BR102017001062A2 - Sensor system, and, method for sensing characteristics of a liquid. - Google Patents

Description

“SISTEMA DE SENSOR, E, MÉTODO PARA SENSOREAR CARACTERÍSTICAS DE UM LÍQUIDO” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a sistemas de sensor, em particular para alimentar sistemas de sensores. 2. Descrição da Técnica Relacionada [002] Os sistemas de sensor de combustível tradicionais podem usar sensores líquidos de altura, densitômetros, e outras sondas de sensor para determinar a altura e a quantidade total de combustível no armazenamento de combustível. Além disso, outras propriedades de combustível, tais como a temperatura, podem também ser medidas. Em algumas aplicações de medição, por exemplo, o conhecimento do nível de combustível e quantidade é necessário para apoiar, por exemplo, desligamento automático durante o reabastecimento, avisos de baixo nível independentes, e/ou transferências entre recipientes de armazenamento de combustível.

[003] Esses métodos e sistemas convencionais foram em geral considerados satisfatórios para a sua finalidade pretendida. No entanto, ainda existe uma necessidade na técnica de sistemas e métodos que permitem a detecção de sistemas de combustível melhorada, por exemplo, sistemas em ambientes inflamáveis. A presente invenção fornece uma solução para esses problemas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[004] Um sistema de sensor inclui um sensor ligado operativamente a um recipiente de armazenamento de líquido. Uma unidade eletrônica está operativamente ligada ao sensor. A unidade elétrica inclui uma fonte de energia para fornecer estímulo elétrico ao sensor. Uma antena está operativamente ligada à unidade eletrônica para receber dados a partir da mesma e para fornecer energia para a fonte de energia. A antena está ligada sem fio a uma unidade de processamento remota para transmitir dados para a mesma e para receber energia da mesma.

[005] De acordo com algumas modalidades, o sensor está pelo menos parcialmente disposto no recipiente de armazenamento de líquido e exposto ao líquido. O sensor pode ser um sensor de indutância, por exemplo, um densitômetro, um sensor de resistência, por exemplo, um sensor de temperatura, e/ou um sensor de capacitância, por exemplo, um sensor de altura de fluido. O sensor pode ser um de uma pluralidade de sensores, em que a pluralidade de sensores pode incluir, pelo menos, um sensor de indutância, um sensor de capacitância ou um sensor de resistência. A antena pode ser configurada para estar pelo menos parcialmente do lado de fora do recipiente de líquido. A unidade de processamento remoto pode ser ligada operativamente a uma ou mais antenas configuradas para transmitir e receber sinais sem fio para e a partir da antena. A unidade de processamento remoto pode ser localizada pelo menos parcialmente disposta no exterior do recipiente de armazenamento de líquido ou dentro do veículo de tal forma que as antenas estejam dentro do recipiente de fluido com os componentes eletrônicos. O sistema pode incluir um cabo óptico que liga a unidade eletrônica de sensor para transmitir energia para o sensor e os dados do sensor para a unidade eletrônica. A fonte de energia pode incluir uma batería operativamente ligada a uma antena para armazenar energia recebida da antena.

[006] De acordo com outro aspecto, um método para sensorear as características de um líquido em um recipiente de armazenamento de líquido inclui o fornecimento de energia elétrica a uma unidade eletrônica através de uma antena. A unidade eletrônica está operacionalmente ligada a um sensor. O método inclui a transmissão de dados a partir do sensor para a unidade eletrônica. O método inclui a transmissão sem fios dos dados a partir da unidade eletrônica de uma unidade de processamento remota com a antena. A antena está pelo menos parcialmente disposta no exterior de um recipiente de armazenamento de líquido.

[007] Considera-se que os dados podem incluir pelo menos uma altura, uma densidade, ou uma temperatura do líquido. O sensor pode ser de uma pluralidade de sensores de uma rede de sensores. A rede de sensores pode incluir pelo menos um sensor de altura ou um densitômetro de um sensor de temperatura. O método pode incluir a transmissão e recepção de sinais sem fio para e a partir da antena com pelo menos uma antena adicional operativamente ligada à unidade de processamento remota. O método pode incluir a transmissão de energia através de um cabo óptico da unidade eletrônica para o sensor, e pode incluir armazenamento de energia a partir da antena em uma batería na unidade eletrônica. O método pode incluir a determinação de uma quantidade de líquido no recipiente de armazenamento de líquido com base nos dados transmitidos para a unidade de processamento remota. Os dados podem incluir pelo menos uma altura, uma densidade, ou a uma temperatura do líquido.

