усовершенствованные миниатюризированные самоудерживающиеся сенсоры для мониторинга и хранения данных

Формула изобретения

1. Способ вывода цифровых данных, хранящихся в заключенном в корпус сенсорном устройстве, содержащем узлы проводящего основания и крышки, герметично соединенные вместе посредством изолирующей прокладки, которое осуществляло мониторинг такого параметра, как температура в удаленном месте, и сохранило соответствующие цифровые данные, при этом в данном способе удаляют устройство из такого места и вводят его в проводящее гнездо с размером поперечного сечения, выполненным немного большим, чем корпус, и глубиной, по существу, равной протяженности узла основания, для того, чтобы связать емкостной связью узел основания корпуса и внутреннюю стенку гнезда, создают радиочастотное соединение на корпус вблизи узла крышки корпуса, выступающего над гнездом, и осуществляют передачу данных, сохраненных в корпусе, для внешнего считывания путем создания радиочастотного пути передачи данных через емкостную связь и внешнюю стенку гнезда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение на корпус осуществляют за счет применения эластичной радиочастотной прокладки, периферически располагающейся вокруг выступающей крышки корпуса.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что герметизацию соединения узлов основания и крышки осуществляют выше гнезда и ниже радиочастотной прокладки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный радиочастотный путь передачи данных создают посредством передачи на внешнюю стенку гнезда цифрового сигнала телетайпного типа с радиочастотной модуляцией.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что модулированный цифровой сигнал, состоящий из кодовых битов "1" и "0", радиочастотно модулируется во время бита"0".

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что демодуляцию осуществляют с помощью запуска перезапускаемого моностабильного однотактного вибратора при поступлении импульса входных данных, и регулирования постоянной времени однотактного вибратора таким образом, чтобы она была несколько более продолжительной, чем время между входными импульсами для бита "0", так что в течение времени продолжительности импульсов однотактный вибратор находится в состоянии ожидания, давая возможность воспроизводить выходной бит "0", но когда входные импульсы прекращаются, однотактный вибратор заканчивает радиочастотную модуляцию.

7. Способ вывода цифровых данных, хранящихся во множестве заключенных в корпус сенсорных устройств, каждое из которых содержит узлы проводящего основания и крышки, герметично соединенные вместе посредством изолирующей прокладки, которые осуществляли мониторинг такого параметра, как температура, во множестве удаленных мест и сохранили соответствующие цифровые данные, в данном способе удаляют устройства из таких мест и помещают их в соответствующее множество аналогичных проводящих гнезд в общем адаптере связи, снабженном гнездами, для емкостной связи узла основания корпуса каждого устройства с внутренней стенкой его гнезда, создают радиочастотное соединение на корпус вблизи узла крышки корпуса каждого устройства, выступающего из его гнезда, путем применения заземленного покрытия над адаптером, снабженного соответствующим множеством отверстий, совмещаемых с гнездами, причем каждое отверстие покрыто эластичной радиочастотной прокладкой для его ограничения и создания контакта с соответствующим узлом крышки устройства, и осуществляют передачу данных, сохраненных в каждом корпусе, для внешнего считывания посредством радиочастотных путей передачи через емкостную связь и соответствующую внешнюю стенку каждого гнезда.

