施例中，可向系统的用户发送信号或消息以通知系统损坏。
人类组织（手、臂等）的存在可被这里所述的电感环路fod传感器检测。在某些实施例中，可对电感环路传感器进行调谐以检测有机和/或生物组织。
在某些实施例中，至少一个fod传感器可存在于无线功率传输系统的设备侧。所述至少一个fod传感器可分开地或与源侧的fod传感器相结合地操作以改善无线功率传输系统的谐振器之间的项目的检测性能。可使用来自fod传感器的信号来确定系统的其它性质，诸如源和设备谐振器和/或谐振器线圈的相对位置。
如先前公开的，可将诸如电容传感器之类的其它类型的传感器与金属fod检测器集成以提供在谐振器之间或周围的区域中可能存在的其它类型的物体的附加检测能力。这些附加传感器可独立于金属fod传感器进行操作，或者可将传感器信号与来自金属fod传感器的信号组合并一起处理。
不对准和场检测
无线功率传输系统可包括磁场传感器。磁场传感器可在传输50w、200w、1kw或更多功率的高功率系统中有用。根据示例性和非限制性实施例，可将磁场传感器安装在源、设备或重复器谐振器和/或无线功率传输系统的部件上面或附近。在交通工具应用中，例如，磁场传感器可位于位于地面、车库地板、人行道等上面的源谐振器上面或附近。可将磁场传感器集成、附着或定位于源谐振器外壳、电子装置及其它部件上面或附近。在某些装置中，可将磁场传感器嵌入交通工具周围的泊车区域中的源周围的地面、地板、混凝土、柏油等中。在某些实施例中，可用诸如混凝土或柏油之类的地面材料完全覆盖磁场传感器，但是还可取决于泊车的位置（例如，公共、私人、室内、室外等）将传感器放置、附着或胶合到地表面的顶部。可将磁场传感器集成、附着或定位于无线功率传输系统的设备上面或附近。例如，可将磁场传感器附着在交通工具的车身底板周围、交通工具的周界周围并且交通工具的舱内部的各种位置上。可将磁场传感器接线到提供读数的无线功率传输系统的电子装置。在某些实施例中，传感器可以是无线的，并且可收获或使用从无线功率传输系统和/或其它能量源捕捉的能量，并且可使用无线通信信道来向无线功率传输系统的一个或多个部件传输磁场读数。
在被配置成用于对电动车（batteryelectric）和混合电动交通工具的无线充电的无线功率传输系统或者其中将传输大量功率的其它应用中，可监视用户可访问区域中的磁场。可要求例如将用户可访问区域中的磁场保持得足够低以满足人类曝光和emi/emc规定。源和设备谐振器的对准方面的可变性可导致针对同一功率传输水平的这些用户可访问区域中的较大或较小磁场水平。可使用磁场传感器来检测高场、场的变化或场的特定分布并用来指示用户可访问区域中的潜在高场。来自传感器的指示可被无线功率传输系统使用，并且系统可例如降低功率传输的水平以减小场。与其针对无线功率传输系统中的所有谐振器对准使功率传输局限于同一水平，倒不如可期望感测一个或多个位置上的磁场，并且在反馈环路中使用此信息来控制无线地输送的功率的水平，以便在可以在法规限度和/或其它安全、用户舒适度或干扰极限内输送的最高功率水平下操作。可以使用位于用户可访问区域的边界附近（诸如在交通工具的边缘处）、源谐振器外壳上、设备谐振器外壳上、谐振器中的任何一个附近等的一个或多个磁场传感器来确定用户可访问区域中的磁场是否已超过某些安全规定。在某些实施例中，可单独地使用来自最接近于用户可访问空间的磁场传感器的读数，或者可在一组多个传感器读数中对其给定较高优先级，并且可在功率控制反馈环路中处理和使用。可以基于此类反馈和/或与来自其它检测系统的数据输入相结合地调整系统的功率，以确保高功率无线功率传输系统在已建立规定要求内操作。
在某些实施例中，磁场传感器可提供磁场强度的直接或归一化读数。可对传感器进行校准以提供与实际场强成比例或与之有关的读数。在某些实施例中，传感器可提供相对读数。在某些实施例中，可使用多个传感器的相对读数来推断或确定潜在高磁场。例如，在交通工具充电应用中，其中无线功率传输系统的源和设备谐振器位于交通工具下面，可能期望监视站在交通工具附近的人可能暴露的交通工具周界周围的潜在高磁场。为了检测可到达站在交通工具磁场附近的人的潜在高磁场，可将传感器定位于交通工具的周界周围。传感器可提供磁场强度的直接读数。在某些实施例中，可将传感器配置成提供传感器附近的场的相对强度的指示。该相对指示可用来确定或推断由于设备和源谐振器的不对准而引起的潜在高磁场。与谐振器对准时相比，谐振器的不对准可导致不同的磁场分布。在某些实施例中，不对准越大，分布的变化越大。可使用来自传感器的相对读数来检测该变化以及用户可访问区域中的潜在高磁场。
例如，当源和设备谐振器对准时，磁场分布可相对于交通工具左侧和右侧而言是基本上均匀的。在对准条件下，交通工具的左侧和右侧之间的最大场强可相差10%或以下（例如，5%或以下）。当源和设备谐振器例如由于不准确的泊车而不对准时，相对于交通工具的左侧和右侧的场分布可改变，并且可能不像源和设备谐振器对准时那样均匀。在某些实施例中，源和设备谐振器不对准时的交通工具的左侧和右侧之间的最大场强可相差11%或以上（例如，20%或以上）。在某些系统中，场强的差可与源和设备谐振器之间的不对准和/或在交通工具的边界外面的潜在高场成比例或相关。
在某些实施例中，可将系统配置成监视无线能量传输谐振器周围的不同区域中的磁场传感器的相对读数。可将该相对读数与预期读数相比较。在某些实施例中，当传感器之间的读数与预期读数相差超过15%或以上时，可将无线系统配置成降低能量传输的水平。在某些实施例中，当传感器之间的相对读数相差11%或以上时，可将无线能量传输系统配置成降低能量传输的水平。在某些实施例中，源与设备谐振器之间的功率传输水平可与传感器之间的场强读数的相对差成反比或者反相关。例如，当交通工具的左侧和右侧之间的磁场强度读数相差20%时，可将无线能量传输系统配置成在正常功率水平的80%下操作。例如，当交通工具的左侧和右侧之间的磁场强度读数相差40%时，可将无线能量传输系统配置成在正常功率水平的50%下操作。应理解的是所述百分比值是示例性的。
在某些实施例中，可将磁场传感器定位成接近于其中可发生对人或动物的潜在高场暴露的区域，诸如在交通工具的周界附近、座位附近、汽车前面等。在某些实施例中，可将磁场传感器定位于其中当源和设备谐振器不对准时可能存在磁场分布的相对大的变化的区域中。在某些实施例中，可将磁场传感器定位成例如接近于源谐振器的偶极矩或与之成一直线。
在某些实施例中，磁场传感器可包括导线的线圈、环路、霍尔效应传感器、磁敏二极管传感器、磁敏晶体管、mems传感器等，并且使用任何数目的电压、频率或光学感测方法。
在某些实施例中，可使用fod系统和fod传感器来测量一个或多个谐振器周围的场和/或相关场分布。在某些实施例中，可使用具有一个或多个fod传感器的系统来测量谐振器周围的相对场分布。由于谐振器未对准，所以谐振器周围的场分布可改变。具有一个或多个fod传感器的fod系统可通过测量来自位于谐振器的不同部分附近的传感器的差分读数来检测场分布的变化。大的或非预期差别可指示谐振器的不对准，其可导致可延伸到用户可访问区域中的场分布。
fod系统可具有一个或多个操作模式。在一个模式中，可使用fod系统来检测fod，在另一模式中，可使用fod传感器来直接地测量场、场分布等以确定交通工具对准和或场强。在某些实施例中，可同时地处理来自fod系统的读数以确定或检测fod和/或提供可导致人可访问区域中的高场的不对准和/或不对准的潜在警告和指示。
在图23中示出了用于使用磁场传感器以用于检测人可访问区域中的不对准和/或潜在高磁场的方法的示例性实施例。在方框2302中，场传感器可获取磁场传感器处或附近的场强的读数。可用无线功率传输系统的传感器模块来收集场读数并进行处理。在某些实施例中，可使用fod传感器从fod系统生成读数。在方框2304中，可使用传感器读数来确定传感器之间的场差。可将传感器读数相互比较。在方框2306中，可相对于预期读数或基线读数分析传感器读数。基线读数可包括用于谐振器对准时的传感器读数或差动范围。基线读数还可包括用于系统的各种不对准的预期传感器读数或预期传感器读数差。在某些实施例中，该系统可包括最可能计算以确定系统的最可能不对准。在方框2308中，基于所确定的不对准和/或直接传感器读数，可调整系统的功率水平以防止谐振器附近的用户可访问位置中的潜在高场。
在某些实施例中，来自外部或其它场传感器的读数可被fod系统使用。可使用不对准信息来细化fod读数和/或改善fod系统的校准。
应理解的是虽然在以上示例中描述了磁场传感器，但可将类似方法用于电场传感器以用于检测谐振器和/或无线能量传输系统的电子部件处、附近或周围的潜在高或异常电场。
在实施例中，fod检测系统可使用用于传感器的超过一个基线和/或校准文件或配置，诸如均值和协方差矩阵。可使用基线或校准配置来定义来自fod传感器的正常或预期读数。校准、基线和配置文件可包括对于其而言确定存在fod的读数和/或阈值的信息。例如，基线文件可以是包括基线值（也称为“基线参数”）的信息的数据文件，诸如可能性、均值矩阵、协方差矩阵。在某些实施例中，校准文件可以是包括诸如可能性、均值矩阵、协方差矩阵之类的信息的数据文件。在实施例中，可针对超过一个位置、不对准、谐振器类型、温度等定义基线或校准文件或配置。在实施例中，针对系统中的一定范围的偏移或不对准而定义无fod条件下的正常或预期fod传感器读数的校准或基线可降低fod检测的灵敏度。针对谐振器偏移或不对准的范围定义正常或预期fod传感器读数的校准或基线与定义用于一个或几个谐振器对准的正常fod传感器读数的基线的校准相比可具有用于fod传感器的较宽范围的预期或可接受读数。较窄的基线或校准可增加传感器的灵敏度或检测能力。
