相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求于2015年02月25日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮閚o.14/631，587的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。關(guān)于聯(lián)邦資助研究與開(kāi)發(fā)下的發(fā)明權(quán)利的聲明通過(guò)由美國(guó)能源部授予的合同號(hào)為de-ac05-76rl01830的政府支持來(lái)完成本發(fā)明。美國(guó)政府對(duì)發(fā)明有一定的權(quán)利。本發(fā)明通常涉及一種聲音跟蹤裝置和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及一種可附接的聲音傳輸裝置，該裝置用于實(shí)時(shí)或者根據(jù)時(shí)間、在多達(dá)三個(gè)維度上檢測(cè)并且遠(yuǎn)程跟蹤無(wú)生命或者有生命的較小的物體。
背景技術(shù)：
：聲音遙測(cè)包括通常用于檢測(cè)魚的行為的聲音裝置(或者標(biāo)簽)。聲音標(biāo)簽以所選擇的脈沖速率間隔(pri)或者“ping”速度來(lái)傳輸聲音信號(hào)，其將識(shí)別結(jié)果、位置和關(guān)于被標(biāo)簽的魚的其他信號(hào)傳輸給接收器。接收器檢測(cè)由聲音標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)并且將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。后處理軟件然后處理該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并且提供關(guān)于標(biāo)簽的位置信號(hào)，并且因此當(dāng)接收器檢測(cè)到聲音信號(hào)時(shí)的魚的行為。通過(guò)識(shí)別聲音信號(hào)的特征，可以識(shí)別到特定的動(dòng)物，這允許跟蹤物體的行為。例如，聲音數(shù)據(jù)可被用于估計(jì)通過(guò)大壩和其他通道路徑的存活率。然而，利用使用聲音遙測(cè)技術(shù)，傳統(tǒng)的發(fā)射器對(duì)于小的(例如，30-100g的質(zhì)量和80-270mm的長(zhǎng)度)、較短壽命和/或具有不足夠的傳輸范圍的物體來(lái)說(shuō)太大，以至于迄今為止不能對(duì)小的物體進(jìn)行密集研究(例如，幼年鱘魚)。最近，可彈出的聲音標(biāo)簽由美國(guó)陸軍工程兵部隊(duì)改進(jìn)以用于跟蹤幼年鮭魚(在2013年8月29日遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)no.:14/014,035中進(jìn)行了詳盡描述)以及用于跟蹤其它小的物體的其它聲音標(biāo)簽(在2014年8月29日遞交的專利申請(qǐng)no.:pct/us14/53578中進(jìn)行了詳盡描述)。可彈出的聲音標(biāo)簽在用于跟蹤湖泊系統(tǒng)中的成年大鱗大馬哈魚中工作良好。然而，對(duì)于長(zhǎng)期監(jiān)控需要較強(qiáng)的聲音信號(hào)并且較長(zhǎng)的壽命的物體(例如，幼年(小于1歲)鱘魚)來(lái)說(shuō)并非最佳。因此，需要一種新的標(biāo)簽設(shè)計(jì)，其能夠減小整體尺寸、質(zhì)量、和/或體積，其提高了電源電壓、標(biāo)簽壽命、以及傳輸范圍以及降低了與附接相關(guān)的不利的影響和成本(其包括移植)，因此，拓寬了潛在的應(yīng)用的范圍，例如，包括調(diào)研幼年鮭魚和其他小的物種的行為和習(xí)性。本發(fā)明解決了這些需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明包括一種新式聲音傳輸裝置(聲音標(biāo)簽)和用于實(shí)時(shí)或者根據(jù)時(shí)間在多達(dá)三個(gè)維度上遠(yuǎn)程跟蹤各種物體的方法。聲音標(biāo)簽可以包括電源，電源傳輸電源電壓以給標(biāo)簽電路供電。標(biāo)簽電路可以將所選擇的電壓傳輸至壓電換能器(pzt)，后者在大約159db和大約163db之間選擇的信號(hào)密度下，傳輸聲音傳輸信號(hào)。標(biāo)簽可以被配置成在大約5秒的脈沖速率間隔下，在至少大約98天的所選擇的信號(hào)強(qiáng)度下，提供可選擇的標(biāo)簽壽命。本發(fā)明還包括一種跟蹤所選擇的物體的方法。所述方法可以包括在聲音傳輸(標(biāo)簽)裝置中，將來(lái)自由電源供電的標(biāo)簽電路的所選擇的電壓傳輸至pzt。