[008] Estas e outras características dos sistemas e métodos da invenção do assunto vão se tomar mais aparentes para aqueles versados na técnica da seguinte descrição detalhada das modalidades preferenciais tomadas em conjunto com os desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[009] Para que esses versados na técnica ao qual pertence a invenção do assunto prontamente vão entender como fazer e usar os dispositivos e métodos da invenção do assunto sem experimentação indevida, as modalidades preferenciais respectivas serão descritas em detalhes neste documento abaixo com referência a certas figuras, em que: A FIG. 1 é uma representação esquemática de um sistema de sensor construído de acordo com uma modalidade da presente invenção; A FIG. 2 é um diagrama de fluxo que descreve esquematicamente um método para a detecção de características de um líquido em um recipiente de armazenamento de líquido usando o sistema de sensor da Fig. 1, de acordo com uma modalidade da presente invenção; e A FIG. 3 é uma representação esquemática de uma outra modalidade de um sistema de sensor construído de acordo com uma modalidade da presente invenção, que mostra a unidade eletrônica com antenas que penetram diretamente no recipiente de armazenamento de líquido. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0010] Agora será feita referência às figuras em que numerais de referência identificam atributos estruturais semelhantes ou aspectos da divulgação em questão. Para efeitos de explicação e ilustração, e não como limitação, uma representação esquemática de uma modalidade exemplar de um sistema de sensor de acordo com a divulgação é mostrada na Fig. 1 e é geralmente designada pelo caractere de referência 100. Outras modalidades de sistemas de detecção de nível de líquido de acordo com a divulgação, ou aspectos da mesma, são fornecidas nas Figs. 2-3, como será descrito. As modalidades da presente invenção usam sinais de rádio-frequência (RF) sem fios, em vez de cablagens tradicionais, para remover meios pelos quais uma falha elétrica ou condição externa como um raio podería engajar em condutores elétricos, por exemplo, os encontrados em sistemas de cablagens tradicionais.

[0011] Como mostrado na Fig. 1, um sistema de sensor 100 é mostrado em uma asa 20 de uma aeronave 10. O sistema 100 inclui sensores 102 pelo menos parcialmente dispostos em um recipiente de armazenagem de líquido 104 e expostos a um líquido. Em algumas modalidades, pode não haver necessidade de sensores dispostos dentro do vaso de armazenagem de líquido, por exemplo, eles podem simplesmente ser operativamente ligados ao exterior do recipiente de armazenamento de líquido. O recipiente de armazenagem de líquido 104 está dentro da asa 20. Considera-se que os sensores 102 podem incluir um sensor de indutância, por exemplo, um densitômetro, um sensor de resistência, por exemplo, um sensor de temperatura ou um sensor de capacitância, por exemplo, um sensor de altura de fluido, um sensor de propriedades dielétricas, ou um sensor de condutividade. Onde os sensores 102 são sensores de altura de fluido, eles podem ser sensores de altura de base capacitiva colocados estrategicamente ao longo do recipiente 104, dependentes da geometria do recipiente. As alturas de fluido medidas em cada localização, em conjunto com outras características dos combustíveis (tais como a densidade) podem ser usadas em conjunto para determinar a quantidade total de combustível no recipiente 104, em peso. Considera-se também que o combustível dielétrico pode ser usado para ajustar a altura, e a condutividade do combustível pode ser usada para determinar os níveis de contaminação do combustível.

[0012] Com referência continuada à Fig. 1, uma unidade eletrônica 106 está operativamente ligada a cada um dos sensores 102. De acordo com algumas modalidades, a unidade eletrônica 106 é afastada de e ligada através de um cabo de fibra óptica 114 a uma pluralidade de sensores, por exemplo, como mostrado com sensores 102a e 102b. O cabo óptico 114 conecta unidade eletrônica 106 aos sensores 102a e 102b para transmitir excitação elétrica aos sensores 102a e 102b e dados de sensores 102a e 102b à unidade eletrônica 106. O sistema 100 pode incluir um módulo de excitação 105 operativamente ligado a cada um dos sensores 102a e 102b entre os sensores 102a e 102b e um cabo óptico 114. O módulo de excitação 105 é a principal fonte de energia de RF e comunicação com os equipamentos do sistema associado, por exemplo, unidade eletrônica 106. Assim como unidade eletrônica 106 pode ser independente ou realmente integrada com sensores 102, o módulo de excitação 105 pode igualmente ser integrado com a unidade eletrônica 106, por exemplo, como mostrado nas unidades eletrônicas 106a e 106b.