在具有fod检测系统的无线能量传输系统的某些实施例中，可以使用超过一个基线和/或校准文件、范围和/或设置。在某些实施例中，如果操作期间的谐振器的位置、环境、不对准等是已知的，则可优选使用或加载定义用于谐振器的该特定位置、环境、不对准的无fod条件下预期或正常传感器读数或用于谐振器的可能位置、环境、不对准等的较窄子集的无fod条件下的预期或正常传感器读数的基线和校准。在某些实施例中，可在用于谐振器的固定位置的能量传输之前执行基线或校准以定义较窄基线或校准。
例如，可使用交通工具应用中的位置检测系统来确定谐振器的不对准。可使用该不对准信息来选择特定基线或校准。例如，如果将不对准确定为是4cm，则可使用被配置成或者表示用于4cm或更小的不对准的正常fod传感器读数的基线或配置。如果不能确定谐振器的位置或不对准，则可使用定义用于所有可接受偏移（例如15cm或以上）的正常fod传感器读数的配置的基线作为默认基线。
在另一示例中，在操作的前数秒期间或者在操作的前数分钟期间，可获取fod传感器的一个或多个读数并用来计算用于传感器的参考或基线（即计算均值和协方差矩阵）。应理解的是计算用于传感器的参考或基线还可指代计算无线功率传输系统的参数，诸如但不限于可能性
使用fod系统的fod检测可以是主动的，或者当一个或多个谐振器被耦合并正在传输功率时执行。在实施例中，使用fod系统的fod检测可以是主动的，或者当谐振器未被耦合时执行。在本示例或者交通工具应用中，在源谐振器位于地面上或附近的情况下，设备谐振器位于交通工具下面，可在交通工具在源之上停泊或行进之前执行fod检测。在某些实施例中，可周期性地或者在有进入交通工具的指示时激活fod系统以在交通工具接近之前检查fod。当检测到fod时，并且可向用户、交通工具或系统的其它部分提供存在fod指示，并且可能需要在可以发生充电之前将其清除。在交通工具停泊在源上之前的fod的指示可以使得更容易清除fod和/或检查在源谐振器上面或附近的fod。
根据示例性和非限制性实施例，可以针对fod的独立检测对fod检测系统进行校准。当单个谐振器或谐振器组及其相应的fod检测系统在开放环境中且未被耦合到另一谐振器时，可执行独立fod检测。该谐振器或谐振器组可以是与fod检测系统配对的源或设备谐振器。例如，在交通工具应用中，可将具有fod检测系统的源谐振器安装在车库、停车场或其中装配有设备谐振器的交通工具可停泊的另一位置上。在独立fod检测中，与fod检测系统配对的源谐振器可能需要在不存在设备谐振器的情况下检测fod。在某些实施例中，例如可在交通工具及其设备谐振器并未位于源谐振器之上时在交通工具充电应用中执行独立fod检测。在某些实施例中，fod检测系统和/或源谐振器可能需要检测是否存在设备谐振器且可选择相应地进行校准。为了支持此类操作模式，fod检测系统可能能够在无线功率谐振器不存在或者并未被强地耦合时以可接受错误率来检测指定区域内的fod。在示例性实施例中，可接受错误率可等于或小于每100,000个读数1个错误肯定。在另一示例性实施例中，可接受错误率可等于或小于每1,000,000个读数1个错误肯定。
在某些实施例中，fod检测系统可取决于传感器环境而使用不同的校准文件。校准文件可以是包括标识符的数据文件，诸如但不限于关于无线功率传输系统的在源上面的温度、湿度、功率、频率、范围等。在某些实施例中，基线文件可包括关于无线功率传输系统的在源上面的信息温度、湿度、功率、频率、范围等的信息。在某些实施例中，fod传感器和/或系统的独立校准可包括使用由源（或由fod检测被关联到的任何一个谐振器）存储和/或通过到服务器、数据库、云位置等的有线或无线通信被源访问的校准数据、文件、表格等。在示例性实施例中，可将校准数据存储在fod检测系统内。
在某些实施例中，fod检测系统可能能够调谐其操作频率，并且可相对于彼此和/或相对于至少一个校准文件比较各种频率下的fod测量结果以确定fod的存在。在其它实施例中，可使用基线校准文件作为用于用户环境中的fod检测期间的所获取测量结果的比较。
在某些实施例中，独立fod检测可检测源的表面上和源上面的区域中的fod。在某些实施例中，可将在该处可检测到fod的谐振器以上的高度指定为zspec。在其中fod传感器在源和设备谐振器两者上面的应用中，fod传感器可能仅需要检测近似zspec=zgap/2的区域中的fod，其中，zgap是以预期效率操作的最大指定谐振器间隔。在示例性实施例中，zgap可小于5cm（例如，小于10cm、小于20cm）。
在某些实施例中，校准方案可以是连续校准方案。本示例性校准方案可对缓慢变化的条件有用，诸如温度、湿度等。在其它实施例中，独立校准可以是周期性或间歇性校准方案。
在某些实施例中，可作为fod检测系统的制造和/或安装的一部分来执行校准。在其它实施例中，可在安装之后执行校准。
在某些实施例中，源fod检测系统可使用非常低的功率来实现独立校准。例如，源可不出现在100w以上以执行fod校准。在某些实施例中，源可不出现在50w以上以执行fod校准。在某些实施例中，源可不出现在300w或500w或1kw以上以执行fod校准。
在图24中示出了用于独立fod检测的fod检测方法的实施例。在方框2402中，fod检测系统可接收用以执行fod检测的指示。可从系统的另一部分接收该指示，例如，诸如定时器。在某些实施例中，可用进入交通工具的指示来触发fod检测。可将进入的交通工具配置成在其接近时向无线功率传输系统的源发射标识。在某些系统中，源可经由无线通信信道、gps位置或其它手段来检测进入的交通工具。交通工具正在接近以用于充电的指示可触发fod检测系统在交通工具到达之前激活并检查fod。在方框2404中，源或系统的其它部分可执行检测例程以检查是否存在设备。如果未检测到设备，则fod检测系统可执行独立fod检测例程。可通过感测源、通信信道和/或其它传感器上的加载来执行设备的检测。
在方框2406中，可激励源以生成磁场以使得fod传感器能够检测到fod。在其中fod传感器是如这里所述的导线环路或差分环路的实施例中，磁场可能是传感器获取测量结果所必需的。在某些实施例中，可激励源并输出其正常功率的一小部分，可限制功率输出以仅生成足以激活fod传感器的磁场。在某些实施例中，可激励源并以其峰值功率的小于5%（例如，小于10%、小于20%）输出。在某些实施例中，可激励源并输出10w或更多（例如，50w或更多）的功率。在某些实施例中，可由在来自源的正常无线功率传输期间所使用的相同电源和放大器来激励源。在某些实施例中，可使用附加放大器和/或电源来激励该源。可使用在较低功率水平下可更加高效的较小放大器。在系统的某些实施例中，在独立fod检测期间，可由分离的放大器驱动的分离导线环路、线圈、谐振器等来生成激活fod传感器所需的磁场。被用于fod检测的磁场可并非由通常用于无线能量传输的谐振器生成。被配置成在被振荡电压和/或电流激励时生成磁场的附加线圈或环路可位于或定位在fod传感器线圈附近。可将生成磁场的线圈与fod传感器线圈印刷、组装或集成在一起。
在方框2408中，fod检测系统可加载特定配置和基线文件以用于独立fod检测。该配置文件可以是包括预期传感器读数、可能性、均值矩阵、协方差矩阵等的信息的数据文件。在方框2410中，fod检测系统可以处理fod传感器读数并且如这里所述地施加检测分析。如果检测到fod，则fod系统可生成fod的指示，并且将该指示发射到无线功率传输系统的其它部件或部分、交通工具系统、用户等。例如，一旦检测到fod，则可向交通工具发射fod的指示以向用户警告源上面或附近的可能fod。用户然后可知道在停泊并掩蔽源之前检查或清理fod的源。
可在处于独立配置中的设备谐振器上执行fod检测。设备可包括用于激励设备谐振器以生成振荡磁场以激活fod传感器的放大器。该设备可包括可集成或在fod传感器附近以用于生成磁场的附加环路、线圈等。即使无线能量传输并不是活动的，可激励环路或线圈以生成磁场从而检测设备附近的fod。
在本公开中，应理解的是可以将包括在“基线文件”中的信息包括在“校准文件”和/或“配置文件”中。类似地，可以将包括在“校准文件”中的信息包括在“基线”和/或“配置文件”中。类似地，可以将包括在“配置文件”中的信息包括在“基线”和/或“校准文件”中。
固定位置设备识别
根据示例性和非限制性实施例，当设备相对于源移动至固定位置时，可以对源fod检测系统进行校准。例如，当具有被固定于其底侧的设备的交通工具首先停泊在源上时和/或在源与设备之间发起充电循环之前，可以对源fod检测系统进行校准以包括设备的存在对其fod检测程序的任何潜在影响。通过在校准中包括该设备，源fod检测系统可更准确地检测可在源与设备之间的空间中的fod。在示例性实施例中，fod检测系统可以能够检测到在独立fod读取之前和交通工具已停泊之后已引入的fod。例如，fod检测器可以检测到在交通工具停泊时被交通工具的底侧拖曳的碎屑和/或可从交通工具的底侧掉出到源谐振器上面和/或附近的碎屑。
在某些实施例中，可针对每个停泊事件执行固定位置设备识别校准。在其它实施例中，用户可确定是否可执行校准。
在某些实施例中，可在发起固定位置设备校准的源与设备之间存在通信。
在其中设备谐振器的存在将场改变太多从而校准程序不能发起的某些实施例中，可打开设备谐振器和/或谐振器线圈或使其短路，或者用电流来驱动，该电流使得其场的改变足够小而使得源fod检测系统可进行操作、校准、发起等。在某些实施例中，可用引起源处的磁场的修整、使得可以发起固定位置设备校准的信号来驱动设备谐振器和/或谐振器线圈。在某些实施例中，可用可以减少设备对源侧fod检测系统的影响的材料覆盖设备。
