在预定的空间中使用通过感应式功率发射器产生的磁场检测金属物体的系统、方法及设备

摘要

本发明提供一种用于在磁场中检测物体(3024)的存在的设备(3000)，尤其是导电或金属物体。所述设备包含电源电路(3036、3006)，其经配置以产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由所述磁场无线地传送电力，所述磁场造成所述物体(3024)的振动。所述设备(3000)进一步包含检测电路(3030)，其经配置以发射信号且基于所述所发射的信号的反射检测由所述磁场造成的所述物体(3024)的所述振动的频率。

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及无线电力传送(wireless power transfer)，且更具体来说，涉及 与到例如包含蓄电池的车辆等远程系统的无线电力传送有关的装置、系统及方法。更 具体来说，本发明涉及外来物体的检测。

背景技术

已引入例如车辆的远程系统，其包含源于从例如蓄电池等能量存储装置接收的电 的运转电力(locomotion power)。举例来说，混合式电动车辆包含使用来自车辆制动及 传统电机的电力对车辆进行充电的机载充电器。仅仅为电动的车辆通常从其它来源接 收电以用于对蓄电池进行充电。常常提议经由某一类型的有线交流电(AC)(例如，家用 或商用AC电源)对蓄电池电动车辆(电动车辆)进行充电。有线充电连接需要物理地连 接到电力供应器的缆线或其它相似连接器。缆线及相似连接器有时可能不方便或麻烦 且具有其它缺点。能够在自由空间中传送电力(例如，经由无线场)以用以对电动车辆进 行充电的无线充电系统可克服有线充电解决方案的缺陷中的一些缺陷。因而，有效率 地且安全地传送电力以用于对电动车辆进行充电的无线充电系统及方法是理想的。

发明内容

在所附权利要求书的范围内的系统、方法及装置的各种实施方案各自具有若干方 面，所述方面中无任何单一方面仅仅负责本文所描述的理想属性。在不限制所附权利 要求书的范围的情况下，本文描述一些显著特征。

随附图式及以下描述中阐述本说明书所描述的标的物的一或多个实施方案的细 节。其它特征、方面及优点将从描述、图式及权利要求书变得显而易见。应注意，以 下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。

本发明的一个方面提供一种用于检测物体的存在的设备。所述设备包含谐振电 路，所述谐振电路具有谐振频率。所述谐振电路包含感测电路，所述感测电路包含导 电结构。所述设备进一步包含耦合电路，所述耦合电路耦合到所述感测电路。所述设 备进一步包含检测电路，所述检测电路经由所述耦合电路耦合到所述感测电路。所述 检测电路经配置以响应于检测到取决于所述谐振电路正在谐振的频率的所测量特性与 取决于所述谐振电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而检测所述物体的所述存 在。所述耦合电路经配置以缩减在不存在所述物体的情况下由所述检测电路进行的所 述谐振频率的变化。

本发明的另一方面提供一种用于检测物体的存在的方法的实施方案。所述方法包 含将信号施加到谐振电路，所述谐振电路具有谐振频率。所述谐振电路包含感测电 路，所述感测电路包含导电结构。耦合电路耦合到所述感测电路。所述方法进一步包 含响应于检测到取决于所述谐振电路正在谐振的频率的所测量特性与取决于所述谐振 电路的所述谐振频率的对应特性之间的差而经由检测电路检测所述物体的所述存在， 所述检测电路经由所述耦合电路耦合到所述感测电路。所述耦合电路经配置以缩减在 不存在所述物体的情况下由所述检测电路进行的所述谐振频率的变化。

本发明的又一方面提供一种用于检测物体的存在的设备。所述设备包含用于在谐 振频率下谐振的装置。所述设备进一步包含用于响应于检测到取决于所述谐振装置正 在谐振的频率的所测量特性与取决于所述谐振装置的所述谐振频率的对应特性之间的 差而检测所述物体的所述存在的装置。所述设备进一步包含用于缩减在不存在所述物 体的情况下由所述检测装置进行的所述谐振频率的变化的装置。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物体的存在的设备。所述设 备包含第一感测电路，所述第一感测电路包含第一导电结构。至少所述第一感测电路 形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频率。所述设备进一步包含第二 感测电路，所述第二感测电路包含第二导电结构。至少所述第二感测电路形成第二谐 振电路，所述第二谐振电路具有第二谐振频率。所述第二谐振频率不同于所述第一谐 振频率。所述设备进一步包含检测电路，所述检测电路耦合到所述第一感测电路及所 述第二感测电路。所述检测电路经配置以响应于检测到取决于所述第一谐振电路正在 谐振的频率的第一所测量特性与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差或 取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二所测量特性与取决于所述第二谐振频 率的第二对应特性之间的差而检测所述物体的所述存在。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物体的存在的方法的实施方 案。所述方法包含将第一信号施加到第一感测电路，所述第一感测电路包含第一导电 结构。至少所述第一感测电路形成第一谐振电路，所述第一谐振电路具有第一谐振频 率。所述方法进一步包含将第二信号施加到第二感测电路，所述第二感测电路包含第 二导电结构。至少所述第二感测电路形成第二谐振电路，所述第二谐振电路具有第二 谐振频率。所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。所述方法进一步包含响应于 检测到取决于所述第一谐振电路正在谐振的频率的第一所测量特性与取决于所述第一 谐振频率的第一对应特性之间的差或取决于所述第二谐振电路正在谐振的频率的第二 所测量特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差而经由检测电路检测 所述物体的所述存在。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于检测物体的存在的设备。所述设 备包含用于在第一谐振频率下谐振的第一装置。所述设备进一步包含用于在第二谐振 频率下谐振的第二装置。所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。所述设备进一 步包含用于响应于检测到取决于所述第一谐振装置正在谐振的频率的第一所测量特性 与取决于所述第一谐振频率的第一对应特性之间的差或取决于所述第二谐振装置正在 谐振的频率的第二所测量特性与取决于所述第二谐振频率的第二对应特性之间的差而 检测所述物体的所述存在的装置。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物体的存在的设 备。所述设备包含电源电路，所述电源电路经配置以产生所述磁场且在足以对负载进 行供电或充电的电平下经由所述磁场无线地传送电力。所述磁场造成所述物体的振 动。所述设备进一步包含检测电路，所述检测电路经配置以发射信号且基于所述所发 射信号的反射检测由所述磁场造成的所述物体的所述振动的频率。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物体的存在的方法 的实施方案。所述方法包含产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经 由所述磁场无线地传送电力。所述磁场造成所述物体的振动。所述方法进一步包含发 射信号且基于所述所发射信号的反射检测由所述磁场造成的所述物体的所述振动的频 率。

本发明所描述的标的物的另一方面提供一种用于在磁场中检测物体的存在的设 备。所述设备包含用于产生所述磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由所 述磁场无线地传送电力的装置。所述磁场造成所述物体的振动。所述设备进一步包含 用于发射信号的装置，及用于基于所述所发射信号的反射检测由所述磁场造成的所述 物体的所述振动的频率的装置。

附图说明

图1为根据示例性实施例的用于对电动车辆进行充电的示例性无线电力传送系统 的图解。

图2为图1的无线电力传送系统的示例性核心组件的示意图。

图3为展示图1的无线电力传送系统的示例性核心及辅助组件的另一功能框图。

图4为根据示例性实施例的展示安置于电动车辆中的可更换非接触式蓄电池的功 能框图。

图5A、5B、5C及5D为根据示例性实施例的用于感应线圈及铁氧体材料相对于蓄 电池的放置的示例性配置的图解。

图6为根据示例性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示例性频率的 频谱的图表。

图7为根据示例性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示例性频率及 传输距离的图表。

图8A、8B及8C为根据示例性实施例的示例性物体检测电路系统的部分的图解。

图9为根据实施例的经配置以检测嵌入于磁性垫内的物体的感测回路的侧视图。

图10为根据示例性实施例的用于检测相对于感测回路位于不同位置处的物体的示 例性物体检测电路系统的部分的图解。

图11A、11B及11C为根据示例性实施例的用于经配置以检测物体的感测回路的 不同示例性配置的图解。

图12为根据示例性实施例的经配置以基于磁场感测检测物体的示例性电路的功能 框图。

图13为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路阻抗测量检测物体的示例性电 路的功能框图。

图14A为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体的示 例性电路的功能框图。

图14B为根据实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体的示例性电 路的功能框图。

图15为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体的示例 性电路的另一功能框图。

图16为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体的示例 性电路的另一功能框图。

图17A、17B及17C为根据示例性实施例的示例性弱耦合谐振感测回路配置的图解。

图18A及18B为根据示例性实施例的等效电路及示例性电感耦合谐振感测回路的 示意图。

图19为根据示例性实施例的经配置以使用检测电路与感测电路之间的耦合电路来 检测物体的示例性电路的功能框图。

图20为根据示例性实施例的如图19所展示的电路的功能框图，其中检测电路经 由耦合回路与感测电路进行电感耦合。

图21为根据示例性实施例的如图19所展示的电路的功能框图，其中检测电路与 感测电路进行电容耦合。

图22为根据示例性实施例的经配置以使用检测电路与多个感测电路之间的多个耦 合电路来检测物体的示例性电路的功能框图。

图23为根据示例性实施例的经配置以使用经配置成具有不同谐振频率的多个感测 电路来检测物体的示例性电路的功能框图。

图24为根据示例性实施例的如图23所展示的电路的功能框图，其中检测电路与 具有不同谐振频率的感测电路进行电感耦合。

图25A、25B、25C、25D、25E及25F为根据示例性实施例的与检测电路进行电 感或电容耦合的示例性配置感测回路阵列的图解。

图26A、26B、26C、26D、26E及26F为根据示例性实施例的电感或电容耦合谐 振回路阵列的示例性等效电路的示意图。

图27为根据示例性实施例的展示在补偿耦合回路的阻抗之前及之后的电感耦合谐 振回路阵列的相位响应的曲线图。

图28为根据示例性实施例的集成在经配置以无线地传输电力的感应式充电垫内的 用于检测物体的示例性电路的功能框图。

图29为根据示例性实施例的用于检测物体的示例性电感耦合谐振滤波器的功能框 图。

图30A为根据示例性实施例的用于检测物体的另一示例性系统的功能框图。

图30B为根据示例性实施例的图30A的系统的检测电路的功能框图。

图31为根据示例性实施例的用于检测物体的存在的示例性方法的流程图。

图32为根据示例性实施例的用于检测物体的存在的设备的功能框图。

图33为根据示例性实施例的用于在磁场中检测物体的存在的示例性方法的流程 图。

图34为根据示例性实施例的用于在磁场中检测物体的存在的设备的功能框图。

图式所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，出于清楚起见，可能任意地扩 大或缩减各种特征的尺寸。另外，图式中的一些图式可能并未描绘给定系统、方法或 装置的所有组件。最后，类似参考数字可用以贯穿本说明书及诸图而表示类似特征。

具体实施方式

下文结合附加图式阐述的详细描述希望作为示例性实施例的描述，且不希望表示 可实践本发明的仅有实施例。贯穿此详细描述使用的术语“示例性”意谓“充当实 例、例子或说明”，且未必应被认作比其它示例性实施例优选或有利。出于提供对示 例性实施例的透彻理解的目的，详细描述包含特定细节。在一些例子中，以框图形式 展示一些装置。

无线地传送电力可指在不使用物理电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其 它者相关联的任何形式的能量从发射器传送到接收器(例如，可经由自由空间传送电 力)。输出到无线场(例如，磁场)中的电力可通过“接收线圈”接收、俘获或耦合以实 现电力传送。

本文使用电动车辆来描述远程系统，其实例为包含(作为运转能力的部分)源于可充 电能量存储装置(例如，一或多个可再充电电化电池或其它类型的蓄电池)的电力的车 辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为混合式电动车辆，其除了包含电动机以外 还包含用于直接运转或用以对车辆的蓄电池进行充电的传统内燃机。其它电动车辆可 从电力汲取所有运转能力。电动车辆不限于汽车且可包含摩托车、手推车、小轮机踏 车及其类似者。作为实例而非限制，本文以电动车辆(EV)的形式来描述远程系统。此 外，还预期可使用可充电能量存储装置来至少部分地供电的其它远程系统(例如，例如 个人计算装置及其类似者等电子装置)。

图1为根据示例性实施例的用于对电动车辆112进行充电的示例性无线电力传送 系统100的图解。无线电力传送系统100使得能够在电动车辆112停放于基座无线充 电系统(base wireless charging system)102a附近时对电动车辆112进行充电。在待遍及 对应基座无线充电系统102a及102b而停放的停放区域中说明用于两个电动车辆的空 间。在一些实施例中，本地分配中心130可连接到电力骨干132，且经配置以将交流电 (AC)或直流电(DC)供应经由电力链路110提供到基座无线充电系统102a。基座无线充 电系统102a还包含用于无线地传送或接收电力的基座系统感应线圈104a。电动车辆 112可包含蓄电池单元118、电动车辆感应线圈116，及电动车辆无线充电系统114。电 动车辆感应线圈116可与基座系统感应线圈104a相互作用，例如，经由基座系统感应 线圈104a所产生的电磁场的区。

在一些示例性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由基座系统感应线圈104a 产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收电力。所述场对应于由基座系统感 应线圈104a输出的能量可由电动车辆感应线圈116俘获的区。举例来说，由基座系统 感应线圈104a输出的能量可处于足以对电动车辆112进行充电或供电的电平。在一些 情况下，所述场可对应于基座系统感应线圈104a的“近场(near field)”。所述近场可 对应于存在由基座系统感应线圈104a中的电流及电荷引起的强电抗场的区，所述强电 抗场不会使电力辐射离开基座系统感应线圈104a。在一些情况下，近场可对应于处于 基座系统感应线圈104a的波长的约1/2π内的区(且针对电动车辆感应线圈116反过来 也一样)，如下文将进一步所描述。

本地分配1130可经配置以经由通信回程134与外部来源(例如，电力栅格)通信， 且经由通信链路108与基座无线充电系统102a通信。

在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与基座系统感应线圈104a对准，且因 此，简单地由驾驶员使电动车辆112相对于基座系统感应线圈104a正确地定位而安置 于近场区内。在其它实施例中，驾驶员可被给出视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确 定电动车辆112何时被适当地放置以用于无线电力传送。在又其它实施例中，电动车 辆112可通过自动引示系统定位，所述自动引示系统可使电动车辆112来回地移动(例 如，以锯齿形移动)直到对准误差已达到容许值为止。此情形可由电动车辆112在无驾 驶员干预或仅有最少驾驶员干预的情况下自动地且自主地执行，其限制条件为：电动 车辆112经装备有伺服方向盘、超声波传感器，及用以调整所述车辆的智能。在又其 它实施例中，电动车辆感应线圈116、基座系统感应线圈104a或其组合可具有用于使 感应线圈116及104a相对于彼此移位及移动以使所述感应线圈更准确地定向且在所述 感应线圈之间显现更有效率的耦合的功能性。

基座无线充电系统102a可位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适位置包 含在电动车辆112的拥有者的住宅处的停放区域、在常规的以石油为基础的加油站之 后模型化的为电动车辆无线充电而保留的停放区域，及在例如购物中心及工作场所等 其它位置处的停放坪。

无线地对电动车辆进行充电可提供众多益处。举例来说，充电可自动地执行，而 实际上无驾驶员干预及操控，借此改善对用户的方便性。还可能不存在曝露的电接点 且不存在机械磨损，借此改善无线电力传送系统100的可靠性。可无需运用缆线及连 接器的操控，且可能不存在可在户外环境中曝露给湿气及水的缆线、插头或插座，借 此改善安全性。还可能不存在可见或可接取的插座、缆线及插头，借此缩减电力充电 装置的潜在破坏行为。另外，因为电动车辆112可作为分配式存储装置而使电力栅格 稳定，所以可使用衔接到栅格解决方案来增加车辆针对车辆到栅格(V2G)操作的可用 性。

