阅读说明：本技术 用于通过优化电功率来使能一次性使用无线传感器的系统和方法 (System and method for enabling disposable wireless sensor by optimization electrical power ) 是由 V.约瑟 V.B.N.饶 H.拉克哈尼 于 2018-04-18 设计创作，主要内容包括：提出一种用于通过优化电功率来使能无线一次性使用感测子系统的系统。该系统包括配置成在生物过程环境中被采用的感测子系统。此外,该感测子系统包括配置成测量生物过程环境的至少一个参数的感测单元。另外,感测子系统包括电耦合到感测单元并且配置成向感测单元传送电功率的电源。此外,感测子系统包括配置成将感测单元与电源电耦合或解耦的开关。另外,该系统包括控制子系统,所述控制子系统包括第一控制器,所述第一控制器配置成基于用户输入数据和感测子系统数据来确定至少一个功率控制参数并且基于功率控制参数来优化感测子系统中的电功率的消耗。(It is proposed a kind of system for enabling wireless disposable sensing subsystem by optimization electrical power.The system includes being configured to the adopted sensing subsystem in bioprocess environment.In addition, the sensing subsystem includes the sensing unit for being configured at least one parameter of measurement bioprocess environment.In addition, sensing subsystem includes the power supply for being electrically coupled to sensing unit and being configured to transmit electrical power to sensing unit.In addition, sensing subsystem includes the switch for being configured to that sensing unit and power supply are electrically coupled or are decoupled.In addition, the system includes control subsystem, the control subsystem includes the first controller, and first controller is configured to the consumption for determining at least one power contorl parameters based on user input data and sensing subsystem data and optimizing the electrical power in sensing subsystem based on power contorl parameters.)

用于通过优化电功率来使能一次性使用无线传感器的系统和 方法

技术领域

本说明书的实施例一般涉及生物过程环境，以及更特别是涉及用于通过优化电功率来使能一次性使用无线传感器的系统和方法。

背景技术

通常，在生物过程环境中，按照规定序列对活细胞或者其分子成分（诸如蛋白质、脱氧核糖核酸（DNA）和肽）采取一系列动作或步骤，以开发和/或精制一个或多个期望的产品。这些系列的动作或步骤称作生物过程环境中的生物过程操作。但是，要求生物过程操作的正确控制和监测，以开发这些期望的产品。

许多生物过程系统使用设备来监测和控制生物过程操作。在一个示例中，设备包括过滤器、电路、可处置组件等。另外，这些组件具有在它们之间的管道连接，以将流体从一个组件输送给另一个组件。此外，有线传感器设置在组件和/或管道连接上，以测量生物过程环境中的参数。这些参数中的一些参数包括流体中的温度、压力、酸碱度（pH）和溶解氧（DO）。此外，这些有线传感器使用延长和/或互连接线来连接到外部读取器，以跟踪所测量的参数。

此外，由于有线连接，存在将传感器定位在生物过程环境中的期望的位置的限制或挑战。此外，有线连接可限制使用读取器与有限数量的传感器通过接口连接，这又可使现有系统是不可扩展的（non-scalable）。另外，读取器可在尺寸上是庞大的，并且占用生物过程系统中的额外空间。另外，传感器与读取器之间的这些互连接线可对用户执行生物过程操作引起不便。此外，传感器与读取器之间的布线的续生成本在缩放（scale）生物过程系统时可发生。

因此，存在对于用来监测和控制生物过程环境中的生物过程的改进系统和方法的需要。

发明内容

根据本说明书的方面，提出一种系统。该系统包括配置成在生物过程环境中被采用的感测子系统。此外，感测子系统包括配置成测量生物过程环境的至少一个参数的至少一个感测单元。备选地或另外地，感测子系统可包括一对感测单元，其中每个单元嵌入在用于管道或生物过程装置的连接的连接器的一个部分中。在这种情况下，感测单元配置成识别连接器部分被正确配合以提供正确组件之间的安全连接的时间。另外，感测子系统包括电耦合到感测单元并且配置成向感测单元传送电功率的电源。此外，感测子系统包括配置成将感测单元与电源电耦合或解耦的开关。另外，该系统包括控制子系统，所述控制子系统包括第一控制器，所述第一控制器配置成基于用户输入数据和感测子系统数据来确定至少一个功率控制参数并且基于功率控制参数来优化感测子系统中的电功率的消耗。

根据本说明书的另一个实施例，提出一种用于优化配置成在生物过程环境中被采用的感测子系统中的电功率的消耗的方法。该方法包括由感测子系统中的感测单元来测量生物过程环境的至少一个参数。另外，该方法包括由控制子系统中的第一控制器基于用户输入数据和感测子系统数据来确定至少一个功率控制参数。此外，该方法包括由第一控制器基于至少一个功率控制参数来优化感测子系统中的电功率的消耗。