在其中可直接地用施加的电信号来驱动fod传感器的实施例中，可使得源侧fod检测系统的场尽可能小，或者可在与设备的频率不同的频率下生成，使得设备的存在对源侧fod检测系统的影响最小化。
在其中交通工具本身对源侧fod检测系统的场创建显著扰动的某些实施例中，可存在设备与源之间的通信，其识别交通工具的参数，使得源侧fod检测系统可在其固定位置设备校准中计及交通工具的存在。也就是说，fod检测系统可以能够处理、调整、增强等其校准文件和/或程序及其fod检测算法以计及交通工具的存在。
固定位置fod检测
根据示例性和非限制性实施例，fod检测系统可执行固定位置fod检测校准，其中，当设备在空间上相对于源是固定的时，系统可检测到fod。例如，在交通工具应用中，一旦具有被附着到其底侧的设备的交通工具停泊在源上时，fod检测系统可发起固定位置fod检测校准。在某些实施例中，系统可执行一次性fod检测校准。在某些实施例中，可存储并使用由一次性fod检测校准生成的数据，直到设备已从源移开为止。这可例如在具有被附着到其底侧的设备的交通工具从其停车位离开时发生。在某些实施例中，只要充电循环正在运行、就可使用由一次性fod检测校准生成的数据作为校准文件。如果充电循环由于任何原因中断或停止并启动，则固定位置设备校准可重新运行，接着是固定位置fod检测。在某些实施例中，可将固定位置fod校准文件与其它校准文件相比较和/或可将其结合到现有校准文件中和/或可用来构建定制校准文件和/或可用来训练fod检测系统。
在某些实施例中，固定位置fod检测可在源的表面以上zspec/2检测到fod，其中，zspec是在无线能量传输系统中的源与设备之间工作的最大指定谐振器间隔。在其中fod在源的表面以上超过zspec/2的某些实施例中，设备侧fod检测系统可负责检测fod。
不对准公差
在某些实施例中，可将fod检测系统校准成忍受谐振器相对于另一谐振器的不对准。例如，如果装配有无线能量传输能力的电动交通工具的用户反复地将交通工具停泊在源谐振器的位置范围内，则可将fod检测系统校准成忍受用户的停泊位置范围。此范围可以是用户所独有的。
在某些实施例中，用户可发起或控制这个类型的校准。如果用户期望以与其将以其它方式要求的不同的速率训练fod系统，则这可能是有用的。例如，装配有无线功率传输系统和fod检测系统的交通工具可改变用户，并且因此可能需要针对不对准进行重新校准。此重新校准对于每个用户而言可以是定制的。
漂移修正
在某些实施例中，fod检测系统可进行校准以修正其fod检测中的漂移。fod检测系统的灵敏度和/或特殊性可随时间而变。这可引起系统随时间推移而变得更加或更不敏感并偏离正常操作。为了补偿此可能变化，fod检测系统可重新校准成或朝向和/或将其本身重置成其原始、出厂设置检测功能。
在某些实施例中，可在fod检测系统的制造和/或安装期间执行活物体检测校准。在其它实施例中，可在安装之后或者当用户发起校准时执行这个类型的检测校准。在某些实施例中，可以以与对fod传感器类似的方式执行校准、基线确定以及检测。在校准和基线程序期间，可在不存在活物体的情况下在正常操作条件下收集传感器读数。基于该读数，可计算均值和协方差矩阵，其可用来确定附加传感器读数是否落在正常条件内或者是否存在活物体。
可单个地或与其它类型的校准相组合地采用上述类型的校准中每个。上述类型的校准中的每个可被与无线功率传输系统中的任何谐振器有关的fod检测系统采用。也就是说，fod可被无线功率传输系统中的任何和所有谐振器利用，包括源谐振器、设备谐振器和重复器谐振器。
在其中fod的检测由一个类型的校准或上列校准类型的任何组合而引起的某些实施例中，可基于fod检测系统中的信号将无线能量系统关闭、关小和/或锁定。在某些实施例中，通知交通工具的操作员或用户。
在其中fod的检测可能错误的某些实施例中，用户可重新开始校准过程。在用户重新开始充电过程之后，可发起一个类型的校准或上列校准类型的任何组合。
在图25中示出了用于针对交通工具应用使用fod检测系统来检测无线功率传输系统中的fod的方法的示例性实施例。
在方框2502中，fod检测系统随着交通工具到达装配有源谐振器的泊车区域中而识别装配有设备谐振器的交通工具。可例如基于识别由交通工具发射的信号和/或基于被安装到交通工具底侧的一个或多个检测环路来识别交通工具，所述一个或多个检测环路在由源谐振器生成的场的一部分通过环路时生成电信号。该电信号可被交通工具测量，并且可向源谐振器发射识别信号。在某些实施例中，可用光学传感器和/或压力传感器来识别交通工具的存在。设备谐振器保持断开。
在方框2504中，fod检测系统开始检测无线功率传输系统中的任何fod。检测包括检测可在源谐振器上面或周围的fod以及可在泊车的同时已被交通工具带来的fod。可在无线功率传输系统的制造或安装期间对这个类型的检测进行校准，也称为“出厂校准”。
在方框2506中，fod检测系统通知用户是否检测到fod。清除fod并再次执行fod检测。
在方框2508中，如果在方框2504中未检测到fod，则无线功率传输开始。fod检测继续并可在无线功率传输期间连续地或间歇性地或周期性地发生。
如果在无线功率传输期间检测到fod，则无线功率传输系统停止功率传输。无线功率传输可直到fod被去除和/或通知系统的用户才重新开始。一旦清除了fod，则fod检测再次开始，如在方框2504中所示。
在某些实施例中，活物体检测系统可以能够以可接受的错误率检测到指定区域内的活物体。在示例性实施例中，可接受错误率可等于或小于每100,000个读数1个错误肯定。在另一示例性实施例中，可接受错误率可等于或小于每1,000,000个读数1个错误肯定。
在图26中示出了外来物碎屑检测系统的实施例。该系统可包括多个模块、块和部件，其可用来检测外来物且在某些实施例中在物体和有机体在被用于无线能量传输的谐振器附近时检测活物体（诸如猫、老鼠、人等）。在某些配置中，fod系统可从外部传感器、交通工具信息或其它源接收位置信息。该位置信息可包括或者可用来确定环境参数、谐振器对准、谐振器距离、无线能量传输部件的位置、损耗物体的相对位置以及具有活机体的区域的位置。位置的变化可被系统2602用来改变系统的校准、调整灵敏度、检测算法等。例如，传输能量的谐振器周围的场分布可取决于谐振器之间的不对准的偏移而改变。磁场分布的改变可改变系统中的fod传感器的读数，并且可触发错误的肯定和/或降低用于fod检测的系统的灵敏度。当接收到位置信息时，系统可加载新配置、改变处理算法以及执行其它功能以补偿传感器读数的变化。
在某些实施例中，该系统还可接收关于无线功率传输参数的信息。该参数可包括关于无线功率传输的状态、发射多少功率、处于什么频率、相位等的数据。在某些实施例中，该系统还可从其它传感器和系统部件接收信息。系统2602可从温度传感器、红外传感器、压力传感器等接收信息，其可用来改变fod系统所使用的校准或基线或补充fod读数。
fod系统可包括一个或多个fod传感器和/或lod传感器。fod传感器可包括如这里所述形成一个或多个环路的导电体。lod传感器可包括电导体或其它电容传感器。可使用导线来形成、在印刷电路板上形成或者在谐振器封装或其它衬底上沉积/印刷fod和/或lod传感器。可将传感器布置并定位于谐振器附近、高磁场附近、其中可存在活机体的区域附近等。在某些实施例中，可将传感器配置成位于离开谐振器一定的距离处、离开10cm或者甚至离开1m。传感器可以是有线的或无线的，使用用于数据的无线通信从无线功率传输系统接收功率。可将传感器耦合到读出电路，其可对传感器读数进行采样和数字化，使得其可以被系统的其它模块处理。
在某些实施例中，诸如fod传感器之类的传感器可要求振荡磁场以激活传感器。可由无线功率传输系统的源谐振器生成振荡磁场。系统2602可向无线功率传输系统的元件输出指令或指示以使用谐振器生成磁场，或者改变由谐振器生成的场的特性。在某些实施例中，系统2602可包括被配置成生成振荡磁场以激活fod传感器的场发生器2608。场发生器2608可包括被耦合到放大器的导体的一个或多个环路。放大器可生成振荡电压以驱动环路并生成磁场。
在某些实施例中，可将系统2602配置成具有校准模式和感测模式，其可基于外部输入而是可选择的或者基于传感器读数或系统的其它元件的状态而自动地选择。在校准模式期间，系统可收集传感器信息并生成配置和基线传感器数据。
在校准操作模式期间，系统2602的校准引擎2612可用来定义传感器配置或基线读数。在某些实施例中，可将校准引擎配置成检测能量传输条件。例如，能量传输条件可包括无线功率传输系统的不对准、温度、湿度。能量传输条件可包括基线参数，诸如均值矩阵、协方差矩阵以及可能性。校准引擎2612可包括用于生成基线读数的一组或多组程序和例程。在某些实施例中，基线读数可包括在不存在fod的情况下在正常操作条件下从一个或多个fod和/或lod传感器获取读数。可在不同的温度、取向、偏移、谐振器位置等下获取读数。可使用读数来计算基线，其可包括如这里所述地计算均值和协方差矩阵。在某些实施例中，可针对不同的温度、取向、位置、环境条件等计算均值和协方差矩阵。可将均值和协方差矩阵及其它基线读数和设置存储在校准储存库2614中。可对存储在校准储存库2614中的每组校准和基线读数进行标记或与特定温度、谐振器位置、环境条件等相关联。该位置、功率水平、取向、温度等可被系统从外部传感器和系统接收。可周期性地或响应于用户的输入而细化和更新基线和校准文件。例如，可周期性地收集来自传感器的附加读数并周期性地更新均值和协方差矩阵。