如参看图1所描述的无线电力传送系统100还可提供美学及非妨碍优点。举例来 说，可能不存在可有碍于车辆及/或行人的料柱(charge column)及缆线。

作为对车辆到栅格能力的进一步解释，无线电力传输及接收能力可被配置为互逆 的，使得基座无线充电系统102a将电力传送到电动车辆112且电动车辆112将电力传 送到基座无线充电系统102a，例如，在能量短缺时间内。此能力可用于通过允许电动 车辆在由需求过度造成的能量短缺时间或再生性能源产生(例如，风或太阳能)的短缺时 间内将电力贡献给整体分配系统而使电力分配栅格稳定。

图2为图1的无线电力传送系统100的示例性核心组件的示意图。如图2所展 示，无线电力传送系统200可包含基座系统发射电路206，基座系统发射电路206包含 具有电感L₁的基座系统感应线圈204。无线电力传送系统200进一步包含电动车辆接 收电路222，电动车辆接收电路222包含具有电感L₂的电动车辆感应线圈216。本文所 描述的实施例可使用形成谐振结构的电容性负载电线回路(即，多匝线圈)，如果初级及 次级两者被调谐到共同谐振频率，那么所述谐振结构能够经由磁性或电磁近场将能量 从初级结构(发射器)有效率地耦合到次级结构(接收器)。所述线圈可用于电动车辆感应 线圈216及基座系统感应线圈204。使用谐振结构以用于耦合能量可被称作“磁耦合谐 振”、“电磁耦合谐振”及/或“谐振感应”。无线电力传送系统200的操作将基于从 基座无线电力充电系统202到电动车辆112的电力传送加以描述，但不限于此情形。 举例来说，如上文所论述，电动车辆112可将电力传送到基座无线充电系统102a。

参看图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将电力P_SDC供应到基座无线电力充电 系统202以将能量传送到电动车辆112。基座无线电力充电系统202包含基座充电系统 电力转换器236。基座充电系统电力转换器236可包含例如以下各者等电路系统： AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准电源AC转换为处于合适电压电平的DC电 力；及DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换为处于适合于无线高功率传送 的操作频率的电力。基座充电系统电力转换器236将电力P₁供应到基座系统发射电路 206，基座系统发射电路206包含与基座系统感应线圈204串联以发射处于所要频率的 电磁场的电容器C₁。电容器C₁可并联地或串联地与基座系统感应线圈204耦合，或可 由呈并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件形成。可提供电容器C₁以与基座系统 感应线圈204形成在所要频率下谐振的谐振电路。基座系统感应线圈204接收电力P₁且在足以对电动车辆112进行充电或供电的电平下无线地传输电力。举例来说，通过 基座系统感应线圈204无线地提供的功率电平可为大约数千瓦特(kW)(例如，从1千瓦 特到110千瓦特的任何值或更高或更低值)。

包含基座系统感应线圈204的基座系统发射电路206及包含电动车辆感应线圈216 的电动车辆接收电路222可被调谐到实质上相同频率，且可定位于由基座系统感应线 圈204及电动车辆感应线圈116中的一者发射的电磁场的近场内。在此情况下，基座 系统感应线圈204及电动车辆感应线圈116可变得彼此耦合，使得电力可传送到包含 电容器C₂及电动车辆感应线圈116的电动车辆接收电路222。可提供电容器C₂以与电 动车辆感应线圈216形成在所要频率下谐振的谐振电路。电容器C₂可并联地或串联地 与电动车辆感应线圈204耦合，或可由呈并联或串联拓扑的任何组合的若干电抗元件 形成。元素k(d)表示在线圈分离下引起的互耦合系数。等效电阻R_eq，1及R_eq，2表示可为 感应线圈204及216以及防电抗电容器C₁及C₂所固有的损耗。包含电动车辆感应线圈 316及电容器C₂的电动车辆接收电路222接收电力P₂且将电力P₂提供到电动车辆充电 系统214的电动车辆电力转换器238。

电动车辆电力转换器238可尤其包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以 将处于操作频率的电力转换回到电压电平匹配于电动车辆蓄电池单元218的电压电平 的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换电力P_LDC以对电动车辆蓄电池单 元218进行充电。电力供应器208、基座充电系统电力转换器236及基座系统感应线圈 204可静止且位于如上文所论述的多种位置处。蓄电池单元218、电动车辆电力转换器 238及电动车辆感应线圈216可包含在为电动车辆112的部分或蓄电池组(未图示)的部 分的电动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可经配置以将电力经由电动 车辆感应线圈216无线地提供到基座无线电力充电系统202以将电力反馈到栅格。电 动车辆感应线圈216及基座系统感应线圈204中每一者可基于操作模式而充当发射或 接收感应线圈。

虽然未图示，但无线电力传送系统200可包含负载断开连接单元(load disconnect  unit，LDU)以使电动车辆蓄电池单元218或电力供应器208与无线电力传送系统200安 全地断开连接。举例来说，在紧急或系统失败的情况下，LDU可经触发以使负载与无 线电力传送系统200断开连接。除了用于管理对蓄电池的充电的蓄电池管理系统以外 还可提供LDU，或LDU可为蓄电池管理系统的部分。

另外，电动车辆充电系统214可包含用于将电动车辆感应线圈216选择性地连接 到电动车辆电力转换器238且使电动车辆感应线圈216与电动车辆电力转换器238断 开连接的切换电路系统(未图示)。使电动车辆感应线圈216断开连接可暂时中止充电且 还可调整如由基座无线充电系统102a(充当发射器)“经历”的“负载”，此情形可用以 “隐匿”电动车辆充电系统114(充当接收器)以免为基座无线充电系统102a所见。如果 发射器包含负载感测电路，那么可检测负载改变。因此，例如基座无线充电系统202 等发射器可具有用于确定例如电动车辆充电系统114的接收器何时存在于基座系统感 应线圈204的近场中的机构。

如上文所描述，在操作中，在假设能量朝向车辆或蓄电池传送的情况下，从电力 供应器208提供输入电力，使得基座系统感应线圈204产生用于提供能量传送的场。 电动车辆感应线圈216耦合到辐射场且产生输出电力以供电动车辆112存储或消耗。 如上文所描述，在一些实施例中，基座系统感应线圈204及电动车辆感应线圈116是 根据相互谐振关系来配置，使得此时电动车辆感应线圈116的谐振频率与基座系统感 应线圈204的谐振频率极接近或实质上相同。当电动车辆感应线圈216位于基座系统 感应线圈204的近场中时，基座无线电力充电系统202与电动车辆充电系统214之间 的传输损耗最小。

如所陈述，通过将发射感应线圈的近场中的大部分能量耦合到接收感应线圈而不 是以电磁波将大多数能量传播到远场而发生有效率能量传送。当在近场中时，可在发 射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。可发生此近场耦合的围绕感应线圈的 区域在本文中被称作近场耦合模式区。

虽然未图示，但基座充电系统电力转换器236及电动车辆电力转换器238两者可 包含振荡器、例如功率放大器等驱动器电路、滤波器，及用于与无线电力感应线圈进 行有效率耦合的匹配电路。振荡器可经配置以产生所要频率，所述所要频率可响应于 调整信号而加以调整。振荡器信号可由功率放大器以响应于控制信号的放大量而放 大。可包含滤波器及匹配电路以滤除谐波或其它非想要频率且使电力转换模块的阻抗 匹配于无线电力感应线圈。电力转换器236及238还可包含用以产生合适电力输出以 对蓄电池进行充电的整流器及切换电路系统。

如贯穿所揭示实施例而描述的电动车辆感应线圈216及基座系统感应线圈204可 被称作或被配置为“环形”天线，且更具体来说，多匝环形天线。感应线圈204及216 还可在本文中被称作或被配置为“磁性”天线。术语“线圈”希望指可无线地输出或 接收能量以用于耦合到另一“线圈”的组件。线圈还可被称作经配置以无线地输出或 接收电力的类型的“天线”。如本文所使用，线圈204及216为经配置以无线地输 出、无线地接收及/或无线地中继电力的类型的“电力传送组件”的实例。环形(例如， 多匝环形)天线可经配置以包含空芯或实芯，例如，铁氧体芯。空芯环形天线可允许将 其它组件放置于芯区域内。包含铁磁体或铁磁性材料的实芯天线可允许显现较强电磁 场及改善型耦合。

如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配谐振期间发生发射器与 接收器之间的有效率能量传送。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振不匹配时， 也可以较低效率来传送能量。通过将能量从发射感应线圈的近场耦合到驻留在其中建 立此近场的区内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区的预定距离内)的接 收感应线圈而不是将能量从发射感应线圈传播到自由空间中而发生能量传送。

谐振频率可基于包含如上文所描述的感应线圈(例如，基座系统感应线圈204)的发 射电路的电感及电容。如图2所展示，电感通常可为感应线圈的电感，而电容可添加 到感应线圈以创造处于所要谐振频率的谐振结构。作为非限制性实例，如图2所展 示，可将电容器与感应线圈串联地添加以创造产生电磁场的谐振电路(例如，基座系统 发射电路206)。因此，对于较大直径的感应线圈，诱发谐振所需要的电容的值可随着 线圈的直径或电感增加而减低。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线 圈的直径增加，近场的有效率能量传送面积可增加。其它谐振电路是可能的。作为另 一非限制性实例，电容器可并联地放置于感应线圈的两个端子之间(即，并联谐振电 路)。此外，感应线圈可经设计成具有高品质(Q)因数以改善感应线圈的谐振。举例来 说，Q因数可为300或更大。

如上文所描述，根据一些实施例，揭示处于彼此的近场中的两个感应线圈之间的 耦合电力。如上文所描述，近场可对应于围绕感应线圈的区，在所述区中，存在电磁 场，但电磁场可能并不传播或辐射离开感应线圈。近场耦合模式区可对应于接近感应 线圈的实体体积的体积，通常在波长的小分数内。根据一些实施例，例如单匝及多匝 环形天线的电磁感应线圈用于发射及接收两者，这是因为：相比于电性类型天线(例 如，小偶极)的电近场，对于磁性类型线圈，实际实施例中的磁性近场振幅倾向于较 高。此情形允许所述对之间的潜在较高耦合。此外，可使用“电性”天线(例如，偶极 及单极)或磁性天线与电性天线的组合。

图3为展示图1的无线电力传送系统300的示例性核心及辅助组件的另一功能框 图。无线电力传送系统300说明通信链路376、导引链路366，及用于基座系统感应线 圈304及电动车辆感应线圈316的对准系统352、354。如上文参看图2所描述，且在 假设能量朝向电动车辆112流动的情况下，在图3中，基座充电系统电力接口354可 经配置以将电力从例如AC或DC电力供应器126等电源提供到充电系统电力转换器 336。基座充电系统电力转换器336可从基座充电系统电力接口354接收AC或DC电 力以使基座系统感应线圈304在其谐振频率下励磁或接近其谐振频率而励磁。当在近 场耦合模式区中时，电动车辆感应线圈316可从近场耦合模式区接收能量以在谐振频 率下振荡或接近谐振频率而振荡。电动车辆电力转换器338将来自电动车辆感应线圈 316的振荡信号转换为适合于经由电动车辆电力接口对蓄电池进行充电的电力信号。

基座无线充电系统302包含基座充电系统控制器342，且电动车辆充电系统314包 含电动车辆控制器344。基座充电系统控制器342可包含介接到例如计算机及电力分配 中心或智能型电力栅格的其它系统(未图示)的基座充电系统通信接口162。电动车辆控 制器344可包含介接到例如车辆上的机载计算机、其它蓄电池充电控制器、车辆内的 其它电子系统及远程电子系统等其它系统(未图示)的电动车辆通信接口。

基座充电系统控制器342及电动车辆控制器344可包含用于具有分离通信信道的 特定应用的子系统或模块。这些通信信道可为分离物理信道或分离逻辑信道。作为非 限制性实例，基座充电对准系统352可经由通信链路376与电动车辆对准系统354通 信，以提供用于自主地或在操作员辅助的情况下使基座系统感应线圈304及电动车辆 感应线圈316更紧密地对准的反馈机制。相似地，基座充电导引系统362可经由导引 链路与电动车辆导引系统364通信，以提供用以导引操作员使基座系统感应线圈304 及电动车辆感应线圈316对准的反馈机制。另外，可存在由基座充电通信系统372及 电动车辆通信系统374支持的分离的一般用途通信链路(例如，信道)，以用于在基座无 线电力充电系统302与电动车辆充电系统314之间传达其它信息。此信息可包含关于 电动车辆特性、蓄电池特性、充电状态以及基座无线电力充电系统302及电动车辆充 电系统314两者的电力能力的信息，以及用于电动车辆112的维护及诊断数据。这些 通信信道可为分离物理通信信道，例如，蓝牙(Bluetooth)、紫蜂(zigbee)、蜂窝式等 等。

电动车辆控制器344还可包含管理电动车辆主蓄电池的充电及放电的蓄电池管理 系统(BMS)(未图示)、基于微波或超声波雷达原理的停放辅助系统、经配置以执行半自 动停放操作的制动系统，及方向盘伺服系统，方向盘伺服系统经配置以辅助很大程度 上自动化停放“线控停放(park by wire)”，其可提供较高停放准确度，因此缩减针对基 座无线充电系统102a及电动车辆充电系统114中任一者中的机械水平感应线圈对准的 需要。另外，电动车辆控制器344可经配置以与电动车辆112的电子装置通信。举例 来说，电动车辆控制器344可经配置以与视觉输出装置(例如，仪表板显示器)、声学/ 音频输出装置(例如，蜂鸣器、扬声器)、机械输入装置(例如，键盘、触摸屏，及例如 摇杆、轨迹球等指向装置)及音频输入装置(例如，具有电子语音辨识的麦克风)通信。

此外，无线电力传送系统300可包含检测及传感器系统。举例来说，无线电力传 送系统300可包含供用以将驾驶员或车辆适当地导引到充电地点的系统使用的传感 器、用以使具有所需分离/耦合的感应线圈相互对准的传感器、用以检测可妨碍电动车 辆感应线圈316移动到特定高度及/或位置以实现耦合的物体的传感器，及供用以执行 系统的可靠、无损坏且安全操作的系统使用的安全性传感器。举例来说，安全性传感 器可包含用于如下操作的传感器：检测在安全半径之外的接近无线电力感应线圈 104a、116的动物或儿童的存在、检测接近可被加热(感应加热)的基座系统感应线圈 304的金属物体、检测基座系统感应线圈304上例如白炽物体等危险事件，及对基座无 线电力充电系统302及电动车辆充电系统314的组件进行温度监视。

无线电力传送系统300还可支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可集 成两个不同充电器的输出，此后将电力传送到电动车辆112或从电动车辆112传送电 力。切换电路可提供为支持无线充电及经由有线充电端口的充电两者所需要的功能 性。

为了在基座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间通信，无线电力传送 系统300可使用带内发信及RF数据调制解调器(例如，在未授权频带中的无线电上的 以太网)两者。带外通信可提供足够带宽以用于将加值服务分配给车辆用户/拥有者。无 线电力载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干涉的带内发信系统。

另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路执行某一通信。举例 来说，无线电力感应线圈304及316还可经配置以充当无线通信发射器。因此，基座 无线电力充电系统302的一些实施例可包含用于在无线电力路径上启用键控型协议的 控制器(未图示)。通过在预定义时间间隔下以预定义协议来键控发射功率电平(幅移键 控)，接收器可检测来自发射器的串行通信。基座充电系统电力转换器336可包含负载 感测电路(未图示)，所述负载感测电路用于检测在由基座系统感应线圈304产生的近场 附近的有源电动车辆接收器的存在或不存在。作为实例，负载感测电路监视流动到功 率放大器的电流，所述电流受到在由基座系统感应线圈104a产生的近场附近的有源接 收器的存在或不存在影响。对功率放大器上的负载的改变的检测可由基座充电系统控 制器342来监视，以用来确定是否启用振荡器以用于传输能量、与有源接收器通信， 或其组合。

