用于主动监测过滤系统内过滤介质的电磁传感器技术方案

一般来讲，本发明专利技术描述了用于过滤系统内过滤介质监测的技术。本文所述的过滤介质监测技术包括例如与所述过滤介质直接接触，例如，传感器可位于由所述过滤介质的表面限定的边界内，或者与所述过滤介质间接接触，例如，传感器可位于由所述过滤介质的所述表面限定的所述边界外使得所述传感器不与被监测的所述过滤介质进行直接物理接触。

An electromagnetic sensor for the active monitoring of filter media in a filter system

In general, the invention describes a technique for monitoring filter media in a filter system. The filter media monitoring technique described in this article include such as the filter medium in direct contact, for example, sensors can be located defined by a surface of the filter medium within the boundaries, or with the filter medium indirect contact, for example, the sensor can be located in the boundary defined by the surface of the filter medium outside the sensor without direct physical contact with the filter media monitoring.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于主动监测过滤系统内过滤介质的电磁传感器
本公开涉及过滤系统和过滤介质监测。
技术介绍
过滤是从流体(包括气体和液体)中分离一种或多种颗粒的过程。宽范围的过滤工艺用于各种住宅、商业和工业应用中。取决于具体应用，过滤工艺可使用一种或多种过滤介质来捕获或以其他方式去除颗粒、杂质、化合物等。例如，提供具有足够纯度和质量的水对于许多住宅、商业和工业应用是尤为重要的。水过滤可例如使用活性炭作为过滤介质。利用活性炭进行水过滤可涉及使水流通过活性炭过滤介质床。活性炭可从水中去除影响纯度或质量的各种颗粒、杂质、化合物等。以这种方式，活性炭过滤可改善水的安全性、味道、气味、外观等。
技术实现思路
一般来讲，描述了用于过滤系统内的过滤介质监测的技术。本文所述的过滤介质监测技术包括例如与过滤介质直接接触，例如，传感器可位于由过滤介质的表面限定的边界内，或者与过滤介质间接接触，例如，传感器可位于由过滤介质的表面限定的边界外使得传感器不与被监测的过滤介质进行直接物理接触。作为一个示例，描述了生成和利用电磁场来主动监测过滤介质的能力的传感器。在其他示例中，描述了利用容纳过滤介质的壳体作为谐振腔并且可操作以基于从谐振腔感测到的测量结果来确定过滤介质的性质的传感器。这样，描述了可容易地安装在容纳过滤介质的壳体上、位于容纳过滤介质的壳体近侧或集成在容纳过滤介质的壳体内以便非侵入性地提供对过滤介质的当前状态进行主动监测的各种传感器。作为另一个示例，描述了通过导电接触探针确定过滤介质的剩余能力以便提供与过滤介质进行电接触的传感器。探针可例如集成在壳体内或以其他方式延伸穿过壳体以接触过滤介质。在另外的示例中，描述了其中多个传感器阵列被定位在过滤系统内的过滤系统。多个传感器可沿着一条流动路径串联地定位和/或沿着多条流动路径并联地定位，以在过滤系统内的各个位置处提供监测。此外，多个传感器可沿着共同过滤介质的流动路径定位，使得传感器提供对过滤介质的空间监测。在其他示例中，描述了提供对当前部署在过滤系统内的过滤介质进行自动识别的感测系统。