在某些实施例中，可使用校准引擎2612在存在fod或活物体的情况下定义基线读数。校准引擎可在系统附近存在fod的情况下以各种位置、温度、取向捕捉传感器读数。当存在fod或活机体时，可使用fod和活物体来关于预期或典型的传感器读数训练系统。
在系统的感测操作模式期间，可使用检测引擎2616来分析来自传感器的读数以确定在谐振器上面或附近是否可能存在fod或活物体。检测引擎2616可从传感器2604、2606接收读数并处理该读数以确定传感器读数是否指示在传感器附近存在fod或活机体。检测引擎可将传感器读数与存储在校准储存库2614中的一个或多个基线文件或校准相比较。该比较可涉及如这里所述使用均值和协方差矩阵来计算可能的系统状态。检测引擎2616可接收关于系统位置、温度、对准、能量传输参数等的信息以选择最适当的基线和校准文件。在某些实施例中，检测引擎可使用两个或更多不同的基线和校准文件。可使用不同的基线和校准文件来细化传感器读数、确认fod检测、降低或增加传感器灵敏度等。例如，在一个实施例中，系统可首先使用对应于大范围的系统位置、不对准等的一般基线。当感测到潜在fod读数时，系统可使用第二、不同的基线或校准文件来增加分析的灵敏度或辨别力。例如，第二基线可对应于用于窄范围的系统位置和偏移的正常传感器读数。
在某些实施例中，感测和校准模式可同时地运行。系统的校准引擎2612可与系统的检测引擎2616同时地运行。如果未检测到fod或活机体，则校准引擎可使用读数来细化基线和校准文件。
在系统2602的操作期间，可使用一个或多个指示器2618来使用诸如灯、图形或视频显示和声音之类的视觉或音频指示器显示或用信号通知系统的状态。例如，当检测到fod时，可激活一个或多个灯以向用户指示可能的碎屑可位于谐振器附近。在某些实施例中，系统还可将系统和fod/lod状态用信号通知外部系统和部件。例如，可向交通工具发射系统状态的指示。
当fod或活机体被检测引擎2616检测到时，系统可发起一个或多个应对措施以移动fod或活机体、调整系统以避免碎屑等。在一个实施例中，系统2602可用信号通知无线能量传输系统改变或调整无线能量传输。例如，检测引擎可能能够例如基于由fod和/或活物体传感器生成的电信号的量值和/或相位将fod或活物体分类或确定其尺寸和影响。分类可以包括例如简单的二进制分类方案，其中将fod和/或活物体分类成是“有问题的”或“没有问题的”。可以将用于测量电信号的不同阈值值用于fod和活物体的分类。基于fod的分类，系统2602可向无线能量传输系统指示关小功率、改变频率、禁用谐振器、改变谐振器配置等。例如，对于某些fod而言，能量传输可处于满功率（例如，3.3kw），可在fod中感生不可接受的高温（例如，70℃）。将无线能量传输功率减少至一半功率可使fod的加热局限于例如小于70℃（例如，小于60℃、小于50℃、小于40℃）。在实施例中，可使用具有诸如温度传感器、红外传感器等附加传感器的反馈环路来调整能量传输的功率以减少或控制fod的加热或者控制对活机体的场暴露。在另一示例中，在具有两个或更多源和/或设备谐振器的无线能量传输系统中，可根据fod传感器读数有条件地启用或禁用谐振器。可以在无fod谐振器可以以满功率操作的同时将对于其而言在附近检测到fod的谐振器禁用或关小至较低功率。
将理解的是在不脱离本公开的精神的情况下可改变或变更在本公开的图中示出和描述的结构、顺序以及模块、方框的数目等。例如，可将模块组合或划分成多个其它模块。例如，单个模块可充当校准引擎模块和检测引擎模块。可用软件、脚本、硬件等来实现模块的功能。例如，可将在图26中描述的系统2602的检测引擎2616实现为软件模块、专用集成电路、现场可编程门阵列中的逻辑等。
图28是在侧视图中示出了包括一个或多个fod传感器板（也称为“fod检测传感器板”）的无线功率传输系统的示例性布置的示意图。所述一个或多个fod传感器板可以用来检测由源线圈（例如，电源的谐振器线圈）或者替换地由附加线圈生成的磁场分布。可以使用与所检测磁场有关的信息（例如，场分布、场梯度分布）来确定电源线圈中的一个或多个谐振器与设备内的功率接收机中的一个或多个谐振器之间的不对准。坐标2840分别地示出了指向右侧方向的x方向和指向图平面的向上方向的z方向。y方向指向图平面中。
在图28的左上方，布置2800包括可以向（例如，功率接收机谐振器的）设备线圈2804传输功率的电源谐振器的源线圈2802。fod传感器板2806位于源线圈2802与设备线圈2804之间。在本示例中，以约10mm的距离2807将fod传感器板2806放置在源线圈2802上面。在其它示例中，距离2807可以在3—5mm（例如，4—8mm、5—10mm、7—12mm、10—15mm、15—20mm）之间。距离2807可以大于20mm。fod传感器板2806可以相对于源线圈2802被保持fod传感器板2806的支撑结构（未示出）固定。例如，支撑结构可以是一个或多个杆，其相对于源线圈2802将fod传感器板2806固定。在某些实施例中，可以将电介质衬底放置在源线圈2802的顶部上，并且可以将fod传感器板2806固定在电介质衬底的顶部上。在2800的示例性布置中，源线圈2802的中心轴2803和设备线圈的中心轴2805相互对准。应理解的是当设备线圈2805相对于源线圈2802移动时，中心轴2803和2805变得不对准。在本示例中，fod传感器板2806相对于源线圈2802的位置未由于支撑结构而改变。因此，可将fod传感器板2806称为“源侧fod传感器板”。在某些实施例中，可以使用fod传感器板2806来确定沿着x和y方向的中心轴2803和2805之间的不对准。
在图28的右上方，布置2810包括可以向功率接收机谐振器的设备线圈2814传输功率的电源谐振器的源线圈2812。源线圈2812具有中心轴2813且设备线圈2814具有中心轴2815。fod传感器板2816位于源线圈2812与设备线圈2814之间。在本示例中，以约50mm的距离2817将fod传感器板2816放置在设备2814下面。在其它示例中，距离2817可以在5—15mm（例如，15—25mm、25—35mm、35—45mm、45—55mm）之间。距离2817可以大于50mm。在本示例中，fod传感器板2816相对于设备线圈2814是固定的，并且由此可称为“设备侧fod传感器板”。fod传感器板2816可以用来确定沿着x和y方向的中心轴2813和2815之间的不对准。
在图28的左下方，布置2820包括电源谐振器的源线圈2822，其可以向功率接收机谐振器的设备线圈2824传输功率。源线圈2822具有中心轴2823且设备线圈2824具有中心轴2825。fod传感器板2826（其为源侧传感器板）相对于源线圈2826是固定的，并且fod传感器板2828（其为设备侧传感器板）相对于设备线圈2824是固定的。可以独立地或相结合地使用fod传感器板2826和2828以确定沿着x和y方向的中心轴2823和2825之间的不对准。
在图28的右下方，布置2830包括可以向功率接收机谐振器的设备线圈2834传输功率的电源谐振器的源线圈2832。源线圈2832具有中心轴2833且设备线圈2834具有中心轴2835。fod传感器板2836（其为源侧传感器板）相对于源线圈2836是固定的，并且fod传感器板2838（其为设备侧传感器板）相对于设备线圈2834是固定的。在某些实施例中，可仅存在fod传感器板2836和2838中的一个。布置2830还包括相对于源线圈2832固定的附加线圈2839。在其它示例中，附加线圈2839相对于设备线圈2834是固定的。附加线圈2839可以生成磁场，该fod传感器板2836和2838可以独立地或与用来确定沿着x和y方向的中心轴2833和2835之间的不对准的其它检测器相结合地对其进行检测。
应理解的是fod传感器板2806、2816、2826、2828、2836和2838可以包括在本公开中相对于其它图（例如，图1—27）描述的fod传感器阵列。在某些实施例中，源和设备线圈可以在10khz–100mhz之间操作。例如，源线圈可以在约145khz下发射功率。在其它实施例中，源谐振器可在约85khz、约44khz、约20khz、约250khz、约2.26mhz、约6.78mhz和/或约13.56mhz下传输功率。在实施例中，源可具有可调谐频率。例如，源可在频率145khz±10khz或85khz±10khz中操作。在实施例中，频率的工作范围可以是中心工作频率的±5%、±10%或±20%。可由多种导电材料来制造源和设备线圈，包括例如利兹线、实心导线、铜管、铜带和已被涂敷诸如铜、银、金或石墨之类的高导电性材料的任何结构。在某些实施例中，fod传感器板可以具有与源和设备线圈的形状和尺寸不同的形状和尺寸。fod传感器板可以具有比源或设备线圈更大的面积尺寸，其相对于该源或设备线圈被固定。例如，fod传感器板可以具有比源或设备线圈的宽度更大约5英寸的宽度。在某些实施例中，fod传感器板的尺寸可由其中场最强的磁场的面积确定。在其它实施例中，可由其中某些物体被确定为被加热至不期望水平的面积来确定fod板的尺寸和形状，或者可将该尺寸和形状设置成比此类面积更大例如10%、20%、50%或100%，以便向整体设计提供某个额外“安全因数”。还应理解的是布置2800、2810、2820和2830可以包括邻近于源线圈的屏蔽以减少由源线圈生成的磁场的能量损耗。类似地，布置2800、2810、2820和2830可以包括邻近于设备线圈的屏蔽以减少在设备线圈中感生的磁场的能量损耗。
在某些实施例中，fod传感器板2806、2816、2826、2828、2836和2838可以用来确定z方向上的源与设备线圈之间的距离。