標(biāo)簽裝置可以附接至所選擇的物體。標(biāo)簽電路在可選擇的標(biāo)簽壽命下，在所選擇的信號(hào)強(qiáng)度下，可以在pzt中產(chǎn)生聲音傳輸信號(hào)。信號(hào)強(qiáng)度可以在大約159db和163db之間進(jìn)行選擇。在一些實(shí)施方式中，在161db的信號(hào)強(qiáng)度下、在大約15秒的傳輸(ping)速率下，標(biāo)簽壽命可以為至少大約365天。在一些實(shí)施方式中，在161db的信號(hào)強(qiáng)度下、在大約10秒的傳輸(ping)速率下，標(biāo)簽壽命可以為至少大約249天。在一些實(shí)施方式中，在159db的信號(hào)強(qiáng)度下、在大約5秒的傳輸(ping)速率下，標(biāo)簽壽命可以為至少大約156天。在一些實(shí)施方式中，聲音標(biāo)簽可以包括電源，所述電源傳輸可選擇的電源電壓，電源給位于或者聯(lián)結(jié)到標(biāo)簽電路的聲音標(biāo)簽的組件供電。在各種實(shí)施方式中，電源電壓可在大約1.8v和3.0v之間進(jìn)行選擇。在一些實(shí)施方式中，所述標(biāo)簽電路可以包括耦合到兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)中的一者可以通過(guò)電感而聯(lián)結(jié)到pzt。其他模擬開(kāi)關(guān)可以直接地聯(lián)結(jié)到pzt。該配置允許比起傳輸?shù)絧zt通常所需要而通過(guò)pzt的來(lái)自待傳輸?shù)臉?biāo)簽電路的更高的峰到峰的電壓。在一些實(shí)施方式中，兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)可以直接地耦合至pzt，這允許來(lái)自標(biāo)簽電路的電壓直接地應(yīng)用到pzt。在一些實(shí)施方式中，雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路可以將從電源傳輸?shù)碾妷恨D(zhuǎn)換成兩個(gè)輸出電壓。一個(gè)輸出電壓可以為比電源電壓更高的電壓(例如，大約+7v)。另一輸出電壓可以為比電源電壓更低的電壓(例如，大約-3v)。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路可以共享一個(gè)電感以減小標(biāo)簽的尺寸。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路可以在連續(xù)的兩個(gè)電壓電勢(shì)之間進(jìn)行交替切換，并且通過(guò)各個(gè)模擬開(kāi)關(guān)傳輸兩個(gè)電壓以產(chǎn)生從標(biāo)簽電路到pzt的可選擇的輸出電壓，該電壓驅(qū)動(dòng)來(lái)自聲音標(biāo)簽的聲音信號(hào)的傳輸。在示例性實(shí)施方式中，當(dāng)由雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路傳輸?shù)膬蓚€(gè)電壓電勢(shì)在大約+7v和大約-3v之間交替時(shí)，從標(biāo)簽電路傳輸?shù)絧zt的電壓可以為大約20v(峰到峰)。所述方法可以包括將來(lái)自標(biāo)簽電路的所選擇(驅(qū)動(dòng))電壓從標(biāo)簽電路內(nèi)的電感上的雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路傳輸至pzt。在一些實(shí)施方式中，用于將聲音信號(hào)從壓電換能器傳輸?shù)哪芰繐p耗可以小于或等于在163db的信號(hào)強(qiáng)度下每次傳輸中的大約385μj。在一些實(shí)施方式中，用于將聲音信號(hào)從壓電換能器傳輸?shù)哪芰繐p耗可以小于或等于在161db的信號(hào)強(qiáng)度下每次傳輸中的大約283μj。在一些實(shí)施方式中，聲音信號(hào)可以包括在全強(qiáng)度下的至少大約500米的傳輸范圍。在一些實(shí)施方式中，新的聲音裝置(標(biāo)簽)可以包括等于或者低于大約24.2mm的長(zhǎng)度，等于或者低于5.0mm的直徑，以及小于大約0.72grams的凈重。所述方法可以包括將聲音標(biāo)簽附接到所選擇的物體的所選擇的位置。聲音信號(hào)可以編碼有所選擇的代碼長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽代碼。聲音信號(hào)可以包括位置數(shù)據(jù)、關(guān)于物體的識(shí)別數(shù)據(jù)，和/或傳感器數(shù)據(jù)，其所有可以從聲音標(biāo)簽傳輸?shù)轿挥谖矬w外部的接收器。所述方法還可以包括對(duì)從聲音標(biāo)簽接收到的聲音信號(hào)解碼，以實(shí)時(shí)或者根據(jù)時(shí)間，在達(dá)三個(gè)維度上識(shí)別并且跟蹤物體。聲音傳輸裝置可被配置成用于跟蹤鱘魚或者其他水下物體。前述的
