JP7167364B2 - 遠隔無線センシング装置 - Google Patents

Description

プロセス産業では、特定のガスの存在を検出するために、しばしば安全システムの一部としてガスセンサが使用される。多くのガスが人の健康や環境に有害である可能性があるため、これは重要である。工業用ガスセンサは、通常、プラント又は制御室のプロセス領域又は保護対象領域の近傍に設置される。一般的に、工業用のガスセンサは固定位置に設置され、ケーブルがガスセンサをモニタリングシステムに接続している。

上述の議論は、単に一般的な背景情報を提供するものであり、クレームされた要旨の範囲を規定する際の一助として利用されることを意図するものではない。

センサモジュールアセンブリは、流体の特性をセンシングし、その特性を示すセンサ信号を生成するように構成されたセンシング素子を収容するセンサハウジングを含む。センサモジュールアセンブリは、センサ信号を受信するように構成された通信回路部と、センサ信号を遠隔デバイスに無線で転送するように構成された無線転送部とを収容する無線デバイスハウジングを含む。センサモジュールアセンブリはまた、センサハウジング内のセンシング素子を無線デバイスハウジング内の通信回路部に通信可能に接続する通信ケーブルを含む。

この要約は、以下の詳細な説明で更に説明される概念の一選択を簡略化した形式で紹介するために提供される。この要約は、クレームされた要旨事項の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、また、クレームされた要旨事項の範囲を規定する際の一助として利用されることを意図するものでもない。クレームされた要旨は、背景技術に記載されたいずれか又は全ての欠点を解決する実施に限定されない。

図１は、無線センサアセンブリの一例を示す図である。 図２は、センサ及び無線デバイスアセンブリの一例を示す図である。 図３は、複数センサ及び無線デバイスアセンブリの一例を示す図である。 図４は、センサ及び無線デバイスアセンブリの一例を示すブロック図である。

ガスセンサは、燃焼性、可燃性及び毒性のガスを検出するために使用することができる。ガスセンサは、赤外線点センサ、超音波センサ、電気化学ガスセンサ及び半導体センサを含むことができる。

図１は、センサシステムの一例を示す図である。センサシステム１００は、図に示されるように、プロセス１０４の特性をセンシングするセンサモジュール１０２を含む。特性をセンシングするために、センサモジュール１０２はプロセス１０４と接触するセンシング素子１０８を有する。例えば、センシング素子はガスセンサであってもよく、プロセス１０４は１つ以上のガスを含むことができる。例えば、センシング素子１０８は二酸化炭素検出器であってもよく、プロセス１０４は二酸化炭素に敏感な生体反応を含む。

センサモジュール１０２は、センシング素子１０８に連結された回路が収容され保護されるハウジング１０６を含む。ハウジング１０６は、センシングされた特性の無線通信を別の遠隔デバイスに転送することを可能にする無線コンポーネント１１２に連結された通信回路も収容する。

センサモジュール１０２はまた、ユーザインタフェース１１０も含む。ユーザインタフェース１１０は、センシング素子１０８によってセンシングされる特性を示す電流値を示す表示部を含むことができる。例えば、プロセス１０４中の一酸化炭素濃度を百万分率（ＰＰＭ）で示す値、又はプロセス１０４中の酸素濃度をパーセントで示す値である。ユーザインタフェース１１０は、センサモジュール１０２の制御を可能にするユーザ作動機構部を有することもできる。例えば、センサモジュール１０２と遠隔デバイスとの間の無線接続を確立することを容易にする機構である。

センサモジュールのハウジング１０６内に無線コンポーネントを有することは利便性があるが、センサモジュール１０２（すなわち、ユーザインタフェース１１０）が制限された空間又はアクセス不可能な空間にあるときに無線接続を確立することは問題が生じ得る。加えて、プロセス環境内の各センサモジュール１０２に無線コンポーネント１１２を持たせることは、コストがかかるとともに、プロセス環境の管理の複雑さを増大させる場合もある。