图29是示出了可以分别地与图28中所示的源和设备线圈相对应的电源谐振器的源线圈2910与功率接收机谐振器的设备线圈2920之间的示例性对准的示意图。坐标2940示出了x方向和y方向。在图29中，源线圈2910的中心在x＝0mm和y＝0mm处是固定的。在本示例中，源线圈2910具有200mm乘200mm的尺寸。布置2900—2909示出了相对于源线圈2910的各种位置处的设备线圈2920。
布置2900示出了其中心位于x＝0mm和y＝0mm（也表示为dx＝0，dy＝0）处的设备线圈2920。布置2901示出了其中心位于x＝75mm和y＝0mm（也表示为dx＝75，dy＝0）处的设备线圈2920。布置2902示出了其中心位于x＝0mm和y＝75mm（也表示为dx＝0，dy＝75）处的设备线圈2920。布置2903示出了其中心位于x＝75mm和y＝75mm（也表示为dx＝75，dy＝75）处的设备线圈2920。布置2904示出了其中心位于x＝150mm和y＝0mm（也表示为dx＝150，dy＝0）处的设备线圈2920。布置2905示出了其中心位于x＝0mm和y＝150mm（也表示为dx＝0，dy＝150）处的设备线圈2920。布置2906示出了其中心位于x＝150mm和y＝150mm（也表示为dx＝150，dy＝150）处的设备线圈2920。布置2907示出了其中心位于x＝300mm和y＝0mm（也表示为dx＝300，dy＝0）处的设备线圈2920。布置2908示出了其中心位于x＝0mm和y＝300mm（也表示为dx＝0，dy＝300）处的设备线圈2920。布置2909示出了其中心位于x＝300mm和y＝300mm（也表示为dx＝300，dy＝300）处的设备线圈2920。
关于图30—39和41的公开描述了基于布置2900—2909的使用fod传感器板的测量的电磁模拟结果。fod传感器板包括fod传感器的8乘7阵列，并且图30—39和41中的图将每个fod传感器的测量电压信号示为灰色正方形像素。在这些图中，符号dx和dy指的是相对于图29描述的源线圈2910与设备线圈2920之间的相对位置。
图30是用于在图28的布置2800中描述的fod传感器板2806的模拟结果的图。在本示例中，源线圈2802生成磁场，其在源线圈2802中具有3a最大振幅振荡电流。在这些模拟中，将设备线圈2804开路，使得基本上没有电流在设备线圈2804中振荡。坐标3040示出了x方向和y方向。fod传感器板2806取决于在x和y方向上的中心轴2803和2805的不对准而在其位置处检测该磁场。图3000—3009示出了用于图29中所示的十个相应布置2900—2909的fod传感器板2806所测量的模拟电压。色条3050指示在-0.5v与0.5v之间的电压振幅。
图3000示出了fod传感器板2806中的fod传感器的8乘7阵列中的每一个所测量的电压。用被遮蔽像素来指示每个传感器的测量。例如，像素3021表示一个fod传感器的测量电压信号，并且像素3022表示fod传感器板2806中的另一fod传感器的测量电压信号。像素3021对应于高于像素3022的电压。因此，fod传感器板2806测量电压的图案。在图3000中，电压的图案相对于轴3031是相对对称的。
在某些实施例中，fod传感器中的任何一个可以包括一个或多个环路，例如，如相对于图2所述。在某些实施例中，fod传感器中的任何一个可以包括8字导电环路。
图3001—3009示出了用于布置2901—2909所表示的源线圈2802和设备线圈2804的不同对准的fod传感器板2806中的fod传感器的8乘7阵列中的每一个所测量的电压。图3000—3009具有相对于轴3031而言相对对称的电压的从质量方面看类似的图案。
图31示出了通过减去基线图案而从图3000—3009的相应模拟结果生成的一系列图3100—3109。在本示例中，将基线图案确定为在不存在设备线圈2804的情况下的fod传感器板2806中的fod传感器的8乘7阵列所测量的电压的图案。色条3150指示-0.02v与0.02v之间的电压振幅。由于减去了基线图案，所以电压的范围是色条3050的范围的约1/25，并且图3100—3109示出了相对于彼此的基本上不同的电压图案。可以使用不同的图案作为用于在相对对准未知时确定源线圈2802与设备线圈2806之间的相对对准的签名。例如，可以以实验方式将用于源线圈2802与设备线圈2806之间的各种已知对准的电压图案测量为校准步骤。可以将实验测量图案保存为数据储存器中的库。然后，当源线圈2802与设备线圈2806之间的对准是未知的时，可以使用fod传感器板2806来测量电压的图案，并将测量图案与保存在库中的图案相比较以确定源线圈2802与设备线圈2806之间的不对准和/或相对对准的程度。该比较结果可以用来例如通过确定测量图案与库中的保存图案之间的匹配来确定未知对准。该匹配可以指示未知对准对应于与匹配的保存图案相对应的对准。
回过来参考图31，图3107—3109的电压图案难以在视觉上相互区别开。在这种情况下，可以对电压的图案进行重新缩放以调整每个图的色彩范围。图32用重新缩放色条示出了图3107—3109以清楚地示出其相应的电压图案。由于重新缩放的电压范围，图32中的图3107—3109在视觉上示出了基本上互相不同的电压图案。这些不同图案可以用来区别图3107—3109所表示的相应对准。
图33示出了用于图28的布置2800中所描述的fod传感器板2806的模拟结果的图。在本示例中，源线圈2802生成磁场，具有在源线圈2802中振荡的3a最大振幅电流。在这些模拟中，潜在地通过功率调节、阻抗匹配和谐振电路而将设备线圈2804连接到负载，使得由电源线圈2802磁场感生的电流可在设备线圈2804内振荡。坐标3340示出了x方向和y方向。fod传感器板2806取决于在x和y方向上的中心轴2803和2805的不对准而在其位置处检测该磁场。图3300—3309示出了用于图29中所描述的十个相应布置2900-2909的fod传感器板2806所测量的模拟电压。色条3350指示在-1.0v与1.0v之间的电压振幅。在本示例中，图3300–3309具有带有类似形状的电压图案，但是电压振幅取决于源线圈2802和设备线圈2804之间的相对对准而改变。对于图3300而言，电压振幅是高的（甚至高于图3000的电压振幅），因为在设备线圈2804中存在电流。当设备线圈2804开路时，由于源线圈2802与设备线圈2804的相对对准的变化而引起的电压振幅的变化比在图3000—3009中更大。例如，图3309中的电压振幅比图3300中的电压振幅小了约一半。在某些实施例中，测量图案中的电压振幅的较大变化可以改善确定相对对准的准确度。
图34示出了通过减去基线图案从图3300—3309导出的模拟结果的图。在本示例中，将基线图案确定为在不存在设备线圈2804的情况下的fod传感器板2806中的fod传感器的8乘7阵列所测量的电压的图案。色条3450指示从-0.5v至0.5v的电压振幅。图3400—3403和3405具有比图3100—3103和3105更大的电压振幅，因为在测量期间允许电流在设备线圈2804中流动。较大的电压振幅改善测量电压信号的信噪比（snr）。在本示例中，图3400—3403和3405示出了在视觉上相互不同的电压图案。以相对于图31所述的类似方式，可以使用该不同图案作为用于在相对对准未知时确定源线圈2802与设备线圈2804之间的相对对准的签名。
参考图34，图3404和3405—3409中的电压图案难以在视觉上相互区别。可以对电压的图案进行重新缩放以调整每个图的色彩范围。图35用重新缩放色条示出了图3404和3405—3409以清楚地示出各图之间的相应电压图案中的变化。由于重新缩放的电压范围，图35中的图3404和3406—3409示出了在视觉上不同的图案，其可以用来区别图3404和3406—3409的相应对准。
在某些实施例中，fod传感器可以具有大的动态范围以能够测量图3400—3409的电压水平。fod传感器还可以具有用于区别图3404和3406—3409的图案的高灵敏度和分辨率。因此，fod传感器可以测量大的电压变化以及能够区别小的变化。在某些实施例中，模数转换器可以从fod传感器接收测量信号。例如，20位模数转换器可以提供10-6×fod传感器的最大可检测电压的分辨率。在本示例中，如果最大可检测电压是1v，则分辨率可以是1μv。如相对于图27所述，可在控制电子装置中包括模数转换器。
图36示出了在图28的布置2810中描述的fod传感器板2816所获得的模拟结果的图。在本示例中，源线圈2812生成磁场，具有在源线圈2812中振荡的3a最大振幅电流。将设备线圈2814开路，使得基本上没有电流在设备线圈2814中振荡。坐标3640示出了x方向和y方向。fod传感器板2816取决于x和y方向上的中心轴2813和2815的不对准来检测由源线圈2812生成的磁场。图3600—3609示出了用于图29中所描述的十个布置2900-2909的fod传感器板2816所测量的电压。色条3650指示在-0.2v与0.2v之间的电压振幅。在本示例中，图3600–3609示出了甚至在没有基线图案减法的情况下的不同电压图案。这个方法可以通过消除基线减法的步骤而具有减少计算时间和成本的优点。
在图36中所示的示例中，图3600—3609中所示的图案的电压振幅强烈地取决于源线圈2812与设备线圈2814之间的相对对准。这是因为fod传感器板2816是设备侧传感器板，并且由此相对于生成所检测磁场的源线圈2814而移动。随着fod传感器板2816变得与源线圈2812不对准，测量电压比其中fod传感器板相对于源线圈被固定的情况更快地改变。这个方法可以是有利的，因为测量的电压图案可以强烈地取决于源和设备线圈的对准。