發(fā)明內(nèi)容既不意在限定本應(yīng)用的本發(fā)明(其通過(guò)權(quán)利要求書進(jìn)行衡量)，也不意在以任何方式對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。附圖說(shuō)明圖1示出了本發(fā)明的聲音傳輸裝置以及相關(guān)的長(zhǎng)度范圍；圖2為示出聲音傳輸裝置的組件的框圖；圖3a-3b為本發(fā)明的不同俯視圖；圖4a-4b為本發(fā)明的不同仰視圖；圖5示出了本發(fā)明的聲音傳輸裝置的電路圖。具體實(shí)施方式公開(kāi)了一種用于在多達(dá)三個(gè)維度(即，x-y-z坐標(biāo))上識(shí)別和遠(yuǎn)程跟蹤各種小的物體(例如包括幼年鱘魚和其他深水和水下物體)新的聲音傳輸(標(biāo)簽)裝置和方法。在以下說(shuō)明中，作為示出用于執(zhí)行本發(fā)明所考慮的最佳模式而描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方式。描述了各種組件(例如，包括換能器，標(biāo)簽和驅(qū)動(dòng)電路，以及電源)，這解決了具體的性能需求(例如，尺寸、質(zhì)量、信號(hào)密度、范圍和標(biāo)簽壽命)。明顯的是，本發(fā)明可修改為各種置換、修改和替換構(gòu)造，但應(yīng)當(dāng)理解的是，并不意圖將本發(fā)明限制到本文公開(kāi)的具體形式，而是，相反，本發(fā)明是旨在覆蓋所有的修改、替代結(jié)構(gòu)和落入權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的等效替代。因此，描述應(yīng)被看作是示意性的而不是限制性的。本發(fā)明的聲音標(biāo)簽可以包括各種形狀因素和形狀，其允許標(biāo)簽被附接到所選擇的物體用于所選擇的應(yīng)用。然而，形狀并不限于此。本文使用的術(shù)語(yǔ)“形狀因素”是指包含裝置部件的聲音標(biāo)簽和膠囊中的電氣部件的物理布置、配置和尺寸。術(shù)語(yǔ)“物體”是指聲音標(biāo)簽可附接到其上以進(jìn)行跟蹤和/或識(shí)別的無(wú)生命或生命的對(duì)象。無(wú)生命物體包括但不限于例如推進(jìn)物體(例如，機(jī)器人)、靜止物體、可移動(dòng)物體和可運(yùn)輸物體。有生命的物體可包括但不限于例如水生物種，包括例如，海洋和淡水動(dòng)物、深水物體(例如，保幼鱘魚、鰻魚、和鰻魚)、潛水員、水下哺乳動(dòng)物和其他活的物體?，F(xiàn)在參考跟蹤示例性的深水物體，即幼魚鱘魚來(lái)描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于此。如上所述，本發(fā)明的聲音標(biāo)簽非常適用于各種應(yīng)用和不同物體的跟蹤。部意在限制。圖1是本發(fā)明的新的聲音傳輸裝置(聲音標(biāo)簽)100的透視圖。在示例性實(shí)施例中，聲音標(biāo)簽100可以包括細(xì)長(zhǎng)或圓柱形狀，其允許標(biāo)簽容易地植入或附接到所選物體。附接的方法是非限制性的。表格1列出了新的聲音標(biāo)簽的示例性參數(shù)。表格1：*為直徑的工程單位，這里以毫米給出。在示例性實(shí)施方式中，標(biāo)簽100可以包括24.2mm的長(zhǎng)度和5.0mm的最大直徑。標(biāo)簽的前端可以包括比標(biāo)簽的后端更窄的尺寸，并且可以包括相對(duì)平坦的輪廓以使得標(biāo)簽的重量最小化。聲音標(biāo)簽包括緊湊體積，以及在空氣中大約720mg的質(zhì)量。標(biāo)簽100還包括單獨(dú)的標(biāo)簽電路，其驅(qū)動(dòng)來(lái)自pzt的聲音信號(hào)的傳輸；電源，具有更大的功率輸出，改進(jìn)的并且可調(diào)的聲音信號(hào)強(qiáng)度(或者源水平)，可選擇和較長(zhǎng)的標(biāo)簽壽命，以及用于跟蹤所選擇的物體的較長(zhǎng)的參數(shù)范圍。聲音傳輸信號(hào)可被調(diào)節(jié)到提供各種檢測(cè)范圍和標(biāo)簽壽命。圖2為示出本發(fā)明的聲音標(biāo)簽100的示例性組件以及相關(guān)的電子輸入和輸出的框圖。標(biāo)簽100可以包括電源(例如，電池)10，其給聲音標(biāo)簽的組件上電。電源10可以為與美國(guó)專利申請(qǐng)no.:14/014,035中描述的類似設(shè)計(jì)的通常的碳酸鋰電池。