JP7487291B2

JP7487291B2 - 密閉コンテナのための検知装置及びコンテナ壁を通してデータを送信するための方法

Info

Publication number: JP7487291B2
Application number: JP2022507390A
Authority: JP
Inventors: ベルデ、ヴァンサン
Original assignee: ズルツァーマネジメントアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2024-05-20
Anticipated expiration: 2040-07-27
Also published as: EP3987252A1; CN114174779A; CN114174779B; BR112022002193A2; MX2022001577A; US20220271849A1; KR20220043182A; EP3772635A1; WO2021023550A1; JP2022543620A

Description

本発明は、密閉コンテナのための検知装置、及び検知装置を使用して、コンテナの内部に位置するセンサから測定されたデータを、コンテナ壁を通してコンテナの外部に送信するための方法に関する。

複数の用途において、密閉コンテナの内部に位置するセンサから測定されたデータを、たとえばコンテナの鋼壁を通してコンテナの外部に送信することが望ましい。具体的には、密閉コンテナの内部に配置された内部回路のセンサ・デバイスによって検出されたセンサ値は、ワイヤ又は他の導体を経由することなくコンテナ壁を通して、コンテナの外部に配置された外部回路に送信されるべきである。したがって、ワイヤレス送信が望まれる。しかしながら、たとえば、コンテナ壁が鋼などの導電性材料から作製されている場合、コンテナの材料によっては、コンテナ壁を通して電磁波を送信することが困難又は不可能である可能性がある。対処しなければならないもう１つの問題は、内部回路のワイヤレス電力供給である。これは、密閉コンテナ内に６０℃以上の高温及び／又は大気圧より高い又は低い圧力が生じる用途において特に課題となる。このような用途の一例は、蒸留塔又は精留塔の内部から塔の鋼製の壁を通して塔の外部にデータを転送することである。

米国特許第６０３７７０４（Ａ）号は、請求項１のプリアンブルによる検知装置、及び請求項１３のプリアンブルによる方法を開示している。

ＥＳ２６３９７６５Ａ１は、コンテナの内部に配置された内部回路と、コンテナの外部に配置された外部回路とを含む検知装置を開示している。内部回路は、センサ・デバイスと、内部コントローラと、デジタル対アナログ変換器と、第１の内部圧電トランスデューサとを有する送信機回路を含む。内部コントローラは、センサ情報を含む２進ワードを形成する。デジタル対アナログ変換器は、この２進ワードに基づいて、位相偏移変調によってキャリア信号を変調し、その結果、送信すべき情報は、コンテナの壁に結合される対応する音響データ信号を作成する第１の内部圧電トランスデューサを制御するために使用されるアナログ信号の位相又は位相変化に含まれる。外部回路は、外部コントローラと、第１の外部圧電トランスデューサと、アナログ対デジタル変換器と有する受信機回路を含む。音響データ信号は、第１の外部圧電トランスデューサによって受信され、アナログ信号から２進ワードを取得するために、アナログ対デジタル変換器に転送されて復調される。内部回路は、エネルギー貯蔵デバイスと第２の内部圧電トランスデューサとを有する受電回路も含む。外部回路の給電回路は、電源と、第２の外部圧電トランスデューサとを含む。給電回路は、第２の外部圧電トランスデューサを介してコンテナの壁に結合されたパワー信号を作成する。第２の内部圧電トランスデューサは、このパワー信号を受信し、エネルギー貯蔵器に電気パワーを供給する。エネルギー貯蔵器に貯蔵された電気エネルギーは、内部回路を動作させるために使用することができる。しかしながら、位相変調には複雑な回路が必要であり、したがって、著しい量のエネルギーを消費する。

米国特許出願公開第２０１５／００４９５８７（Ａ１）号では、別の検知装置が開示されている。内部回路及び外部回路は、データとエネルギーの同時双方向伝送のために１対の圧電トランスデューサを使用する。キャリア信号は、外部回路によって変調され、情報及びエネルギーを内部回路に伝送することが可能である。内部回路では、キャリア信号のエンベロープが決定され、アナログ対デジタル変換器によってサンプリングされる。内部から外部への通信は、外部回路によって作成された連続波キャリア信号を内部回路の圧電トランスデューサに印加することによって実現される。内部回路のトランスデューサは、吸収特性又は反射特性を変化させることが可能であり、したがって、連続波キャリア信号を変調して、外部回路に反射させて戻すことができる。同様に、この検知装置も複雑であり、多くのエネルギーを消費する。

ＤＥ１０２００７０３８４１９Ａ１によるセンサ構成は、測定値に応じて発振キャリア信号を変調することによって、測定値をコンテナの内部から外部に送信するように構成される。この変調された信号は音響波に変換され、コンテナ壁を通して送信される。

ＤＥ１０２００４０１４２８８Ａ１は、データ及びエネルギーをコンテナの壁を通して伝送するためのデバイス及び方法を開示している。外部回路は、コンテナ壁内に音響パワー信号を結合するためのオシレータ、外部トランスデューサを備える。内部受電回路は、エネルギー貯蔵デバイスと、受信した音響パワー信号を、エネルギー貯蔵デバイスに貯蔵され得る電気パワーに少なくとも部分的に変換するように構成された内部トランスデューサとを有する。

米国特許第６０３７７０４（Ａ）号ＥＳ２６３９７６５Ａ１米国特許出願公開第２０１５／００４９５８７（Ａ１）号ＤＥ１０２００７０３８４１９Ａ１ＤＥ１０２００４０１４２８８Ａ１