图37示出了在图28的布置2810中描述的fod传感器板2816所获得的模拟结果的图。在本示例中，源线圈2812生成磁场，具有在源线圈2812中振荡的3a最大振幅电流。设备线圈2814被连接到负载且电流在设备线圈2814中振荡。坐标3740示出了x方向和y方向。fod传感器板2816取决于x和y方向上的中心轴2813和2815的不对准来检测由源线圈2812生成的磁场。图3700—3709示出了用于图29中所描述的十个布置2900-2909的fod传感器板2816所测量的电压。色条3750指示电压振幅。类似于图36的示例，图3700—3709中所示的电压振幅的图案强烈地取决于对准位置。然而，图3704、3706和3709中的电压图案难以在视觉上相互区别。可以对电压的图案进行重新缩放以调整每个图的范围。参考图38，对图3704和3706–3709的色条中的每个进行重新缩放以示出其相应的电压图案。因此，可以清楚地区别图3704和3406–3409的图案。这些图案可以用来确定图3704和3706–3709的相应对准。
图39示出了通过减去基线图案从图3700–3709导出的模拟结果的图。在本示例中，将基线图案确定为在不存在源线圈2812的情况下在fod传感器板2816中的fod传感器的8乘7阵列所测量的电压的图案。为了测量基线图案，fod传感器可以测量由在设备线圈2814中提供的电流生成的磁场。例如，可以由连接到设备线圈2814的小电源提供电流。
图3900—3909示出了从图3700—3709减去基线图案之后的电压图案。色条3950指示图39中所示的图的电压振幅。在减法之后，图3904和3906—3909示出了与图37中的图3704和3706–3709相比较的更加不同的电压图案。因此，被减去基线图案的图3900—3909与图37的情况相比可改善源线圈2812与设备线圈2814之间的对准的可检测性。
图40是包括电源谐振器的源线圈4002和功率接收机谐振器的设备线圈4012的无线功率传输系统4000的示意图。源线圈4002位于屏蔽件4004上面，并且设备线圈4012位于屏蔽件4014下面。源侧fod传感器板4006位于源线圈4002上面，并且设备侧fod传感器板4016位于设备线圈4012下面。设备线圈4012、屏蔽件4014和fod传感器板4016位于设备盖4018下面。在某些实施例中，fod传感器板4006和4016的表面尺寸可以分别地大于源线圈4002和设备线圈4012的表面尺寸。坐标4040示出了x和z方向。系统4000可以包括在源侧和设备侧的任一个或两者上的磁性材料（例如，铁氧体）。例如，可将源线圈4002和设备线圈4012中的任一个或两者分别地缠绕在磁性材料周围。应理解的是图40中所示的布置是示例，并且可修改相对间隔和尺寸。
源线圈4002和设备线圈4012每个可具有缠绕在平行于x方向的轴周围的多个环路，使得环路中的振荡电流感生平行于x方向的主导磁偶极子。另一方面，fod传感器板4006和4016中的fod传感器每个具有缠绕在平行于z方向的轴周围的多个环路，使得环路中的振荡电流感生平行于z方向的主导磁偶极子。无线功率传输系统可进一步包括可以连接到电源的附加线圈4020。可将附加线圈4020布置成使得线圈4020内的振荡电流感生平行于z方向的主导磁偶极子。
在某些实施例中，fod传感器可以比源线圈4002更强地耦合到附加线圈4020，因为fod传感器和附加线圈4020可以在z方向上感生磁偶极子。因此，可以将fod传感器配置成检测由附加线圈4020生成的磁场，并且使用测量电压来确定源线圈4002与设备线圈4012之间的对准。这种方法可以消除对源线圈4002供电以用于确定对准的需要。替代地，可以在比源线圈4002将要求以获得由fod传感器检测的给定电压水平的功率更低的功率下使用附加线圈4020。这可以减少位置测量所需的时间，因为消除了激活源线圈4002所需的时间。在某些实施例中，附加线圈4020相对于源线圈4002是固定的。替换地，附加线圈4020可以相对于设备线圈4012是固定的。
图41示出了图40的系统4000中所描述的fod传感器板4006所获得的模拟结果的图。在本示例中，附加线圈4020是单个导线环路，具有振荡的1a最大振幅电流，与图30—39中描述的示例的源线圈中的3a电流形成对比。将设备线圈4012开路，使得基本上没有电流在设备线圈4012中振荡。坐标4140示出了x方向和y方向。fod传感器板4006取决于x和y方向上的源线圈4002和设备线圈4012的不对准而检测由附加线圈4020生成的磁场。图4100–4109示出了用于图29中所描述的十个布置的fod传感器板4006所测量的电压。色条4150指示电压的振幅。在本示例中，图4100–4109在视觉上示出了在没有基线图案减法的情况下的不同电压图案。这种方法可以通过消除基线减法的步骤而具有减少计算时间和电路的优点。在某些实施例中，附加线圈4020可以具有多个导线环路，其可以增加由在附加线圈4020内振荡的1a最大振幅电流生成的磁场，并且由此增加信号强度。在这种情况下，如果信号强度高于传感器可检测的强度，则可以从1a减小最大振幅电流，其可降低附加线圈4020的操作成本。
在结合图30—39和41所述的示例中，可以将测量电压图案与数据库信息库中的图案相比较。该比较可以通过使测量图案和存储图案在统计上相关来实现。因此，可以将提供测量图案的源线圈和设备线圈的对准确定成具有对应于保存图案的对准。
在某些实施例中，可以实现校准步骤以计算并存储均值μ和协方差
其中，
给定新的测量结果x，通过如前所述且根据下面所示的等式（20）来计算以下矩阵积而确定最可能的系统状态：
可将概率
y的最小值对应于
在图30—39和41中，图呈现了电压振幅的图案。在某些实施例中，可以从测量电压的量值和/或相位生成图案并如上所述地使用以确定电源谐振器与功率接收机谐振器之间的对准信息。这种方法可在确定源线圈与设备线圈之间的对准中提供附加信息。例如，在校准步骤中，可以根据下面所示的等式（22）来测量用于j个传感器的数据阵列x：
其中，
应理解的是可应用在关系式（1）—（16）中描述的至少某些技术来确定源线圈与设备线圈之间的相对对准。
图30—39和41中的图示出了由fod传感器阵列测量的模拟电压。在某些实施例中，fod传感器阵列测量fod传感器中的感生电流的图案。在某些实施例中，fod传感器可以是测量电压梯度的重力梯度仪。在这种情况下，可以将相对于图30—39所述的技术应用于电压梯度的图案。
应理解的是fod传感器板可以具有除8乘7阵列之外的传感器阵列。可以基于测量电压的图案所需的分辨率来调整传感器的数目。例如，fod传感器板可以包括在这里公开的传感器布置中的任何布置以测量电压和/或电流的图案。
图30—39中的图对应于用于在源侧或设备侧的单个fod传感器板的模拟结果。可以将相对于图30—39描述的技术应用于例如在源侧和设备侧两者使用多个fod传感器板的布置。
可以在交通工具电池充电应用中使用公开的对准测量技术。例如，可以将源线圈连接到家庭车库、行车道、停车场或其中交通工具驻扎以用于二次充电的其它位置中的电源，并且可以将设备线圈固定到交通工具。该技术可以用来在交通工具驾驶员将交通工具停泊在设备线圈之上时确定设备线圈是否充分地与源线圈对准。例如，该技术可以用来使源和设备线圈的中心在彼此的300mm（例如，在200mm内、在100mm内、在50mm内）内对准。在某些实施例中，当使用设备侧fod传感器板时，可以通过硬接线或无线连接将测量的位置传送至交通工具中的视觉或音频设备。在某些实施例中，当使用源侧fod传感器板时，可以将测量位置无线发射到交通工具中的视觉或音频设备。该视觉或音频设备然后可以向驾驶员传送关于交通工具与电源之间的不对准程度的信息，提示驾驶员在必要的情况下调整交通工具的位置。
可以在以任何功率水平传输功率的无线功率传输系统中使用用于确定两个线圈之间的相对对准的公开技术（也称为“对准测量”）。通过对准测量来确定相对对准可以在确保高效的无线功率传输中以及对系统的安全操作有用。例如，可以使用传输2kw或以上（例如，3kw或以上、5kw或以上）的功率的无线功率传输系统（在本公开中称为“高功率无线传输系统”）来向可能需要与安装在工厂的各部分中的各种电源的对准测量的工业机械或机器人传输功率。在另一示例中，可以使用传输0.5kw或以下（例如，0.1kw或以下、0.05kw或以下）功率的无线功率传输系统（在本公开中称为“低功率无线传输系统”）作为无线照明系统，其可能要求功率发射机在墙壁的一侧且被连接到功率接收机的照明设备在墙壁的另一侧。在这种情况下，可以使用公开技术来使功率发射机与功率接收机对准，以便在可能不容易看到墙壁的每测以用于谐振器或线圈的对准时找到最高效率和最佳耦合对准。在某些实施例中，可以将用于对准测量的公开技术应用于无线功率传输系统以用于对机柜或诸如显示器（例如，tv、监视器、投影仪）或打印机之类的电子设备中的照明进行供电。
在某些实施例中，对准测量可在包括多个无线源和接收机的无线功率传输系统中有用，诸如在其中一个或多个电源可能正在向一个或多个功率接收机传输功率的房间中。在某个实施例中，可以控制所述一个或多个电源以优先地向一个或多个功率接收机输送功率，并且可以使用对准测量来找到优化的最佳耦合或最高效率对准。在某些实施例中，可以使用对准测量来对重复器谐振器进行对准或定位以用于无线功率从一个或多个源到一个或多个接收机的最佳传输。例如，可使用用于对准测量的公开技术来确定房间中的重复器谐振器的位置。这种方法可以通过允许用户在其中可能由于阻挡用户视域的墙壁或物体的存在而使用户难以在视觉上将谐振器对准的房间或空间中相对于一个或多个源或一个或多个接收机谐振器对重复器谐振器容易地进行定位而是有利的。例如，重复器谐振器可容易地位于墙壁周围、角落周围、物体周围、地板下面、天花板中和家具内部。