根据本说明书的另一个实施例，提出一种系统。该系统包括多个无线感测子系统，所述多个无线感测子系统是一次性使用的并且配置成在生物过程环境中被采用，其中多个无线感测子系统中的每个无线感测子系统包括配置成测量生物过程环境的至少一个参数的感测单元。另外，多个无线感测子系统中的每个无线感测子系统包括电耦合到感测单元并且配置成向感测单元传送电功率的电源。此外，多个无线感测子系统中的每个无线感测子系统包括配置成将感测单元与电源电耦合或解耦的开关。另外，该系统包括无线耦合到多个无线感测子系统的控制子系统。此外，控制子系统包括第一控制器，所述第一控制器配置成基于对应无线感测子系统的感测子系统数据和用户输入数据来确定至少一个功率控制参数并且基于功率控制参数来优化对应无线感测子系统中的电功率的消耗。

附图说明

当通过参照附图阅读以下详细描述时，将会变得更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优点，附图中，相似标号在附图通篇代表相似部件，其中：

图1是根据本说明书的方面的用于通过优化电功率来使能无线传感器的系统的框图；

图2是根据本说明书的方面的具有感测子系统和控制子系统的生物过程环境的图解表示；

图3是根据本说明书的方面的描绘感测子系统与控制子系统之间的无线通信的系统的框图；

图4是根据本说明书的方面的描绘多个感测子系统与控制子系统之间的无线通信的系统的另一个框图；

图5是图示根据本说明书的方面的用于通过优化电功率来使能无线传感器的方法的流程图；以及

图6是图示根据本说明书的方面的用于确定控制子系统中的一个或多个功率控制参数的方法的流程图。

具体实施方式

如下面将详细描述的，提出用于通过优化电功率来使能无线感测子系统的系统和方法的各个实施例。在一些实施例中，本文中提出的系统和方法采用无线感测子系统和无线控制子系统来监测和控制生物过程环境中的生物过程操作。此外，这些无线感测子系统对电功率的消耗基于与生物过程应用对应的数据来被优化。通过优化电功率的消耗，无线感测子系统中的诸如电池之类的电源的尺寸可充分减少。这又可减少无线感测子系统的尺寸和制造成本。另外，无线感测子系统可定位在更多位置以测量更多参数，这又使能生物过程操作的更好过程控制和分析。

在以下说明书和权利要求书中，除非上下文另加明确指示，单数形式“一（a、an）”和“该”包括复数对象。如本文所使用的，除非上下文另加明确指示，术语“或者”不意在是排他的，而指的是所引用组件中的至少一个所引用组件存在，并且包括其中所引用组件的组合可存在的实例。

如本文所使用的，术语“可以”和“可以是”指示一组情况内的发生的可能性；拥有所指定性质、特性或功能；和/或通过表达与被限定动词关联的能力、性能或可能性当中的一个或多个来限定另一个动词。相应地，“可以”和“可以是”的使用指示修饰的术语对于所指示的容量、功能或使用是明显适当、能够或适合的，同时考虑在一些情况下修饰的术语有时可能不是适当、能够或适合的。

除非另有定义，否则本文中所使用的技术和科学术语具有与本说明书所属领域的技术人员普遍理解的相同的含意。如本文中所使用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、量或重要性，而是用来将一个元件与另一个元件进行区分。本文中术语“包括”、“包含”或“具有”及其变化的使用意在包含其下列示的项及其等同物以及附加项。术语“连接的”和“耦合的”并不是限制到物理或机械连接或者耦合，而是能够包括无论是直接还是间接的电连接或耦合。此外，术语“电路”、“电路系统”、“控制器”和“控制单元”可包括是有源和/或无源的并且连接或者以另外方式耦合在一起以提供所述功能的单个组件或者多个组件。另外，如本文中所使用的术语操作地或在操作上耦合的包括有线耦合、无线耦合、电耦合、磁耦合、无线电通信、基于软件的通信或者其组合。

在一些实施例中，提出一种包括配置成被采用在生物过程环境中的感测子系统的系统。感测子系统包括配置成测量生物过程环境的至少一个参数的感测单元。备选地或另外地，感测子系统可包括各自嵌入在连接器单元中并且配置成检测连接器单元正确连接到彼此的时间的一对感测单元。另外，感测子系统包括电耦合到感测单元并且配置成向感测单元传送电功率的电源。此外，感测子系统包括配置成将感测单元与电源电耦合或解耦的开关。另外，该系统包括控制子系统，所述控制子系统包括第一控制器，所述第一控制器配置成基于用户输入数据和感测子系统数据来确定至少一个功率控制参数并且基于功率控制参数来优化感测子系统中的电功率的消耗。

现在转到附图并且参照图1，描绘了根据本说明书的方面的用于优化生物过程环境中的电功率的消耗的系统100的框图。生物过程环境可被认为是帮助执行生物过程操作以开发一个或多个期望的产品（诸如疫苗、激素、血浆蛋白质、单克隆抗体、药物或者其组合）的环境。