図２は、遠隔センサ及び無線デバイスのアセンブリの一例を示す図である。図に示されるように、遠隔センサ２０２は、アクセス不可能な領域２０１内にあって、プロセス２０４の特性をセンシングする。例示では、遠隔センサ２０２は、遠隔センサ２０２内のセンシング素子によってセンシングされるデータの長距離通信を可能にする無線コンポーネントを含まない。その代わりに、遠隔センサ２０２は、遠隔センサ２０２から遠隔デバイス（例えば、プロセス制御ステーション、データ解析センターなど）にデータを無線転送することができる無線デバイス２０６に接続されている。遠隔センサ２０２は、有線接続（例えば、ケーブル２０８）を介して無線デバイス２０６にデータを送信する。

ケーブル２０８は、遠隔センサ２０２への接続を可能にする第１のインタフェース２０７と、無線デバイス２０６への接続を可能にする第２のインタフェース２０９とを有する。インタフェース２０７及びインタフェース２０９は、永久接続（例えば、はんだ、圧着など）及び／又は着脱可能な接続（例えば、オス/メス接続、接点接続など）を含むことができる。

インタフェース２０９はケーブルインタフェース２１０を介して無線デバイス２０６に間接的に接続され得る。図示されるように、ケーブルインタフェース２１０は、無線デバイス２０６に対する着脱可能な接続を可能にするピン及びロック機構を含むインタフェースバスを含む。他の例において、ケーブルインタフェース２１０は、他の方法で無線デバイス２０６に接続されてもよい。ケーブルインタフェース２１０はまた、図３に示されるように、複数のケーブルを無線デバイス２０６に接続可能とするものでもよい。

図に示されるように、遠隔センサ２０２はアクセス不可能な領域２０１内にあり、無線デバイス２０６はアクセス可能な領域２０３内にある。アクセス可能な領域は、ユーザが比較的容易に出入りできる領域を含む。例えば、アクセス可能な領域は、ユーザが危険物保護具（例えば、人工呼吸器、化学防護服、放射線防護具など）を装着せずに入ることを可能にし得る。他の例として、保護具を必要としない場合であっても、他のデバイスの背後、作業領域からかなり上方又は下方、狭いスペース内など、物理的にアクセスが困難な領域はアクセス不可能であり得る。したがって、センサ２０２がアクセス不可能な領域２０１内にある場合には、無線接続を制御するためのインタフェースなどのユーザインタフェースをアクセス可能な領域２０３内に有することが有利であり得る。例えば、無線デバイス２０６は、図１のユーザインタフェース１１０と同様のユーザインタフェースを含むことができる。

図３は、無線デバイスに連結された複数のセンサを示す図である。図に示されるように、センサ２０２－１はケーブル２０８－１を介して無線デバイス２０６に連結され、センサ２０２－２は、ケーブル２０８－２を介して無線デバイス２０６に連結される。ケーブル２０８－１及びケーブル２０８－２の双方は、インタフェース２０９への直接接続を介して無線デバイス２０６に連結されている。他の例では、ケーブル２０８－１又はケーブル２０８－２のうちの一方のみがインタフェース２０９へ直接接続されてもよく、或いは遠隔センサ２０２－１及び遠隔センサ２０２－２がケーブル２０８－３を介して相互に接続され、それらでセンシングされたデータがケーブル２０８－１又はケーブル２０８－２のいずれかを介して無線デバイス２０６に送信されてもよい。この方式では、センサが互いにチェーン接続され、一方のケーブルのみが無線デバイス２０６に連結され、センサ２０２－１及び２０２－２の双方からデータを送信する。他の例では、各センサ２０２のための無線デバイス２０６であってもよい。

図４は、センサ及び遠隔無線デバイスのアセンブリの例を示すブロック図である。この例示では、センサ２０２は、ケーブル２０８を介して無線デバイス２０６に連結され、通信している。センサ２０２は、センサ２０２の機能を提供する様々なコンポーネントを収容し、さもなくば連結するハウジング２１１を含む。

センサ２０２は、物体又は環境と直接的又は間接的に接触し、その物体又は環境の特性をセンシングするセンシング素子２１２を含む。センシング素子２１２は、それがセンシングする特性を示すセンサ信号を生成する。例えば、センシング素子２１２は、プロセス２０４の特性をセンシングし、その特性に応じて変化する電圧を出力することができる。測定回路２１４は、センシング素子２１２によって生成されたセンサ信号を調整又は処理すべく、センシング素子２１２に通信可能に接続されている。例えば、測定回路２１４は、増幅器、アナログ－デジタル変換器、フィルタなどを含むことができる。例えば、センサ２０２が所与のアナログ電圧を出力するものと仮定すると、この場合、測定回路２１４は、アナログ－デジタル変換器と、電圧を計量値（例えば、パーセントで表した酸素濃度）に変換する何らかの処理ロジックとを含むことができる。