每一復(fù)合層可以包括位于聚合物分離器之間的陽(yáng)極和陰極，聚合物分離器將層壓體中的陰極與陽(yáng)極電隔離。隔板可以包括微孔聚丙烯。陰極可以包括或由例如碳氟化物和粘合劑中的導(dǎo)電碳構(gòu)成，所述粘合劑以選定的厚度固定到集電器。粘合劑可以包括例如聚四氟乙烯(ptfe)。陽(yáng)極可以由鋰金屬構(gòu)成。電源可以填充有例如以選擇的體積比分布的碳酸亞乙酯(ec)和碳酸二甲酯(dmc)的六氟磷酸鋰(lipf6)的電解質(zhì)。在示例性實(shí)施方式中，電源可以具有更大的尺寸，其提供高達(dá)約80mah的較大功率輸出和更長(zhǎng)的標(biāo)簽壽命。在即時(shí)設(shè)計(jì)中，電源10可以包括被配置成提供在約1.8伏(1.8v)至約3.0伏(3.0v)之間的可選輸出電壓的多個(gè)層壓板。標(biāo)簽100還可以包括可編程微控制器6(u1)(例如，芯片級(jí)封裝中的型號(hào)pic16f1823t/cl8位，8k閃存，可編程微控制器，美國(guó)的az的chandler的microchiptechnology)，其提供對(duì)聲音標(biāo)簽100的組件的可操作的控制。標(biāo)簽組件被配置為以從聲音標(biāo)簽傳輸?shù)?、以期望的調(diào)制或共振頻率(例如，416.7khz)產(chǎn)生和傳送聲信號(hào)。諧振器28(y1)(例如，日本京都府，長(zhǎng)岡京市，村田制作所(muratamanufacturingco.,ltd)的型號(hào)為cstce10m0g52-r0，10mhz陶瓷諧振器)可以耦合在微控制器6(u1)的輸入側(cè)，以產(chǎn)生所選精度的時(shí)鐘信號(hào)(例如，±0.5％容差或更好)，其控制控制器(u1)6和聲音標(biāo)簽100的其他組件。對(duì)光或紅外輻射敏感的光電晶體管(q3)26(例如，臺(tái)灣新臺(tái)北市的everfightelectronicsco.，ltd.的型號(hào)pt19-21b的扁平黑色迷你smd光電晶體管)可以耦合在微控制器6的輸入側(cè)，以從外部計(jì)算機(jī)接收配置命令。標(biāo)簽100可以包括耦合至兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和42(u3)的雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36。耦合開(kāi)關(guān)42(u3)可以耦合至高效率的諧振電感12(l1)(例如，美國(guó)il的cary的線藝電子公司的10uh,80mamp,20％公差電感)。模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和諧振電感器12(l1)可以耦合到壓電換能器8。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路、兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)和諧振電感器一起產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，該驅(qū)動(dòng)電壓以選定的調(diào)制或共振頻率(例如416.7khz)驅(qū)動(dòng)來(lái)自壓電換能器8的聲音信號(hào)的傳輸。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36還控制來(lái)自壓電換能器8傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)的強(qiáng)度。信號(hào)強(qiáng)度可在約159db和約163db之間選擇。選擇電源電壓和聲音信號(hào)強(qiáng)度提供了可選擇的標(biāo)簽壽命。如在下文中描述的圖3a和圖4a中示出的，標(biāo)簽100的組件可被選擇成減小標(biāo)簽的物理尺寸和重量，并且可被耦合至電路板2的兩側(cè)。電路板2可由剛性板材料(-0.02cm厚度)(例如，fr4板)或者柔性板材料(-0.01cm厚度)(例如，彎曲板)構(gòu)成。圖3a-圖3b示出了電路板2的不同頂側(cè)視圖，其示出了聲音標(biāo)簽100的所選擇的組件的多個(gè)部分。在這些附圖中，示出壓電換能器8例如在聲音標(biāo)簽100的前端處電性耦合至電路板1，從而聲音信號(hào)可以無(wú)干擾地傳輸或者不受其他標(biāo)簽元件的阻礙。電源10可以在相對(duì)于壓電換能器8的端部而耦合至電路板2，以對(duì)壓電換能器8和其他標(biāo)簽組件的操作上電。然而，位置不意在被限制。諧振器28(y1)(例如，參照?qǐng)D2在前面所述的10mhz的陶瓷諧振器)可以耦合到微處理器6以控制標(biāo)簽組件的操作時(shí)間。