在某些实施例中，生物过程环境可包括生物装置，诸如生物反应器、细胞保存（cell banking）单元、过滤器、细胞收集单元、层析（chromatography）单元、电路、波摇器、蛋白质浓缩单元、无菌过滤单元、病毒去除单元、产品保持单元、缓冲液制备单元、介质制备单元、缓冲液保持单元、介质保持单元、泵、柔性细胞培养袋、混合器、箱、安全单元、其他可处置组件等。另外，这些装置中的一些装置可利用帮助输送和控制从一个装置到另一个装置的流体的管子、夹和智能开关连接到彼此。

此外，生物过程操作使用生物过程环境中的这些装置中的一个或多个装置来被执行，以开发和/或精制期望的产品。可注意，生物过程操作被认为是生物过程环境中按照规定序列对流体中的活细胞、有机体或者其分子成分采取以开发期望的产品的一系列动作或步骤。生物过程操作中的一些生物过程操作可包括用来得到期望的产品的基因工程有机体或细胞的处理。

如图1中所描绘的，系统100包括感测子系统102和控制子系统104。感测子系统102又可称作传感器，并且术语“感测子系统”和“传感器”在本文中可互换地使用。在某些实施例中，感测子系统102是无线传感器，所述无线传感器能够测量一个或多个参数并且能够向外部装置无线传递这些所测量的参数。

在一些实施例中，感测子系统102的一部分可以是一次性使用的。例如，感测子系统中与流体相接触的感测元件在生物过程操作的循环之后是可处置的。它能够例如通过辐射灭菌来被预先灭菌。在处置感测子系统之后，新感测元件可与感测子系统中的诸如信号处理器、电源和收发器之类的现有组件电耦合以用于生物过程操作的另一个循环。生物过程操作的循环被认为是按照规定序列完成一系列动作或步骤以开发期望的产品所花费的时间。术语“一次性使用”被认为是对于生物过程操作的仅一个循环的装置/组件使用。在生物过程操作的一个循环之后，该装置/组件被处置。

在某些实施例中，感测子系统102是在生物过程环境中的生物过程操作的循环之后可处置的一次性使用装置。在这类实例中，感测子系统102的全部组件是一次性使用的，即，整个子系统是可处置的。例如，如果感测子系统102用于生物反应器中，则生物反应器中的生物过程操作的循环可持续数天。在完成生物过程操作的循环之后，感测子系统102被处置，并且新感测子系统被用于生物过程操作的另一个循环。

由于感测子系统102是一次性使用的，所以期望减少感测子系统102的成本和尺寸，使得开发期望的产品的总成本可充分减少。本说明书的实施例可虑及如这里所述的传感器中的功率优化。在某些实施例中，本说明书的实施例可虑及如本文中所述的一次性使用无线传感器中的功率优化。

在一个示例中，感测子系统是压力传感器、温度传感器、酸碱度（pH）传感器、电导率传感器、葡萄糖传感器、生物量传感器、细胞活性传感器、氧传感器、二氧化碳传感器、紫外（UV）传感器、流量传感器、泡沫传感器或者其组合。

此外，感测子系统102配置成测量生物过程操作中的一个或多个参数。参数中的一些参数包括被采用于生物过程环境中的一个或多个应用的流体的压力、流体的电导率、流体中的生物量、流体中的溶解气体水平、流体的温度、流体中的葡萄糖流量、流体中的存活细胞密度、流体的流率、流体中的泡沫的水平以及流体中的酸碱度（pH）水平。可注意，感测子系统102可定位在任何期望的位置，诸如在生物过程环境中的生物反应器、过滤单元、电路、可处置组件、柔性细胞培养袋、泵和连接管上。

在一些实施例中，感测子系统102可在操作上耦合到定位在泵与生物反应器之间的连接管（图2中示出的）。另外，这些感测子系统102可用作柔性流路的关键构建块。在图2描绘的实施例中，感测子系统102配置成测量经由连接管从泵流动到生物反应器的流体的参数。但是，感测子系统102也可配置成设置在生物过程环境的其他组件中，例如在生物反应器本身中。在这类实施例中，感测子系统102可配置成测量感测子系统102与其接触的流体的参数。可注意，参照图2详细描述连接管的管状结构以及感测子系统102到这个管状结构的耦合。另外，在某些实施例中，感测子系统102是一次性使用无线传感器。

在当前考虑的配置中，感测子系统102包括感测单元106、开关108和电源110。可注意，感测子系统102可包括其他组件，而并不限于图1中描绘的组件。在一个示例中，电源110可以是便携电池，例如具有3 V的标称电压和230 mAh能量容量的钮扣电池CR2032。在某些实施例中，电源110可以可分离地耦合到感测子系统102中的其他组件。此外，电源110用来对感测子系统102中的组件提供电功率。根据本公开的实施例，可使能诸如无线感测子系统102中的感测单元106之类的组件，以优化来自电源110的用来完成生物过程操作的循环的电功率的消耗。无线感测子系统102可基于生物过程操作的循环来被容易地激活和停用，这又帮助优化来自电源110的电功率的消耗。