8. Устройство, используемое в миниатюризированных самоудерживающихся сенсорных устройствах для мониторинга и хранения данных, таких как температура в удаленных местах, причем каждое устройство содержит узлы проводящего основания и крышки, герметично соединенные с образованием корпуса посредством изолирующей прокладки, аппаратуру, которая делает возможным вывод сохраненных данных после удаления устройств на общий пункт считывания, содержащую, во взаимодействии, общий адаптер связи для считывания, снабженный множеством проводящих гнезд, и заземленное покрытие для адаптера, снабженное соответствующим множеством отверстий, совмещаемых с гнездами, причем каждое отверстие совмещено посредством эластичной радиочастотной прокладки, при этом поперечное сечение гнезд выполнено немного большим, чем поперечное сечение корпуса, и глубина гнезд выполнена, в основном, соответствующей протяженности узла основания корпуса, с тем, чтобы при введении каждого корпуса в его соответствующее гнездо, узел крышки выступал над гнездом и была обеспечена емкостная связь между узлом основания и внутренней стенкой гнезда, и, при применении заземленного покрытия для адаптера, эластичная радиочастотная прокладка каждого отверстия покрытия эластично контактирует и ограничивает соответствующий выступающий узел крышки, тем самым заземляя его, и схему соединения для вывода данных, соединенную с внешней стенкой каждого гнезда, чтобы сделать возможным внешнее считывание сохраненных данных путем создания радиочастотных путей передачи данных через емкостные связи во внешних стенках гнезд.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанная изолирующая прокладка каждого устройства расположена выше его гнезда и ниже покрытия и радиочастотной прокладки, когда сенсорное устройство устанавливают в гнездо адаптера и располагают над ним заземленное покрытие.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что радиочастотные пути передачи данных создают с помощью цепей для подачи на внешние стенки гнезд цифровых сигналов телетайпного типа с радиочастотной модуляцией.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что модулированный сигнал представляет собой цифровые биты "1" и "0", а радиочастотную модуляцию осуществляют во время битов "0".

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что демодуляцию осуществляют с помощью запуска перезапускаемого моностабильного однотактного вибратора при поступлении импульса входных данных и регулирования постоянной времени однотактного вибратора так, чтобы она была несколько более продолжительной, чем время между входными импульсами для бита "0", так что в течение времени продолжительности импульсов, однотактный вибратор находился бы в состоянии ожидания, делая возможным генерирование выходного бита "0", но когда входные импульсы прекращаются, однотактный вибратор заканчивает радиочастотную модуляцию.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что содержит средство для предотвращения случайной зарядки батареи в случае возникновения сбоя в считывающей схеме.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанное средство предотвращает появление постоянного напряжения постоянного тока на считывающем адаптере.

15. Способ по п.7, отличающийся тем, что предотвращают появление случайной зарядки в случае возникновения сбоя в считывающей схеме.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к независимому, воспринимающему с помощью зондов, микропроцессорному запрограммированному мониторингу на отдаленных участках фармацевтических и других производственных и обрабатывающих заводов и им подобных таких физических параметров, как температура, влажность и давление, к локальному регистрационному хранению таких данных, к устройству для удаления зондов из различных участков мониторинга и к сбору, путем цифрового считывания, зарегистрированных данных в месте расположения центрального считывающего компьютера, причем изобретение более конкретно связано с усовершенствованиями, которые устраняют ограничения, существующие в области создания миниатюризированных конструкций и электроники зондов для мониторинга, основанной на батарейном питании, а также с усовершенствованиями, связанными с эффективностью и легкостью осуществления сбора зарегистрированных данных, хранящихся во множестве зондов, с помощью центрального считывающего устройства.

Уровень техники

Такие миниатюризированные регистрирующие устройства/сенсоры использовались и широко используются в настоящее время во многих промышленных областях по всему миру, включая, в частности, химическую и фармацевтическую перерабатывающие отрасли промышленности и им подобные, для мониторинга температуры, влажности, давления, вращения и других физических параметров на различных отдаленных участках оборудования, перерабатывающих емкостей и пр.