光電晶體管26(q3)可以定位成接收來(lái)自源計(jì)算機(jī)的配置指令。模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和42(u3)可以定位成將驅(qū)動(dòng)電壓傳輸?shù)酱蠹s20v的pzt8(峰到峰)，而直接到壓電換能器8，或者將諧振電感12(l1)上的同樣的驅(qū)動(dòng)電壓傳輸至壓電換能器8，如在本文中前述的。標(biāo)簽100組件可以封裝在涂層中，涂層由熱設(shè)定聚合物(例如，環(huán)氧基樹(shù)脂)(例如，美國(guó)馬薩諸塞州的合毗黎勒的環(huán)氧基樹(shù)脂技術(shù)公司的epo-301環(huán)氧基樹(shù)脂)或者形成封裝4的樹(shù)脂(例如，美國(guó)明尼蘇達(dá)州的圣保羅的3m公司的electricalresin5)構(gòu)成。在圖3b中，電阻器30(r1)(例如，美國(guó)賓夕法尼亞州的莫爾文的威世半導(dǎo)體有限公司的1.0mohm,1/20w,誤差為5％的smd電阻器)可以與諧振器28(y1)并聯(lián)耦合以穩(wěn)定諧振器28(y1)的頻率。旁路電容器20(c3))(例如，美國(guó)加利福尼亞州的爾灣市的三星機(jī)械電子美國(guó)公司的型號(hào)cl03a105mp3nsnc,1-pf,10v,誤差為20％,介電為x5r,以及0201尺寸的鉭電容器)可以耦合至控制器6和電源10以過(guò)濾電子噪音和源自電路板2的組件的電流尖峰。如為本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的，電子組件可以根據(jù)需要進(jìn)行定位。不意在進(jìn)行任何限制。圖4a-圖4b示出了電路板2的不同底側(cè)視圖，其示出了聲音標(biāo)簽100的所選擇的組件的位置。壓電換能器8和電源10可以如前所述進(jìn)行耦合(見(jiàn)圖3a-3b)。微控制器6(u1)可以控制標(biāo)簽的組件的操作。在示例性實(shí)施方式中，微控制器6(u1)示出為鄰近于壓電換能器8而定位，但是位置不意在被限于此。第一晶體管22(q1)(例如，美國(guó)加利福尼亞州的圣何塞的nxp半導(dǎo)體的p溝道m(xù)osfet的20v的型號(hào)為pmzb350upe-315)、第一電容器16(c1)(例如，日本東京米納托的tdkcorp.的47uf,10v,誤差為20％,介電為x5r,以及0805尺寸的陶瓷電容器)以及電感14(l2)(例如，日本東京米納托的tdkcorp.的10uh,80mamp,誤差為20％,以及0603尺寸的電感)為雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36的組件。這些組件產(chǎn)生負(fù)輸出電壓(例如，大約3v)以及電性耦合至參照?qǐng)D2和圖3a-圖3b在前面描述的模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和42(u3)。第二晶體管24(q2)(例如，美國(guó)得克薩斯州的達(dá)拉斯的fairchildsemiconductor,inc.的30v,1.78a,n溝道m(xù)osfet)和第二電容器18(c2)(例如，日本東京米納托的tdkcorp.,的47uf,10v，誤差為20％,介電為x5r,以及0805尺寸的陶瓷電容器)為雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36的另外的組件。這些組件共享如前所述的電感14(l2)并且一起產(chǎn)生正輸出電壓(例如，大約+7v)，并且電性耦合至參照?qǐng)D2和圖3a-圖3b在前面描述的模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和42(u3)。模擬開(kāi)關(guān)42(u3)可以通過(guò)電感12(l1)而耦合到壓電換能器8，以增大壓電換能器上的驅(qū)動(dòng)電壓。在圖4b中，第一二極管32(d1)(例如，美國(guó)得克薩斯州的皮亞諾的diodes,inc.的30v,0.1a,2dfn肖特基二極管0201)和第二二極管34(d2)(例如，美國(guó)得克薩斯州的皮亞諾的diodes,inc.的30v,0.1a,2dfn肖特基二極管0201)為雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36的另外的組件。第一二極管32(d1)協(xié)助產(chǎn)生負(fù)電壓(例如，-3v)，而第二二極管34(d2)協(xié)助產(chǎn)生正電壓(例如，+7v)。圖5示出了用于本發(fā)明的聲音標(biāo)簽的示例性標(biāo)簽電路，示出了上文在前面所述的組件。組件可以位于或者耦合至參照?qǐng)D2在前面描述的電路板。