图42是用来无线地发射功率的源4200的示意图，其包括用于检测外来物的传感器。在本示例中，传感器是其中每个传感器测量由由于物体（例如，活物体）的存在而被传感器的电容变化感生的电压信号的lod传感器。
在图42的顶视图中，源4200可包括在那里形成源线圈4202的pcb4204。源线圈4202可被接地电极4206围绕。屏蔽件4208可围绕地电极4206。传感器4210可围绕屏蔽件4208。在某些实施例中，例如，源线圈4202具有约20英寸的宽度4221，并且长度4222为约22英寸。在图42的底部截面图中，屏蔽件4212位于传感器4210和屏蔽件4208下面的pcb4204的另一侧。在某些实施例中，例如，地电极具有约1/2英寸的宽度4223，屏蔽件4208具有约1/4英寸的宽度4224，传感器4210具有约1/4英寸的宽度4226，屏蔽件4212具有约9/16英寸的宽度4227，并且地电极4206与传感器4210之间的距离4225为约1英寸。然而，更一般地，这些尺寸中的每一个可以宽泛地取决于其中源4200向功率接收机传输功率的特定应用而改变。在某些其它实施例中，源线圈4020可以位于pcb下面（与屏蔽件4212在pcb的同一侧）而不是图42中所示的其在pcb上面的当前位置。在这种情况下，传感器可以位于源线圈4020上面（在图42中所示的源线圈4020的当前位置处）。
在某些实施例中，屏蔽件4208可以影响在源4200周围形成的电场的分布（例如，通过源线圈4202或传感器4210）。例如，可以在与传感器4210相同的电位下驱动屏蔽件4208以使得与在不同电位下驱动时的情况相比电场的分布在到达地电极4206之前在pcb4204周围延伸更大的范围。这种方法可通过减少电场对传感器4210的电容变化的贡献而增加传感器4210的检测范围。因此，屏蔽件4208可以用于阻挡或减少不期望电场对传感器4210的影响。在本示例中，屏蔽件4208不是地电极。
在某些实施例中，传感器4210可以是lod传感器。例如，当活物体接近lod传感器时，lod传感器可以检测电容变化。
可以以多个方式来修改源4200。例如，图43a是包括被屏蔽件4304围绕的源线圈4302的lod传感器布置4300的示意图。布置4300可以包括多个传感器。在本示例中，屏蔽件4304被布置在屏蔽件4304的顶部和右侧的传感器4310、4312和4314围绕。屏蔽件4304被布置在屏蔽件4304的底部和左侧的传感器4311、4313和4315围绕。短划线4320指示传感器4310、4312和4314与传感器4311、4313和4315分离。替换地，可以分别地将传感器4310、4312和4314连接到传感器4311、4313和4315。短划线4320还指示屏蔽件4304在短划线4320的位置处是不连续的。这可防止形成具有比屏蔽件4304的损坏阈值更大的振幅的循环电流。应理解的是短划线4320可以位于布置4300的位置处。在图43a中所示的示例中，传感器4310—4315每个由一条基于铜的导电材料（例如，金属铜）形成。可以使用来自多个传感器4310—4315的测量结果来确定移动物体的位置。例如，当活物体在多个传感器4310—4315上经过时，传感器4310—4315中的每个可以提供在时间方面不同于另一传感器的峰值的其测量信号中的峰值。通过比较时间差，可确定移动物体的速度和方向。
在某些实施例中，传感器4310—4315可以是分立传感器。例如，图43b的顶部是包括人字纹形状传感器4352—4354的lod传感器阵列4350的示意图。当活物体在人字纹形状传感器4352—4354上经过时，由传感器4352–4354测量的信号由于其形状而可以是渐变的而不是突变的。这些测量信号可用来容易地对可位于传感器4352–4354中的两个之间的活物体的位置进行内插。图43b的底部是围绕屏蔽件4362的lod传感器阵列4364–4367的示意图。源线圈4360位于屏蔽件的中心处。坐标4340指示x和y方向。
在某些实施例中，用不同传感器测量的信号（例如，对应于传感器电容变化的信号）可以具有不同的信噪比（snr）。例如，返回参考图43a，传感器4314可检测超过用于传感器4314的噪声水平的信号水平，而传感器4310可检测与用于传感器4310的噪声水平相当的信号水平，因为传感器4310更接近于可生成电磁场的源线圈4302。同一类型的噪声可对传感器4310和4314两者的测量结果有所贡献。在这种情况下，可以使用一个传感器（例如，传感器4314）的噪声水平来消除或降低另一传感器（例如，传感器4310）的噪声水平，例如通过使用已加权减法或相关技术。例如，可以针对检测物体（例如，活物体）的存在而故意地屏蔽传感器4310，并且由此传感器4310可以仅测量噪声。传感器4314可以测量来自噪声的检测物体的存在两者的信号。可通过减去来自传感器4310和4314的测量信号以消除或减少噪声的贡献来确定来自检测物体的存在的信号贡献。可以针对多个传感器将这种方法一般化。
图44示出了图4400和4410，其分别地显示作为时间（t）和电压（v）的函数的来自两个传感器的测量结果的示例。图4400示出了一个传感器的电压测量结果4402，并且图4410示出了另一传感器的电压测量结果4412。电压指示由相应的传感器检测的电容变化。测量结果4412具有比测量结果4402的背景地水平4451更小的背景水平4453。测量结果4412具有是测量结果4402的snr约n倍的snr。可使两个测量结果彼此相关以消除对两个测量结果4402和4412有所贡献的噪声。例如，在某些实施例中，可以在基于其snr比对其量值加权之后从测量结果4412减去测量信号4402。在这样做时，可以将测量结果4402的量值减小至1/n，并且然后从测量结果4412中减去。这种方法可减少噪声贡献，并且改善所得到的snr。
图4400具有阈值水平4450，并且图4410具有阈值水平4452。可以由校准步骤来确定阈值水平4450和4452。在某些实施例中，可以用超过相应电压阈值的电压峰值来识别测量结果4402和4412的信号。例如，将峰值4404、4405、4406和4407识别为由接近其传感器的电介质物体感生的信号，因为其峰值高于阈值水平4450。当电介质物体接近其传感器时，将峰值4414、4415、4416和4417识别为信号，因为其峰值高于阈值水平4452。可以使用所识别峰值的比较来确定有用峰值，并且消除由对两个传感器有所贡献的噪声引起的峰值。
在某些实施例中，多个lod传感器的测量信号的比较可以使用相对于等式（1）—（23）描述的技术。例如，可以执行校准步骤以生成均值
返回参考图42，可以将控制电子装置（例如，控制器）连接到传感器4210和屏蔽件4208。可以调谐控制电子装置，使得组合的控制电子装置和传感器4210系统可以具有最小寄生电容（cp），其是不存在活物体（例如，人或动物）的情况下的电容。此调谐步骤可以通过允许控制器由于较高snr而检测到由传感器4210测量的较小电容变化来改善传感器4210的灵敏度。电容变化可通过诸如活物体之类的电介质物体接近于传感器4210而发生。这种方法可以增加传感器4210的电容变化检测的最大范围。在某些实施例中，可以将控制电子装置安装在与金属部件隔离的位置处以减小寄生电容。控制电子装置可以位于源4200的拐角处。可以通过减小从控制电子装置到传感器的路由连接长度来减小寄生电容。作为使用延长导线来连接控制电子装置和传感器的替代，可以使用迹线末端接近于控制电子装置的诸如传感器4310–4315之类的长传感器来减小连接长度。这种方法可通过在增加其中可检测到物体的区域的同时减少对到控制器的路由连接的需要来减小寄生电容。在某些实施例中，当连接到源线圈的电源正在开启时可以将控制器关掉以便避免控制器检测到错误峰值。
在某些实施例中，增加施加于传感器的电压振幅可以增加其snr。控制电子装置可以在其最高电压（例如，5v）下操作以向传感器施加可能的最高电压。这种方法可减小控制电子装置的电路所固有的噪声。
图45是用来无线地发射功率的源4500的示意图，其包括用于检测外来物的传感器。在本示例中，传感器是其中每个传感器测量由于物体（例如，活物体）的存在而被传感器中的电容变化感生的电压信号的lod传感器。在图45的左视图中，源4500可包括pcb4502，其是包围开放空间4501的矩形（例如，正方形）条。传感器4506位于pcb4502上面，并且作为条沿着pcb4502的左半部延伸。传感器4508位于pcb4502上面，并且作为条沿着pcb4502的右半部延伸。屏蔽件4504沿着pcb4502的外周界以及内周界行进。在图45的右视图中，源4500的部分4530的截面示出屏蔽件4504部分地缠绕在具有宽度4220的pcb4502周围。例如，宽度4220可以是1.5英寸。在某些实施例中，另一pcb4503可以以距离4522位于pcb4502下面。例如，距离4522可以是1英寸。可以在另一pcb4503下面形成地电极4510。这种方法可提供源4500的较低寄生电容以改善由传感器4506和4508测量的信号的信噪比。
虽然上文结合图40—45描述的特征涉及源（例如，无线地传输功率的电源），但还可在从源无线地接收功率的功率接收机中实现特征中的某些或全部。特别地，此类功率接收机可以包括一个或多个谐振器，其继而可以包括可以以上文所述的方式针对操作进行配置的一个或多个线圈和一个或多个传感器。