为了启用无线高电力传送，一些实施例可经配置以传送处于从10千赫兹到60千 赫兹的范围内的频率的电力。此低频耦合可允许可使用固态装置实现的高度有效率电 力转换。另外，相比于其它频带，无线电系统可存在较少共存问题。

所描述的无线电力传送系统100可与包含可再充电或可更换蓄电池的多种电动车 辆102一起使用。图4为根据示例性实施例的展示安置于电动车辆412中的可更换非 接触式蓄电池的功能框图。在此实施例中，低蓄电池位置可用于电动车辆蓄电池单 元，所述电动车辆蓄电池单元集成无线电力接口(例如，充电器到蓄电池无线接口426) 且可从嵌入于地面中的充电器(未图示)接收电力。在图4中，电动车辆蓄电池单元可为 可再充电蓄电池单元，且可容纳于蓄电池隔室424中。电动车辆蓄电池单元还提供无 线电力接口426，无线电力接口426可集成整个电动车辆无线电力子系统，所述整个电 动车辆无线电力子系统包含在以地面为基础的无线充电单元与电动车辆蓄电池单元之 间进行有效率且安全的无线能量传送所需要的谐振感应线圈、电力转换电路系统以及 其它控制及通信功能。

以下情形可为有用的：使电动车辆感应线圈与电动车辆蓄电池单元的底侧或车辆 主体齐平地集成，使得不存在突起部分且使得可维持所指定地面到车体间隙。此配置 可能需要电动车辆蓄电池单元中专用于电动车辆无线电力子系统的一些空间。电动车 辆蓄电池单元422还可包含蓄电池到EV无线接口422及充电器到蓄电池无线接口 426，充电器到蓄电池无线接口426在电动车辆412与如图1所展示的基座无线充电系 统102a之间提供非接触式电力及通信。

在一些实施例中且参看图1，基座系统感应线圈104a及电动车辆感应线圈116可 处于固定位置，且所述感应线圈是通过电动车辆感应线圈116相对于基座无线充电系 统102a的整体放置而被带入于近场耦合区内。然而，为了快速地、有效率地且安全地 执行能量传送，可能需要缩减基座系统感应线圈104a与电动车辆感应线圈116之间的 距离以改善耦合。因此，在一些实施例中，基座系统感应线圈104a及/或电动车辆感应 线圈116可为可部署及/或可移动的以使其进行优选对准。

图5A、5B、5C及5D为根据示例性实施例的用于感应线圈及铁氧体材料相对于蓄 电池的放置的示例性配置的图解。图5A展示完全铁氧体嵌入式感应线圈536a。无线 电力感应线圈可包含铁氧体材料538a及围绕铁氧体材料538a缠绕的线圈536a。线圈 536a自身可由绞合漆包线(stranded Litz wire)制成。可提供导电屏蔽532a以保护车辆的 乘客免于过度EMF传输。导电屏蔽可特别用于由塑料或复合物制成的车辆中。

图5B展示用以增强耦合及缩减导电屏蔽532b中的涡电流(热耗散)的经最优地设置 尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背衬)。线圈536b可完全地嵌入于非传导非磁性(例如，塑 料)材料中。举例来说，如图5A到5D所说明，线圈536b可嵌入于保护性外壳534b 中。由于磁耦合与铁氧体磁滞损耗之间的取舍，在线圈536b与铁氧体材料538b之间 可存在分离。

图5C说明线圈536c(例如，铜绞合漆包线多匝线圈)可在横向(“X”)方向上移动 的另一实施例。图5D说明感应线圈模块在向下方向上部署的另一实施例。在一些实施 例中，蓄电池单元包含可部署及非可部署电动车辆感应线圈模块540d中的一者作为无 线电力接口的部分。为了防止磁场穿透到蓄电池空间530d且穿透到车辆的内部中，在 蓄电池空间530d与车辆之间可存在导电屏蔽532d(例如，铜薄片)。此外，非导电(例 如，塑料)保护层533d可用以保护导电屏蔽532d、线圈536d及铁氧体材料5d38免于 环境影响(例如，机械损坏、氧化等等)。此外，线圈536d可在横向X及/或Y方向上 移动。图5D说明电动车辆感应线圈模块540d在向下Z方向上相对于蓄电池单元本体 部署的实施例。

此可部署电动车辆感应线圈模块542b的设计相似于图5B的设计，除了在电动车 辆感应线圈模块542d处不存在导电屏蔽以外。导电屏蔽532d与蓄电池单元本体留在 一起。当电动车辆感应线圈模块542d不处于部署状态时，保护层533d(例如，塑料层) 提供于导电屏蔽432d与电动车辆感应线圈模块542d之间。电动车辆感应线圈模块542 与蓄电池单元本体的物理分离可对感应线圈的性能有正面影响。

如上文所论述，所部署的电动车辆感应线圈模块542d可仅含有线圈536d(例如， 绞合漆包线)及铁氧体材料538d。可提供铁氧体背衬以增强耦合及防止车底中或导电屏 蔽532d中的过度涡电流损耗。此外，电动车辆感应线圈模块542d可包含与电力转换 电子装置及传感器电子装置的柔性电线连接。此电线束可集成到机械齿轮中以用于部 署电动车辆感应线圈模块542d。

参看图1，上文所描述的充电系统可在多种位置中用于对电动车辆112进行充电或 将电力传送回到电力栅格。举例来说，可在停放坪环境中发生电力传送。应注意， “停放区域”还可在本文中被称作“停放空间”。为了增强车辆无线电力传送系统100 的效率，可使电动车辆112沿着X方向及Y方向对准，以使电动车辆112内的电动车 辆感应线圈116能够与相关联停放区域内的基座无线充电系统102a适当地对准。

此外，所揭示实施例适用于具有一或多个停放空间或停放区域的停放坪，其中停 放坪内的至少一停放空间可包括基座无线充电系统102a。可使用导引系统(未图示)来辅 助车辆操作员将电动车辆112定位于停放区域中，以使电动车辆112内的电动车辆感 应线圈116与基座无线充电系统102a对准。导引系统可包含以电子为基础的途径(例 如，无线电定位、测向原理，及/或光学、准光学及/或超声波感测方法)或以机械为基 础的途径(例如，车轮导引、轨迹或停止)，或其任何组合，以用于辅助电动车辆操作员 定位电动车辆112，以使电动车辆112内的感应线圈116能够与充电基座(例如，基座 无线充电系统102a)内的充电感应线圈适当地对准。

如上文所论述，电动车辆充电系统114可放置在电动车辆112的底面上以用于从 基座无线充电系统102a传输及接收电力。举例来说，电动车辆感应线圈116可集成到 车底中，优选地接近中心位置，从而提供关于EM曝露的最大安全距离且准许电动车 辆的前向及反向停放。

图6为根据示例性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示例性频率的 频谱的图表。如图6所展示，用于到电动车辆的无线高功率传送的潜在频率范围可包 含：在3千赫兹到30千赫兹频带中的VLF；在30千赫兹到150千赫兹频带中的较低 LF(对于类ISM应用)，其中存在一些排除；HF 6.78兆赫兹(ITU-R ISM频带6.765兆赫 兹到6.795兆赫兹)；HF 13.56兆赫兹(ITU-R ISM频带13.553到13.567)；及HF 27.12 兆赫兹(ITU-R ISM频带26.957到27.283)。

图7为根据示例性实施例的展示可用于对电动车辆进行无线充电的示例性频率及 传输距离的图表。可用于电动车辆无线充电的一些实例传输距离为约30毫米、约75 毫米及约150毫米。一些示例性频率可为VLF频带中的约27千赫兹，及LF频带中的 约135千赫兹。

本文所描述的各种实施例的方面涉及物体(例如，所指定区内的金属物体)的检测。 如本文所描述的用于金属物体的检测的系统及方法可并入到上文针对无线电力传送所 描述的系统中。举例来说，如下文所描述的用于物体的检测的实施例可被并入作为系 统(例如，上文针对电能从初级结构横越气隙到次级结构的感应式传送所描述的系统)的 部分。用于能量的感应式传送的示例性频率可在从20千赫兹到150千赫兹的范围内， 但不限于此频率范围。更具体来说，用于物体的检测的实施例及本文所描述的方法的 一个应用为静止电动道路车辆的感应式充电，且明确地说，在地面上存在磁性结构(充 电垫)且存在装设于车辆的底侧(车底)处的拾取垫的实施例。其它应用可为在移动中的 电动车辆的感应式供电或充电(动态充电)、便携式电装置及电子装置的感应式充电、感 应加热，或产生强交变磁场的任何其它系统。

此外，虽然某些实施例可用于无线电力传送系统中，但应了解，本文所描述的各 种实施例可适用于在与产生交变磁场的系统无关的预定空间中检测金属物体的其它应 用。举例来说，本文所描述的实施例的方面可用于检测从预定空间移除的金属物体的 防盗检测器、安全性系统、质量保证系统、电子物品监测、电子物品管理及其类似者 中。

本文可使用以下缩写：

EMF   电磁场

FOD   外来物体检测

HF    高频

IF    中频

LF    低频

LMS   最小均方

MTBF  平均故障间隔时间

MUX   多路复用器

NCO   数值控制振荡器

PCB   印刷电路板

PSTN  公众交换式电话网络

PWB   印刷线路板

SNR   信噪比

本文所描述的原理、方法及实施例的某些描述提及电动车辆(EV)或混合式电动车 辆(HEV)的感应充电且在此上下文中必须被重视。基本原理中的一些原理还可用于如上 文所提及的其它应用。然而，可修改实施例且使其适应于这些应用的特定要求。

关于感应充电，取决于能量传送速率(功率电平)、操作频率、初级及次级磁性结构 的大小及设计以及所述磁性结构之间的距离，一些位置处的气隙中的通量密度可超过 0.5毫特斯拉且可达到几毫特斯拉(Millitesla)。如果将包含某一量的良好导电材料(例 如，金属)的物体插入到初级结构与次级结构之间的空间中，那么在此物体中产生涡电 流(楞次定律(Lenz′s law))，其可导致电力耗散及后续加热效应。此感应加热效应取决于 磁通量密度、交变磁场的频率、物体的导电结构的大小、形状、定向及电导率。当物 体曝露给磁场历时足够长时间时，其可变热到可被认为关于如下方面而危险的温度：

●自燃(如果物体包含易燃材料，或如果其直接接触此类材料，例如，包含薄金属 化箔的香烟封装)；

●可拾取此类热物体(例如，钱币或钥匙)的个人的手的灼伤；或

●初级或次级结构(例如，熔融成塑料的物体)的塑料壳体的损坏。

还可在包含可实质上非传导但展现明显磁滞效应的铁磁性材料的物体中或在产生 磁滞损耗及涡电流损耗两者的材料中预期温度增加。因而，检测此类物体有益于避免 对应有害结果。如果物体检测系统集成在用于提供无线电力的系统内，那么响应于检 测到有害物体，所述系统可缩减功率电平或关断直到可采取措施移除有害物体为止。

在家庭及公众地区中的电动车辆的感应式电力传送(例如，充电)的某些应用中，出 于个人及装备的安全性的原因，可强制性的是能够检测具有变热到临界温度的可能性 的外来物体。此情形可在其中临界空间敞开且可被接取以使得外来物体可偶然地到达 或可被有意地放到此空间中(例如，在恶意破坏的情况下)的系统中特别成立。

举例来说，用于电动道路车辆的感应式充电的德国VDE/DKE准则(VDE-AR-E  2122-4-2Elektrische Ausrüstung von Elektro-Straβenfahrzeugen-Induktive Ladung von  Elektrofahrzeugen-Teil 4-2：Niedriger Leistungsbereich)(在下文中为“VDE-AR-E”)(例 如)定义针对感应式充电系统的功能空间中的热效应的保护极限。已遵循关于低电压电 气设备的国际标准(IEC 60364-4-42：2010-05的“低电压电气设备-第4到42部分：安全 保护-防止热效应的保护(Low-voltage electrical installations-Part 4-42：Protection for  safety-Protection against thermal effects)”)选择这些极限。德国准则VDE-AR-E还定义 待用于符合测试的参考物体，例如，分钱币及铝涂布箔。

本文所描述的实施例涉及在下文中自动地检测可位于预定义空间中的危险外来物 体(例如，“金属物体”)。明确地说，某些实施例涉及检测经定位成邻近于初级或次级 磁性结构的表面(其中磁通量密度可超过特定值(例如，0.5毫特斯拉))的小金属物体(例 如，钱币)。

金属检测在各种工业、军事及安全性相关区域中具有许多应用。金属检测器用于 (例如)：排雷(地雷检测)；例如刀及枪等武器的检测，例如，机场安检；地球物理勘 探；考古学；及寻宝。金属检测器还用以检测食品中的外来物体，且在建筑工业中用 以检测混凝土中的钢筋以及埋入于墙壁及地板中的管路及电线。

在许多应用中，金属检测器通过频繁地重新校准其传感器及电路而实现所需高敏 感度。在这些应用中，在基于用户输入的重新校准过程期间可排除金属物体的存在。 与此对比，高功率感应充电应用可能必须很大程度上自动地、自主地且无人式地操 作。因而，各种实施例的某些方面涉及经配置以在无需实质重新校准的情况下提供固 有检测敏感度及稳定性达数年的物体检测系统。

使用在可见光中及/或在短波红外线中敏感的摄影机的无源光学感测(Conductix- Wampfler、Abschlussbericht zum Verbundvorhaben的“Kabelloses Laden von  Elektrofahrzeugen”、im Rahmen des FuE-Programms的“von Forschung und  Entwicklung im Bereich der”(Weil am Rhein，2011年10月)(在下文中 为“Conductix-Wampfler”))可用以检测预定区域中的外来物体。因为“金属物体”一 般在此波长范围内不具有特异特性，所以此方法可能无法提供足够选择性，使得将检 测到任何外来物体，包含不表示危险物的外来物体。在一些情况下，此情形对于系统 的用户来说可为不合需要的。此外，光学传感器可能并不特别适合于如在车辆下方预 期的恶劣环境中，其中通常存在强污染及由机械影响引起的损坏风险。可能需要例如 自动清洁等等的特殊保护性措施。

可提供通过发射在可见光或短波IR范围内的光信号对外来物体的有源光学感测。 此技术是结合基于Ringbeck，T、Hagebeuker，B.的“用于物体检测的飞行摄影机的3D 时间(A 3D time of flight camera for obiect detection)”(光学3-D测量技术，ETH  Zürich，全体会议1：测距成像I，2007年7月9日到12日(在下文中为“Rinkbeck”)) 中描述的飞行时间测距技术的3D摄影机而使用。在一些情况下，使用有源光学感测可 能不能够解析处于能量传送垫的表面上的小且薄的物体(例如，钱币)。此外，如同无源 光学感测一样，所述方法可能不能够区分金属物体与非金属物体。可检测在光学波长 下显得不透明的任何物体。

因为危险物体为具有变热到临界温度的可能性的那些物体，所以Conductix- Wampfler中描述的热感测为忽视环境因素的另一途径。可通过将温度传感器集成到能 量传送垫的壳体中而实现一个解决方案。为了局域化小热物体，可提供高传感器密 度，例如，具有30毫米的光栅大小。因为传感器需要受到机械地保护，所以其可以足 够深度嵌入到塑料壳体中，此情形可减低其敏感度且归因于热传播延迟而增加其检测 时延。此类途径关于检测具有高燃烧风险的物体(例如，薄金属化纸箔)来说可为缓慢且 不可靠的。