標(biāo)簽電路可以包括大約0.01cm(0.003英寸)的優(yōu)選的跟蹤線寬度，但是不意在限于此。用于對(duì)微控制器6編程的配置指令可以例如通過(guò)集成電路串行編程器(icsp)模塊48(例如，美國(guó)亞利桑那州的錢德勒的microchiptechnologies的mplabicd3編程器)直接從外部計(jì)算機(jī)(未示出)接收，其耦合至微控制器6。編程器(icsp)模塊48可以通過(guò)編程連接器(例如，美國(guó)伊利諾伊州的利斯?fàn)柕膍olexconnectorcorp.的型號(hào)為22-05-2061,6位連接器)(未示出)而耦合至外部計(jì)算機(jī)。在組裝示意標(biāo)簽期間，編程連接器可以與電路板脫離以減小組裝后的標(biāo)簽的最終體積。配置和編程信息還可以從外部計(jì)算機(jī)通過(guò)光電二極管26(q3)遠(yuǎn)程(例如，光學(xué)地)傳輸，并且通過(guò)所選擇的輸入針腳而傳輸?shù)娇刂破?。該針腳不意在被限制。旁路電容器20(c3)可以耦合至控制器6和電源10以過(guò)濾電子噪音和來(lái)自電路板上的組件的電流尖峰。諧振器28(y1)傳輸時(shí)鐘信號(hào)，其控制正溝道驅(qū)動(dòng)信號(hào)(pch-drv)的傳輸時(shí)間和負(fù)溝道驅(qū)動(dòng)信號(hào)(nch-drv)到在下文中描述的雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36。電阻器30(r1)可以與諧振器28(y1)并聯(lián)放置，以穩(wěn)定諧振器28(y1)的頻率和時(shí)鐘信號(hào)。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36可以包括第一晶體管22(q1)、電感14(l2)，第一二極管32(d1)以及第二電容器16(c1)，以上組件一起產(chǎn)生負(fù)輸出電壓(例如，-3v)。微控制器6可以切換pch-drv信號(hào)，以交替地建立通過(guò)電感14(l2)的電流，然后，通過(guò)二極管32(d1)使得電容器16(c1)放電。在一定程度上取決于微控制器6的時(shí)間長(zhǎng)度的一定量的正輸出電壓切換了pch-drv信號(hào)。在操作期間，微控制器6可以正電壓保持nch-drv信號(hào)，從而在下文中描述的第二晶體管24(q2)可以導(dǎo)電。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36可以包括第二晶體管24(q2)，電感14(l2)、第二二極管34(d2)以及第二電容器18(c2)，以上組件一起產(chǎn)生正輸出電壓(例如，+7v)。微控制器6切換nch-drv信號(hào)，以交替地建立通過(guò)電感14(l2)的電流，然后，通過(guò)二極管34(d1)對(duì)電容器18(c2)充電。通常取決于微控制器的時(shí)間長(zhǎng)度的一定量的正輸出電壓切換了nch-drv信號(hào)。在該操作期間，微控制器6(u1)可以將nch-drv信號(hào)保持在0電壓，從而第一晶體管22(q1)可以導(dǎo)電。雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36可以耦合至兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)40(u2)和42(u3)。兩個(gè)模擬開(kāi)關(guān)分別從雙升壓轉(zhuǎn)換器子電路36接收正輸出電壓和負(fù)輸出電壓。在微控制器6(u1)的控制下，模擬開(kāi)關(guān)連續(xù)交替地在兩個(gè)電壓之間切換，以從標(biāo)簽電路產(chǎn)生所選擇的(驅(qū)動(dòng))電壓，該電壓被傳輸?shù)綁弘姄Q能器8。模擬開(kāi)關(guān)40(u2)可以耦合至壓電換能器8的一個(gè)端子(例如，負(fù)端子)。模擬開(kāi)關(guān)42(u3)可以通過(guò)諧振電感12(l1)而耦合到壓電換能器8的另一端子(例如，正極端子)。驅(qū)動(dòng)電壓可以從模擬開(kāi)關(guān)42(u3)通過(guò)諧振電感12(l1)傳輸至壓電換能器8，以產(chǎn)生從壓電換能器8傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)。諧振電感12(l1)被配置成增大在壓電換能器8的端子處的傳輸?shù)碾妷?。從壓電換能器8傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)可以具有選擇的調(diào)制頻率(例如，416.7khz)。電感12(l1)的值可被選擇成，電感部分地或者完全地消除了以所選擇的調(diào)制頻率的壓電換能器8的特征電容。