此外，根据本说明书的一些实施例的感测子系统可虑及模块化传感器，使得传感器组件能够按照多种配置来设计并且装配在一起。模块化传感器可称作感测装置，其中传感器的一个或多个内部元件/组件可与传感器中的其他内部元件/组件分隔或分离。在一个实施例中，感测单元106可与电源110和开关108分离。另外，新感测单元106可与现有电源110和开关108集成在感测子系统102中。

此外，开关108配置成将感测单元106与电源110电耦合或解耦。如果激活开关108，则感测单元106电耦合到电源110，以接收来自电源110的电功率。另外，感测单元106在接收来自电源110的电功率之后测量流体的参数。在一个示例中，感测单元106在测量或感测流体的参数的同时消耗来自电源110的电功率。更具体来说，来自电源110的电功率可用作用于激活感测单元106并且测量流体的参数的偏置电压。可注意，其中感测单元106为活动的感测单元106的模式称作感测单元106的活动模式。

按照类似方式，如果停用开关108，则感测单元106与电源110电解耦，这又停止感测单元106对来自电源110的电功率的消耗。另外，在一些这类实例中，感测单元106可切换成睡眠模式，其中感测单元106是不活动的并且不测量流体的参数。

此外，控制子系统104在操作上耦合到感测子系统102，以接收来自感测单元106的流体的所测量的参数。在一个示例中，控制子系统104可接收代表流体的所测量的参数的一个或多个感测信号。可注意，控制子系统104可耦合到多个感测子系统，而并不限于如图1所描绘的单个感测子系统102。

在某些实施例中，控制子系统104无线耦合到感测子系统102，以接收来自感测单元106的流体的所测量的参数。参照图3详细描述将控制子系统104无线耦合到感测子系统的方面。在一个示例中，控制子系统104可使用任何无线通信技术（诸如红外、短程射频（RF）通信、蓝牙、蓝牙低能耗（BLE）、Wi-Fi、Wi-Max、全球移动系统（GSM）、通用分组无线电服务（GPRS）、码分多址（CDMA）、高速下行链路分组接入（HSDPA）等）来无线耦合到感测子系统102。

此外，控制子系统104包括与彼此电耦合的第一控制器112和用户界面单元114。用户界面单元114可被认为是配置成从用户接收数据和/或向用户显示数据的输入/输出（I/O）装置。在一个实施例中，用户界面单元114配置成接收用户输入数据。用户输入数据包括指示操作感测子系统102的持续时间、感测子系统102的应用和/或生物过程环境中的流体的至少一个期望的参数的数据。感测子系统102的应用可包括生物装置（诸如生物反应器、过滤单元、层析单元、混合器/箱或安全单元）中的感测子系统102的使用。操作感测子系统102的持续时间可包括对应生物装置中的生物过程操作的循环。在某些实施例中，用户可从用户界面单元114中的下拉菜单选择一个或多个选项。这些所选择的选项可用作用户输入数据和/或感测子系统数据。此外，用户界面单元114向第一控制器112传送用户输入数据。

按照类似方式，第一控制器112可从感测子系统102接收感测子系统数据。感测子系统数据包括指示感测子系统102的类型、感测子系统102的电功率消耗和/或感测子系统102的电源110中的功率水平的数据。在一个示例中，指示感测子系统102的类型的数据可用来识别传感器，诸如生物过程环境中采用的压力传感器、温度传感器、pH传感器、电导率传感器、葡萄糖传感器、生物量传感器、细胞活性传感器、氧传感器、二氧化碳传感器、紫外（UV）传感器、流量传感器和泡沫传感器。在一个实施例中，第一控制器112可经由用户界面单元114从用户接收感测子系统数据。

在接收用户输入数据和感测子系统数据时，第一控制器112基于用户输入数据和感测子系统数据来确定一个或多个功率控制参数。功率控制参数的中的一些功率控制参数可包括与感测子系统关联的传输功率值、开关时间值、连接间隔、时延、握手功率值、数据字节的数量和参数更新速率。传输功率值指示感测子系统102传送流体的所测量的参数要求的最佳功率水平。类似地，开关时间值指示感测子系统102中的感测单元106的接通时间和关断时间。另外，连接间隔指示在其期间第二收发器316被激活或接通的持续时间。时延指示传送代表所测量的参数的数据分组中的延迟。握手功率值指示感测子系统102建立感测子系统102与控制子系统104之间的无线通信所要求的最佳功率。此外，数据字节的数量指示用于从感测子系统102传送所测量的参数的最佳数据分组。另外，参数更新速率指示从感测子系统102传送所测量的参数的频率。