[0013] De acordo com uma outra modaldade, a unidade eletrônica 106 está diretamente ligada a um respectivo sensor de sensores 102 como um módulo, por exemplo, tais como os sensores 102 e 102d e suas respectivas unidades eletrônicas 106a e 106b. Considera-se que mais do que um dos arranjos da unidade sensor-eletrônica descritos acima pode ser utilizado no mesmo sistema 100. A unidade eletrônica 106, e/ou sensor 102 com a unidade eletrônica 106 que podem ser diretamente ligados como um módulo estão localizados no revestimento da aeronave, por exemplo, perto de uma porta de acesso 119, eliminando ou reduzindo a necessidade de entrada para dentro do recipiente 104 para facilitar a manutenção.

[0014] Com referência continuada à Fig. 1, cada unidade eletrônica 106 inclui uma fonte de energia 108 para fornecer energia ao sensor 102. O sistema 100 inclui antenas 110 operativamente ligadas a cada unidade eletrônica 106 para receber dados a partir das mesmas e para fornecer energia a cada uma das fontes de energia 108. A fonte de energia 108 inclui uma batería 112 operativamente ligada à antena 110 para armazenar energia recebida de uma antena 110. As antenas 110 são dispostas pelo menos parcialmente do lado de fora do recipiente de líquido 104, a fim de transmitir de forma eficaz e receber sinais de RF. Enquanto o sistema 100 é mostrado com uma pluralidade de antenas 110, é contemplado que uma única antena 110 pode ser utilizada para todos os sensores 102, por exemplo, similar ao arranjo entre os sensores 102a e 102b.

[0015] As antenas 110 estão ligadas sem fios a uma unidade de processamento remota 116, por exemplo, um condicionador de sinais. A unidade de processamento remota 116 está localizada à fuselagem do avião 10. As antenas 110 transmitem dados através de sinais de RF para a unidade de processamento remota 116, mostrado esquematicamente pela seta com duas pontas 117, e receber o poder, sob a forma de sinais de RF, representado esquematicamente pela seta de direção única 119, a partir da unidade de processamento remota 116. A unidade de processamento remota 116 está operativamente ligada a antenas adicionais 111 para transmitir e receber sinais de RF sem fio para e a partir da antena 110 do recipiente de armazenamento de líquido 104. Considera-se que as antenas de transmissão/recepção 111 podem estar dentro da unidade 116, externas à unidade 116 e instaladas sobre o revestimento exterior do avião 10.

[0016] De acordo com uma outra modalidade, como mostrado na Fig. 3, uma unidade de processamento remota 116' está localizada à fuselagem da aeronave 10 de tal forma que as antenas adicionais 11Γ penetram diretamente no recipiente de armazenamento de líquido 104. As antenas 11Γ e a unidade de processamento 116' são semelhantes às antenas 111 e unidade de processamento 116, descritas acima e mostradas na Fig. 1. Onde as antenas 11Γ penetram diretamente dentro do recipiente de armazenagem de líquido 104, considera-se que as antenas 110' podem ser usadas. As antenas 110' são semelhantes às antenas 110, exceto que as antenas 110' não penetram fora do recipiente de armazenamento de líquido 104. O método descrito abaixo pode ser utilizado com as modalidades mostradas nas Figs. 1 ou 3.

[0017] Como mostrado na Fig. 2, um método 200 para as características de detecção de um líquido num recipiente de armazenagem de líquido, por exemplo, reservatório de armazenagem de líquido 104, inclui o fornecimento de energia elétrica a uma unidade eletrônica, por exemplo, pelo menos, uma das unidades eletrônicas 106, através de uma antena, por exemplo, pelo menos uma antena de antenas 110 ou 110', como mostrado pela caixa 202. Nesta modalidade, uma unidade de processamento remota, por exemplo, um condicionador de sinal ou unidade de processamento remota 116 ou 116', transmite energia de RF à antena que está operacionalmente ligada à unidade eletrônica localizada sobre ou no interior do recipiente. Considera-se que o método 200 inclui armazenamento de energia recebido da antena em uma bateria, por exemplo, bateria 112, na unidade eletrônica, como indicado pela caixa 204. O método 200 inclui a transmissão de energia da unidade de eletrônicos para o sensor, como indicado esquematicamente pela caixa 206. A unidade elétrica e/ou a batería estão configuradas para armazenar energia de RF suficiente para permitir a aquisição de característica de fluido com a transmissão de sensor e de RF da informação de volta para a unidade de processamento. De acordo com algumas modalidades, a transmissão de energia da unidade eletrônica ao sensor de energia inclui a transmissão de energia com um cabo óptico, por exemplo, cabo óptico 114. O método 200 inclui a leitura de pelo menos um sensor de altura, um sensor de temperatura ou um sensor de densidade, por exemplo, pelo menos, um dos sensores 102, com a unidade eletrônica, como indicado esquematicamente pela caixa 208. De acordo com algumas modalidades, os sensores de leitura incluem a transmissão de dados através do cabo de fibra óptica para a unidade eletrônica.