Среди таких устройств можно отметить, например, системы для мониторинга и регистрации «Track/Sense» фирмы EllabA/S (Дания), описанные в бюллетене фирмы, озаглавленном «Tracksense», устройство «Datatrace» фирмы Mesa Laboratories (Колорадо), выполненное так, как оно описано в патенте США №4718776, устройство «Gemini Data Loggers» фирмы Orion Group (Великобритания, Австралия и Соединенные Штаты Америки), описанное на сайте http://www.geminidataloggers.com, устройство «НОВО» и другие устройства для регистрации данных фирмы Onset Computers Corporation, которые описаны на веб-сайте фирмы http://www.onsetcomputer. corn, устройство «Temptale» и другие портативные системы для сбора и регистрации температурных данных фирмы Sensitech, Inc., которые описаны на сайте http://www.sensitech.com, температурные мониторы RL100 фирмы Ryan Instruments, описанные на сайте http://www.ryaninst.com, и созданные намного ранее схожие миниатюризированные сенсоры для удаленного измерения температуры и компьютерные системы для считывания, описанные Р. Christiansen в статье, озаглавленной «Temperaturverlaufe-An UnZugaanglichen Stellen Gemessin», которая опубликована в издании «Elektronick» от 19 сентября 1986 года, том 35, номер 19, а также, среди прочих, устройства, раскрытые в патенте Франции №2219405 А (Felten & Guilleaume Carlswerk), в патенте Англии GB 2028614 A (АЕР International Ltd.), в публикации WO 8501817 A (Thermo Electric International) и в патенте Германии DE 31396631 (Bauer Bernhard).

Многие из этих устройств воплощают обычные принципы портативных электропроводящих герметизированных миниатюризированных конструкций для мониторинга температуры, которые содержат сенсор и микропроцессор для обработки считанного сигнала и сохранения его в цифровой форме для создания цифровых выходных сигналов в соответствии с программами, которые передаются на операционно-независимый консольный элемент считывания при удалении сенсора и внутреннее энергопитание которых осуществляется за счет батарей, расположенных внутри герметизированного контейнера. Существует несколько различных технологий и конструкций корпусов аналогичных миниатюризированных сенсоров для мониторинга температуры и систем для получения из устройства выходных сигналов в цифровой форме. Вышеупомянутое устройство Ellab, например, использует способ распространения инфракрасных лучей через прозрачное окно, предусмотренное в устройстве, а устройство Mesa в другом примере использует две изолированные части проводящего корпуса в качестве двухжильного электрического выхода.

В соответствии с открытием, лежащим в основе настоящего изобретения, представляется возможным создание более простого, менее дорогостоящего и усовершенствованного способа получения данных выходных сигналов путем применения новой технологии, связанной с емкостной связью, не прибегая при этом ни к использованию оптических средств передачи выходных данных, с присущими им проблемами оборудования окна, перепадов давлений, царапанья и матовости (затуманивания) при нахождении в различных условиях окружающей среды, ни к технологиям, требующим использования двух электрически изолированных электрических контактов корпуса устройства для передачи выходных данных причем оболочки корпусов из нержавеющей стали или аналогичного проводящего покрытия не слишком годятся для создания таких контактов, а накопление допустимых механических отклонений для таких конструкций может сделать этот подход ненадежным, а также дорогостоящим.

Цели изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного миниатюризированного сенсора с герметизированным корпусом, схожего типа и пригодного для описанного выше применения, содержащего новую конструкцию для передачи выходного сигнала на основе емкостной связи, причем конструкция превосходно устраняет описанные выше недостатки оптической конструкции и конструкции с двумя изолированными контактами оболочки корпуса, относящихся к известному уровню техники, и им подобных.

Следующей целью изобретения является создание нового способа проведения считывания с множества таких усовершенствованных сенсоров.

Кроме того, целью настоящего изобретения является предотвращение случайной зарядки внутренней батареи за счет электрических цепей связи.

Другие и последующие цели изобретения будут объяснены ниже и более конкретно раскрыты в приведенной Формуле изобретения.

Сущность изобретения

В целом, изобретение представляет собой способ вывода цифровых данных, хранящихся в заключенном в корпус сенсорном устройстве, содержащем узлы проводящего основания и крышки, герметично соединенные вместе посредством изолирующей прокладки, которое осуществляло мониторинг такого параметра, как температура в отдаленном месте, и сохранило соответствующие цифровые данные, в котором удаляют устройство из такого места и помещают его в проводящее гнездо с поперечным сечением, выполненным немного большим, чем корпус, и с глубиной, в основном, равной протяженности узла основания, с тем, чтобы связать емкостями узел основания корпуса и внутреннюю стенку гнезда, создают радиочастотное соединение на корпус вблизи узла крышки корпуса, выступающего над гнездом, и осуществляют передачу данных, сохраненных в корпусе, для внешнего считывания путем создания радиочастотного пути передачи выводимых данных через емкостную связь и внешнюю стенку гнезда.