本発明の目的は、特に密閉コンテナ内の物理的パラメータを検知するための検知装置及び方法を提供し、それぞれのデータを、コンテナ壁を通してコンテナの外部に送信することであり、これは少なくとも、少量のデータを、コンテナ壁を通して送信するのに適しており、単純であり、特にコンテナ内に生じる高温及び／又は高圧若しくは低圧の状態に対して耐性があり、エネルギー消費を最小限に抑える。

この目的は、請求項１の特徴を備えた検知装置及び請求項１３の特徴を備えた方法によって解決される。

本発明の検知装置は、密閉コンテナの内部に配置されるように構成された内部回路と、密閉コンテナの外部に配置されるように構成された外部回路とを含む。内部回路は、センサ・デバイスと、内部コントローラと、第１の内部圧電トランスデューサとを有する送信機回路を含む。内部コントローラは、センサ・デバイスから受信したセンサ情報を含む出力信号を作成するように構成される。センサ情報は、センサ・デバイスによって検出又は測定された物理的パラメータを特徴付けるセンサ値を含む。したがって、コントローラの出力信号も、センサ・デバイスによって検出又は測定された前記物理的パラメータを特徴付ける。コントローラ出力信号は、第１の内部圧電トランスデューサに印加される。結果として、第１の内部圧電トランスデューサは、コントローラ出力信号に基づいて音響データ信号を作成する。第１の内部圧電トランスデューサは、第１の内部圧電トランスデューサが音響データ信号をコンテナの壁に結合するように配置される。外部回路は、受信機回路を有する。受信機回路は、第１の外部圧電トランスデューサと、外部コントローラとを備える。第１の外部圧電トランスデューサは、コンテナの壁を通して送信された音響データ信号を受信するように配置される。外部コントローラは、受信したデータ信号に含まれるセンサ情報を取得するように構成される。センサ情報は、さらに処理され得、且つ／又は（たとえば、ディスプレイ上に）出力及び／若しくは外部デバイスに送信され得る。

コントローラ出力信号及び／又はデータ信号は、コントローラ出力信号及び／又はデータ信号の振幅又は位相にセンサ情報が含まれない方法で作成される。そうではなく、コントローラの出力信号及び／又はデータ信号は、少なくとも１つの信号部分の持続時間を変化させることによって符号化される。コントローラ出力信号及び／又はデータ信号は、区別可能な信号部分の時間シーケンス、すなわち、発振信号部分及び一定信号部分の少なくとも１つのシーケンスを単に含む。送信すべき２進値は、少なくとも１つの信号部分の持続時間によって特徴付けられる。そうすることで、振幅、位相、又は周波数を変調する複雑な構成要素を設ける必要なしに、情報がコントローラ出力信号及び／又はデータ信号に符号化され得る。音響データ信号の単純で耐性がある符号化は、コンテナ壁を通した送信中にデータ信号に影響を与え得る、動作している容器（ｖｅｓｓｅｌ）の低周波振動の影響を受けない。

全体として、本発明の検知装置は、密閉コンテナ内の物理的パラメータを検知し、それぞれのデータを、コンテナ壁を通してコンテナの外部に送信するのに特に適しており、単純で耐性があり、エネルギー消費を最小限に抑える。さらなる利点は、検知装置が乗算器又は信号処理を必要としないことである。

コントローラ出力信号は、センサ情報を含むように符号化されることが好ましく、コントローラ出力信号を直接使用して、第１の内部圧電トランスデューサを駆動することができる。具体的には、第１の内部圧電トランスデューサによって音響データ信号が作成された後、音響データ信号は、さらなる信号処理及び／又は符号化なしに、コンテナの壁に結合されるだけである。有利な実施例では、コントローラ出力信号は、パルス幅変調に基づいてセンサ情報を含むように作成される。したがって、コントローラ出力信号及びデータ信号は、センサ情報と任意選択で追加情報とを含むパルス幅変調信号である。

内部回路の構造が単純であるため、必要な構成要素の数は少なくて済む。これらの構成要素は、コンテナの内部の過酷な条件に耐えるように選択することができる。コンテナは、たとえば、蒸留塔又は精留塔である。蒸留塔の内部回路は、少なくとも６０℃から最大約２２５℃の温度にさらされる。

好ましい実施例では、内部コントローラは、コントローラ出力信号を直接印加するために、第１の内部圧電トランスデューサへのさらなる修正又は増幅なしに、第１の内部圧電トランスデューサと直接結合される。

非同期送信を実現することが好ましい。上記で説明したように、データ信号は内部回路から外部回路に送信され得る。電気パワーは、常時、外部回路から内部回路に送信され得る。外部回路は、電源に接続され且つ第２の外部圧電トランスデューサを含む給電回路を含み得る。給電回路は、第２の外部圧電トランスデューサを制御することによって、パワー信号、好ましくは音響パワー信号を作成するように構成される。第２の外部圧電トランスデューサは、パワー信号をコンテナの壁に結合するように配置される。パワー信号は、一定の発振周波数を有し得る。このような実施例では、内部回路は、エネルギー貯蔵デバイスと第２の内部圧電トランスデューサとを有する受電回路を含み得る。第２の内部圧電トランスデューサは、コンテナの壁を通してパワー信号を受信するように配置される。第２の内部圧電トランスデューサに印加された振動は、少なくとも部分的に電気パワーに変換され、内部回路を動作させるためにエネルギー貯蔵デバイスに貯蔵され得る。