使用Conductix-Wampfler中描述且WO 2011/006876A2(Wechlin M.，Green， A.(Conductix-Wampfler AG)，“用于电能的感应式传送的装置(Device for the inductive  transfer of electric energy)”)中描述的热电无源红外线(PIR)传感器可提供替代热感测解 决方案。通常用于根据个人的运动检测个人的这些传感器在长波IR范围内敏感，在长 波IR范围内，辐射谱密度针对处于低于100℃的温度的物体变得最大(韦恩定律(Wien′s  law))。由于每单位面积的传感器的数目与成本之间的取舍，PIR传感器阵列可能并不 提供适当空间分辨率以用于检测例如电动车辆感应式充电垫等较大区域上的小到20毫 米的物体。此情形可在外来物体与垫表面之间的温度差变低(例如，在可能在车辆被停 放以供充电之前发生的通过太阳辐照进行的垫加热的情况下)的情况下特别成立。除了 有限敏感度以外，此解决方案还可易受污染及机械影响。

基于辐射热计焦点阵列的Conductix-Wampfler中描述的IR摄影机可在最佳波长范 围内提供足够分辨率。然而，其成本可能较高。此情形可针对(例如)适合于安装在车辆 下的高低不平设计特别成立。此类摄影机可能需要特殊保护性措施，例如，在不使用 热检测且车辆在移动中的情况下闭合的机械挡板。另外，可能需要使用很少雨刷的IR 透镜保护窗的自动清洁或相似概念。另外，如果必须考虑最小地面间隙，那么车辆底 部装设式摄影机可具有用于监视整个临界空间的不利视角及用于监视所述摄影机的有 限空间。如果摄影机经装设成接近于磁性结构，那么可能需要自订超广角IR透镜，或 如果摄影机装设于某一距离内(其中风景显得高度透视且并未良好地匹配于商用现货辐 射热计阵列)，那么可能需要高分辨率(高数目个像素)。

Conductix-Wampfler中描述的声学感测可为用于检测外来物体的替代途径。可使用 雷达原理通过发射超声波信号且分析所接收响应来有源地执行声学感测。超声波频率 (例如，高于200千赫兹)可提供足够分辨率以用于检测处于能量传送垫的表面上的小且 薄的物体(例如，钱币)的存在。然而，具有某一质量密度的所有物体可被检测到，因此 倾向于假警报。

相对于超声波雷达，Conductix-Wampfler中描述的无源声学感测具有选择性地检测 金属物体的可能性。当曝露给强磁场时，导电物体归因于在磁性结构的移动电荷(电流) 与外来物体的移动电荷(涡电流)之间发生的力而开始振动。这些力可通过楞次定律及劳 仑兹力来解释。这些力在交变磁场的第一谐波(双重频率)下交替。对于高于20千赫兹 的磁场频率，这些声学发射可在超声波范围内高于40千赫兹。因此，金属物体可通过 其在双重频率下或甚至在其谐波下的声学发射来检测。因为整个磁性结构在所述频率 下振动，所以可提供高空间分辨率，以便检测小物体的存在。此情形可在超声波频率 下使用需要高数目个传感器的相控阵列技术来实现。由于感应加热及不可接受的涡电 流损耗，在一些情况下可能难以将传感器集成到垫表面中。可能必须(例如)沿着车辆垫 的外围布置传感器，如Conductix-Wampfler中所建议，所述解决方案为很可能不提供 用于可靠地检测小物体的足够分辨率的解决方案。如同光学及IR传感器一样，超声波 传感器可倾向于污染及由机械影响引起的损坏。

Conductix-Wampfler中描述的电容性感测为基于电场感测的途径。电容性感测用于 触摸屏中。可(例如)使用产生泄漏电场的薄敞开回路电线结构来实现电容性传感器阵 列。此电线结构可嵌入到垫的塑料壳体中。如同光学感测一样，电容性感测无法提供 金属的选择性检测。电容性感测可感测改变电场且因此改变电容的任何物体。此物体 包含导电材料及非导电介电材料，例如，小石头、湿叶子等等。

根据某些实施例，可优选地使用基于磁场的感应式感测，这是因为可经由磁场感 测的物体可为潜在地危险的物体。磁场感测可对导电及铁磁性物体具高度选择性。在 (例如)低于20兆赫兹的频率下(其中磁场可被认为准静止)，实际上可能不存在与非导电 介电物体的相互作用，且几乎不存在与例如具有高盐度的水或水浸润的纸、湿木材及 树叶等等的不良传导材料的相互作用。

在一些情况下，可归因于有限范围而稍微难以检测小物体。在一些情况下，如果 较小物体极接近于传感器，那么可检测较小物体。在空间中可存在物体需要被检测的 位置，其中较小物体不能被检测。此情形在出于机械保护及稳固性的原因而将磁场传 感器集成到能量传送垫的壳体中的情况下特别成立。

WO 2011/006758A2(Wechlin，M.，Green，A.(Conductix-Wampfler AG)的“用于电能 的感应式传送的装置(Device for the inductive transfer of electric energy)”)(在下文中为 “Wechlin”)揭示用于检测位于初级电感与次级电感之间的预定空间内的金属物体的存 在的装置。此装置具有用于测量电感的至少一个单元、用于测量所述测量电感的阻抗 的测量单元，及连接到所述测量单元的评估单元。

根据Wechlin，测量电感可相似于初级电感，且初级电感用于检测金属物体。此情 形可适用于需要(例如)针对较大物体的较小检测敏感度的解决方案。为了增加(例如)针 对显著地小于初级结构的物体的检测敏感度，可缩减测量电感的大小。

Wechlin的感测装置可经装备有多个较小测量电感，所述测量电感形成大致在一个 平面中延伸的规则二维布置。所述平面垂直于由初级电感在操作期间产生的磁场的主 方向。关于较低成本及较容易生产，这些测量电感可为共同衬底(例如，多层PCB)上的 平面线圈。为了实现增加的线圈封装密度(线圈重叠)，Wechlin描述具有相等光栅大小 但相对于第一阵列偏移达所述光栅大小的一半的第二线圈阵列的集成。

Wechlin还描述测量电感连接在一起而形成群组，且每群组存在一阻抗测量单元。 在另一实施例中，Wechlin描述用于整个阵列的共同阻抗测量单元。在此实施例中，阻 抗测量单元可经由模拟多路复用器(开关)连接到单个测量电感或测量电感群组。

如Wechlin中描述的评估单元比较所测量阻抗值与经预先存储的参考值且提供输出 以指示超过预定值的偏差。这些输出可连接到控制单元及指示器装置以输出光学或声 学提醒信号。控制单元还可输出命令以撤销启动感应式能量传送。

在Conductix-Wampfler中，描述用于检测导电或可磁化物体的替代方法。此方法 使用放置在初级结构的顶部上的数个测量线圈。在此方法中，金属物体或铁磁性物体 的检测是基于其变更或扰动如存在于初级结构的表面处的磁场的效应。Conductix- Wampfler描述测量在感应式电力传输频率下感应到线圈中每一者中的电压。Conductix- Wamplfer还指示此方法很可能对在x及y上的位移敏感，但未明确地提及次级结构相 对于初级结构的位移(对准偏移)。

Conductix-Wampfler还描述被称为“trafo”的另一方法。所述“trafo”方法使用经 调谐到接近1兆赫兹的频率的电容性负载线圈，从而形成谐振变压器。放置在变压器 线圈上的金属物体改变场且因此改变经传输电力。

图8A为根据实施例的示例性物体检测电路系统的一部分的图解，所述物体检测电 路系统经配置以经由测量感应到感测回路822a中的电压而检测物体824a。根据各种实 施例，感测回路822a可为多匝回路(线圈)，例如，以用于增加敏感度。经放置成接近 于所述回路的金属物体824a中的涡电流改变通过所述回路的磁通量且因此改变感应电 压。磁场B_ex为经产生用于进行操作频率下的感应式能量传送的外部场。举例来说，基 座系统感应线圈104a可产生磁场B_ex。一般来说，感测回路感应电压取决于物体的电 性质及磁性质而在振幅及相位两者方面改变。

图8B为根据实施例的示例性物体检测电路系统的一部分的另一图解，所述物体检 测电路系统经配置以经由测量感测回路阻抗检测物体824b。一般来说，感测回路822b 可为多匝回路(线圈)。为了测量回路阻抗，将小高频感测电流I_sense注入到感测回路 822b中。接近于所述回路的金属物体824b修改如由感测回路电流I_sense产生的磁通量 且因此修改所述回路的电感及电阻(阻抗的虚数及实数部分)。

与外部磁场不同的频率(例如，经提供用于无线能量传送的另一磁场)可用于阻抗测 量，以便避免来自外部磁场的基波或谐波的干涉。

图8C为根据实施例的示例性物体检测电路系统的一部分的又一图解，所述物体检 测电路系统经配置以经由测量初级感测回路结构822c与次级感测回路结构822d之间 的耦合或互阻抗(互感)检测物体824c。一般来说，感测回路822c及822d可为多匝回路 (线圈)。可通过将小高频电流注入到初级回路822c中且测量次级回路处的开路电压(振 幅及相位)来感测互感或互阻抗改变。或者，次级回路可为电阻性负载的，且测量到负 载中的能量传送。此处，金属物体修改由初级回路电流I_sense产生且正传递通过次级回 路的磁通量，因此修改一般具有虚数及实数部分的互阻抗。

互阻抗方法还可被理解为回路感应电压方法，然而，其中差异为：外部磁场(例 如，如用于无线电力传送)是由特别出于由专用初级感测回路822c在不同于如用于(例 如)能量传送的外部磁场的频率的频率下进行金属检测的目的而产生的磁场取代。初级 回路可覆盖整个区域或所述区域的实质待保护部分。

感应式感测

根据某些实施例的某些方面，感应式感测或磁场感测可提供若干益处，例如：

●感应式感测可对良好传导(金属)物体具高度选择性；

●预期无由其它非金属(电介质)物体造成的减损；

●感应式感测电路系统可集成到能量传送垫的塑料壳体中以保护传感器免于环境 影响(污染、机械)，其具有微小性能降级；以及

●感应式感测电路系统可并入到充电基座中，这是因为：在大多数情况下，物体 可位于基座垫表面上。此情形可允许车辆机载装备的成本节省。

用以增强感应式感测的方法及概念

如上文所陈述，大回路可能并不提供如检测可显著地小于待保护区域的钱币、钥 匙或饮料罐盖子所需要的足够高敏感度。根据各种实施例，为了检测小物体，可根据 各种实施例使用多个较小回路。

图9为根据示例性实施例的嵌入于无线充电垫926内的感测回路922的侧视图， 感测回路922经配置以检测物体924。所述垫具有塑料壳体928，且可经配置以固持平 面感测回路922且检测放置在垫926的表面上的任何地方的物体。充电垫926可进一 步包含基座系统感应线圈104a(图1)及如上文参看图1到3所描述的相关联电路系统， 且可经配置以检测垫926上的物体。图5A到5D中展示垫配置的其它实例。

传感器的先天敏感度可被定义为如由最小物体(参考物体)的存在(如果放置在最坏 情况位置处)造成的所测量量(例如，回路感应电压、回路阻抗)的百分比改变。外来物 体检测器的总敏感度取决于传感器的先天敏感度且取决于可为(例如)评估单元的部分的 额外后处理方法的性能。

对于小于回路大小的物体，先天敏感度随着回路大小减低而增加。减低回路大小 隐含增加覆盖给定区域所需要的回路的数目，从而引起增加的复杂性及成本以及较高 的假警报及失败概率。

根据某些实施例，可在运用与最小待检测物体的大小相等或为最小待检测物体的 大小的两倍的回路光栅大小的情况下实现先天敏感度与电路复杂性之间的适当取舍。 举例来说，如果最小物体为具有20毫米直径的钱币，那么适当回路光栅大小可为30 毫米。此情形可用于回路感应电压方法及回路阻抗方法两者。

图10为根据示例性实施例的用于检测相对于感测回路1022位于不同位置处的物 体1024的示例性物体检测电路系统的一部分的图解。作为实例，图10可说明在40千 赫兹下使用放置在矩形电线回路1022上的不同位置处的钱币1024(例如，直径为25毫 米且厚度为1.7毫米)进行的以百分比来计的回路感应电压的改变。所述回路可由3匝 细瓷漆铜线制成。关于回路阵列到如图9所展示的磁性垫926的塑料壳体928中的可 能的未来集成，可将钱币放置在回路结构上方的高度处。举例来说，当物体1024放置 在感测回路1022的左上角时，回路感应电压的百分比改变可为大约(例如)负百分之 六。当物体1024放置在感测回路1022的中心时，回路感应电压的百分比改变可为大 约(例如)负百分之二十二。当物体1024放置为朝向感测回路1022的右上角时，回路感 应电压的百分比改变可为大约(例如)负百分之十五。提供这些值以说明当物体1024位 于不同位置中时的回路感应电压的百分比改变的相对程度，且这些值仅为示例性的。

同样地，还可针对用于图10所展示的配置的不同位置提供回路阻抗改变。对于物 体1024，所测量阻抗改变为实质上归因于其改变电感的改变。举例来说，当物体1024 放置在感测回路1022的左上角时，回路阻抗的百分比改变可为大约(例如)负百分之 二。当物体1024放置在感测回路1022的中心时，回路阻抗的百分比改变可为大约(例 如)负百分之八。当物体1024放置为朝向感测回路1022的右上角时，回路阻抗的百分 比改变可为大约(例如)负百分之五。提供这些值以说明当物体1024位于不同位置中时 的阻抗的百分比改变的相对程度，且这些值仅为示例性的。

尽管展示较高先天敏感度，但感应回路方法可能需要克服如由邻近磁性垫、车底 结构或导电地面的变化位置(偏移及距离)造成的磁场的显著改变。可能需要考虑这些效 应。

另一方面，回路阻抗方法展现较低先天敏感度，但还可能对其金属及铁磁性环境 的改变较不敏感。相对于感应回路方法，如果经由连接引线进行测量，那么其敏感度 可稍微降级。取决于回路阵列的大小及阻抗分析器的位置，可能最坏情况引线长度可 为1米(其中假设阻抗分析器集成到磁性垫926中)。

对于两种方法，物体924可在放置于回路922的中心的情况下具有最强影响且在 放置于边缘上且特别是放置于角落中时具有最弱影响。然而，应注意，对于“边缘” 及“角落”位置，阻抗/感应电压在邻近回路中还可改变(其中假设回路阵列)。根据各 种实施例，可在后处理中采用邻近回路中的同步改变以改善总检测敏感度。

感测回路的形状、定向及包装

图11A、11B及11C为根据示例性实施例的用于经配置以检测物体的感测回路的 不同示例性配置的图解。使用如图11A所说明(例如，如图11A所展示)的重叠回路 1122a及1122b的阵列1122可改善感应式传感器系统的先天敏感度。在此布置中，回 路1122a及1122b稍微大于所述阵列的光栅大小。使如图11A所展示的回路重叠会改 善最坏情况敏感度，而以最好情况敏感度为代价(定中心于回路中的钱币)。重叠会缩减 对感测回路阵列1122的敏感度涟波。对于使用印刷电路板的实施例，行及列中的重叠 可使用(例如)至少4个铜层。

可通过将回路的尺寸设置成在x方向及y方向两者上同样地稍微大于光栅大小而 使先天敏感度变化相等。重叠面积对非重叠面积的比率可在从0.5到2的范围内，其可 提供各种益处。

根据各种实施例，代替使用正方形或矩形形状，回路1122a及1122b可为圆形、六 边形、三角形。在回路阵列1122中，经致密包装的六边形回路可提供改善型敏感度， 其中非重叠结构在实施于印刷电路板中时需要较低数目个铜层。