Предпочтительные и наилучший варианты осуществления изобретения и использованных технологий подробно описаны ниже.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение будет описано в соответствии с сопроводительными чертежами, на которых Фиг.1 представляет собой наглядную изометрию, демонстрирующую основные узлы обычного миниатюризированного сенсора данных вышеописанного типа, причем основные узлы на чертеже выделены (устройство показано в разобранном виде);

Фиг.2 представляет собой изометрическое изображение гнезд для передачи данных, в которые помещают сенсоры, удаленные из различных отдаленных участков мониторинга, для записи данных, накопленных во время мониторинга;

Фиг.3 представляет собой поперечное сечение в укрупненном масштабе, демонстрирующее устройство, показанное на Фиг.1, в собранном виде, причем устройство установлено внутри гнезда, показанного на Фиг.2, для передачи посредством новых радиочастотных путей выходных считанных и сохраненных данных устройства на считывающее устройство компьютера;

Фиг.4 представляет собой приведенную в качестве примера форму волны модулированного цифрового сигнала телетайпного типа, подаваемого на стенку гнезда, показанного на Фиг.3, соединенную с электрической цепью, с добавлением высокочастотной модуляции во время "0" разрядов кода; и

Фиг.5 представляет собой упрощенную эквивалентную электрическую цепь радиочастотного пути передачи выходных данных, используемого в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Предпочтительный(ые) вариант(ы) осуществления изобретения.

Как было указано ранее, изобретение связано с созданием усовершенствованных технологий и конструкций для передачи данных, хранящихся в многочисленных идентичных маленьких электронных миниатюризированных сенсорных системах для мониторинга, которые помещают в закрытые металлические корпусные контейнеры, которые изготавливают, например, из нержавеющей стали, чтобы облегчить их очистку. Внутренние микропроцессоры и электронные системы основаны на батарейном энергоснабжении, которое требует, чтобы корпуса контейнеров можно было разбирать для замены батарей. Контейнеры часто используют в условиях агрессивных, иногда взрывоопасных сред, и они могут подвергаться воздействию высоких давлений и/или высоких вакуумных нагрузок на различных участках перерабатывающих заводов, что требует непроницаемой (что достигается с помощью применения прокладок) изоляции между частями корпуса контейнера, который является разборным. Обычно для создания максимального сопротивления перепадам давления при использовании минимального веса используют корпус сферической или цилиндрической формы. Электронные системы, например, можно использовать для поддержания одного или нескольких сенсоров, которые помещают в условия агрессивной среды для осуществления мониторинга, определения, хранения и регистрации данных, касающихся условий среды, с последующим удалением и анализом данных в более безопасном месте. Обычное применение таких систем характеризуется использованием многочисленных независимых сенсорных устройств, передающих информацию или в реальном времени, или путем использования технологий передачи с промежуточным хранением и последующей передачей, причем анализ данных осуществляют в одном месте.

Передача электрических сигналов сенсорными системами может потребоваться, помимо других целей, для калибровки сенсоров, для программирования какого-то однозначно определяемого адресного кода в устройстве, для программирования специфических параметров испытания и для извлечения выходных данных, хранящихся в сенсорном устройстве для мониторинга, для анализа после проведения испытания.

На Фиг.1 показано обычное устройство такого типа (с выделением отдельных узлов), как был описан ранее, содержащее цилиндрическое проводящее полое основание 1 корпуса, которое может монтироваться с узлом крышки 2 с образованием герметичной конструкции с использованием промежуточной прокладки 3. Микропроцессор, устройства для хранения данных и другие электронные устройства 3 и батарея 4 показаны выполненными с возможностью расположения внутри корпуса, а параметрический сенсор 5 (например, температурный) показан смонтированным с внешней стороны на крышке 2.

