用于封闭容器的感测布置和用于通过容器壁传送数据的方法技术

本发明专利技术涉及一种特别是用于感测封闭容器（11）内部的物理参数并将相应数据通过容器壁（14）传送到容器（11）的外部的感测布置（10），包括布置在封闭容器（11）内部的内部电路（12），并且进一步包括布置在封闭容器（11）外部的外部电路（13）。内部电路（12）包括传送器电路（15），该传送器电路（15）被配置为创建表征要传送的信息（诸如传感器信息（SI））的控制器输出信号（OS）。传送器电路（15）的第一内部压电换能器（24）基于控制器输出信号（OS）创建声学数据信号（DS），并将声学数据信号（DS）通过容器（11）的壁（14）传送到控制器外部电路（13）的第一外部压电换能器（30）。控制器输出信号（OS）和/或数据信号（DS）在控制器输出信号（OS）和/或数据信号（DS）的幅度或相位或频率中不包含传感器信息（SI）。控制器输出信号（OS）优选是脉宽调制的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于封闭容器的感测布置和用于通过容器壁传送数据的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于封闭容器的感测布置，以及一种用于使用该感测布置将从位于容器内部的传感器测量的数据通过容器壁传送到容器外部的方法。
[0002]在许多应用中，合期望的是将从位于封闭容器内部的传感器测量的数据例如通过容器的钢壁传送到容器外部。具体而言，由布置在封闭容器内部的内部电路的传感器设备检测到的传感器值将被传送到布置在容器外部的外部电路，而无需将引线或其他导体布线通过容器壁。因此，期望无线传送。然而，取决于容器的材料，通过容器壁传送电磁波可能是困难的或不可能的，例如，如果容器壁由导电材料（诸如钢）制成。另一个必须解决的问题是内部电路的无线电源。这在封闭容器内部60℃或更高的高温和/或高于或低于大气压的压力普遍存在的应用中特别具有挑战性。这样的应用的示例是将数据从蒸馏塔或精馏塔的内部通过其钢壁传递到其外部。
[0003]US 6 037 704 A公开了根据权利要求1前序部分的感测布置和根据权利要求13前序部分的方法。
[0004]ES 2 639 765 A1公开了一种感测布置，其包括布置在容器内部的内部电路和容器外部的外部电路。内部电路包括具有传感器设备、内部控制器、数模转换器和第一内部压电换能器的传送器电路。内部控制器形成包含传感器信息的二进制字。基于该二进制字，数模转换器通过相移键控调制载波信号，使得要传送的信息被包含在用于控制第一内部压电换能器的模拟信号的相位或相位改变中，该第一内部压电换能器创建耦合到容器壁中的对应声学数据信号。外部电路包括具有外部控制器、第一外部压电换能器和模数转换器的接收器电路。声学数据信号由第一外部压电换能器接收，并转发到模数转换器进行解调，以便从模拟信号中检索二进制字。内部电路还包括具有能量存储设备和第二内部压电换能器的功率接收电路。外部电路的电源电路包含功率源和第二外部压电换能器。电源电路创建经由第二外部压电换能器耦合到容器壁中的功率信号。第二内部压电换能器接收该功率信号并向能量存储装置提供电力。能量存储装置中存储的电能可以用于操作内部电路。然而，相位调制需要复杂的电路，并且因此消耗显著大量的能量。
[0005]US 2015/0049587 A1中公开了另一种感测布置。内部和外部电路使用单单一对压电换能器以用于同时双向传送数据和能量。载波信号由外部电路调制，并且能够向内部电路传送信息和能量。在内部电路中，载波信号的包络用模数转换器确定并采样。通过在内部电路的压电换能器上施加由外部电路创建的连续波载波信号，来实现内部到外部的通信。内部电路的换能器能够更改吸收或反射特性，并且因此连续波载波信号可以被调制并反射回外部电路。此外，该感测布置是复杂的，并且消耗许多能量。
[0006]根据DE 10 2007 038 419 A1的传感器布置被配置为通过取决于测量值调制振荡载波信号来将测量值从容器的内部传送到外部。该调制信号被转换成声波并通过容器壁传送。
[0007]DE 10 2004 014 288 A1公开了一种用于通过容器壁传送数据和能量的设备和方法。外部电路包括振荡器和外部换能器，该外部换能器用于耦合容器壁中的声学功率信号。内部功率接收电路具有能量存储设备和内部换能器，该内部换能器被配置为将接收到的声
学功率信号至少部分地变换成可以存储在能量存储设备中的电力。
[0008]本专利技术的目的是要提供一种特别是用于感测封闭容器内部的物理参数并将相应数据通过容器壁传送到容器外部的感测布置和方法，该感测布置和方法至少适合于通过容器壁传送少量数据，该感测布置和方法简单、特别是对于容器中普遍存在的高温和/或高压或低压而言鲁棒并且最小化能量消耗。
[0009]该目的通过具有权利要求1的特征的感测布置和具有权利要求13的特征的方法来解决。
[0010]本专利技术的感测布置包括被配置为布置在封闭容器内部的内部电路和被配置为布置在封闭容器外部的外部电路。内部电路包括具有传感器设备、内部控制器和第一内部压电换能器的传送器电路。内部控制器被配置为创建包含从传感器设备接收的传感器信息的输出信号。传感器信息包含表征由传感器设备检测或测量的物理参数的传感器值。因此，控制器输出信号也表征由传感器设备检测或测量的所述物理参数。控制器输出信号被施加到第一内部压电换能器。作为结果，第一内部压电换能器基于控制器输出信号创建声学数据信号。第一内部压电换能器被布置成使得它将声学数据信号耦合到容器壁中。外部电路具有接收器电路。接收器电路包括第一外部压电换能器和外部控制器。第一外部压电换能器被布置成接收通过容器壁传送的声学数据信号。外部控制器被配置为检索包含在接收的数据信号中的传感器信息。传感器信息可以被进一步处理和/或输出（例如在显示器上）和/或传送到外部设备。