例如，在一些具体实施中，非接触识别带可结合在容纳过滤介质的壳体内或以其他方式固定在容纳过滤介质的壳体近侧。如本文所述，识别带可被构造为通过安装在壳体上的传感器来影响过滤介质的磁性感测。例如，识别带可以是导电的和/或磁性的以便由传感器进行感测。此外，带可在几何形状上或空间上被布置为以便诸如在过滤介质插入过滤系统中并穿过传感器的感测场时提供对过滤介质的唯一识别。以这种方式，识别带可用来提供对过滤介质的肯定识别。如本文所述，控制器可与传感器通信，以根据本文所述的技术来感测和主动监测过滤介质的一个或多个参数，所述技术包括例如过滤介质的电导率、介电强度、磁导率等。本文所述的过滤介质监测技术可应用于各种流体过滤应用例如，气体或液体的过滤中。响应于来自传感器的测量结果，控制器可输出提醒或其他信号，该提醒或信号指示预测的过滤介质寿命或确定的部署在整个过滤系统中的过滤介质的当前能力。这些技术的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。根据说明书和附图以及根据权利要求，这些技术的其他特征、目的和优点将是显而易见的。附图说明图1是示出示例性过滤系统的框图，在该过滤系统中，监测器耦合到与容纳过滤介质的多个过滤器壳体相关联的过滤介质传感器。图2是示出耦合到过滤器壳体的示例性间接接触过滤介质传感器的示意图。图3是进一步详细地示出由示例性间接接触过滤介质传感器产生的电磁场的示意图。图4是进一步详细地示出被配置为感测容纳在过滤器壳体内的过滤介质的剩余能力的示例性间接接触过滤介质传感器的框图。图5A至图5K是示出本文所述的感测系统的示例性布置的框图，并且具体地讲，示出了过滤传感器的天线和过滤介质之间的示例性相对位置和取向。图6A至图6D示出了在其中天线被定位和取向在过滤器壳体外部的传感器系统中执行的附加实验的配置。图7A、图7B和图7C是逻辑地示出图2和图3中的传感器20的天线在操作过程中的电特性的电路图。图8A是示出关于本文所述的示例性过滤器感测系统的示例性用户操作的流程图。图8B是示出由本文所述的过滤介质感测系统执行的示例性操作的流程图。图9是示出在操作过滤器期间过滤介质电阻和杂质通过百分比与总流体吞吐量的示例性实验结果的图。图10是示出在操作过滤器期间过滤介质电阻和流出物杂质浓度与总流体吞吐量的示例性实验结果的图。图11是示出在操作过滤器期间杂质通过百分比与过滤介质电阻的示例性实验结果的图。图12是示出在将水引入干燥的过滤介质的时间段期间天线谐振频率与传感器系统的时间(小时)的示例性实验结果的图。图13是示出在操作过滤器期间传感器系统的天线谐振频率和过滤器电阻与所过滤的流体体积的附加示例性实验结果的图。图14是示出一个示例性实施方案的示意图，在该实施方案中，固定到导电壳体的传感器利用导电壳体作为谐振腔来帮助感测容纳在其中的过滤介质的性质。图15是示出使用传感器系统监测过滤介质的示例性操作的流程图，该传感器系统利用过滤器壳体作为谐振腔来帮助过滤器监测。图16是示出示例性过滤器壳体和直接电接触传感器系统的示意图。图17是示出在操作过滤器期间通过直接电接触测量的过滤介质电阻与总流体吞吐量的实验结果的图。图18是示出在操作过滤器期间通过直接电接触测量的过滤介质电阻与总流体吞吐量的实验结果的图。图19是示出使用直接接触传感器系统监测过滤介质的示例性技术的流程图。图20是示出当过滤介质首次安装在过滤系统内时如本文所述的传感器的示例性操作的流程图。图21是示出示例性过滤器壳体和传感器系统的示意图，该传感器系统包括相对于流动方向串联地定位在过滤介质内的多个过滤介质传感器。图22是示出感测系统的示例性操作的流程图，在该感测系统中，多个传感器交换信息并操作以监测具有一个或多个过滤介质的过滤系统。图23是示出示例性过滤器壳体识别系统的示意图。图24是示出了由本文所述的传感器感测以识别特定类型的过滤器壳体的谐振频率偏移的另一示例的图。图25是示出由本文所述的任何传感器执行以通过检测由过滤器壳体的一个或多个(导电和/或磁性)识别条带引起的天线中的谐振频率偏移来自动识别过滤器的类型的示例性过程的流程图。