センサ２０２はまた、測定回路２１４及びケーブルインタフェース２１８に通信可能に接続された通信回路２１６を含む。通信回路２１６は、測定回路２１４から他のコンポーネント（例えば、無線デバイス２０６）にデータを送信することができる。送信に先立ち、通信回路２１６はデータを更に処理することができ、例えば、送信のためより適切な形式にデータを編成することができる（例えば、エンコードなど）。図に示されるように、通信回路２１６は、ケーブルインタフェース２１８を介しケーブル２０８を通じて他のコンポーネントにデータを送信する。

ケーブルインタフェース２１８は、ケーブル２０８のインタフェース２０７への永久接続（例えば、はんだ、圧着など）及び／又は着脱可能な接続（例えば、オス/メス接続、接点接続など）を含むことができる。ケーブルインタフェース２１８はまた、図３のケーブル２０８－３のような、センサ２０２同士のチェーンを可能にするための接続を含むことができる。

センサ２０２の上述のコンポーネントは、電源２２０によって電力が供給され得る。いくつかの例で、センサ２０２は、付加された又は外部の電源によって電力が供給され得る。もちろん、これらのコンポーネントは例に過ぎず、センサ２０２は、ブロック２２６で示されるように他のアイテムも含むことができる。

通信ケーブル２０８は、例えば、センサ２０２に連結するインタフェース２０７と、無線デバイス２０６に連結するインタフェース２０９とを含む。インタフェース２０７及び／又はインタフェース２０９は、それぞれのコンポーネントへの接続を容易にするために、永久接続（例えば、はんだ、圧着など）を含むことができ、及び／又は着脱可能な接続（例えば、オス/メス接続、接点接続など）を含むことができる。いくつかの例で、センサ２０２は、インタフェース２０９を有し、ケーブル２０８を使用することなくケーブルインタフェース２１０に直接接続され得る。

通信ケーブル２０８は、通信ライン２２８を介してセンサ２０２と無線デバイス２０６との間のデータ送信を容易にする。通信ライン２２８は、様々な異なるデータ導管を含むことができる。例えば、通信ライン２２８は、導電性材料（銅、銀、金など）、光ファイバなどを含むことができる。いくつかの例で、通信ケーブル２０８は、電力ライン２３０を介してセンサ２０２又は無線デバイス２０６に電力を供給し得る。

通信ケーブル２０８は、物理的接触、化学物質、紫外線又は他の摩耗若しくは損傷から保護するシース２３２を含むことができる。通信ケーブル２０８はまた、通信ライン２２８及び電力ライン２３０を外部からの影響から保護する絶縁体２３４を含む（例えば、電気／磁気／放射妨害、ノイズなど）。通信ケーブル２０８は、ブロック２３６で示されるように他のアイテムも含むことができる。

無線デバイス２０６は、無線デバイス２０６のコンポーネントを収容するか、さもなくば連結するハウジング２４８を含む。上述のように、無線デバイス２０６は、ケーブル２０８を介してセンサ２０２から受信したデータを無線で転送する。ケーブル２０８は、ケーブルインタフェース２１０を介して無線デバイス２０６に物理的に連結している。ケーブルインタフェース２１０は、永久接続（例えば、はんだ、圧着など）を含むことができ、及び／又はケーブル２０８を無線デバイス２０６に連結可能にするは着脱可能な接続（例えば、オス／メス接続、接点接続など）を含むことができる。いくつかの例で、ケーブル２０８は、工具を用いずに無線デバイス２０６に連結することができる。

無線デバイス２０６は、ケーブルインタフェース２１０を介して信号を受信し処理するセンサ通信回路２５０を含む。そして、無線デバイス２０６は、このデータを遠隔デバイスに無線で転送することができる。プロセス産業における無線通信プロトコルのいくつかの好ましい例には、ハイウェイアドレス可能遠隔リモートトランスデューサ（ＨＡＲＴ）（登録商標）プロトコル、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスプロトコル、又は、ＩＥＣ６２５９１（２．４ＧＨｚ ＩＳＭバンド）などの無線プロセス通信プロトコルが含まれる。この無線転送無線通信回路２５２は、無線コンポーネント２５４を介して遠隔地へ無線転送するための信号を処理する。無線コンポーネント２５４は、アンテナ及び他の放送コンポーネントを含むことができる。センサ通信回路２５０は、データ又はコマンドをセンサ２０２に送信することもできる。例えば、ユーザは、無線デバイス２０６のユーザインタフェースコンポーネント２５６を作動させて、センサ２０２（例えば、接続の確立、キャリブレーションの実行、センサ感度の制御など）の動作を制御することができる。