在壓電換能器8的每一端子處的所引起的電壓可以上升高于正驅(qū)動(dòng)電壓和低于負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。如為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，調(diào)制頻率可以改變，并且因此不意在限制到本文中所描述的示例性值?！緲?biāo)簽壽命】本發(fā)明的聲音標(biāo)簽的壽命部分地取決于參照?qǐng)D5在前面描述的電源(電池)10的大小。然而，對(duì)于給定的電源大小，通常來(lái)說(shuō)，標(biāo)簽壽命可通過(guò)選擇以下幾者而進(jìn)行選擇：1)用于傳輸聲音信號(hào)的pri；2)聲音信號(hào)的強(qiáng)度；或者3)pri和聲音信號(hào)強(qiáng)度二者。在大約159db和163db之間的聲音強(qiáng)度的可選擇的范圍內(nèi)，標(biāo)簽壽命可以從經(jīng)驗(yàn)等式【1】中估算出：這里，壽命(t)以天為單位。(vbatt)為電池電壓并且以伏特為單位。(cbatt)為電池容量(以毫安時(shí)(mah)為單位)。(sl)為聲音強(qiáng)度(或者源水平)(以db為單位)。(/s)為流過(guò)標(biāo)簽電路的恒定靜態(tài)電流(圖5)(以微安為單位)。(f0)為pri(以秒為單位)。表格2列舉了示例性瞬間，其可被應(yīng)用于計(jì)算在5秒pri(t0)和163db的信號(hào)強(qiáng)度(強(qiáng)度)時(shí)的標(biāo)簽壽命(t)。表格2項(xiàng)值vbatt3.0vcbatf56mahsl163dbt05secondsis0.4μa從等式(1)，標(biāo)簽壽命(t)可以利用可識(shí)別的可變值為大約98天時(shí)進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明的聲音標(biāo)簽被配置成對(duì)于聲音信號(hào)的每一傳輸(甚至當(dāng)電池電壓隨著時(shí)間逐漸減小時(shí))維持所選擇的能量消耗(epulse)。能量消耗(epulse)值可以小于或者等于在163db的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)每一傳輸?shù)拇蠹s385μj，并且小于或者等于在161db的信號(hào)強(qiáng)度時(shí)每一傳輸?shù)拇蠹s283μj.實(shí)際的標(biāo)簽壽命(t)可以長(zhǎng)于基于標(biāo)稱能量消耗值(epulse)值的計(jì)算壽命。作為示例，在163db的信號(hào)強(qiáng)度(強(qiáng)度)設(shè)定時(shí)，為了更精確地估算標(biāo)簽壽命，作為標(biāo)稱值385μj的代替，可以使用每一傳輸?shù)?51μj的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰肯闹?。在另一示例中，?61μj的信號(hào)強(qiáng)度設(shè)定中，作為標(biāo)稱值283μj的代替，可以使用269μj的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰肯闹怠１砀?列舉了在所選擇的pri和所選擇的信號(hào)壽命時(shí)，用于本發(fā)明的聲音標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)和投影的標(biāo)簽壽命。表格3本發(fā)明的聲音標(biāo)簽的壽命(t)是可選擇的?？梢赃x擇更長(zhǎng)的標(biāo)簽壽命和更短的標(biāo)簽壽命。在表格中，可以看到，對(duì)于所選擇的信號(hào)強(qiáng)度，標(biāo)簽壽命可以通過(guò)改變pri而進(jìn)行選擇。例如，在163db的信號(hào)強(qiáng)度下，對(duì)應(yīng)于5秒pri的標(biāo)簽壽命大約98天；對(duì)應(yīng)于15秒pri的標(biāo)簽壽命大約285天?？梢詾楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解的是，對(duì)于所選擇的pri，對(duì)于其對(duì)應(yīng)的壽命可以選擇各種信號(hào)強(qiáng)度，以滿足對(duì)于所選擇的物體和/或?qū)τ谒x擇的應(yīng)用的具體跟蹤需求。例如，對(duì)于設(shè)定在161db的信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)簽，標(biāo)簽壽命可以在利用0.5秒的pri時(shí)的至少大約12.9天，在利用5秒的pri時(shí)的至少大約127天，在利用15秒的pri時(shí)的至少大約365天。