[0011]控制器输出信号和/或数据信号以如下方式被创建：在控制器输出信号和/或数据信号的幅度或相位中不包含传感器信息。而是，通过变化至少一个信号部分的持续时间来编码控制器输出信号和/或数据信号。控制器输出信号和/或数据信号简单地包含可区分信号部分的时间序列，即振荡信号部分和恒定信号部分的至少一个序列。要传送的二进制值由至少一个信号部分的持续时间来表征。在这样做时，信息可以被编码在控制器输出信号和/或数据信号中，而不需要提供复杂的幅度、相位或频率调制分量。声学数据信号的简单和鲁棒的编码对操作器皿的低频振动不敏感，该低频振动可能在通过容器壁传送期间影响数据信号。
[0012]总之，本专利技术的感测布置特别适合于感测封闭容器内部的物理参数并将相应数据通过容器壁传送到容器外部，并且简单、鲁棒并且最小化能量消耗。另外的优点是感测布置不需要任何乘法器或信号处置。
[0013]优选地，控制器输出信号被编码为包括传感器信息，并且可以直接用于驱动第一内部压电换能器。特别是在声学数据信号由第一内部压电换能器创建之后，它在没有任何另外的信号处理和/或编码的情况下仅被耦合到容器壁中。在有利的实施例中，控制器输出信号被创建为包括基于脉宽调制的传感器信息。控制器输出信号和数据信号因此是包含传感器信息和可选的附加信息的脉宽调制信号。
[0014]由于内部电路的简单结构，因此仅需要少量的组件。可以选择这些组件来承受容器内部的苛刻条件。该容器例如是蒸馏塔或精馏塔。蒸馏塔中的内部电路暴露在至少60℃和高达约225℃的温度下。
[0015]在优选实施例中，内部控制器直接与第一内部压电换能器耦合，用于直接施加控制器输出信号，而不对第一内部压电换能器进一步修改或放大。
[0016]优选提供异步传送。如上面所解释的，数据信号可以从内部电路传送到外部电路。电力可以随时从外部电路传送到内部电路。外部电路可以包括与功率源连接并且包括第二外部压电换能器的电源电路。电源电路被配置为通过控制第二外部压电换能器来创建功率信号，优选为声学功率信号。第二外部压电换能器被布置成将功率信号耦合到容器壁中。功率信号可以具有恒定的振荡频率。在这样的实施例中，内部电路可以包括具有能量存储设备和第二内部压电换能器的功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种特别是用于感测封闭容器（11）内部的物理参数并将相应数据通过容器壁（14）传送到容器（11）的外部的感测布置（10），包括被配置为布置在封闭容器（11）内部的内部电路（12），并且进一步包括被配置为布置在封闭容器（11）外部的外部电路（13），其中内部电路（12）包括具有传感器设备（22）、内部控制器（23）和第一内部压电换能器（24）的传送器电路（15），其中内部控制器（23）被配置为创建包含来自传感器设备（22）的传感器信息（SI）的控制器输出信号（OS），用于控制第一内部压电换能器（24），所述第一内部压电换能器（24）被配置为基于控制器输出信号（OS）创建声学数据信号（DS）并将声学数据信号（DS）耦合到容器（11）的壁（14）中，其中外部电路（13）包括具有外部控制器（33）和第一外部压电换能器（30）的接收器电路（17），其中接收器电路（17）被配置为由第一外部压电换能器（30）通过容器（11）的壁（14）接收声学数据信号（DS），其中内部电路（12）的传送器电路（15）被配置为在控制器输出信号（OS）和/或声学数据信号（DS）的幅度或相位中不包含传感器信息（SI）的情况下创建控制器输出信号（OS）和/或声学数据信号（DS），其特征在于，内部电路（12）的传送器电路（15）被配置为创建控制器输出信号（OS）和/或声学数据信号（DS），使得它包括由一个振荡信号部分（PO）和一个恒定信号部分（PC）形成的至少一个序列（S），并且进一步被配置为通过针对振荡信号部分（PO）和/或针对恒定信号部分（PC）选择两个预定义持续时间（t1，t2）中的一个来创建所述至少一个序列（S），其中每个预定义持续时间（t1，t2）表征不同的二进制值。2.根据权利要求1所述的感测布置，其特征在于外部电路包括与电源（38）连接并包括第二外部压电换能器（42）的电源电路（18），其中电源电路（18）被配置为创建声学功率信号（PS）并通过第二外部压电换能器（42）将声学功率信号（PS）耦合到容器（11）的壁（14）中。3.根据权利要求2所述的感测布置，其特征在于内部电路包括具有第二内部压电换能器（43）和能量存储设备（45）的功率接收电路（16），其中功率接收电路（16）被配置为由第二内部压电换能器（43）通过容器（11）的壁（14）接收声学功率信号（PS）。4.根据权利要求2或3所述的感测布置，其特征在于电源电路（18）被配置为创建具有恒定振荡频率的声学功率信号（PS）。5.根据前述权利要求中任一项所述的感测布置，其特征在于内部控制器（23）与第一内部压电换能器（24）直接耦合，用于将控制器输出信号（OS）施加到第一内部压电换能器（24）。6.根据前述权利要求中任一项所述的感测布置，其特征在于内部电路（12）的传送器电路（15）被配置为在声学数据信号（DS）的频率中不包含传感
器信息（SI）的情况下创建控制器输出信号（OS）和/或声学数据信号（DS）。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：苏尔寿管理有限公司，
类型：发明
国别省市：