此外，回路的大小、形状或光栅大小可适应于局部敏感度要求。在具有(例如)磁通 量密度的局部变化的表面上，可存在具有热效应的较低可能性而因此具有放宽的敏感 度要求的区域/地区。较大回路可放置在这些较不关键区域中，从而对敏感度、布线及 电路复杂性进行取舍。

对于回路阻抗测量方法，产生磁通量的例如如图11B所展示的双重回路、三重回 路(三叶草)或甚至四重回路的其它回路拓扑在受到感测电流驱动时从一个极点区域到另 一极点区域成拱形。图11B展示用于双重回路1122c的拓扑，其展示感测电流方向。 这些结构可用于优化检测性能，例如，其中主要水平场分量可用于检测金属物体的应 用中。

产生经不同定向的磁场的结构的组合(例如，双重回路加单个回路)在以90°相位偏 移受到驱动的情况下产生旋转磁性向量场。使用此类圆形或椭圆形偏振场还可在某些 应用中导致改善型检测性能。

根据一实施例，通过在实质上平行于磁场线的平面中使用电线回路922，使得实际 上零通量传递通过所述回路，可显著地增加回路感应电压方法的先天敏感度。为了将 其集成到充电垫926的壳体中，存在如图11C所说明的低剖面螺线管线圈1122，在图 11C中，螺线管线圈1122可处于实质上平行于磁场的方向的平面中。

即使小金属物体也可急剧地提升通过回路的通量，这是因为其改变磁场线的方 向。在此情况下的回路感应电压的相位通常相对于外部磁场而偏移。如上文已经陈 述，此相位偏移取决于物体的电性质及磁性质。导电物体相比于铁磁性物体产生不同 相移。

然而，如果磁性垫移位或垫电流改变，那么还可经历增加的通量及相移。谐振感 应式能量传送的特征为初级电流与次级电流之间的90度相移。此情形还可造成经感测 电压的相移。

根据一些实施例，使用正交回路系统(实质上处于垂直平面中的回路，例如，平面 线圈及螺线管)还可增强回路感应电压方法的敏感度。因为金属物体通常可改变其外界 中的磁场的方向，所以通过正交回路布置感测通量分量可提供额外信息以改善检测器 的性能。

此外，使用一对回路(例如，呈双重“D”布置)的感应平衡为实施于金属检测器中 的技术，例如，如用于地雷检测。通过连续地执行校准过程而维持平衡。外来物体可 稍微改变传递通过两个线圈的通量。一般来说，此改变在两个回路中可不相等，因此 暂时使桥接器不平衡。此方法可对磁场可归因于其它因素而改变的情形敏感。

还可基于图8A的回路阻抗实现感应式平衡或基于使用图8C的两个耦合回路的互 阻抗方法实现感应式平衡。对于后者，回路822c及822d可经定位成使得由初级回路 822c产生的通量在次级回路822d中实际上或实质上抵消(零耦合)。当将物体放置在这 些回路822c及822d的敏感区域中时，其使通过次级的通量不平衡，因此急剧地增加 耦合。垫的磁性结构还可使系统不平衡。即使在印刷电路板布局中考虑这些效应，解 决方案也可对制造公差极其敏感。

为了在感测回路中的短路的不太可能事件中避免PWB的过度加热及连续损坏，可 使回路熔断。可根据设计使用细电线或细PWB迹线来实现熔断，或在通过在经界定位 置处将尖顶插入于PWB迹线中而不准许电阻增加的情况下，可实现熔断。

用于增强磁场感测的方法

图12为根据示例性实施例的经配置以基于磁场感测检测物体的示例性电路1200 的功能框图。此章节描述用于增强基于感测如由磁性结构(例如，遍及预定区域的充电 垫926)产生的磁场(通量密度)的金属物体检测器的性能的实施例。充电垫926可对应于 如上文参看图1到3所描述的充电系统。电路1200可包含若干感测回路1222a、 1222b、1222c及1222d(在下文中被集体地称作感测回路1222)。感测回路1222可形成 覆盖其中金属物体可被检测的待保护区域的经致密包装回路阵列的部分。如上文所描 述，可通过测量感应到感测回路1222中的电压实现物体924的检测。电路1200包含 检测电路1230，检测电路1230经由多路复用器1228选择性地耦合到感测回路1222中 的每一者。检测电路1230包含磁场测量单元1234，磁场测量单元1234经配置以测量 感测回路1222中的每一者的磁场强度。将感测回路的所测量值B_k提供到包含比较器 1236及决策器1238的评估单元1232。比较器接收所测量磁场值B_k且比较值B_k与参考 磁场值B_ref，k。参考磁场值可对应于在不存在任何待检测物体的情况下用于感测回路 1222a的磁场的预期值。基于比较器1236的输出，决策器1238经配置以确定是否存在 物体。举例来说，决策器1238可确定所测量值B_k与参考值之间的差大于阈值且作为 响应而输出物体被检测到的信号。决策器1238可基于可影响结果以使其增加的已知操 作特性进一步补偿比较器的输出。

或者，关于图12中的电路，可使用霍耳效应传感器的阵列或基于巨磁电阻(GMR) 效应或适合于感测磁场的任何其它方法的传感器。

还可为有用的是分离地感测磁场向量的x分量、y分量及z分量中的至少一者。

根据图12的电路的实施例可在如下使用情况下有用：其中在基座垫表面上存在经 受(例如)归因于可处于不同垂直及水平位置(不同对准偏移)的车辆拾取垫及金属车底结 构的存在产生的暂时改变(扰动、失真)的磁场。评估可基于最小均方误差准则且可被实 施到检测器的评估单元1232中。还可使用运用其它误差度量及反复过程的其它更复杂 方法，例如，随机样本一致方法(RANSAC)。

可如下制订用于检测物体的示例性过程：

寻找摘录对如存在于磁性充电垫的表面上的磁场型样的很小影响(失真、扰动、干 扰)的小金属物体。此场型样可展现归因于非均质磁性结构(钱币、铁氧体)的流量密度 的强变化，及归因于车辆垫及金属车底结构的不同位置的额外暂时变化(失真)。举例来 说，可存在显著场失真及来自垫对准偏移的其它影响。

然而，相比于归因于对准偏移的场失真，由小金属物体(例如，钱币，特别是在以 四个邻近回路的次序进行放置的情况下，其中每一回路的先天敏感度较低)施加的对垫 936的表面上的磁场的影响可较小。在此类情况下，对磁通量密度型样的影响可较小。

然而，可通过从在存在物体的情况下测量的场型样减去如在不存在物体924的情 况下测量的场型样(参考场型样)而使物体924的影响可见。

在一些情况下，在必须在相对于参考型样失真的磁场型样中检测物体924的情况 下可为困难的。作为校准程序的部分，可在零偏移条件下且在经界定气隙距离处采取 参考型样且将参考型样存储在系统中。然而，可必须在如在现实使用情况下引起的不 同条件下检测物体。在一些情况下，计算差异场型样的方法可归因于误差而不足，所 述误差是归因于在偏移条件下的场失真可远大于物体的影响，从而需要更复杂方法。

因而，根据一实施例，改善型检测方法可基于最小均方途径，如下：

定义：

B_ref(x_i，y_j)：参考通量密度值(在x及y方向上延伸的参考场型样)，例如，如存储 在外来物体检测系统中且在工厂生产时在预定条件下通过校准而获得

如在现实情境中(例如，在存在偏移及不同气隙距离的情况下)测量的实 际流量密度值(失真场型样)

γ(x_i，y_j；a₁，a₂，…，a_L)：补偿实际场型样中的失真效应的具有多个参数的校正函数。 在最简单情况下，此函数可为z偏移以及x斜率及y斜率可通过参数a₁，a₂，a₃修改的平 面。

所述方法可包含计算在将校正函数施加到实际所测量场值且减去参考通量密度值 之后引起的差异场值的均方误差

$\overline{{\in }^2}(a_1,a_2,...,a_L)=\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{M}{\Sigma }}{[\tilde{B}(x_i,y_j)\gamma (x_i,y_j;a_1,a_2,...,a_L)-B_{\mathrm{ref}}(x_i,y_j)]}^2.$

另外，一种方法可包含确定用于参数集a₁，a₂，…，a_L的最佳值，其最小化均方误差

$a_{1\_\mathrm{opt}},a_{2\_\mathrm{opt}},...,a_{L\_\mathrm{opt}}\to \underset{a_1,a_2,...,a_L}{\min }\overline{{\in }^2}.$

所述方法进一步包含将具有最佳参数的校正函数施加到所测量场型样且对所得 LMS差异型样执行物体检测

$\mathrm{\Delta B}(x_i,y_j)=\tilde{B}(x_i,y_j)\gamma (x_i,y_j;a_{1\_\mathrm{opt}},a_{2\_\mathrm{opt}},...,a_{L\_\mathrm{opt}})-B_{\mathrm{ref}}(x_i,y_j).$

以下决策规则可适用：

●假设‘物体存在’(如果至少一个差异通量密度值超过预定义阈值)。

●假设：‘无物体’(其它情况)。

可通过使用参考型样集合代替单个参考型样B_ref(x_i，y_j)而显著地改善此方法。可能 已在不同偏移及气隙条件下获得这些参考型样作为在工厂中执行的校准程序的部分。 选择引起最小均方误差的参考型样来计算差异场型样。

最小均方方法在存在大金属物体的情况下可能并不以预期方式执行。因为可容易 地辨识此类大物体，所以可有条件地使用或相应地调适最小均方方法。

用于增强回路阻抗感测方法的替代概念

本文进一步描述改善性能及/或缩减以回路阻抗为基础的金属物体检测器的布线及 电路复杂性的若干方法及实施例。这些方法及实施例尤其为：

●使用谐振回路阵列且测量其谐振频率以感测金属物体

●使用弱耦合谐振回路，例如，使用电感或电容耦合。

●使用电感或电容耦合谐振回路的正则结构，从而形成充当信号传播媒体的耦合 谐振器滤波器

谐振回路及测量其谐振频率

图13为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路阻抗测量检测物体的示例性电 路1300的功能框图。电路1300可包含若干感测回路1322a、1322b、1322c及 1322d(在下文中被集体地称作感测回路1322)。感测回路1322可形成覆盖其中金属物 体可被检测到的待保护区域的经致密包装电线回路阵列的部分。电路1300包含检测电 路1330，检测电路1330经由多路复用器1328选择性地耦合到感测回路1322中的每一 者。检测电路1330包含阻抗测量单元1334。针对由多路复用器1328选择的每一回路 1322经由阻抗测量单元1334循序地且周期性地测量多路复用器端口处的阻抗Z_k。将 感测回路的所测量值B_k提供到包含比较器1336及决策器1338的评估单元1332。基于 通过从所测量阻抗值Z^_k(针对k＝1……N)减去参考阻抗值Z_ref，k所得的差异阻抗(如通 过比较器1336展示)检测物体924。决策器单元1338从比较器1336接收输入且确定是 否检测物体。举例来说，所测量值与参考值之间的差是否超过阈值，且可并入如上文 (例如)关于最小均方方法所描述的功能性中的任一者。

图14A为根据实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体924的示例 性电路1400A的功能框图。电路1400A可经配置以基于测量回路阻抗以确定谐振频率 而检测物体924。电路1400A包含感测回路1422A-a及1422A-b。所述感测回路可具有 电感L。如本文所使用，感测回路1422A-a可被称作感测电路或被配置为感测电路。感 测回路1422A-a及1422A-b经由耦合电路1426A耦合到检测电路1430A。耦合电路 1426A以及感测回路1422A-a及1422A-b的某一组合形成谐振电路。举例来说，在一 实施例中，感测回路1422A-a及1422A-b包含电抗组件(例如，电容器)以形成经配置以 在特定频率下谐振的谐振电路。在另一实施例中，耦合电路1426A包含电耦合到感测 回路1422A-a及1422A-b中的每一者以形成经配置以在特定频率下谐振的谐振电路的 电抗组件。可使用串联调谐或并联调谐。下文描述用于谐振电路的配置的示例性实施 例。在一些实施例中，至少由每一感测回路1422A-a及1422A-b形成的谐振电路的频 率可相同，而在一些实施例中，其可不同。耦合电路1426A可包含多路复用器以将感 测回路1422A-a及1422A-b中的每一者选择性地耦合到检测电路1430A。耦合电路 1426经配置以缩减由检测电路1430A在不存在物体的情况下造成的感测回路1422A-a 及1422A-b的谐振频率的变化。

检测电路1426A经配置以基于每一感测回路1422a及1422b相对于(例如)存储在作 为系统的部分的查找表中的参考/校准值的改变检测物体。举例来说，检测电路1426A 可经配置以测量分别取决于感测回路1422A-a及1422A-b的第一谐振频率及第二谐振 频率的第一特性及第二特性。检测电路1426A经配置以响应于检测第一所测量特性与 取决于第一谐振频率的对应特性之间的差或第二特性与取决于第二谐振频率的对应特 性之间的差而检测物体的存在。所述特性可为所测量谐振频率、品质因数，或供确定 感测回路1422A-a正在谐振的频率的其它特性。此外，使用多个感测回路1422A-a及 1422A-b可允许检测电路检测物体924相对于感测回路1422A-a及1422A-b中的至少一 者的位置。感测回路1422A-a及1422A-b可为以平面形式布置以覆盖(例如)待保护的无 线充电垫936的区域的经致密包装感测回路阵列的部分。包含感测回路1422A-a及 1422A-b的感测回路中的每一者可选择性地耦合到检测电路1430A且允许确定预定空 间中的待检测物体924的位置信息。

图14B为根据实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体924的示例 性电路1400B的功能框图。电路1400B包含感测回路1422B-a及1422B-b。所述感测 回路可具有电感L。相比于图14A，感测回路1422B-a及1422B-b包含例如电容器C1 及C2等电抗组件，使得每一感测回路1422B-a及1422B-b形成一谐振电路。可使用串 联调谐或并联调谐。感测回路1422B-a及1422B-b经由耦合电路1426B耦合到检测电 路1430B。根据图14B所展示的实施例，耦合电路1426B可能并不形成谐振电路的部 分。在一些实施例中，至少由每一感测回路1422B-a及1422B-b形成的谐振电路的频 率可相同，而在一些实施例中，其可不同。耦合电路1426B经配置以缩减由检测电路 1430B在不存在物体的情况下造成的感测回路1422B-a及1422B-b的谐振频率的变化。 检测电路1430B可与图14A的检测电路1430A相似地起作用。

为了测量回路阻抗且特别是测量谐振频率，可使用显著地高于用于无线地传送电 力的交变磁场的频率的频率，优选地在兆赫兹范围内。然而，如果对介电物体的敏感 度必须保持较低，那么感测频率可能不会过高，例如，＜20兆赫兹。

图15为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体924的 示例性电路1500的另一功能框图。所述电路包含可为感测回路阵列的部分的感测回路 1522a、1522b、1522c及1522d(在下文中被集体地称作感测回路1522)。在一些实施例 中，感测回路1522可实质上经配置以遍及待保护的预定区域而界定共同平面。感测回 路1522经由多路复用器1528耦合到检测电路1530，多路复用器1528经配置以将感测 回路1522中的每一者选择性地耦合到包含谐振频率测量单元1534及评估单元1532的 检测电路1530。谐振频率测量单元1534包含电容器C，使得耦合到谐振频率测量单元 1534的感测回路1522a形成经配置以在特定谐振频率下谐振的谐振电路。应注意，参 看图14A，耦合电路1426A可包含多路复用器1528，及包含由所有感测回路1522共 享以形成每一谐振电路的电容器C的谐振频率测量单元1534。谐振频率测量单元1534 包含振荡器1546，振荡器1546经配置以遍及频率范围而驱动耦合感测回路1522a以使 感测回路1522a在特定频率下谐振。谐振频率测量单元1534进一步包含相位比较器 1548，相位比较器1548经配置以检测所测量电压与电流之间的相位(例如，相位函数的 零交叉)。另外，还可包含增益/滤波器1550。