前述のように、内部回路の送信機回路は、パルス幅変調を使用してコントローラ出力信号及び／又はデータ信号を作成するように構成され得る。本発明によれば、コントローラ出力信号及び／又はデータ信号は、発振信号部分及び一定信号部分によってそれぞれ形成された少なくとも１つのシーケンス、好ましくは複数のシーケンスを含む。発振信号部分の後に一定信号部分が直接続く場合があり、又はその逆の場合もある。少なくとも１つのシーケンスの合計持続時間及び／又は発振信号部分の持続時間及び／又は一定信号部分の持続時間は、２進値のうちの一方を特徴付ける。たとえば、第１の持続時間が２進値のうちの一方（たとえば、「０」）を特徴付け、異なる第２の持続時間が２進値のうちのそれぞれの他方（たとえば、「１」）を特徴付けるように、発振部分の持続時間が変化し得る。

発振信号部分の振幅及び／又は周波数は一定であることが好ましい。一定信号部分の振幅は、一定であり、好ましくはゼロである。

一実施例では、１つの発振信号部分の発振の数が、２つの可能な２進値のうちの一方を特徴付ける。たとえば、第１の数の発振は、２進値のうちの一方（たとえば「０」）を特徴付け、異なる第２の数の発振は、２進値のうちのそれぞれの他方（たとえば「１」）を特徴付ける。

内部回路の送信機回路は、センサ情報が（音響）データ信号の周波数に含まれることなく、コントローラ出力信号及び／又はデータ信号を作成するように構成され得る。具体的には、外部回路において取得されるべきセンサ情報又は他の情報を符号化するために、発振部分の周波数変調は実行されない。

送信機回路、たとえばセンサ・デバイスは、少なくともセンサ・デバイスからのセンサ情報を文字列として含む、送信すべき情報を提供するように構成されることが好ましい。この文字列は、たとえばＡＳＣＩＩコード又は文字を定義するための任意の他の知られているコードを使用することによって、２進値で符号化され得る。そうすることで、文字列を文字ごとに複数の２進値のワードに変換することができる。すでに上記で説明したように、このワードは、コントローラ出力信号を符号化するために使用される。

コントローラ出力信号は、測定値以外の追加情報、たとえば測定のタイプを特徴付ける識別子を含み得る。測定値に関連付けられる識別子は、測定値を識別することを可能にする任意の記号又はワードとすることができ、たとえば「Ｔ」又は「Ｔｅｍｐ」を温度値に対する識別子として使用することができる。同様に、「Ｐ」又は「Ｐｒｅｓｓｕｒｅ」を圧力値に対する識別子として使用することができ、且つ／又は「Ｈ」又は「Ｈｕｍ」を湿度値に対する識別子として使用することができる。これにより、内部回路で２つ以上のセンサ・デバイスを使用することが可能になる。したがって、コントローラ出力信号及びデータ信号は、２つ以上のセンサ・デバイスのセンサ情報を含み得る。

本発明による好ましい実施例について、以下の添付図面を参照して説明する。

密閉コンテナの内部に配置された内部回路と、コンテナの外部に配置された外部回路とを含む検知装置の概略図である。内部回路及び外部回路の一実施例の概略図である。センサ情報を符号化及び復号するための好ましい方法を示す流れ図である。内部回路においてコントローラ出力信号を符号化するための好ましい原理の概略図である。センサ情報を音響データ信号に符号化するための内部回路での信号処理中、コンテナの壁を通した音響信号の送信中、及びセンサ情報を取得するための外部回路での信号処理中の信号形態の概略図である。一方はデータ伝送に使用される周波数量、他方は電力伝送に使用される周波数量の異なる周波数量を示す概略図である。

図１は、検知装置１０の極めて概略的な図である。検知装置１０は、密閉コンテナ１１内の物理的パラメータを検出又は測定し、物理的パラメータを特徴付ける音響データ信号を作成し、音響データ信号をコンテナ１１の外部にワイヤレスで送信するように構成される。本実施例では、検知装置１０は、エネルギーをコンテナ１１の中にワイヤレスで供給するようにさらに構成される。本明細書に記載の実施例において、コンテナ１１は蒸留塔とすることができる。

検知装置１０は、密閉コンテナ１１の内部に配置された内部回路１２と、コンテナ１１の外部に配置された外部回路１３とを含む。内部回路１２及び外部回路１３は、送信側で音響振動を壁１４に結合し、反対の受信側で音響振動を受信することによって、コンテナ１１の壁１４のうちの１つを通してワイヤレスで互いに通信する。

内部回路１２及び外部回路１３はそれぞれ、内部回路１２と外部回路１３との間それぞれの、内部から外部へのデータ伝送用に構成されたある回路部分と、外部から内部への電力伝送用に構成された別の回路部分とを含む。具体的には、内部回路１２は、送信機回路１５及び受電回路１６を含み、外部回路１３は、受信機回路１７及び給電回路１８を含む。

図２に、内部回路１２及び外部回路１３の好ましい実施例を概略的に示す。送信機回路１５は、コンテナ１１内の物理的パラメータを、たとえば、温度、圧力、湿度、又は任意の他の所望値として測定するように構成されたセンサ・デバイス２２を備える。センサ・デバイスは、測定値に基づいてセンサ値ＳＶを作成する。好ましい実施例では、センサ・デバイス２２は、センサ値ＳＶ：ｓｅｎｓｏｒｖａｌｕｅを含むセンサ情報ＳＩを作成するように構成される。センサ情報ＳＩ：ｓｅｎｓｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎは、送信機回路１５の内部コントローラ２３に送信される。この実施例では、センサ・デバイス２２はライブラリを含み、図３をより詳細に参照して以下で説明するように、作成されたセンサ情報ＳＩは文字列ＳＴＲ：ｓｔｒｉｎｇｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｓの形態を取り得る。