应理解的是可以在控制电子装置中实现相对于图28—45所述的方法和步骤，所述控制电子装置包括多种处理硬件部件，诸如一个或多个电子处理器和/或专用电子电路。例如，可以将控制电子装置配置成将不同的电压图案与存储在数据储存器中的校准数据相比较。作为另一示例，可以将控制电子装置配置成分析来自两个不同lod传感器的电容变化测量信号之间的相关以减小噪声贡献，如相对于图44所讨论的。
应理解的是可在不利用谐振器以进行功率传输的无线功率传输系统中实现相对于图28—45所述的源线圈和设备线圈。可将公开技术应用于无线功率传输系统。
图27图示出可结合为先前所述计算机化和电子设备的一部分的计算机系统的实施例，诸如fod/lod检测系统、校准引擎、检测引擎等。图27提供了可以执行由各种实施例提供的方法的各种步骤的计算机系统600的一个实施例的示意图。应注意的是图27仅仅意图提供各种部件的一般化图示，可适当地利用其中的任何或全部。因此，图27宽泛地图示出如何可以以相对分离或相对更加集成的方式来实现单个系统元件。
计算机系统2700可包括可以经由总线2705而电耦合（或者可以以其它方式进行通信，视情况而定）的硬件元件。硬件元件可包括一个或多个处理器2710，在没有限制的情况下包括一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器（诸如数字信号处理芯片、图形加速度处理器、视频解码器等）；一个或多个输入设备2715，其在没有限制的情况下可以包括遥控机构等；以及一个或多个输出设备2720，其在没有限制的情况下可以包括显示设备、音频设备等。
计算机系统2700还可包括一个或多个非临时存储设备2725（和/或与之进行通信），其在没有限制的情况下可以包括本地和/或网络可访问储存器和/或在没有限制的情况下可以包括磁盘驱动器、驱动阵列、光学存储设备、固态存储设备，诸如随机存取存储器（“ram”）和/或只读存储器（“rom”），其可以是可编程的、闪速可更新的等。可将此类存储设备配置成实现任何适当的数据仓库，在没有限制的情况下包括各种文件系统、数据库结构等。
计算机系统2700还可包括通信子系统2730，其在没有限制的情况下可以包括调制解调器、网卡（无线或有线）、红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组（诸如蓝牙设备、802.11设备、wifi设备、wimax设备、蜂窝式通信设备等）等。通信子系统2730可允许与网络（诸如下面描述的网络，仅举一个例子）、其它计算机系统和/或这里所述的任何其它设备交换数据。在许多实施例中，计算机系统2700还将包括工作存储器2735，其可以包括ram或rom设备，如上所述。
计算机系统2700还可包括软件元件，其被示为当前位于工作存储器2735内，包括操作系统2740、设备驱动器、可执行库和/或其它代码，诸如一个或多个应用程序2745，其可包括由各种实施例提供的计算机程序和/或可设计成实现由其它实施例提供的方法和/或配置由其它实施例提供的系统，如本文所述。仅仅作为示例，关于上文所讨论的（多个）方法所述的一个或多个程序可能实现为由计算机（和/或计算机内的处理器）可执行的代码和/或指令；在一方面，然后，可以使用此类代码和/或指令来将通用计算机（或其它设备）配置和/或修改成执行根据所述方法的一个或多个操作。
可以将这些指令和/或代码的集合存储在非临时计算机可读存储介质上，诸如上述（多个）非临时存储设备2725。在某些情况下，可以将存储介质结合在计算机系统内，诸如计算机系统2700。在其它实施例中，存储介质可以与计算机系统（例如，可移动介质，诸如紧凑式磁盘）分开和/或在安装封装中提供，使得可以使用存储介质用存储在其上面的指令/代码对通用计算机进行编程、配置和/或修改。这些指令可能采取可执行代码的形式，其由计算机系统2700可执行和/或可采取源和/或可安装代码的形式，其在计算机系统2700上编译和/或安装（例如，使用多种一般可用编译程序、安装程序、压缩/解压实用工具等中的任何一个）时，然后采取可执行代码的形式。
对于本领域的技术人员而言将显而易见的是可根据特定要求进行大量的改变。例如，还可能使用定制的硬件和/或可能用硬件、软件（包括便携式软件，诸如小程序等）或两者来实现特定元件。此外，可采用到其它计算设备的连接，诸如网络输入/输出设备。
如上所述，在一个方面，某些实施例可采用计算机系统（诸如计算机系统2700）来执行根据公开技术的各种实施例的方法。根据一组实施例，由计算机系统2700响应于处理器2710执行包含在工作存储器2735中的一个或多个指令的一个或多个序列（其可被结合到操作系统2740和/或其它代码中，诸如应用程序2745）而执行此类方法的程序中的某些或全部。可将此类指令从另一计算机可读介质读取到工作存储器2735中，诸如（多个）非临时存储设备2725中的一个或多个。仅仅作为示例，包含在工作存储器2735中的指令序列的执行可引起（多个）处理器2710执行这里所述的方法中的一个或多个程序。
如这里所使用的，术语“机器可读介质”、“计算机可读存储介质”和“计算机可读介质”指的是参与提供引起机器以特定方式操作的数据的任何介质。这些介质可以是非临时的。在使用计算机系统2700实现的实施例中，各种计算机可读介质可能涉及到向（多个）处理器2710提供指令/代码以便执行和/或可能用来存储和/或承载此类指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。此类介质可采取非易失性介质或易失性介质的形式。非易失介质包括例如光盘和/或磁盘，诸如（多个）非临时存储设备2725。在没有限制的情况下，易失介质包括动态存储器，诸如工作存储器2735。
物理和/或有形计算机可读介质的一般形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁带或任何其它磁性介质、cd-rom、任何其它光学介质、具有标志图案的任何其它物理介质、ram、prom、eprom、flash-eprom、任何其它存储器芯片或盒或者计算机可以从其读取指令和/或代码的任何其它介质。
各种形式的计算机可读介质可涉及到将一个或多个指令的一个或多个序列载送到（多个）处理器2710以用于执行。仅仅作为示例，可最初在远程计算机的磁盘和/或光盘上承载指令。远程计算机可能将指令加载到其动态存储器中，并且将指令作为信号通过传输介质发送以便被计算机系统2700接收和/或执行。
通信子系统2730（和/或其部件）一般地将接收信号，并且总线2705然后可能将信号（和/或由信号载送的数据、指令等）载送到工作存储器2735，（多个）处理器2710从其取回并执行指令。由工作存储器2735接收的指令可在被（多个）处理器2710执行之前或之后可选地存储在非临时存储设备2725上。
上文所讨论的方法、系统、和设备是示例。各种配置可适当地省略、替换或添加各种程序或部件。例如，在替换配置中，可按照与所述的顺序不同的顺序执行该方法和/或可添加、省略和/或组合各种阶段。并且，可以以各种其它配置将相对于某些配置所述的特征组合。可以以类似方式将配置的不同方面和元素组合。并且，技术在演进，并且因此元素中的许多是示例且不限制本公开或权利要求的范围。
在本描述中给出了特定细节以提供对示例性配置的透彻理解（包括实施方式）。然而，可在没有这些特定细节的情况下实施配置。例如，已在没有不必要细节的情况下示出众所周知的电路、过程、算法、结构以及技术以便避免使配置含糊难懂。本描述仅仅提供示例性配置，并且不限制权利要求的范围、适用性或配置。更确切地说，配置的先前描述将为本领域的技术人员提供用于实现所述技术的实现描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可在元件的功能和布置方面进行各种改变。
并且，可将配置描述为被描绘为流程图或框图的过程。虽然每个可将操作描述为顺序过程，但操作中的许多可并行地或同时地执行。另外，可重新布置操作的顺序。过程可具有在图中未包括的附加步骤。此外，可用硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的示例。当用软件、固件、中间件或微代码来实现时，可将用以执行必要任务的程序代码或代码段存储在诸如存储介质之类的非临时计算机可读介质中。处理器可执行所述任务。
在本公开中，诸如“调整”、“评估”、“计算”、“规则”和/或“算法”之类的术语可用来描述校准程序的某个部分或者作为校准的同义词。另外，在本公开中，可与方法本身可互换地使用作为方法的一部分或程序的一部分的术语。例如，可将算法称为计算、规则等。
虽然已结合某些优选实施例描述了公开技术，但本领域的普通技术人员将理解其它实施例且其意图落在本公开的范围内。例如。上文已连同其各种特定应用和示例一起描述了与发射无线功率有关的设计、方法、部件配置等。本领域的技术人员将认识到可以以组合方式或者可互换地使用这里所述的设计、部件、配置或部件，并且以上描述并未使此类可互换性或部件的组合仅仅局限于这里所述的那个。
请注意，可将这里所述的技术应用于使用电磁场来发射功率的任何无线功率系统。在我们已描述了高度谐振无线功率系统的源和设备谐振器的情况下，本领域的技术人员将理解的是可以针对使用初级和次级线圈的电感系统来描述相同的传感器、检测器、算法、子系统等。
这里参考的所有文献被通过引用结合到本文中。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！