图26是示出传感器系统的天线的示例性模拟磁场以及不具有导电或磁性识别条带的过滤器壳体的剖视图。图27是示出传感器系统的天线的示例性模拟电磁场以及定位在过滤器壳体外部的导电识别条带的剖视图。图28是示出传感器系统的天线的示例性模拟电磁场以及定位在过滤器壳体外部的磁性识别条带的剖视图。图29是示出传感器系统的天线的示例性模拟磁场以及定位在过滤器壳体内部的磁性识别条带的剖视图。图30A、图30B、图30C、图30D是示出过滤器壳体在插入过滤器歧管中时随时间推移的一系列位置的示意图。图31是示出图30A至图30D的过滤器壳体插入过程的所感测的天线谐振频率变化的示例的图。图32A、图32B、图32C是示出当过滤器壳体插入并安置在过滤器歧管中时的一系列位置的示意图。图33是示出图32A至图32C的过滤器壳体插入过程的所感测的天线谐振频率变化的示例的图。图34A和图34B是示出具有识别条带和过滤器壳体识别系统的天线的示例性过滤器壳体的示意图。图35是示出图34A的过滤器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种过滤器传感器，所述过滤器传感器包括：天线；控制器，所述控制器电耦合到所述天线并且被配置为驱动电信号通过所述天线以生成电磁信号，其中所述天线经由近场耦合电磁耦合到过滤介质，其中所述控制器被配置为检测所述天线的特性，其中所述天线的所述特性响应于所述过滤介质的变化而改变，并且其中所述控制器还被配置为基于所述天线的所述特性确定指示所述过滤介质的剩余过滤能力的指示符。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 US 62/205,481;2015.12.04 US 62/263,4311.一种过滤器传感器，所述过滤器传感器包括：天线；控制器，所述控制器电耦合到所述天线并且被配置为驱动电信号通过所述天线以生成电磁信号，其中所述天线经由近场耦合电磁耦合到过滤介质，其中所述控制器被配置为检测所述天线的特性，其中所述天线的所述特性响应于所述过滤介质的变化而改变，并且其中所述控制器还被配置为基于所述天线的所述特性确定指示所述过滤介质的剩余过滤能力的指示符。2.根据权利要求1所述的过滤器传感器，其中所述天线的所述特性包括以下中的至少一者：电感、电容、电抗、阻抗、等效串联电阻、等效并联电阻、品质因数和谐振频率。3.根据权利要求1所述的过滤器传感器，其中所述天线的所述特性响应于所述过滤介质的材料性质在过滤期间随时间变化的变化而改变，并且其中所述材料性质包括以下中的至少一者：所述过滤介质的电导率、磁导率、磁损耗正切、磁矫顽力、磁饱和、介电常数、介电损耗正切或介电强度。4.根据权利要求1所述的过滤器传感器，还包括：容纳所述天线和所述控制器的传感器壳体，其中所述传感器壳体是环形形状的，其具有尺寸被设定成包围过滤器壳体直径的内径，所述过滤器壳体容纳所述过滤介质，并且其中所述天线包括一个或多个环，所述一个或多个环被布置成缠绕在所述传感器壳体周围以环绕所述过滤器壳体。5.根据权利要求1所述的过滤器传感器，其中所述传感器被配置为与以下中的至少一者一起使用：过滤器系统、器具、个人呼吸器设备、HVAC系统或天然气分配系统。6.根据权利要求1所述的过滤器传感器，其中所述控制器还被配置为将所述剩余过滤能力与阈值进行比较。7.根据权利要求6所述的过滤器传感器，其中所述控制器还被配置为当所述剩余过滤能力降至所述阈值以下时输出提醒。8.根据权利要求1所述的过滤器传感器，其中所述传感器包括低...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·P·博尼法斯，布洛克·A·哈勃，尼古拉斯·G·阿梅尔，金载源，罗纳德·D·耶西，杰弗里·M·梅基，罗伯特·E·阿瑟尔，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US