内部コントローラ２３は、センサ情報ＳＩに基づいて、送信機回路１５の第１の内部圧電トランスデューサ２４を制御するために使用されるコントローラ出力信号ＯＳを作成する。そうすることで、第１の内部圧電トランスデューサ２４は、出力信号ＯＳに対応する音響データ信号ＤＳ：ａｃｏｕｓｔｉｃｄａｔａｓｉｇｎａｌを生成する。送信機回路１５の第１の内部圧電トランスデューサ２４は、コンテナ１１の壁１４に結合され、したがって、音響データ信号ＤＳをコンテナ１１の壁１４に結合するように配置され、その結果、音響データ信号ＤＳは、前記壁１４を通して送信され、コンテナ１１の外部で受信され得る。

第１の内部圧電トランスデューサ２４は、圧力嵌めを作成し得る、且つ／又は嵌め合い及び／若しくは材料接合接続を形成し得る任意の適切な接続手段を使用することによって壁１４に接続される。この実施例では、第１の内部圧電トランスデューサ２４と壁との間に接続層２５が設けられる。この接着性接続層２５は、第１の内部圧電トランスデューサ２４に対して、より弾性又は柔軟性のある支持体を提供し、第１の内部圧電トランスデューサ２４が確実に振動又は発振できるようにする。接続層２５は、第１の内部圧電トランスデューサ２４を壁１４に固定するための接着性層を形成できることが好ましい。たとえば、接着性接続層２５として、アクリル材料を使用することができる。

受信機回路１７は、好ましくは第１の内部圧電トランスデューサ２４と一直線に位置合せして壁１４に結合された、第１の外部圧電トランスデューサ３０を備える。第１の外部圧電トランスデューサ３０は、第１の内部圧電トランスデューサ２４と同様の任意の適切な接続手段によって、好ましくは接着性接続層２５を使用することによって、壁１４に接続され得る。

受信機回路１７は、増幅器３１、コンパレータ３２、及び外部コントローラ３３をさらに備える。第１の外部圧電トランスデューサ３０は、音響データ信号ＤＳを受信し、音響データ信号ＤＳに対応する発振アナログ・トランスデューサ出力信号ＴＯ：ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌを作成する。第１の外部圧電トランスデューサ３０は、増幅器３１に接続されて、トランスデューサ出力信号ＴＯを増幅器３１に提供し、増幅器３１は、増幅されたトランスデューサ出力信号ＴＯＡ：ａｍｐｌｉｆｉｅｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌを出力する。増幅器は、コンパレータ３２に接続されて、増幅されたトランスデューサ出力信号ＴＯＡをコンパレータ３２の入力側に提供する。コンパレータ３２は、増幅されたトランスデューサ出力信号ＴＯＡをデジタル化するように構成され、対応するコンパレータ信号ＣＳ：ｃｏｍｐａｒａｔｏｒｓｉｇｎａｌを出力する。コンパレータ３２は、コンパレータ信号ＣＳを受信するように構成された外部コントローラ３３に接続される。外部コントローラ３３では、音響データ信号ＤＳに含まれる情報、具体的にはセンサ情報ＳＩが取得され、さらに処理又は出力され得る。本実施例では、図示のように、外部コントローラ３３は、音響データ信号ＤＳに含まれる取得された情報を、ディスプレイ３４又は任意の他の適切なユーザインターフェースデバイス上に出力する。

さらに図２を参照すると、外部コントローラ３３は、給電回路１８の制御可能な給電器（ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ）３８を制御するようにさらに構成される。給電器３８は電源３９に接続され、電源３９は、ＡＣ又はＤＣ電源３９とすることができる。電源３９は、たとえば、ＡＣ電力を提供する送電網である。給電器３８は、提供された電力を電源３９からより高い周波数の交流信号に変換するスイッチング・ユニット４０を備え得る。給電器３８は、交流信号を増幅するためのドライバ・ユニット４１をさらに備え得る。そうすることで、給電器３８は交流供給信号ＡＳ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｓｕｐｐｌｙｓｉｇｎａｌを生成する。図６に概略的に示すように、交流供給信号ＡＳは、方形波信号とすることができる。給電器３８は、電源３９によって提供される電力を交流供給信号ＡＳに変換するために、任意の既知の変換器トポロジを使用することができる。交流供給信号ＡＳは、給電器３８から出力され、第２の外部圧電トランスデューサ４２を制御するために使用される。第２の外部圧電トランスデューサ４２は、内部回路１２の受電回路１６への送信のために、壁１４に結合される音響パワー信号ＰＳ：ａｃｏｕｓｔｉｃｐｏｗｅｒｓｉｇｎａｌを作成する。

音響パワー信号ＰＳは超音波信号であることが好ましい。本実例では、交流供給信号ＡＳ及び音響パワー信号ＰＳの周波数は、少なくとも１ＭＨｚである。交流供給信号ＡＳ及び音響パワー信号ＰＳの周波数は、一定であり得る。

第２の外部圧電トランスデューサ４２は、音響パワー信号ＰＳを壁１４に結合するために、第１の外部圧電トランスデューサ３０から離れた位置又は直接隣接する位置で壁１４に接続される。音響パワー信号ＰＳの受信のために、受電回路１６は、好ましくは第２の外部圧電トランスデューサ４２と一直線に位置合せして壁１４に結合された、第２の内部圧電トランスデューサ４３を備える。第２の内部圧電トランスデューサ４３は、壁１４を通して受信された音響パワー信号ＰＳに対応する電気パワー信号ＰＥ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｉｇｎａｌを作成するように構成される。