谐振频率测量单元1534的输出可对应于感测回路1522a的所测量谐振频率，其被 提供到检测电路1530的评估单元1532。评估单元1532包含比较器1536，比较器1536 经配置以比较用于感测回路1522a的所接收的所测量谐振频率值与参考频率值。比较 器1536的输出提供到决策器1538，决策器1538经配置以至少部分地基于所测量值与 参考值之间的差而确定是否检测物体924。组合来自多个回路1522的信息可允许确定 关于待检测物体924的位置信息。另外，如下文进一步所描述，评估单元1532可接收 感测温度输入以补偿可归因于除了外来物体以外的条件而影响所测量谐振频率的操作 条件。

在一些方面中，如参看图14及15及下文(例如，图16)进一步所描述的谐振回路 方法可提供各种益处，至少包含：

●测量谐振频率相比于测量阻抗或电感可更简单且更准确。检测电路1430或 1530可具有较少组件且在一些方面中限于使用振荡器及检测所测量电压与电流之间的 相位(例如，相位函数的零交叉)的相位比较器。

●还可能已经提供电容器以抑制由如存在于垫的表面上的用于无线电力传送的强 交变磁场感应的电压及其谐波噪声。因而，添加电容器不会增加额外复杂性。谐振可 充当感测信号预调节(噪声缩减)滤波器，其在回路1522a是通过金属物体去谐的情况下 也相应地移动。

●电容器的任何温度漂移或老化可对所有谐振频率有共同效应，因此可在评估单 元中容易地加以估计及校正(参见以下章节)。

图16为根据示例性实施例的经配置以基于感测回路谐振频率测量检测物体的示例 性电路1600的又一功能框图。感测回路1622a、1622b、1622c及1622d中的每一者电 耦合到一谐振电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包含电容器C_N。因 而，每一谐振电路包含耦合电路1426A的电容器C_N及对应感测回路1622a。电容器C_N经配置以缩减由多路复用器1628及检测电路1630的另一电路造成的谐振频率的变 化。举例来说，每一电容器C₁、C₂、C_k及C_N经配置为经配置以使低于谐振频率的频 率衰减(例如，使对应于用于无线电力传送的场的频率的频率衰减)的低通滤波器。电容 器进一步提供包含多路复用器1628及感测回路的检测电路1630的组件之间的隔离。 图16所展示的其它组件相似于上文参看图15所描述的组件。应注意，参看图15及16 的检测电路1530及1630以及如下文所描述的其它检测电路，检测电路1530及1630 可经配置以测量取决于或依据包含感测回路的谐振电路中的每一者的谐振频率的特 性。举例来说，除了测量每一谐振电路谐振的频率以外，还可测量Q因数或其它特性 且比较Q因数或其它特性与原生谐振电路(即，不受外部项目改变)的所存储的对应Q 因数或其它对应特性以确定物体的存在。

在一些方面中，图16所展示的实施例可提供额外益处。举例来说，每一回路1622 的电容可在多路复用之前移除如由垫的表面上的强磁场诱发的低频分量，因此放宽对 优选地使用半导体(FET)型开关的模拟前端电路系统的要求。应了解，由于可达到几伏 特的所诱发的低频，因此可在模拟多路复用器1628中发生非线性失真效应。此情形针 对提供较高先天检测敏感度而又提供较高感应电压的多匝线圈特别成立。每一电容器 可缩减可由多路复用器1628造成的谐振频率的变化。

在一方面中，回路的谐振频率的温度漂移可能并不相等且针对每一感测回路是特 定的，因此更难以在评估单元中进行评价及补偿。在使用具有高温度稳定性的电容器 (例如，NP0型)的情况下，可最小化温度漂移且温度漂移很大程度上缩减到感测回路的 温度漂移。

参看图15(且另外适用于图16)，用于测量谐振频率的高频振荡器1546可为数值控 制振荡器(NCO)。可能需要额外信号1550放大器以在回路中产生足够感测电流且将其 作为缓冲器以提供低阻抗输出(类电压源输出)。低阻抗输出可有利于保留感测回路电路 的Q因数且因此保留在谐振下的相位函数的斜率(参见下文)。

分别使用至少一个电压传感器1544及至少一个电流传感器1542来提供输入以分 析如在谐振频率测量单元1534的输入端口处所经历的感测回路1522a的阻抗或相位函 数。

在一实施例中，相位比较器1548可(例如)通过将感测信号混合到窄频低中频(IF)放 大器且在IF下执行相位比较而实施外差式接收器途径。可选择此途径以增加信噪比且 因此增加测量准确度。

谐振频率搜索可由使用振荡器1546的扫掠频率产生器执行，例如，在稍微低于所 关注感测回路的预期谐振频率的频率下开始且在差异相位达到预定值时停止扫掠。为 了加快检测过程及最小化响应时间(特别是在大传感器阵列的情况下)，可从如用于评估 单元1532中的参考值导出开始频率，从而最小化扫掠范围，因此最小化每一回路的感 测时间。

代替扫掠频率产生器，可使用脉冲产生器(未图示)或任何其它伪随机噪声产生器以 分析阻抗函数及测量谐振频率。可使用例如傅立叶变换技术(DFT、FFT、算法) 等频谱分析技术及在数值域中操作的相似技术。这些技术可能需要使用适当模/数转换 器来取样及数字化感测信号(电压及电流)。

为了抑制如可能地由能量传送系统产生的感测回路诱发性瞬间噪声，可在低频切 换瞬间之间的时间间隔内执行扫掠或脉动。此方法可有效地缩减噪声，而无需额外滤 波要求。

可通过将温度传感器(未图示)添加于不同地点处(例如，添加于充电垫(在回路传感 器阵列下方)中及阻抗测量单元中)以便增加对周围温度改变的稳定性而增强如参看图 13到16及本文进一步所描述的实施例。应注意，环境要求(例如，-30℃到+80℃)可应 用于集成到户外充电垫中的金属物体检测解决方案。可使用如从不同传感器测量的温 度使用温度模型来预先补偿所测量阻抗或谐振频率值。另外或替代地，可使用在经界 定温度范围内适用的不同的所存储参考值。作为在不同垫处及周围温度电平下的校准 程序的部分，可能已在制造期间产生这些参考型样。

可使用概念上相似于上文所描述的最小均方方法的方法来补偿(例如)归因于温度漂 移及电路老化的所测量阻抗型样的“全局”改变(参见以下章节)。

另外，可使用型样辨识方法及人工智能来增强检测性能且缩减假警报概率，如下 文进一步所描述。

谐振回路及另外测量其Q因数

可通过另外测量感测回路1522a的Q因数而进一步增强上文参看描述基于谐振频 率测量的检测的图14到16所描述的实施例。在串联调谐回路的情况下，谐振频率及 Q因数表示阻抗函数Z(f)的复合‘零’，其可被表达为

p＝-σ_z±jω_z

其中σ_p及ω_p分别表示阻尼系数及谐振频率。

阻尼系数与Q因数有关，如下：

${\sigma }_z=\frac{{\omega }_z}{2Q}$

测量ω_z及σ_z两者可提供可用于增加检测概率及缩减假警报概率的额外信息。

存在用以使用如已经在以上章节中提及的频域及/或时域分析技术来测量Q因数的 许多方式。测量相位的斜率或测量在谐振下的电阻可为实例。

弱耦合谐振回路

如上文所指示，在一些方面中，感测回路引线及模拟多路复用器可摘录对回路阻 抗方法的先天敏感度的负面影响。此情形可针对具有3到5匝的小回路(例如，30×30 毫米)及(例如)高于0.5米的引线长度特别成立。应注意，回路可由极细铜线/迹线制成 以避免在曝露于用于无线电力传送的强磁场时的实质涡电流损耗，所述损耗可关于先 天敏感度而不利。

回路阻抗方法的准确度与阻抗函数中的相位的斜率有关，相位的斜率又与回路的 Q因数有关。用以将回路连接到中央阻抗测量单元的长引线可减低Q因数且因此在其 添加电阻时减低相位的斜率。引线还可增加显著电感。因为物体通常仅改变回路电 感，所以总阻抗的相对改变可随着引线长度增加而变得越来越小。此外，感测电路的 温度及老化稳定性针对长引线长度可恶化。

使温度稳定性降级且因此使传感器的准确度及可靠性降级的相似减损可归因于模 拟多路复用器增加开关电容及显著电阻。

因此，如上文所描述的回路阻抗方法及相关回路谐振频率方法可能需要将模拟多 路复用器及阻抗测量单元定位成尽可能地接近于回路阵列，这意味着有源电路可能必 须集成到充电垫926中。此情形可导致在考虑恶劣环境、地面嵌入及基础结构装备所 需要的MTBF时有挑战的设计问题。然而，如上文所指示，在一些实施方案中，电容 器(例如，如参看图16所展示)可作为耦合电路而足以缩减由检测电路系统及多路复用 器造成的谐振频率的变化。

在感测频率下诱发到感测回路中的谐波噪声通常也可减损传感器的准确度。

根据其它实施例，可通过使用如上文参看图14A所描述的耦合电路或网络来补救 这些缺陷中至少一些缺陷。耦合电路1426经配置以缩减由包含任何引线的检测电路造 成的至少由感测回路形成的谐振电路的谐振频率的变化。对于一实例，根据一实施 例，可使用弱耦合谐振回路阵列。弱耦合通常可指以如下方式将感测回路耦合到检测 电路：检测电路或从检测电路到感测回路的任何引线缩减对感测回路的谐振频率及/或 其它电特性的影响，或缩减变更感测回路的谐振频率及/或其它电特性。在此方法中， 回路可为电感耦合(例如，使用耦合回路)，或电容耦合(例如，使用电容性分压器)。图 17A、17B及17C为根据示例性实施例的示例性弱耦合谐振感测回路配置的图解。图 17A展示电感耦合到耦合回路1726a的谐振感测回路1722a。耦合回路1726形成如参 看图14A所描述的耦合电路1426的至少一部分。耦合回路1726接着耦合到检测电 路，如下文将进一步所描述。图17B展示使用电容性分压器电容耦合的谐振感测回路 1722b。图17C展示感测回路1722c，感测回路1722c自谐振(例如，感测回路1722c的 固有电容用以提供相异频率下的谐振)且电感耦合到耦合回路1726c。

电感耦合主要可允许如图17C所说明的自谐振回路不具有或仅具有很小额外电 容，此情形可显著地简化回路阵列且缩减生产成本。此处，绕组电容用以产生需要高 L-C比率设计或较高频率(例如，＞20兆赫兹)的谐振。自谐振回路可能不再很大程度上 为磁性。其可产生显著E场，从而使传感器对介电物体敏感，此情形在一些情况下可 为不合需要的。

弱耦合可有效地缩减来自连接引线及多路复用器的对谐振频率及Q因数的影响， 因此增加温度及老化稳定性。

在一些方面中，基于弱耦合的实施例可提供各种益处。谐振频率及Q因数可主要 取决于感测回路的电感L、损耗电阻R及调谐电容器C。因此，如由外来物体产生的 小改变可变得完全地有效且不再受到引线及模拟多路复用器电路系统的寄生元件损 害。在谐振下如由阻抗分析器看见的相位函数的斜率可单独地为谐振回路的斜率，因 此陡得多。在存在噪声的情况下的测量的准确度可能会显著地改善(只要所述噪声比较 小)，使得可在所测量阻抗函数中可靠地识别谐振。

在经致密包装回路阵列中，感测回路的谐振频率可受到其直接相邻者影响。如果 相邻回路在相等或相似频率下谐振，那么此类谐振去谐或甚至谐振分裂效应可特别明 显。然而，这些效应可能不会显著地影响此方法的敏感度。可为有用的是有意地使邻 近回路的谐振频率偏移，如下文将进一步所描述。可遵循频率再使用型样指配谐振频 率。

可根据设计将回路调谐到所要谐振频率，例如，通过适当地选择匝计数、绕组长 度及从标准值系列(例如，E系列)选择电容器。

在印刷电路板(PCB)实施方案中，电容器可嵌入到PCB的环氧树脂中或装设在小 凹座中，使得其未突起且受到良好保护。

可使用如下文针对电感耦合的情况所展示的等效电路来解释弱耦合的效应。图 18A及18B为根据示例性实施例的示例性电感耦合谐振感测回路1822a的等效电路 1800a及1800b的示意图。电路1800a包括具有引线电感L_c、耦合回路/电线损耗电阻 R_c的耦合回路1826a(例如，其可形成耦合电路1426A的部分)。电容器C_c用来抑制低 频磁场感应电压。然而，在感测频率下，耦合回路1826a可被认为非谐振。实际感测 回路1822a是由回路电感L、损耗电阻R及调谐电容器C构成。

通过将顶部处的电路1800a缩减到耦合回路1826中而获得图18B的电路1800b。 此处，电路1800b被展示为经变换并联调谐的L-C拓扑(L′、C′、R′)，从而在遍及谐振 而扫掠频率时产生阻抗Z的明显且快速的改变。根据等效电路1800b，谐振及在谐振下 的相位斜率主要是由感测回路的元件确定。其很大程度上对耦合回路及引线长度的参 数不敏感。

图19为根据示例性实施例的经配置以使用检测电路1930与感测电路1922之间的 耦合电路1926来检测物体的示例性电路1900的功能框图。电路1900可包含感测电路 1922，感测电路1922具有感测回路及电容器C2(或在自谐振的情况下具有固有电容)， 以便在相异频率下谐振(即，电容器C2及感测回路实质上确定谐振频率)。电路1900进 一步包含检测电路1930，检测电路1930经配置以测量取决于感测电路1922的当前谐 振频率的特性且经配置以响应于检测到所测量特性与取决于谐振频率的对应参考特性 之间的差而检测物体的存在。作为一实例，检测电路1930可具有如上文关于图15的 检测电路1530所描述的组件中的一或多者且可使用本文所描述的用于基于谐振频率测 量检测物体的方法及/或技术中的任一者。此外，电路1900包含耦合电路1926，耦合 电路1926经配置以缩减由检测电路1930造成的感测电路1922的谐振频率的变化。举 例来说，在一实施例中，耦合电路1926可提供感测电路1922与检测电路1930之间的 弱耦合。在图19的实施例中，电容器C2(或自电容)及感测回路单独地形成可能不包含 耦合电路1926的谐振感测电路1922。

图20为根据示例性实施例的如图19所展示的电路2000的功能框图，其中检测电 路2030经由耦合回路2026与感测电路2022进行电感耦合。因而，图19的耦合电路 1926可包含耦合回路2026，耦合回路2026任选地具有导电地连接到检测电路2030的 电容C1且电感耦合到包含感测回路及电容C2的感测电路2022。换句话说，感测电路 2022与检测电路2030电流性地隔离。耦合回路2026的操作可缩减由检测电路2030(包 含从检测电路2030到耦合回路2026的任何引线)造成的感测电路2022的谐振频率的变 化。

图21为根据示例性实施例的如图19所展示的电路2100的功能框图，其中检测电 路2130与感测电路2122进行电容耦合。电路2100包含电容性分压器，电容性分压器 包含在感测电路2122之间形成耦合电路2126的电容器C1及C2。可提供电容器C1与 C2的大小差，使得感测电路2122(包含感测回路)的谐振频率主要由较小电容器界定。 电容器分压器缩减由检测电路2130或从检测电路2130到感测电路2122的任何引线造 成的感测电路2122的谐振频率的变化。

