[发明专利]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

说明书

本发明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。

本发明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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。