Как обсуждалось ранее, цифровые данные, сохраняемые в этих портативных сенсорных устройствах для мониторинга, выводятся и считываются на центральном компьютере, что осуществляется путем удаления многочисленных устройств из разнообразных местоположений, в которых производился мониторинг, и переноса их на общий главный пункт для считывания данных. Именно к решению проблемы считывания выходных данных обращен, главным образом, способ по настоящему изобретению, устраняющий ограничения, связанные с использованием ранее рассмотренного оптического окна, двухжильных контактов изолированных узлов корпуса и других технологий, известных из уровня техники. В соответствии с изобретением, создан новый предназначенный для связи (передачи данных) заземленный многогнездовой адаптер А, который снабжен множеством гнезд W, как показано на Фиг.2, в которые соответственно устанавливают корпуса удаленных сенсоров (Фиг.3), с новым радиочастотным (РЧ) коммуникационным соединением, которое позволяет осуществлять с помощью емкостной связи передачу выходных данных через гнезда на считывающий компьютер (ПК), устраняя недостатки, присущие технологиям предшествующего уровня техники.

Если говорить более конкретно, герметизированный при помощи прокладки собранный проводящий корпус 1-2-3, после удаления из своего отдаленного местоположения, где он сохранил данные, полученные в результате мониторинга, переносят и устанавливают внутри элемента гнезда W для передачи данных (Фиг.3), имеющего емкостную связь между корпусом и стенками гнезда, для того, чтобы сделать возможным считывание сохраненных в устройстве цифровых данных посредством нового радиочастотного пути передачи данных, созданного между корпусом и гнездом. Узел проводящей крышки 2, герметично соединенный при помощи изолирующей прокладки 3 с узлом основания 1, выступает над гнездом W. Путь передачи данных, в соответствии с настоящим изобретением, создают путем обеспечения единого механического контакта с узлом проводящей крышки или сегментом 2, состоящим из двух частей проводящего корпуса 1-2, который выступает над гнездом, когда узел основания 1 корпуса помещают внутрь него. Для покрытия адаптера А применяют заземленное проводящее покрытие С, снабженное отверстиями, совмещаемыми с верхними частями гнезд адаптера, каждое отверстие покрыто радиочастотным, предпочтительно, эластичным, пружинящим материалом прокладки. Радиочастотная прокладка периферически контактирует с узлом крышки 2 корпуса над гнездом, соединяя его с заземленным проводящим покрытием С, которое располагается над всеми гнездами элемента А адаптера. Таким образом, такое покрытие С заземляет выступающие узлы крышек всех корпусов сенсоров, помещенных в гнезда адаптера, и никакой другой механический или физический электрический контакт с корпусами не возникает. Изолирующая прокладка 3 расположена, таким образом, сверху гнезда и ниже покрытия С. Поверхность корпуса сохраняют однородной насколько возможно, чтобы предотвратить захват материала, состоящего из частиц, и облегчить очистку. Поперечный размер гнезда выполняют немного большим, чем размер корпуса, а глубину гнезда выполняют такой, чтобы она соответствовала, в основном, длине узла основания 1 устройства. На практике установлено, что номинальный зазор около 25 мм между стенкой гнезда и корпусом сенсора является удовлетворительным. Гнездо изготавливают в виде металлической лунки, которую предпочтительно анодируют, руководствуясь не только эстетическими целями, но также для того, чтобы создать изолирующий слой между внутренней стенкой гнезда W и корпусом 1-2, с которым она образует емкостную связь. Такой подход следует признать ценным еще и потому, что при нормальном использовании и старении адаптера А можно ожидать, что в гнезде будут накапливаться пыль и другие посторонние вещества. Так как устройство с корпусом устанавливают в гнездо, подпружиненные штыри радиочастотного тока создают хороший контакт с узлом покрытия 2, в то время как остальная часть устройства просто остается в гнезде в состоянии емкостной связи с ним, и никаких проблем не возникает даже в том случае, если эта часть располагается на слое постороннего материала.