在某些实施例中，第一控制器112可采用指令/算法的预先存储集合连同用户输入数据和感测子系统数据来确定功率控制参数。可注意，参照图6来描述被采用以确定功率控制参数的方法或算法。特别是，如在图6的步骤602中所描绘的，该方法开始于由第一控制器112接收用户输入数据和感测子系统数据的步骤。此外，如在步骤604中所示，第一控制器112使用用户输入数据和感测子系统数据来确定功率控制参数。在一个示例中，第一控制器112可基于在用户输入数据中包含的频率数据来确定连接间隔。频率数据指示流体的参数需要以其被传递给控制子系统的速率。在一个示例中，如果频率数据为1秒，则连接间隔为频率数据的一半，为0.5秒。此外，第一控制器112可基于连接间隔和频率数据来确定另一个功率控制参数，诸如时延。在一个示例中，如果连接间隔为0.5秒并且频率数据为1秒，则时延是频率数据与连接间隔的比率，为2秒。按照类似方式，第一控制器112确定感测子系统102的功率控制参数中的每个功率控制参数。

另外，第一控制器112可验证所确定的功率控制参数帮助优化感测子系统102中的电功率。更具体来说，如在步骤606所描绘的，第一控制器112可使用所确定的功率控制参数来确定感测子系统102中的每个组件的电流消耗。在一个示例中，第一控制器112可使用感测子系统数据中包含的每个组件的额定电流、所确定的功率控制参数（诸如连接间隔和时延）来估计感测子系统102中的每个组件的电流消耗。

此外，在步骤608，第一控制器112可基于完成生物过程操作的循环的持续时间以及每个组件的电流消耗来确定感测子系统102的平均电流（I_avg）。完成生物过程操作的循环的持续时间可被包含在用户输入数据中。

另外，在步骤610，第一控制器112可基于电源110的能量容量和所确定的平均电流（I_avg）来计算感测子系统102的总操作时间。感测子系统102的总操作时间可定义为操作感测子系统102的最大持续时间。

此外，在步骤612，第一控制器112可验证感测子系统102的总操作时间是否小于完成生物过程操作的循环的持续时间。如果感测子系统102的总操作时间小于完成生物过程操作的循环的持续时间，则第一控制器112可确认功率控制参数促进优化感测子系统102中的电功率，正如在步骤614中所描绘的那样。如果感测子系统102的总操作时间小于完成生物过程操作的循环的持续时间，则第一控制器112可改变一个或多个功率控制参数，以进一步减少感测子系统102的总操作时间，正如在步骤616中所描绘的那样，以及该方法继续重复进行步骤606-612。在一个示例中，第一控制器112可将连接间隔从0.5秒减少到0.3秒。第一控制器112可继续改变一个或多个功率控制参数的值，直到感测子系统102的总操作时间小于完成生物过程操作的循环的持续时间。

此外，第一控制器112向感测子系统102传送一个或多个功率控制参数，以优化来自电源110的电功率的消耗。在一个示例中，感测子系统102可基于所接收的功率控制参数来生成一个或多个开关信号。此外，这些开关信号被传送给开关108，以将感测单元106与电源110电耦合或解耦，这又控制从电源110到感测单元106的电功率传输。因此，可在感测子系统102中优化来自电源110的电功率消耗。参照图2和图3更详细描述优化电功率的消耗的方面。

参照图2，描绘了根据本说明书的方面的具有感测子系统102和控制子系统104的生物过程环境200的图解表示。生物过程环境200包括泵202、生物反应器204、管道室206和一个或多个管子208。可注意，生物过程环境200可包括任何数量的生物装置，而并不限于图2中所示的装置。另外，为了便于理解本发明，以最少装置示出生物过程环境200。

如图2中所描绘的，泵202经由管子208和管道室206来耦合到生物反应器204。在一个示例中，这些管子208是柔性和可处置塑料管。此外，泵202配置成将流体210提供给生物反应器204，其中诸如细胞培养之类的生物过程操作发生。在一个示例中，生物反应器204可包括帮助培养流体210中的细胞的柔性细胞培养袋。

此外，在一个实施例中，感测子系统102设置在管道室206中，并且配置成测量从泵202输送给生物反应器204的流体210的一个或多个参数。在一个示例中，感测子系统102的一部分与流经管道室206的流体210相接触，以测量流体210的参数。在图2的实施例中，感测子系统102包括感测单元106和电源216。感测单元106包括感测元件212和信号处理器214。感测元件212与管道室206中的流体210相接触，以感测与流体210的参数对应的模拟数据。此外，信号处理器214用来处理这个模拟数据，以生成流体的参数。更具体来说，信号处理器312将模拟数据转换成代表流体的所测量的参数的数字数据。另外，由于数据在感测单元218内被感测和处理，所以感测子系统102可称作“智能传感器”。此外，这些所测量的参数可存储在感测子系统102中。