ユーザは、ユーザインタフェースコンポーネント２５６を介して無線デバイス２０６と対話して、無線デバイス２０６（及び引き延ばされたセンサ２０２を介し）と別の遠隔デバイスとの間の無線接続を初期化することができる。ユーザインタフェースコンポーネント２５６は、表示部、電気ボタンなどを含むことができ、これらはまた、無線デバイス２０６及びケーブル２０８を介して無線デバイス２０６に連結された任意のセンサ２０２の他の機能の制御を容易にすることができる。

無線デバイス２０６の上述したコンポーネントは、電源２５８によって電力が供給され得る。いくつかの例で、無線デバイス２０６は、付加された若しくは外部の電源又は電力ライン２３０により電力が供給され得る。もちろん、上述のコンポーネントは例に過ぎず、無線デバイス２０６は、ブロック２６０で示されるように他のアイテムも含むことができる。

本発明を好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えることができることが理解されよう。

Claims (13)

1. 無線センサモジュールアセンブリであって、
   ガスセンサであって、保護領域内に取り付け可能なセンサハウジングと、前記センサハウジング内に配置され、ガスをセンシングし、センシングされたガスを示すガスセンサ信号を生成するように構成されたガスセンシング素子とを含むガスセンサと、
   無線デバイスであって、ユーザがアクセス可能な場所に取り付け可能であり、前記センサハウジングから離れて配置される無線デバイスハウジングと、前記ガスセンサ信号を受信するように構成された通信回路部と、前記無線デバイスハウジング内に配置され、プロセス産業無線標準プロトコルに従い、前記ガスセンサ信号に基づいて、無線情報を遠隔デバイスに転送するように構成された無線転送部とを含む無線デバイスと、
   前記ガスセンシング素子を前記無線デバイスの前記通信回路部に物理的及び通信可能に接続する通信ケーブルと
   を含む、無線センサモジュールアセンブリ。
2. 前記通信ケーブルがシース及び絶縁体を含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
3. 前記通信ケーブルが、前記センサ及び前記無線デバイスに電力を供給するための電力線を含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
4. 第２のセンサを更に含み、前記第２のセンサが、第２の通信ケーブルを介して前記通信回路部に連結される第２のセンシング素子を含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
5. 前記無線デバイスが、ユーザインタフェース機構部を含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
6. 前記ユーザインタフェース機構部が、前記ガスセンサでセンシングされた電流値を表示する表示部を含む、請求項５に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
7. 前記ユーザインタフェース機構部が、作動時に前記ガスセンサをキャリブレートするユーザ作動機構部を含む、請求項５に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
8. 前記無線デバイスが、前記通信ケーブルを着脱可能に接続するケーブルインタフェースを含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
9. 前記ケーブルインタフェースが工具不用のインタフェースである、請求項８に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
10. 前記ガスセンサがプロセス環境のアクセス不可能な領域に配置され、無線デバイスがプロセス環境のアクセス可能な領域に配置される、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
11. 前記無線転送部が２．４ＧＨｚ ＩＳＭバンドでデータを転送する、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
12. 前記通信ケーブルが、前記ガスセンサ信号が前記無線転送部に受信されるように、前記ガスセンシング素子を前記無線転送部に接続するシールド通信ケーブルであり、
    ここで、前記シールド通信ケーブルが、前記ガスセンシング素子に接続する第１の端部と、前記無線デバイスハウジングのバスに着脱可能に接続する第２の端部とを含む、請求項１に記載の無線センサモジュールアセンブリ。
13. 前記無線デバイスハウジングのバスが複数のポートを含み、各ポートが、複数のセンサに通信可能に接続される複数のシールド通信ケーブルのうちの１つを受けるよう構成されている、請求項１２に記載の無線センサモジュールアセンブリ。

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