使用如上文所描述的弱耦合的实施例主要可允许长得多的引线长度。此情形可实 现如下实施例：其中在充电垫936中具有完全无源传感器电路，且其中有源电路(外来 物体检测电子装置，例如，如上文所描述的检测电路)集成到远程定位单元(例如，充电 电力供应单元236(图2))中。

根据一实施例，以下方法可供检测电路1930使用及实施以用于测量在阻抗分析器 单元的输入(测量端口)处的第k感测回路的谐振频率。然而，如上文所提及，另外可测 量取决于谐振频率的其它特性。

1.遍及足够大频率范围而测量复合阻抗函数Z_k(f)

2.通过分析复合阻抗函数估计耦合回路/引线阻抗

3.从所测量阻抗函数Z_k(f)减去所估计耦合回路/引线阻抗函数Z^_c，k(f)。

4.在所得差异阻抗函数ΔZ_k(f)＝Z_k(f)-Z^_c，k(f)中识别感测回路1922的谐振

5.测量相位函数arg{ΔZ_k(f)}的对应零交叉或阻抗函数Im{ΔZ_k(f)}的虚数部分的频 率，及/或测量在回路的谐振下产生的差异阻抗函数Re{ΔZ_k(f)}的实数部分的局部最大 值的频率。

如上文已经描述，被定义为复合极点频率的实数部分的Q因数或阻尼系数

p＝-σ_p±jω_p

可另外进行测量以基于弱耦合途径而增强金属物体检测。

必须提供的模拟开关的布线复杂性及高数目为使用大数目个感测回路的感应式感 测的另一主要问题。因此，缩减布线及电路复杂性的方法是理想的。此情形可在以垫 中具有纯粹无源传感器网络且具有远程定位检测电路的解决方案为目标的情况下特别 成立。

事实上，弱耦合途径可具有通过将相邻回路组合成群组(群集)而显著地缩减布线及 电路复杂性的可能性，每一群组相关联于单个/共同耦合网络。

被称为多个耦合谐振回路的此新配置通常可损害耦合，但仍可提供足够耦合以明 确地且准确地个别地确定若干回路中的每一者的谐振频率。

图22为根据实施例的经配置以使用检测电路2230与多个感测回路之间的耦合电 路来检测物体的示例性电路2200的功能框图。电路2200包含若干耦合网络(例如，如 上文参看图19及20所描述的耦合电路)，每一耦合网络包含一耦合回路2226a、 2226b、2226c及2226d。耦合回路2226a、2226b、2226c及2226d中的每一者电感耦合 到多个感测电路，每一感测电路具有一感测回路及电容(例如，自电容或附加电容器)。 举例来说，耦合回路2226a可形成包含多个感测电路的耦合网络，多个感测电路包含 感测电路2222a1及2222aN(在下文中被集体地称作2222)。耦合回路2226a、2226b、 2226c及2226d耦合到多路复用器2228，使得耦合网络中的每一者选择性地耦合到一 检测电路2230，检测电路2230经配置以测量耦合到特定耦合回路2226a的每一感测电 路2222的谐振频率。耦合回路2226a、2226b、2226c及2226d各自经配置以缩减由检 测电路2230造成的每一感测电路2222的谐振频率的变化。检测电路2230包含用于测 量谐振频率的阻抗分析器单元2234，及用于比较所测量值与参考值且用以确定关于经 由感测电路2222感测的物体的信息的评估单元2232。感测电路2222可在经配置以检 测放置在其中配置有感测电路2222的平面的表面上的物体的平面中形成经致密包装的 多维回路阵列。如上文所提及，检测电路2230可测量依据感测电路2222中的每一者 的谐振频率的其它特性。

根据图22所展示的实施例，多个感测回路因此组合成相关联于单个/共同耦合网络 的群组。此外，感测回路2222调谐到不同谐振频率，从而形成一阻抗，一个端口网络 具有相异极点及零点，所述极点及零点的相关极点及/或零点频率在操作条件下是可区 分的且可测量的。

如由此类网络引起的极点及零点可为每一感应式及电容性元件的高度复合函数， 其在可在经致密包装阵列中的相邻回路之间发生交叉耦合效应(互感)时包含所述所有交 叉耦合效应(互感)。放置在此类回路阵列的顶部上的金属物体通常改变一些极点及零 点，其可使用适当方法(例如，比较所测量极点及零点与参考模板)来检测。应了解，虽 然图22展示感测电路2222经由耦合回路2226a到2226d电感耦合到检测电路，但根 据另一实施例，感测电路2222可基于图21所展示的概念而电容耦合。

如上文所描述，在一实施例中，感测电路2222中的每一者可经固有地配置成在不 存在任何物体的情况下具有不同谐振频率。图23为根据示例性实施例的经配置以使用 经配置成具有不同谐振频率的多个感测电路2322a及2322b(各自具有一感测回路)来检 测物体的示例性电路2300的功能框图。电路2300包含具有电容C1的感测电路2322a 及具有可不同于C1的电容C2的感测电路2322b。因此，每一感测电路2322a及2322b 可原生地具有供感测回路2322a及2322b谐振的特定频率。电路2300包含检测电路 2330，检测电路2330经配置以测量依据感测电路2322a及2322b中的每一者的谐振频 率的特性以确定物体的存在或不存在。检测电路2330可实施及/或包含如上文(例如)参 看图13到22所描述的技术及组件中的一或多者。电路2300包含耦合于检测电路2330 与感测电路2322a及2322b之间的耦合电路2326。在一些实施例中，耦合电路2326经 配置以缩减由包含任何引线的检测电路2330造成的感测电路2322a及2322b的谐振频 率的变化。通过使用多个感测电路2322a及2322b，检测系统的敏感度可增加，使得检 测电路2330经配置以相对于感测电路2322a及2322b的位置来测量物体的位置，使得 所述系统可检测所述系统内的物体的位置。

使用具有不同谐振频率的感测电路2322a及2322b可允许改善敏感度且缩减复杂 性。举例来说，图24为根据示例性实施例的如图23所展示的电路2400的功能框图， 其中检测电路2430电感耦合到具有不同谐振频率的感测电路2422a及2422b。检测电 路2430可经配置以测量在驱动耦合回路2426时感测电路2422a及2422b两者的当前 谐振频率。此情形可允许缩减复杂性且改善敏感度，这是因为可经由驱动单个耦合回 路2426而测量(例如)大数目个感测电路2422a及2422b的谐振频率。

不管耦合类型，耦合网络皆可经配置以提供与群组的每一回路的最佳且相似的耦 合。

在一实施例中，群组的每一回路2222可为在轮廓/外围线上具有至少一个侧面/边 缘的群组的外部轮廓/外围的部分。所述群组可由基本上沿着所述群组的轮廓/外围的耦 合回路涵盖。如下图所展示的回路的单列或双列为可能的配置。对于在轮廓/外围线上 具有一个以上边缘/侧面的那些回路，可有意地缩减耦合。可通过裁切耦合回路的角落 而实现此缩减。

图25A、25B、25C、25D、25E及25F为根据示例性实施例的电感或电容耦合到 检测电路的示例性配置感测回路阵列的图解。对于一实例，可从如图25A所展示的单 个回路耦合导出感测回路阵列的实施例。图25A包含电感耦合到包含感测回路2522a1 及2522a2的多维感测回路阵列的耦合回路2526a。图25B展示耦合回路2526b电感耦 合到包含感测回路2522b1及感测回路2522b2的单个感测回路的列的另一配置。图 25C展示电感耦合到包含感测回路2522c1及感测回路2522c2的感测回路的行的耦合回 路2526的另一实施例。图25C所描绘的配置还可将实质上相等耦合因数提供到每一感 测回路2522c1及2522c2。回路的线性行、曲折形或蜿蜒蛇形布置可连接到一群组。

其它布置(例如，回路的三列，其中耦合回路不接近于所有感测回路)展示与中心的 回路的较弱耦合。在一方面中，如果回路阵列集成到磁性垫的壳体中从而另外衰减耦 合回路的中心的磁场，那么可使用此技术。

多个电感耦合谐振回路的概念可扩展到包括群组及子群组的阶层式(串接式)结构。 群组可通过操作地耦合到耦合回路的多个谐振回路而形成。此群组的谐振回路又可充 当属于子群组(较低阶层层级)的谐振回路的耦合回路，等等。

或者，多个回路2522d1及2422d2可使用如图25D所展示的电容性分压器而电容 性地耦合到单个馈入线2526d。图25D所展示的所得拓扑可被认为多个电感耦合谐振 回路的电双拓扑。图25D中的每一感测回路2522d1及2522d2分别与电容器2525d1及 2525d2串联地耦合，以形成谐振电路(即，其被串联地调谐)。感测回路2522d1及电容 器2525d1实质上确定谐振频率。为所有感测回路2522d1及2522d2所共有的耦合电容 器2527d与谐振电容器2525d1及2525d2并联地耦合，以形成电容性分压器。在一方 面中，耦合电容器2527d为“较大”电容器，而谐振电容器2525d1及2525d2中每一 者为“较小”电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包含耦合电容器 2527d，而每一感测电路可包含串联调谐感测回路2522d1与谐振电容器2525d1。

图25E为根据实施例的使用电容性分压器提供弱耦合的另一拓扑。在此情况下， 每一感测回路2522e1及2522e1是分别使用谐振电容器2525e1及2525e2来并联地调 谐。感测回路2522e1及谐振电容器2525e1实质上确定谐振频率。为所有感测回路 2522e1及2522e2所共有的耦合电容器2527e与谐振电容器2525e1及2525e2串联地耦 合。在一方面中，耦合电容器2527e为“较大”电容器，而谐振电容器2525d1及 2525d2中的每一者为“较小”电容器。应注意，参看图14A，耦合电路1426A可包含 耦合电容器2527e，而每一感测电路可包含并联调谐感测回路2522e1与谐振电容器 2525e1。

图25F为根据实施例的使用电容性分压器提供弱耦合的另一拓扑。在此情况下， 每一感测回路2522f1及2522f1是分别使用谐振电容器2525f1及2525f2来并联地调 谐。感测回路2522f1及谐振电容器2525f1实质上确定谐振频率。针对每一感测回路 2522f1及252ssf2包含耦合电容器2527f1及2527f2，使得每一耦合电容器2527f1及 2527f2分别与谐振电容器2525f1及2525f2并联地连接。在一方面中，每一耦合电容器 2527f1及2527f2为“较大”电容器，而谐振电容器2525d1及2525d2中的每一者为 “较小”电容器。应注意，参看图14A，可存在多个耦合电路，每一耦合电路包含耦 合电容器2527f1及2527f2，而每一感测电路可包含并联调谐感测回路2522e1与谐振电 容器2525e1。

其它者(例如，混合耦合拓扑)也是有可能的。

图26A、26B、26C、26D、26E及26F为根据示例性实施例的电感及电容耦合谐 振回路阵列的示例性等效电路2600a及2600b的示意图。电路2600a包含耦合回路 2626a，耦合回路2626a包含低频抑制电容器C_c、耦合回路的/引线的电感L_c及损耗电 阻R_c。电路2600a包含多个感测回路2622a1及2622a2，所述感测回路包含L、C、R 元件以及耦合回路与每一谐振回路之间的互感(耦合系数)。其它可能交叉耦合被忽视。

如上文已经描述，谐振电路2622a1及2622a2可缩减到初级侧(耦合回路)，从而引 起可大致如图26B所展示而表示的等效电路2600b。此处，再次，每一谐振回路 2622a1及2622a2呈现为响应在阻抗函数Z(f)中可见的并联谐振电路。

图26C为图25D所展示的感测回路配置的等效示意图。如所展示，包括电感 2522c1及电容2525c1的每一感测电路被串联地调谐，且所有感测电路皆并联地耦合到 共同耦合电容器2527c。图26D为图25E所展示的感测回路配置的等效示意图，其中 包括电感2522d1及电容2525d1的每一感测电路被并联地调谐，且每一感测电路与共 同耦合电容器2527d串联地耦合。图26E为图25F所展示的感测回路配置的等效示意 图，其中包括电感2522e1及电容2525e1的每一感测电路被并联地调谐且并联地耦合 到每一耦合电容器2527e1及2527e2。此外，图26F为另一感测回路配置的等效示意 图，其中包括电感2522f1及2522f2以及电容2525f1及2525f2的每一感测电路被串联 地调谐且串联地耦合到每一耦合电容器2527f1及2527f2。应注意，在上述拓扑中的任 一者中，可使用具有固有谐振电容的自谐振回路，或可添加附加谐振电容器。

根据一实施例，检测电路可实施用于测量在阻抗分析器单元2234(图22)的输入(测 量端口)处的电感耦合谐振感测回路的第k阵列/群组的谐振频率的以下方法。然而，如 上文所提及，另外可测量取决于谐振频率的其它特性。

1.遍及足够大频率范围而测量复合阻抗函数Z_k(f)

2.通过分析复合阻抗函数估计耦合回路/引线阻抗

3.从所测量阻抗函数Z_k(f)减去阻抗函数Z^_c，k(f)。阻抗函数Z^_c，k(f)可包含所估计 耦合回路/引线阻抗函数及最佳地执行以下步骤所需要的其它校正函数。

4.在所得差异阻抗函数ΔZ_k(f)＝Z_k(f)-Z^_c，k(f)中识别每一感测回路的谐振

5.测量相位函数arg{ΔZ_k(f)}的对应零交叉或阻抗函数Im{ΔZ_k，n(f)}的虚数部分的 所有频率，及/或测量在回路的谐振下产生的差异阻抗函数Re{ΔZ_k(f)}的实数部分的局 部最大值的所有频率。

图27为展示根据示例性实施例的在补偿耦合回路的阻抗之前及之后的电感耦合谐 振回路阵列的相位响应的曲线图2700。图27说明减去所估计耦合回路/引线阻抗及测 量所得差异阻抗函数的相位函数中的谐振频率的程序。

相似方法/程序可应用于电容耦合回路阵列。代替搜索Z_k(f)中的局部最大值，将项 目5修改为差异阻抗函数Re{ΔZ_k(f)}的实数部分的局部最小值且确定如由每一感测回 路的谐振产生的最小值。

计算及评估阻抗函数的第一导数、第二导数及第三导数中的至少一者还可用以识 别阻抗函数Z_k(f)的极点/零点的位置。

如以上子章节已经描述，分别被定义为阻抗函数Z_k(f)的复合极点或零点的实数部 分的Q因数或阻尼系数

p_k，i＝-σ_p，k，i±jω_p，k，i，或z_k，i＝-σ_z，k，i±jω_z，k，i

可另外针对每一谐振ω_k，i加以测量，以基于多重耦合谐振回路途径而增强金属物体 检测。

如上文已经提及，切换噪声可诱发到感测回路中。为了最大化信噪比且因此最大 化在谐振频率下的测量准确度，可在电感耦合的情况下使用类电流源高频产生器以测 量Z_k(f)，而对于电容耦合，优选地使用类电压源产生器。此途径避免在电流最小值时 测量阻抗，因此避免在低信噪比时测量阻抗。耦合回路/引线的电感可能已经可足以模 仿类电流源特性，其限制条件为：HF来源产生足够高电压。

如上文(例如)参看图23及24所描述，还可提供将谐振频率指配给感测回路。优选 地，属于同一群组的感测回路的谐振频率(极点/零点)适当地且整齐地隔开，使得其可 被容易地识别且被准确地测量。此指配可考虑感测回路的Q因数、阻抗分析器电路的 设计约束、带宽约束、噪声及环境干扰效应，以及可在将感测回路阵列集成到目标磁 性垫中时发生的去谐效应。