此外，感测子系统102可无线耦合到控制子系统104，以向控制子系统104传递流体210的所测量的参数。在一个示例中，感测子系统102可传送代表流体210的所测量的参数的一个或多个信号。控制子系统在本领域中又可称作“读取器”。在图2中所图示的实施例中，控制子系统104设置在感测子系统外。另外，控制子系统104配置成使用从用户接收的数据和/或从感测子系统102接收的对应于感测子系统102的数据来优化感测子系统102中的电功率的消耗。先前以及进一步参照图3更详细描述优化感测子系统102中的电功率消耗的方面。

参照图3，描绘了根据本说明书的一个实施例的描绘感测子系统102与控制子系统104之间的无线通信的系统300的框图。在一些实施例中，控制子系统104是读取器，所述读取器配置成与生物过程环境中的一个或多个感测子系统进行通信。另外，控制子系统104配置成监测和控制生物过程环境中的生物过程操作。

在所图示的实施例中，除了用户界面单元114和第一控制器112之外，控制子系统104还包括第一收发器302、第一天线304和存储器306。第一收发器304和存储器306电耦合到第一控制器112。存储器306可配置成存储由用户界面单元112和/或第一收发器302接收的用户输入数据和感测子系统数据。另外，存储器306可配置成存储与生物过程环境中采用的一个或多个生物装置及其对应的生物过程操作对应的数据。在一个实施例中，存储器306可配置成存储可由第一控制器112访问以执行一个或多个功能的数据和程序指令。

此外，第一控制器112配置成基于用户输入数据和感测子系统数据来确定一个或多个功率控制参数。在一个实施例中，第一控制器112可包括功率优化器308，所述功率优化器308配置成执行存储器306中的程序指令，以确定功率控制参数。在一个示例中，功率优化器308可包括用于执行各种算术、逻辑和图形处理操作的诸如电子电路之类的硬件、软件和/或固件。在另一个示例中，功率优化器308可包括帮助算术、逻辑和图形处理操作的集成电路（IC）芯片。在某些实施例中，第一控制器112可经由用户界面单元114向用户显示所确定的功率控制参数。

此外，第一控制器112经由第一收发器302和第一天线304向感测子系统102传送功率控制参数。在一个示例中，可使用诸如红外、短程射频（RF）通信、蓝牙、蓝牙低能耗（BLE）、Wi-Fi、基于网格（Mesh）的协议（例如Zigbee、BLE网格、ISA100.11a等）、可寻址远程传感器高速通道（HART）通信、Wi-Max、全球移动系统（GSM）、通用分组无线电服务（GPRS）、码分多址（CDMA）、高速下行链路分组接入（HSDPA）等的任何无线通信技术来将功率控制参数传送给感测子系统102。

如图3中所描绘的，感测子系统102包括感测单元106、开关108和电源110。此外，感测单元106包括感测元件310和信号处理器312。感测单元106可按照使得感测元件310与生物过程操作中采用的流体相接触的方式来被定位。另外，感测元件310配置成感测与流体的参数对应的模拟数据。流体的参数中的一些参数包括生物过程操作中的流体的压力、流体的电导率、流体中的生物量、流体中的溶解气体水平、流体的温度、流体中的葡萄糖流量、流体中的存活细胞密度、流体的流率、流体中的泡沫的水平以及流体中的酸碱度（pH）水平。在一个示例中，感测元件310可包括用来感测流体的压力的压电电阻转换器。在另一个示例中，感测元件310可包括用来感测流体的温度的热转换器。此外，信号处理器312从感测元件310接收所感测的模拟数据，并且处理这个模拟数据以生成流体的参数。更具体来说，信号处理器312将模拟数据转换成代表流体的所测量的参数的数字数据。可注意，如果开关108将感测单元106电耦合到电源110，则激活感测元件310和信号处理器312，以测量流体的参数。另外，感测元件310和信号处理器312在测量流体的参数的同时消耗来自电源110的电功率。除了感测单元106、开关108和电源110之外，感测子系统102还包括第二控制器314、第二收发器316和第二天线318。

如先前所提及的，在一些实施例中，感测子系统可以是一次性使用的。因此，在图3中所图示的实施例中，感测子系统102的全部组件（诸如感测单元106、开关108、电源110、第二控制器314和第二收发器316）可以是可处置的。它们能够取决于哪些灭菌方法与组件兼容来例如通过辐射灭菌或高压蒸汽灭菌来被适当地预先灭菌。另外，这些组件可设置在诸如生物反应器、管道室和泵之类的生物过程装置内。在图3的实施例中，这些组件设置在管道室内，以测量流经管道室的流体的参数。

此外，电源110可向第二控制器314、第二收发器316和感测单元106提供电功率。更具体来说，电源110向第二控制器314、第二收发器316和感测单元106中的一个或多个电路或集成芯片提供偏置电压。此外，第二控制器314电耦合到开关108、第二收发器316以及感测单元106的信号处理器312。另外，第二控制器314从信号处理器312接收流体的所测量的参数，并且经由第二收发器316和第二天线318向控制子系统104传送所测量的参数。