他の圧電トランスデューサ２４、３０と同様に、第２の外部圧電トランスデューサ４２及び第２の内部圧電トランスデューサ４３もまた、任意の適切な接続手段によって、好ましくは接着性接続層２５を使用することによって壁１４に接続され得ることに留意されたい。好ましい実施例では、圧電トランスデューサ２４、３０、４２、４３のすべての共振周波数量は、約４０ｋＨｚである。代替として、トランスデューサの各対は、異なる共振周波数を有し得る。互いに通信するために設けられた共通の１対２４、３０及び４２、４３のトランスデューサは、好ましくは同じ共振周波数を有し、同一であり得る。

第２の内部圧電トランスデューサ４３に加えて、受電回路１６は、ＤＣ変換器４４と、エネルギー貯蔵デバイス４５とを備える。ＤＣ変換器４４は、電気パワー信号ＰＥの受信のために、第２の内部圧電トランスデューサ４３に直接接続されることが好ましい。ＤＣ変換器４４は、交流電気パワー信号ＰＥを、内部回路１２の構成要素を動作させるのに適したＤＣ電圧ＤＣＶ：ＤＣｖｏｌｔａｇｅに変換するように構成される。本発明の１つの好ましい実施例では、ＤＣ電圧ＤＣＶ量は、約５Ｖであり得る。エネルギー貯蔵デバイス４５は、ＤＣ変換器４４の出力に接続される。ＤＣ変換器４４によって提供される電気パワーは、エネルギー貯蔵デバイス４５内に貯蔵される。ＤＣ変換器４４は、ＤＣ変換器４４の出力及びエネルギー貯蔵デバイス４５において、ＤＣ電圧ＤＣＶを制御するように構成される。

具体的には、図２に示すように、ＤＣ変換器４４は、整流器４６、たとえば、ダイオードブリッジを備え得る。ダイオードブリッジは、好ましくは、電気パワー信号ＰＥを整流するため、したがって整流されたパワー信号ＰＲを提供するための４つのダイオードを備える。整流器４６は、制御可能なスイッチング要素を含まずダイオードのみで形成されることが好ましい。整流器４６と直列の電圧制御器４７は、整流されたパワー信号ＰＲを受信し、ＤＣ電気パワーをエネルギー貯蔵デバイス４５に供給し、それによってＤＣ電圧ＤＣＶを事前設定されたＤＣ電圧値に対応するように制御するように構成される。好ましい実施例では、エネルギー貯蔵デバイス４５は、少なくとも１つのコンデンサ４８を備える。エネルギー貯蔵デバイス４５は、好ましくは、電気エネルギーを貯蔵するための１つ又は複数のコンデンサ４８によってのみ形成される。図２に示すように、制御されたＤＣ電圧ＤＣＶ及び貯蔵されたエネルギーは、送信機回路１５、具体的には内部コントローラ２３及び／又はセンサ・デバイス２２を動作させるために提供される。

すでに述べたように、コンテナ１１は蒸留塔とすることができる。内部回路１２は、約２２５℃の温度及び蒸留塔内で処理される化学物質にさらされる。したがって、内部回路１２に使用される構成要素は、これらの過酷な条件に耐えなければならない。好ましい実施例では、内部回路１２に以下の構成要素が使用される。
－内部コントローラ２３として、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌＨＴ８３Ｃ５１
－セラミックコンデンサ４８、たとえば、ＫｅｍｅｔＴＣＲシリーズ
－電圧制御器４７として、ＨｏｎｅｙｗｅｌｌＨＴＰＬＲＥＧ
－整流器４６のダイオードブリッジを形成するための２つのＣＨＴ－ＣＡＬＬＩＳＴＯ（それぞれ２つのダイオードを含む）
－圧電トランスデューサとして、ＴＲＳＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓのＴＲＳ２００ＨＤ

内部回路１２全体は、保護用プラスチック材料、たとえばエポキシに包み込まれていることが好ましい。任意選択として、内部回路１２は、追加として又は代替として、蒸留塔内で処理される化学物質のタイプに応じて、保護用筐体内に配置され得る。

受電回路１６のエネルギー貯蔵デバイス４５内に十分なエネルギーを確実に貯蔵するには、様々な可能性が存在する。この実施例では、外部コントローラ３３は、規則的な事前定義された時間間隔で、又は代替として、要求を受信した時などの任意のトリガイベント時に、給電回路１８を起動させ得る。給電回路１８の起動に続いて、決定された電力伝送期間の間に、音響パワー信号ＰＳが作成される。この電力伝送期間中、音響パワー信号ＰＳは、１ＭＨｚ以上の一定周波数を有し得る。電力伝送期間の持続時間は、送信機回路１５を動作させて少なくとも１つの音響データ信号ＤＳを受信機回路１７に送信できるようにするのに十分な電気パワーが受電回路１６に伝送される程度に、十分な長さである。この手順により、受電回路１６へのエネルギー伝送を、音響データ信号ＤＳを用いて実際のセンサ情報ＳＩを送信するためのトリガ又は要求として使用することも可能になる。

図３～図５を参照して、データ伝送用に作成及び使用される信号について詳細に説明する。

前述のように、センサ・デバイス２２はセンサ値ＳＶを測定し、センサ値ＳＶに基づいて、文字列ＳＴＲの形式のセンサ情報ＳＩが作成され、内部コントローラ２３に送信される。図３の実例では、センサ・デバイス２２は温度センサであり、文字列ＳＴＲは、測定されたセンサ値ＳＶが温度値であることを示す識別子（たとえば、「Ｔ」若しくは「Ｔｅｍｐ」又は「Ｔ＝」若しくは「ＴＥＭＰ＝」）を含む。識別子は、文字列ＳＴＲの先頭にあり得る。識別子に続いて、測定されたセンサ値ＳＶ（たとえば、温度値）がそれぞれの単位とともに文字列ＳＴＲに含まれる。