举例来说，对于35×35毫米的感测回路大小，可实现对应于0.02到0.013的3分 贝分数带宽的在50到80的范围内的Q因数。在假设针对(例如)在从5兆赫兹到15兆 赫兹的范围内操作的高频感测系统的总分数带宽为1的情况下，可分配(例如，等距地 间隔)高达约40谐振频率。可能必须将这些谐振频率选择性地指配给回路及回路群组， 以便最佳地使用及再使用不同回路群组中的可用带宽。每一群组回路的数目可为在复 杂性与检测敏感度之间进行取舍的结果。

根据一实施例，在给出可用带宽的以上实例的情况下，每一群组的回路的数目可 在20与30之间变化。因此，可预期布线及多路复用的复杂性缩减直到为原来的 1/30。

测量带宽可扩展到甚至更高频率。然而，应注意，对介电物体(例如，水、雪、 冰、树叶)的敏感度也可增加。此不合需要的效应可通过针对调谐到上边缘频率的那些 感测回路/线圈的较低匝计数来减小。此情形可最终引起单匝回路。如果必须以最大Q 因数为目标，那么多匝回路被认为在较低频率(例如，＜10兆赫兹)下最适当。

图28为根据示例性实施例的用于检测集成于经配置以无线地传输电力的感应式充 电垫2802内的物体的示例性设备2800的功能框图。感应式充电垫2802包含导电结构 2804(例如，如上文参看图1所描述的感应线圈104a)，导电结构2804经配置以在足以 对负载进行供电或充电的电平下经由磁场无线地传输电力。设备2800包含感测回路 2822a、2822b(在下文中为2822)阵列以用于检测可横越垫2802的表面提供的物体。感 测回路2822阵列可包含耦合回路，例如，经配置以经由以缆线2850所展示的引线将 多个感测回路2822a及2822b电感耦合到检测电路2830的回路2826。检测电路2830 可集成于充电电力供应单元2836内。如图28所展示，多重耦合谐振回路途径可提供 在需要布线复杂性的显著缩减的情况下将完全无源传感器网络集成到充电垫2802中的 解决方案。可使用双绞线束(例如，PSTN缆线)将谐振感测回路阵列连接到可为远程定 位检测电路2830的部分的多路复用器(即，外来物体检测电子装置)。根据另一实施 例，还可提供在充电垫上具有多路复用器的非完全无源解决方案。应注意，设备2800 可经调适以使用图14到24的感测回路/耦合电路配置中的任一者。

耦合谐振器滤波器

使用耦合谐振回路的正则结构来形成传播媒体(传输线)可为用以进行金属物体检测 的另一途径。图29为根据示例性实施例的用于检测物体的示例性电感耦合谐振滤波器 2900的功能框图。图29展示使用电感耦合电线回路2922a及2922b的实施例。电路 2900还可被认为具有电感耦合输入及输出端子2926的高阶滤波器。谐振器皆可按物体 的最佳敏感度及可检测性需要而调谐到相同频率或稍微不同频率。

此处，可通过测量端口1及/或端口2处的反射特性及/或端口1与端口2之间的传 输特性检测金属物体，所述特性在存在金属物体的情况下可改变。

还可提供将多重耦合谐振回路途径与耦合谐振器滤波器途径进行组合的其它结 构，或使用电容耦合的拓扑。在二维或三维中扩展且界定多个测量端口的回路结构也 是有可能的。

评估(后处理)方法及程序

如以上概念图所说明，可能必须在检测电路的评估单元(例如，图22的评估单元 2232)中进一步处理磁场或阻抗分析器的输出。参看(例如)图22，除了减去参考值/校准 值且作出决策以外，评估单元2232还可对如由分析器单元递送的测量样本执行修改。 此修改可为后处理方法的部分。上文针对磁场感测方法(最小均方方法)的情况提供此类 修改及方法的实例。

还可使用相似方法来增强回路阻抗或回路谐振频率感测途径以补偿(例如)来自车辆 垫、车底结构、温度漂移、介电物体(水、雪、冰、树叶)、老化等等的残余效应。

可在所测量值/样本是根据回路传感器阵列而映射到二维阵列上从而引起由行及列 组成的二维值矩阵的情况下产生的型样中辨识这些残余效应。

通过使用包含神经元网络、模糊逻辑等等的人工智能，可有效地补偿或抵消此类 效应，从而增加检测概率及/或缩减金属物体检测器的假警报概率。

此类方法可包含在金属物体的上下文或背景型样中检测金属物体，而不是使用绝 对检测准则，例如，基于背景型样自动地评价检测阈值及检测规则。

如果型样显得有噪声从而意味着时间循序获取多型样展示方差，那么时间及/或空 间平均化技术可适用，例如，移动平均值、遍及循序获取型样的指数衰减平均化(例 如，1阶无限响应滤波器)，及/或空间滤波/平滑化。

决策阈值可被设置为较低，例如，用于检测所测量型样的突然/意外及局部改变， 这是因为不太可能从温度漂移及老化或从充电垫上的车辆停放发生此类改变。此途径 可提供用于检测在FOD为有源时进入临界空间的物体的增加的敏感度。

遍及样本阵列(例如，遍及行及列)的空间内插可增强特别用于放置于感测回路的角 落或边缘(其中先天敏感度可能较低)上的小物体的检测。在使用内插的情况下，定位于 四个邻近回路的角落中的物体可提供与定位于回路的中心的钱币相似的响应。

此外，可在型样辨识及决策过程中考虑来自其它传感器、车辆定位系统、车辆检 测及识别系统、对能量传送系统的功率及效率测量(功率预算)的信息。

如上文所描述的不同检测技术、方法、程序的联合使用可提供对环境影响有增强 型检测敏感度、可靠性及/或回弹性的解决方案。举例来说，可将回路感应电压与回路 阻抗测量方法进行组合，或可将感应式感测方法中的任一者与光学、声学或uW感测 方法中的至少一者进行组合。

疑难排解及重新校准方法及程序

实施例可进一步提供物体检测系统的疑难排解及重新校准。

多年来可能发生的是，垫集成式回路阵列的一或多个回路可(例如)归因于机械或环 境影响(损坏)、机械应力、老化或由于其它原因而破坏或修改其阻抗。如在此类事件中 在这些回路端口处测量的阻抗可完全地超出范围或可模仿实际上不存在的外来物体。

此类故障事件可被检测，且报告给基础结构操作员的中央管理系统或报告给所述 系统的用户/拥有者的电子装置(如果安装在(例如)家用车库中)。报告可经由标准通信链 路而进行，这是因为标准通信链路可用以监视及管理充电基础结构。

以下疑难排解及重新校准方法可适用：

1.请求由服务人员/疑难排解员(在公众基础结构的情况下)或由私有系统的用户/拥 有者对充电垫进行视觉检查

2.检查所述垫是否被清洁以去掉任何金属物体

3.询问系统以取得关于出故障的回路传感器的误差状态信息及多少回路超出规格

4.如果出故障的回路的数目并未超过所准许的数目及如果出故障的回路并未形成 不可接受的群集，那么重新校准FOD系统，否则起始垫的更换

并未被发信通知出故障的充电基础结构的其它垫可能无需周期性重新校准及维 护。

对比于使用感应式感测的实施方案，可根据其它实施例提供其它类型的系统。用 于物体检测的微波或毫米波雷达感测用于李红(Li，Yong)等人的“使用扫频雷达进行的 用于金属物体检测的微波测量系统(A microwave measurement system for metallic object  detection using swept-frequency radar)”(毫米波及太赫兹传感器及技术，SPIE会议论文 集第711771170K-1卷，2008年)中描述的安全性系统中。超高频率(例如，在 Terrahertz范围内)及超宽处理带宽可用以解析小且薄的物体，例如，放置在表面上的钱 币。然而，一般来说，微波雷达技术可用于检测不位于固体表面上而是在初级磁性结 构(气隙)与次级磁性结构(气隙)之间的空间中的别处的小危险物体。相似于有源声学感 测，电磁波是由外来物体反射或散射且可由集成于能量传送垫的外围区域中的微波传 感器阵列检测。传播延迟可用作区分外来物体与地面、邻近磁性垫或车底结构的反射 的准则。然而，此方法可能不能够区分金属物体与其它固体但非危险物体。

在另一实施例中，微波感测可使用金属物体的振动作为特异特性以区分金属物体 与非金属物体。曝露给强交变磁场的金属物体在为所述磁场的频率的两倍的频率下振 动。如果用微波源辐照，那么此振动造成反射波或散射波中的微相位(频率)调制。此微 多普勒效应(micro-Doppler effect)可作为在如下频率下的两个弱响应而可见：

f_1，2＝f_c±2f_m

其中f_m表示磁场频率且f_c表示微波载波频率。换句话说，金属物体可通过其在多 普勒频域中的特性签名来检测。

此以微波多普勒为基础的途径可由磁性脉冲产生器补充。足够强的磁性脉冲将使 金属物体摇动，从而造成较明显的多普勒响应。可通过暂时将高电压脉冲产生器连接 到如用于感应式能量传送的磁性结构而产生此类磁性脉冲。可通过对大的高电压电容 器进行充电且直接经由垫的线圈对大的高电压电容器进行放电而产生高电流脉冲。此 方法可消耗显著量的能量，且可在(例如)通过周期脉动而连续地应用的情况下产生 EMC问题。然而，其可暂时历时相对短时段而充当用于使使用第一方法获得的正检测 假设实体化的第二(后检测分析)方法。连续地执行的第一方法可使用上文所描述的方法 中的至少一者。用以进行外来物体检测的此双阶段途径可提供改善型可靠性(较高检测 概率及/或较低假警报概率)。

图30A为根据示例性实施例的用于检测物体3024的另一示例性系统3000的功能 框图。所述系统包含电源3008、基座充电系统电力转换器3036，及如上文参看图2所 描述的包含基座系统感应线圈3004的发射电路2006。这些组件可至少部分地形成经配 置以产生磁场且在足以对(例如)电动车辆进行供电或充电的电平下经由磁场无线地传送 电力的电源电路。所述系统进一步包含检测电路3030，检测电路3030经配置以发射信 号且基于信号的反射检测物体3024的振动频率。举例来说，检测电路3030可经配置 以发射微波信号且经配置以基于如上文所描述的微多普勒效应检测振动频率。举例来 说，检测电路3030可经配置以基于特定振动频率(例如，用以在频率下产生交变磁场的 电源3008的交流电的频率的两倍)检测出物体3024为金属。系统3000进一步包含磁性 脉冲产生器3062，磁性脉冲产生器3062经配置以产生强于由电源电路产生的磁场的磁 性脉冲。此情形可响应于最初检测到物体而进行。在产生脉冲之后，检测电路可经配 置以3030重新检测物体3024的振动频率以基于所检测频率确认对金属物体3024的肯 定检测。

根据此实施例，可充分利用所产生的磁场来进一步提供用于物体的检测的磁场。 在使用用于电力传送的现有磁场的情况下，检测电路3030可经配置以检测物体的振动 以识别金属物体。

图30B为根据示例性实施例的图30A的系统的检测电路3030的功能框图。如所展 示，检测电路330包含若干传感器3064a及3064b，传感器3064a及3064b可形成覆盖 (例如)对应于充电垫上方的区域的一些区域的阵列。传感器3064a及3064b中的每一者 可经配置以发射信号且各自基于所反射信号连同其它信息确定物体的振动频率。以此 方式，可提供空间分辨率，从而允许检测电路3030能够确定物体的类型、形状或与所 述检测电路相隔的距离。因而，提供传感器阵列以提供空间分辨率以允许检测待检测 物体的各种特性。在一种意义上，可使用传感器阵列来提供垫的“图像”。因为垫自 身可从磁场振动，所以传感器阵列可允许区分垫与其它物体。换句话说，可提供三维 “微波”图像以贯穿垫与检测用区域之间的空间检测物体。

另外，如上文所提及，上文所描述的实施例可用于多种不同应用中。举例来说， 根据上文所描述的实施例的实施例可经配置以针对(例如)防盗系统检测物体的不存在。 举例来说，检测电路及感测回路可经放置成接近一物体，且经配置以基于感测回路的 电特性的改变检测所述物体是否已被移除。更确切地说，作为另一实例，检测电路可 经配置以检测出感测回路谐振的频率在物体被移除时改变。在此情况下，参考谐振频 率可为感测回路在物体的存在的情况下谐振的频率。

图31为根据示例性实施例的用于检测物体的存在的示例性方法3100的流程图。 在框3102处，将信号施加到谐振电路，谐振电路具有谐振频率。谐振电路包含感测电 路，感测电路包含导电结构。耦合电路耦合到感测电路。在框3104处，响应于检测到 取决于谐振电路正在谐振的频率的所测量特性与取决于谐振电路的谐振频率的对应特 性之间的差而经由检测电路检测物体的存在，检测电路经由耦合电路耦合到感测电 路。耦合电路经配置以缩减在不存在物体的情况下由检测电路进行的谐振频率的变 化。在一实施例中，方法3100可由电路1400A执行。

图32为根据示例性实施例的用于检测物体的存在的设备3200的功能框图。设备 3200包含用于进行关于图1到29所论述的各种动作的装置3202、3204及3206。

图33为根据示例性实施例的用于在磁场中检测物体的存在的示例性方法3300的 流程图。在框3302处，产生磁场且在足以对负载进行供电或充电的电平下经由磁场无 线地传送电力。磁场造成物体的振动。在框3304处，发射信号且基于所发射信号的反 射检测由磁场造成的物体的振动频率。

图34为根据示例性实施例的用于在磁场中检测物体的存在的设备的功能框图。设 备3400包含用于进行关于图30A、30B及33所论述的各种动作的装置3402及3404。

上文所描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种 硬件及/或软件组件、电路及/或模块)执行。通常，诸图所说明的任何操作可由能够执 行所述操作的对应功能装置执行。举例来说，用于产生磁场的装置可包括天线或其它 导电结构。谐振装置可包括谐振电路。检测装置可包括检测电路或其它控制器。用于 缩减谐振频率的变化的装置可包括耦合电路。

可使用多种不同技术中的任一者来表示信息及信号。举例来说，可贯穿以上描述 而参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片可由电压、电流、电磁 波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子或其任何组合表示。

结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及方法步骤可 实施为电子硬件、计算机软件或此两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互 换性，上文已一般在功能性方面描述各种说明性组件、块、模块、电路及步骤。此类 功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整体系统上的设计约束。可针 对每一特定应用以变化的方式来实施所描述功能性，但此类实施决策不应被解译为造 成脱离实施例的范围。

可用经设计以执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用 集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管 逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行结合本文所揭示的实施例而描述的各 种说明性块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，所述处理器可 为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组 合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理 器，或任何其它此类配置。

结合本文所揭示的实施例而描述的方法及功能的步骤可直接以硬件、以由处理器 执行的软件模块或以此两者的组合来体现。如果以软件来实施，那么所述功能可作为 一或多个指令或程序代码存储在有形非暂时性计算机可读媒体上或经由有形非暂时性 计算机可读媒体而传输。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只 读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可抹除可编程ROM(EEPROM)、寄存 器、硬盘、可卸除式磁盘、CD ROM或所属领域中所知的任何其它形式的存储媒体 中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储 媒体。在替代例中，存储媒体可与处理器成一体式。如本文所使用，磁盘及光盘包含 压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字影音光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其 中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘通过激光以光学方式再生数据。以上各者的 组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留在ASIC中。 ASIC可驻留在用户终端中。在替代例中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留在用 户终端中。

出于概述本发明的目的，本文已描述某些方面、优点及新颖特征。应理解，根据 任何特定实施例，可能未必实现所有此类优点。因此，可以实现或最佳化如本文所教 示的一个优点或优点群组而未必实现如本文可教示或建议的其它优点的方式来体现或 进行本发明。

在不脱离本发明的精神或范围的情况下，上述实施例的各种修改将易于显而易 见，且可将本文所定义的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不希望限于本文 所展示的实施例，而应符合与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。