在一个实施例中，第二控制器314配置成控制从电源110到感测单元106的电功率传输。另外，第二控制器314配置成改变流体的所测量的参数的传输功率水平，以优化来自电源110的电功率的消耗。更具体来说，减少用于传送流体的所测量的参数的功率，以优化来自电源110的电功率的消耗。

在生物过程环境中的生物过程操作的循环期间，感测单元106测量流体的参数，并且向第二控制器314传送所测量的参数。此外，第二控制器314向第二收发器316传送所测量的参数，所述第二收发器316又经由第二天线318以预定功率水平向控制子系统104传送所测量的参数。在一个示例中，所测量的参数作为一个或多个感测信号来被传送给控制子系统104。

在控制子系统104，第一收发器304经由第一天线304来接收流体的参数，并且向第一控制器112传送这些参数。第一控制器112可使用这些参数来监测和控制生物过程环境中的生物过程。在一个示例中，如果这些参数指示流体的压力高于预定义的压力值，则第一控制器112可向耦合到管子的智能开关装置发送一个或多个控制信号，以减少管子中的流体流动的压力。

在一个实施例中，第一控制器112配置用于优化感测子系统102中的电功率。特别是，第一控制器112确定由感测子系统102用来传送流体的参数的功率水平。在一个实施例中，第一控制器112可测量代表流体的参数的感测信号的信号强度比。此外，第一控制器112可使用感测信号的信号强度比来估计感测子系统102在没有任何信号损失和/或信号干扰的情况下传送流体的这些参数所要求的传输功率值。在一个示例中，感测信号的信号强度比可被包含在从感测子系统102和/或用户界面单元114接收的感测子系统数据中。

此外，第一控制器112基于用户输入数据和感测子系统数据来确定功率控制参数。这些功率控制参数可包括与感测子系统关联的传输功率值、开关时间值、连接间隔、握手功率值、数据字节的数量和/或参数更新速率。一旦确定功率控制参数，第一控制器112将这些功率控制参数从控制子系统104传送给感测子系统102。

在感测子系统102，第二收发器316经由第二天线318来接收功率控制参数，并且向第二控制器314传送这些功率控制参数。此外，第二控制器314基于这些功率控制参数来控制来自电源110的电功率的消耗。在一个示例中，如果功率控制参数包括指示感测单元106的接通时间和关断时间的开关时间值，则第二控制器314生成与这个开关时间值对应的开关信号。在一个实施例中，开关信号包括具有与功率控制参数的开关时间值对应的占空比的多个脉冲。占空比定义为其中开关信号为活动的一个周期的百分比。一个周期是开关信号完成通-断循环所花费的时间。这些脉冲的占空比帮助激活和停用开关108。

此外，第二控制器314向开关108传送这些开关信号，以便在由开关时间值指示的一个或多个时间间隔期间将感测单元106与电源110解耦。通过在这些时间间隔期间将感测单元106与电源110解耦，来自电源110的电功率消耗减少，这又可促进用来完成生物过程环境中的生物过程操作的循环的经过更长时长的电源使用。

在另一个示例中，如果功率控制参数包括指示传送所测量的参数的功率水平的传输功率值，则第二控制器314向第二收发器316传送传输功率值，以调整或重新配置第二收发器316中的功率水平设定。通过调整第二收发器316中的功率水平设定，第二收发器316可以以最佳功率将所测量的参数从感测子系统传送给控制子系统。更具体来说，第二收发器316减少将这些所测量的参数传送给控制子系统104所要求的电功率。因此，来自电源110的电功率消耗减少。

按照类似方式，感测子系统102中的第二控制器314基于诸如与感测子系统102关联的连接间隔、握手功率值、数据字节的数量和参数更新速率之类的其他功率控制参数中的每个功率控制参数来控制来自电源110的电功率消耗。

在一个实施例中，这些功率控制参数基于用户输入数据和/或感测子系统数据的变化是可重新配置的。在这种实施例中，第一控制器112配置成从感测子系统102接收电源110中的功率水平和传输功率值中的至少一个，并且基于电源110中的功率水平和传输功率值中的至少一个来改变至少一个功率控制参数。第一控制器112还配置成向第二控制器314传送至少一个改变的功率控制参数。

例如，在向感测子系统102发送功率控制参数之后，控制子系统104中的第一控制器112可接收指示感测子系统102中的第二收发器316的传输功率值和/或电源110的功率水平的数据。更具体来说，数据可指示诸如电池之类的电源110的功率水平低于预定义的水平。另外，数据可指示第二收发器316以更高功率水平来传送流体的所测量的参数。在这类情况下，第一控制器112可基于电源110的功率水平和/或第二收发器316的传输功率值来重新配置或改变功率控制参数，以控制或减少感测子系统102中的电功率的消耗。这又促进生物过程环境中的生物过程操作的循环的完成。在一个示例中，第一控制器112可改变功率控制参数中的功率传输值，并且可向第二控制器314传送功率控制参数中的改变的功率传输值。此外，第二控制器314驱动第二收发器316以与功率控制参数的改变的功率传输值对应的功率水平来传送流体的所测量的参数。因此，来自电源110的电功率的消耗可进一步减少，以完成生物过程环境中的生物过程操作的循环。