図示の実施例の代替として、センサ値ＳＶは、センサ・デバイス２２から内部コントローラ２３に送出され得、内部コントローラ２３は、文字列ＳＴＲを作成するように構成され得る。

識別子は、文字列ＳＴＲ内の既定数の文字を含むことが好ましい。また、センサ値ＳＶ及び単位は、文字列ＳＴＲ内の既定数の文字を含み得る。そうすることで、内部コントローラ２３は、文字列ＳＴＲが事前定義された合計文字数を含むかどうかの妥当性確認を実行することができる。これにより、作成又は送信された文字列ＳＴＲにおける少なくともいくつかの障害を検出することが可能になる。

内部コントローラ２３によって、この文字列ＳＴＲは、複数の２進値（０又は１）を含む２進ワードＢＷ：ｂｉｎａｒｙｗｏｒｄに変換される。文字列ＳＴＲを変換するために、ＡＳＣＩＩコード又は任意の他の適切なコードが使用され得る。この実例では、ＡＳＣＩＩコードを使用することによって、文字列ＳＴＲ内の各文字がＡＳＣＩＩコード番号に変換され、このＡＳＣＩＩコード番号は、定義された長さ、たとえば８ビットの長さのビットシーケンスを形成する２進数に変換される。したがって、各ビットシーケンスは、文字列ＳＴＲの１文字に対応する。たとえば、識別子の最初の文字は「Ｔ」であり、「Ｔ」はＡＳＣＩＩコード値０２０に対応し、ＡＳＣＩＩコード値０２０は、８ビットシーケンス０００１０１００に対応する。すべてのビットシーケンスが追加されて、２進ワードＢＷが形成される。このようにして、文字列ＳＴＲ内のすべての文字がビットシーケンスに変換され、連結されて完全な２進ワードＢＷが形成される。

送信機回路１５が２つ以上のセンサ・デバイス２２も含み得ることに留意されたい。内部コントローラ２３は、１つ又は複数のセンサ・デバイス２２から送信される２つ以上の文字列ＳＴＲを追加して、１つの２進ワードＢＷを形成し得る。２進ワードＢＷに含まれる識別子により、含まれる各センサ値ＳＶを識別することが可能になる。

２進ワードＢＷを作成した後、内部コントローラ２３は、図４に概略的に示すように、２進ワードＢＷに基づいて、パルス幅変調コントローラ出力信号ＯＳを作成する。

コントローラ出力信号ＯＳは、発振信号部分ＰＯ：ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌ及び一定信号部分ＰＣ：ｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌによってそれぞれ形成された複数のシーケンスＳを含むように形成される。発振信号部分ＰＯは、一定の周波数を有する方形波信号であることが好ましく、すべてのパルスが同じピーク値を有し得る。一定信号部分ＰＣは一定の振幅を有し、たとえば、一定信号部分ＰＣの振幅はゼロであり得る。したがって、各シーケンスＳは、バーストシーケンスと見なされ得る。

本実施例では、信号部分ＰＯ、ＰＣのうちの少なくとも一方の持続時間は、関連値にそれぞれ対応する異なる持続時間量が指定されるように変化する。この実例では、２つの異なる持続時間量、すなわち、１つずつ２進値０又は１が定義されている。それぞれ異なる持続時間数が使用される場合、２つ以上の異なる値を区別することも可能である。

具体的には、図４に示すように、発振信号部分ＰＯは、２進値０に対応する第１の持続時間ｔ１若しくは２進値１に対応する第２の持続時間ｔ２のいずれか、又はその逆を有する。個々のシーケンスＳの発振信号部分ＰＯを互いに区別するために、各発振信号部分ＰＯの後に一定信号部分ＰＣが続く。この実例では、第２の持続時間ｔ２は、第１の持続時間ｔ１よりも短い。第１の持続時間ｔ１は、第２の持続時間ｔ２よりも少なくとも１．５～２．０倍長い場合がある。好ましい一実施例では、第１の持続時間ｔ１は４ｍｓであり、第２の持続時間ｔ２は２ｍｓである。この持続時間の差異により、信号送信がノイズを受けている場合でも、符号化された２進値０と１とを明確に区別することが可能になる。

一定信号部分ＰＣは、好ましくは、少なくとも第１の持続時間ｔ１と同じ長さである一定の第３の持続時間ｔ３を有する。この実施例では、第３の持続時間ｔ３は、第１の持続時間ｔ１よりも少なくとも２．０倍長い。第２の持続時間ｔ３の量は、１０ｍｓである。一定信号部分ＰＣの第３の持続時間ｔ３を一定に保ち、発振信号部分ＰＯの持続時間を変化させると、図４に示すようにシーケンスＳの合計持続時間が変化し、信号送信の合計時間が可能な限り短く保たれる。

音響データ信号ＤＳは、パルス幅変調コントローラ出力信号ＯＳに基づいて第１の内部圧電トランスデューサ２４によって作成され、第１の外部圧電トランスデューサ３０への送信のために壁１４に結合される。図５に示すように、音響データ信号ＤＳの振幅は、送信中の減衰効果に起因して減少し得る。したがって、トランスデューサ出力信号ＴＯは、音響データ信号ＤＳと比較して振幅が小さい。この理由から、増幅器３１が設けられ、トランスデューサ出力信号ＴＯを増幅するように構成される。したがって、増幅されたトランスデューサ出力信号ＴＯＡは、トランスデューサ出力信号ＴＯと比較して振幅が大きい。増幅されるトランスデューサ出力信号ＴＯＡの振幅が大きくなると、増幅されたトランスデューサ出力信号ＴＯＡをデジタル化してコンパレータ信号ＣＳを形成する際に、コンパレータの識別精度が向上する。図５に概略的に示すように、コンパレータ信号ＣＳは、一定の振幅を有する部分によって互いに分離された方形波交流部分を含む。したがって、コンパレータ信号は、コントローラ出力信号ＯＳに含まれるシーケンスＳをマッピングするデジタル信号である。