例如在2013年8月29日遞交的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?4/014,035中描述了壓電換能器的光柱傳輸類型?！緜鬏敊z測(cè)范圍】由本發(fā)明的標(biāo)簽傳輸?shù)穆曇粜盘?hào)可以包括所選擇的檢測(cè)范圍。標(biāo)簽信號(hào)可被編碼以提供最大強(qiáng)度，并且提高范圍和分辨率。在具有相對(duì)少量的背景噪音的位置中，例如，在湖的中部，信號(hào)可以傳輸?shù)阶钸h(yuǎn)為大約500米。本標(biāo)簽傳輸了更高的源水平輸出以提供500米的檢測(cè)范圍(而非在前述的標(biāo)簽中使用的)。表格400列舉了對(duì)于三個(gè)不同信號(hào)傳輸速度背景和在安靜環(huán)境(例如，大壩的前池)以97db的假定噪音水平，在163db和161db兩個(gè)示例性強(qiáng)度值所預(yù)測(cè)的檢測(cè)范圍。然而，示出的示例不意在進(jìn)行任何限制。表格4暗示500米或者更長(zhǎng)的傳輸檢測(cè)范圍的數(shù)據(jù)可以在從59db和163db所選擇的聲音信號(hào)強(qiáng)度處實(shí)現(xiàn)。在具有較大背景噪音的位置中(例如，恰好在大壩泄洪道的下游)，信號(hào)可以以大約100米進(jìn)行傳輸。然而，這樣距離并不旨在作為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的標(biāo)簽可以編程有可選擇的代碼長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽代碼。微控制器(圖2)還可以包括內(nèi)部傳感器，例如，溫度傳感器，其從物體和周圍環(huán)境中收集另外的數(shù)據(jù)。作為示例，具有所選擇的位長(zhǎng)度的5位溫度值或者其他傳感器值可以從所選擇的傳感器輸入到一個(gè)或多個(gè)標(biāo)簽代碼中，其然后從壓電換能器傳輸。編碼和傳感器描述在2013年8月29日遞交的美國(guó)申請(qǐng)no.:14/014,035中。用于將聲音標(biāo)簽附接到所選擇的物體的方法和位置非限制性的。聲音標(biāo)簽可以例如附接到物體的外部(例如，到人的服裝或者水下呼吸器)，到無(wú)生命的物體，到內(nèi)部附接到物體的自我推進(jìn)的物體(例如，機(jī)器人)(例如，插入到物體內(nèi)，外科手術(shù)移植或者注射)。所有這些都并非意圖限制本發(fā)明的范圍。用于本發(fā)明的聲音標(biāo)簽的應(yīng)用可以包括但不限于例如存活研究；監(jiān)控遷移/通道/軌道；跟蹤物體的行為或者以二維(2d)或者三個(gè)維度(3d)定位；測(cè)量大壩或者其他通道中的旁路效率；觀測(cè)捕食者/獵物動(dòng)態(tài)；幫助共用事業(yè)機(jī)構(gòu)，私人農(nóng)場(chǎng)以國(guó)家和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)滿足漁業(yè)或者其他管理；以及其他應(yīng)用。所有這些應(yīng)用都并非意圖限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明達(dá)到了在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中不能達(dá)到的卓越的優(yōu)點(diǎn)，并且開(kāi)啟了廣泛陣列的標(biāo)簽的使用，以及尚未實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。在當(dāng)前設(shè)計(jì)中的高效壓電換能器驅(qū)動(dòng)電路提高了能量轉(zhuǎn)換效率，并且降低了專門的組件的數(shù)目，所有這些同時(shí)保持了同樣的源水平性能。較少的組件減少了需要給標(biāo)簽上電的能量，這允許對(duì)于甚至更小的物體和應(yīng)用，甚至構(gòu)造具有更低質(zhì)量的更小的聲音標(biāo)簽。盡管通過(guò)當(dāng)前被視為最實(shí)際和最優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本方面進(jìn)行了描述，但是在不背離本發(fā)明的真實(shí)范圍和更廣方面的前提下可以進(jìn)行很多種改變、修改和等效布置。因此，該范圍被視為符合相對(duì)于所附權(quán)利要求書的最廣的含義。所附權(quán)利要求書因此意在涵蓋落入本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這些改變、變型、等效結(jié)構(gòu)、以及產(chǎn)品。不意在進(jìn)行任何限制。當(dāng)前第1頁(yè)12