Согласно способу передачи данных по настоящему изобретению, сигнал подается на внешнюю сторону или сторону, где располагается электрическая цепь гнезда, в точке 6 (Фиг.3). Этот сигнал является, предпочтительно, обычным цифровым сигналом телетайпного типа с добавлением высокочастотной модуляции во время "0" битов, как показано на Фиг.4, на котором продемонстрирована форма волны.

В значительной степени упрощенная эквивалентная схема пути передачи данных показана на Фиг.5, на которой принимающее устройство обычно работает при постоянной мощности, которая является предельно низкой при применении КМОП-структуры. Когда импульс данных появляется на вводе пусковых импульсов «Т» однотактного вибратора 7, который конфигурируется как перезапускаемый моностабильный, на выходе появляется растянутый импульс. Постоянную времени однотактного вибратора для этой демодуляции выбирают таким образом, чтобы она была несколько более продолжительной, чем время между входными импульсами для "0" бита. В течение времени продолжительности импульсов однотактный вибратор находится в состоянии ожидания, воспроизводя первоначальный выходной "0" бит. Когда входные импульсы прекращаются, однотактный вибратор заканчивает радиочастотную модуляцию, возвращаясь в состояние "1". Выбор несущей частоты не является критическим: любой подходящий радиочастотный сигнал в мегагерцевом диапазоне будет превосходно функционировать. Однако частота передачи данных, которая может обеспечиваться этим способом, ограничена благодаря искажению, которое привносится процессом демодуляции, при котором "0" бит немного растянут за границы номинальной ширины за счет воздействия последнего импульса модуляции. Это искажение можно легко поддерживать значительно ниже 5% при использовании несущей радиочастоты в диапазоне 10-20 МГц и частоте передачи данных в диапазоне 100 кГц или меньше. Нормальный прием сигнала телетайпного типа, который может допускать характерное искажение, превышающее 40%, является более чем достаточным для правильной интерпретации данных в приемном устройстве.

Когда вышеописанный передатчик не находится в состоянии связи с конкретным сенсорным устройством, он накоротко замыкает гнездо W за счет низкого сопротивления на землю, что создает эффект окружения устройства заземленным экраном, предотвращая возникновение любой перекрестной помехи между смежными устройствами. Это также способствует созданию экрана в неиспользуемых гнездах, дополнительно предотвращая возникновение случайного излучения от этих гнезд.

Кроме того, физическое состояние корпуса не влияет на надежность передачи выходных данных. Когда устройство вводят в гнездо, радиочастотный материал прокладки создает скользящий контакт, удаляя любую «затуманивающую» влагу, которая может присутствовать, после чего сохраняется плотный многоштырьевой контакт, даже если устройство подвергается царапанью. Грязь или посторонний материал на дне гнезда, как объяснялось ранее, не оказывают значительного влияния на емкостную связь между гнездом и устройством и, следовательно, не могут оказывать воздействие на передачу данных.

Способ емкостной связи по настоящему изобретению предоставляет дополнительную гарантию того, что повреждение/сбой в считывающей электронике не может разрядить постоянное напряжение постоянного тока на оболочку считывающего устройства, тем самым предотвращается случайная зарядка батареи, что облегчает создание действительно безопасного считывающего устройства.

Следовательно, настоящее изобретение, посредством используемого способа передачи выходных данных сенсора с гнездовым корпусным адаптером радиочастотной модуляции, обеспечивает преимущества, выражающиеся в минимизации требуемого механического контакта устройства для передачи данных, в предотвращении возникновения сигнальных помех между устройствами, в обеспечении нечувствительности к царапанью и «затуманиванию», при сохранении, в то же время, цельности оболочки корпуса для облегчения очистки, и поддерживает радиочастотную целостность считывающего элемента адаптера, предотвращая побочные излучения во время передачи выходных данных из сенсорного устройства.

Дальнейшие модификации этого изобретения, которые могут быть созданы специалистами в данной области, должны рассматриваться как находящиеся в пределах существа и объема изобретения, как они определены в прилагаемой Формуле изобретения.