図４を再び参照すると、外部コントローラ３３は、コンパレータ信号ＣＳを受信する。含まれるセンサ情報ＳＩを取得するために、外部コントローラ３３は、コンパレータ信号ＣＳ内の個々の交流部分のパルスをカウントする。コンパレータ信号ＣＳの１つの個々の交流部分に含まれるパルス数に応じて、外部コントローラ３３は、コンパレータ信号ＣＳのこの交流部分が２進値０に対応するか２進値１に対応するかを判定する。具体的には、コンパレータ信号ＣＳの個々の交流部分が第１の数のパルス（たとえば、１６０パルス）を有する場合、そのコンパレータ信号ＣＳは、第１の持続時間ｔ１を有する発振信号部分ＰＯに基づいて作成されたものであり、コンパレータ信号ＣＳの個々の交流部分が、第２のパルス数（たとえば、８０パルス）を有する場合、そのコンパレータ信号ＣＳは、第２の持続時間ｔ１を有する発振信号部分ＰＯに基づいて作成されたものである。そうすることで、２進ワードＢＷは、外部コントローラ３３によって復号され得る。

後続のステップにおいて、外部コントローラ３３は、２進ワードＢＷを再び文字列ＳＴＲに変換するために、内部コントローラ２３と同じコード、この実施例ではＡＳＣＩＩコードを使用する。復号された文字列ＳＴＲは、表示され得る、且つ／又はその他の方法で使用され得る。

上記で説明したようにパルス幅変調コントローラ出力信号ＯＳにおけるパルス幅変調の方法に基づいて、送信すべき情報を符号化すると、送信機回路１５及び受信機回路１７の複雑性が著しく低下する。コントローラ出力信号ＯＳの振幅、位相、又は周波数を変調することによって情報が符号化されることはない。また、パルス幅変調コントローラ出力信号ＯＳ及び対応する音響データ信号ＤＳはノイズの影響を受けず、含まれる情報の正しい復号は、単純であり耐性がある。

発振信号部分ＰＯの周波数は、図６に概略的に示すように、交流供給信号ＡＳ及び音響パワー信号ＰＳの周波数よりも著しく低いことが好ましい。これにより、両方の信号ＰＳ、ＤＳが同時に又は重複する期間で送信される場合に、音響パワー信号ＰＳと音響データ信号ＤＳとの間の干渉が回避される。発振信号部分ＰＯの周波数量は、トランスデューサの共振周波数量に対応する、たとえば４０ｋＨｚであり得る。交流供給信号ＡＳの周波数。

情報送信の複雑性が低く、必要な構成要素の数が少ないため、送信回路１５の消費電力は低い。また、内部回路１２に必要なスペースは小さく、約６０ｃｍ^３とすることができる。

１０検知装置
１１コンテナ
１２内部回路
１３外部回路
１４コンテナの壁
１５送信機回路
１６受電回路
１７受信機回路
１８給電回路
２２センサ・デバイス
２３内部コントローラ
２４第１の内部圧電トランスデューサ
２５接続層
３０第１の外部圧電トランスデューサ
３１増幅器
３２コンパレータ
３３外部コントローラ
３４ディスプレイ
３８給電器
３９電源
４０スイッチング・ユニット
４１ドライバ・ユニット
４２第２の外部圧電トランスデューサ
４３第２の内部圧電トランスデューサ
４４ＤＣ変換器
４５エネルギー貯蔵デバイス
４６整流器
４７電圧制御器
４８コンデンサ
ＡＳ交流供給信号
ＢＷ２進ワード
ＣＳコンパレータ信号
ＤＣＶＤＣ電圧
ＤＳ音響データ信号
ＰＳ音響パワー信号
ＯＳ出力信号
ＰＥ電気パワー信号
ＰＣ出力信号の一定部分
ＰＯ出力信号の発振部分
ＰＲ整流されたパワー信号
ＰＳ音響パワー信号
Ｓシーケンス
ＳＩセンサ情報
ＳＴＲ文字列
ＳＶセンサ値
ｔ１第１の持続時間
ｔ２第２の持続時間
ｔ３第３の持続時間
ＴＯトランスデューサ出力信号
ＴＯＡ増幅されたトランスデューサ出力信号