[0018] Com referência continuada à Fig. 2, o método 200 inclui transmissão sem fios de dados a partir da unidade eletrônica de uma unidade de processamento remota, por exemplo, unidade de processamento remota 116, com a antena, como indicado esquematicamente pela caixa 210. Transmitir e receber sinais sem fio para e a partir da antena inclui a transmissão e recepção de sinais sem fio para e a partir de uma antena adicional, por exemplo, antena 111 ou 111', operacionalmente ligada à unidade de processamento remota. O método 200 inclui a detecção de uma característica do líquido no recipiente de armazenamento de líquido com base nos dados transmitidos para a unidade de processamento remota, como indicado pela caixa 212, por exemplo, a determinação de um nível de líquido no recipiente de armazenamento de líquido.

[0019] Os métodos e sistemas da presente invenção, como descritos anteriormente e mostrados nos desenhos, para fornecer sistemas de sensores e os métodos com propriedades superiores, incluindo o isolamento elétrico, requisitos reduzidos de energia e facilidade de instalação. Embora os aparelhos e métodos da divulgação do objeto tenham sido mostrados e descritos com referência às modalidades preferenciais, aqueles versados na técnica reconhecerão facilmente que alterações e/ou modificações podem ser feitas, sem se desviar do espírito e do escopo da divulgação do objeto.

REIVINDICAÇÕES

Claims (15)

1. Sistema de sensor, caracterizado pelo fato de que compreende: um sensor operativamente conectado a um recipiente de armazenamento de líquido; uma unidade eletrônica operativamente conectada ao sensor, em que a unidade eletrônica inclui uma fonte de energia para fornecer estímulo elétrico para o sensor; e uma antena operativamente conectada à unidade eletrônica para receber dados desta e para fornecer energia à fonte de energia, em que a antena está conectada sem fios a uma unidade de processamento remota para transmitir os dados à mesma e para receber energia da mesma.

2. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é pelo menos parcialmente disposto no recipiente de armazenamento de líquido e exposto ao líquido.

3. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é pelo menos um dentre um sensor de indutância, um sensor de resistência, ou um sensor de capacitância.

4. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor é um de uma pluralidade de sensores, em que a pluralidade de sensores inclui pelo menos um dentre um sensor de indutância, um sensor de resistência, ou um sensor de capacitância.

5. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento remota está operativamente conectada a uma ou mais antenas adicionais configuradas para transmitir e receber sinais sem fio para e a partir da antena pelo menos parcialmente disposta fora do recipiente de armazenamento de líquido.

6. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um cabo óptico que conecta a unidade eletrônica ao sensor para transmitir energia para o sensor e dados do sensor para a unidade eletrônica.

7. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a antena é configurada para estar pelo menos parcialmente fora do recipiente de armazenamento de líquido.

8. Sistema de sensor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia inclui uma batería operativamente conectada à antena para armazenar a energia recebida da antena.

9. Método para sensorear características de um líquido, caracterizado pelo fato de que compreende: o fornecimento de energia elétrica a uma unidade eletrônica através de uma antena, em que a unidade eletrônica está operativamente conectada a um sensor; a transmissão de dados do sensor para a unidade eletrônica; e a transmissão sem fio dos dados da unidade eletrônica para uma unidade de processamento remota com a antena, em que a antena está pelo menos parcialmente disposta fora de um recipiente de armazenamento de líquido.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dados incluem pelo menos um dentre uma altura, uma densidade, ou uma temperatura do líquido.

11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação de uma quantidade de líquido no recipiente de armazenamento de líquido com base nos dados transmitidos para a unidade de processamento remota.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sensor é um de uma pluralidade de sensores em uma rede de sensores, em que a rede de sensores inclui pelo menos um dentre um sensor de altura, um densitômetro, ou um sensor de temperatura.

13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a transmissão e a recepção de sinais sem fio para e a partir da antena com pelo menos uma antena adicional operativamente conectada à unidade de processamento remota.

14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a transmissão do estímulo elétrico com um cabo óptico a partir da unidade eletrônica para o sensor.

15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o armazenamento de energia a partir da antena em uma bateria na unidade eletrônica.