因此，通过采用该系统，优化来自电源的电功率的消耗，以完成生物过程环境中的生物过程操作。另外，通过优化电功率，电源的尺寸和成本可减少。

参照图4，描绘了根据本说明书的一个实施例的描绘多个无线感测子系统402与控制子系统404之间的无线通信的系统400的框图。可注意，无线感测子系统402中的每个无线感测子系统与图3中所示的感测子系统102相似。还可注意，系统400可包括任何数量的感测子系统402，而并不限于图4中描绘的感测子系统402的数量。

在图4的实施例中，多个无线感测子系统402是一次性使用的，并且配置成被采用于生物过程环境中。此外，无线感测子系统402中的每个无线感测子系统包括：感测单元，所述感测单元配置成测量生物过程环境的至少一个参数；以及电源，所述电源电耦合到感测单元，并且配置成向感测单元传送电功率。另外，无线感测子系统402中的每个无线感测子系统包括配置成将感测单元与电源电耦合或解耦的开关。

此外，控制子系统104无线耦合到多个无线感测子系统402。另外，控制子系统104包括第一控制器，所述第一控制器配置成基于对应无线感测子系统的感测子系统数据和用户输入数据来确定至少一个功率控制参数。此外，控制器配置成基于功率控制参数来优化对应无线感测子系统中的电功率的消耗。

特别是，控制子系统104基于对应无线感测子系统的感测子系统数据和用户输入数据来确定对应无线感测子系统402的一个或多个功率控制参数。可注意，用户输入数据和感测子系统数据对无线感测子系统402中的每个无线感测子系统可以是相同或不同的，这取决于无线感测子系统的类型、无线感测子系统的应用和/或将要由无线感测子系统测量的参数。如果用户输入数据和感测子系统数据对感测子系统402是不同的，则由控制子系统104确定的功率控制参数对无线感测子系统402也可以是不同的。此外，这些功率控制参数被传送给其相应无线感测子系统，以优化对应无线感测子系统中的电功率的消耗。

参照图5，描绘了图示根据本说明书的方面的用于优化生物过程环境中的电功率的消耗的方法500的流程图。为了易于理解，参照图1-4的组件来描述方法500。如在步骤502中所示，方法500开始于由配置成在生物过程环境中被采用的感测子系统中的感测单元来测量生物过程环境的至少一个参数。特别是，感测单元包括感测元件，所述感测元件与流体相接触，并且配置成感测与流体的参数对应的模拟数据。此外，感测单元包括信号处理器，所述信号处理器耦合到感测元件，并且配置成处理模拟数据，以确定采取数字形式的流体的参数。此外，这些参数从感测子系统被传送给控制子系统。

随后，在步骤504，该方法包括由控制子系统中的第一控制器基于用户输入数据和感测子系统数据来确定至少一个功率控制参数。在一个实施例中，用户可从用户界面单元中的下拉菜单选择一个或多个选项。这些选项可包括感测子系统的应用、诸如生物反应器之类的生物过程装置的生物过程操作的时长以及将要从提供给生物反应器的流体测量的期望的参数。此外，用户界面单元将所选择的选项作为用户输入数据来传送给控制子系统中的第一控制器。另外，第一控制器可从感测子系统和/或用户界面单元接收感测子系统数据。感测子系统数据包括指示感测子系统的类型、感测子系统的电功率消耗和/或感测子系统的电源中的功率水平的数据。此外，第一控制器可包括功率优化器，所述功率优化器配置成执行存储器中的程序指令，以基于感测子系统数据和用户输入数据来确定功率控制参数。功率控制参数可包括与感测子系统关联的传输功率值、开关时间值、连接间隔、握手功率值、数据字节的数量和参数更新速率。

另外，在步骤506，该方法包括由第一控制器基于至少一个功率控制参数来优化感测子系统中的电功率的消耗。特别是，控制器向感测子系统传送一个或多个功率控制参数。在一个示例中，感测子系统中的第二控制器可基于所接收的功率控制参数来生成一个或多个开关信号。此外，这些开关信号被传送给开关，以将感测单元与电源电耦合或解耦，这又控制从电源到感测单元的电功率传输。因此，来自电源的电功率消耗在感测子系统中被优化。

系统和方法的各个实施例帮助优化生物过程环境中设置的感测子系统中的电功率的消耗。通过优化电功率的消耗，可减少无线感测子系统中的诸如电池之类的电源的尺寸。这又可减少无线感测子系统的尺寸和制造成本。

虽然本文中仅已经说明和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会想到多种修改和改变。因此要理解，所附权利要求意在涵盖落入本发明的真实精神之内的所有这类修改和改变。