Claims

密閉コンテナ（１１）内の物理的パラメータを検知し、それぞれのデータを、コンテナ壁（１４）を通して前記コンテナ（１１）の外部に送信するための検知装置（１０）であって、密閉コンテナ（１１）の内部に配置されるように構成された内部回路（１２）を含み、前記密閉コンテナ（１１）の外部に配置されるように構成された外部回路（１３）をさらに含み、
前記内部回路（１２）が、センサ・デバイス（２２）と、内部コントローラ（２３）と、第１の内部圧電トランスデューサ（２４）とを有する送信機回路（１５）を含み、前記内部コントローラ（２３）が、前記センサ・デバイス（２２）からのセンサ情報（ＳＩ）を含む、前記第１の内部圧電トランスデューサ（２４）を制御するためのコントローラ出力信号（ＯＳ）を作成するように構成され、前記第１の内部圧電トランスデューサ（２４）が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）に基づいて音響データ信号（ＤＳ）を作成し、前記音響データ信号（ＤＳ）を前記コンテナ（１１）の前記壁（１４）に結合するように構成され、
前記外部回路（１３）が、外部コントローラ（３３）と第１の外部圧電トランスデューサ（３０）とを有する受信機回路（１７）を含み、前記受信機回路（１７）が、前記コンテナ（１１）の前記壁（１４）を通して前記第１の外部圧電トランスデューサ（３０）によって前記音響データ信号（ＤＳ）を受信するように構成され、
前記内部回路（１２）の前記送信機回路（１５）が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／若しくは前記音響データ信号（ＤＳ）の振幅又は位相にセンサ情報（ＳＩ）が含まれることなく、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）を作成するように構成される、検知装置（１０）において、
前記内部回路（１２）の前記送信機回路（１５）が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）が、１つの発振信号部分（ＰＯ）及び１つの一定信号部分（ＰＣ）によって形成される少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）を含むように、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）を作成するように構成され、さらに、前記発振信号部分（ＰＯ）及び／又は前記一定信号部分（ＰＣ）に対して２つの事前定義された持続時間（ｔ１、ｔ２）のうちの一方を選択することによって前記少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）を作成するように構成され、各事前定義された持続時間（ｔ１、ｔ２）が、異なる２進値を特徴付けることを特徴とする、検知装置（１０）。
前記外部回路が、給電器（３８）に接続され、第２の外部圧電トランスデューサ（４２）を備える、給電回路（１８）を含み、前記給電回路（１８）が、音響パワー信号（ＰＳ）を作成し、前記第２の外部圧電トランスデューサ（４２）によって前記音響パワー信号（ＰＳ）を前記コンテナ（１１）の前記壁（１４）に結合するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の検知装置。
前記内部回路が、第２の内部圧電トランスデューサ（４３）とエネルギー貯蔵デバイス（４５）とを有する受電回路（１６）を含み、前記受電回路（１６）が、前記第２の内部圧電トランスデューサ（４３）によって前記コンテナ（１１）の前記壁（１４）を通して前記音響パワー信号（ＰＳ）を受信するように構成されることを特徴とする、請求項２に記載の検知装置。
前記給電回路（１８）が、一定の発振周波数を有する前記音響パワー信号（ＰＳ）を作成するように構成されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の検知装置。
前記コントローラ出力信号（ＯＳ）を前記第１の内部圧電トランスデューサ（２４）に印加するために、前記内部コントローラ（２３）が前記第１の内部圧電トランスデューサ（２４）と直接結合されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記内部回路（１２）の前記送信機回路（１５）が、前記音響データ信号（ＤＳ）の周波数にセンサ情報（ＳＩ）が含まれることなく、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）を作成するように構成されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記内部回路（１２）の前記送信機回路（１５）が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）をパルス幅変調信号の形式で作成するように構成されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）の前記持続時間が、前記少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）が第１の持続時間（ｔ１）を含むか第２の持続時間（ｔ２）を含むかに応じて変化することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記内部回路（１２）の前記送信機回路（１５）が、前記発振信号部分（ＰＯ）に対して２つの事前定義された発振数のうちの１つを選択することによって前記少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）を作成するように構成され、各事前定義された発振数が異なる２進値を特徴付けることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記発振信号部分（ＰＯ）の振幅及び／又は周波数が一定であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記送信機回路（１５）が、少なくとも前記センサ・デバイス（２２）からの前記センサ情報（ＳＩ）を含む送信すべき情報を文字列（ＳＴＲ）に変換し、前記文字列（ＳＴＲ）の各文字を複数の２進値の２進ワード（ＢＷ）に変換するように構成されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の検知装置。
前記送信すべき情報が、前記送信すべき情報に含まれる前記センサ情報（ＳＩ）のタイプを特徴付ける識別子を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の検知装置。
密閉コンテナ（１１）内の物理的パラメータを検知し、それぞれのデータを、コンテナ壁（１４）を通して前記コンテナ（１１）の外部に送信するための検知装置（１０）を使用するための方法であって、前記検知装置（１０）が、密閉コンテナ（１１）の内部に配置された内部回路（１２）と、前記密閉コンテナ（１１）の外部に配置された外部回路（１３）とを含み、前記方法が以下のステップ、すなわち、
前記コンテナ（１１）内のセンサ・デバイス（２２）を用いてセンサ値（ＳＶ）を検知し、前記センサ値（ＳＶ）を特徴付けるセンサ情報（ＳＩ）を提供するステップと、
前記センサ情報（ＳＩ）に基づいてコントローラ出力信号（ＯＳ）を作成する内部コントローラ（２３）に、前記センサ情報（ＳＩ）を送出するステップと、
前記コントローラ出力信号（ＯＳ）に基づいて音響データ信号（ＤＳ）を作成し、前記音響データ信号（ＤＳ）を前記コンテナ（１１）の壁（１４）に結合する第１の内部圧電トランスデューサ（２４）に、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）を送出するステップと、
前記外部回路（１３）の第１の外部圧電トランスデューサ（３０）によって前記コンテナ（１１）の前記壁（１４）を通して前記音響データ信号（ＤＳ）を受信するステップと、
前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）の作成が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）の振幅又は位相がセンサ情報（ＳＩ）を含まないように実行されるステップと
を含む方法において、
前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）の作成が、前記コントローラ出力信号（ＯＳ）及び／又は前記音響データ信号（ＤＳ）が１つの発振信号部分（ＰＯ）及び１つの一定信号部分（ＰＣ）によって形成される少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）を含むように実行され、前記発振信号部分（ＰＯ）及び／又は前記一定信号部分（ＰＣ）に対して２つの事前定義された持続時間（ｔ１、ｔ２）のうちの一方を選択することによって前記少なくとも１つのシーケンス（Ｓ）が作成され、各事前定義された持続時間（ｔ１、ｔ２）が、異なる２進値を特徴付けることを特徴とする、方法。