CN104969051A - 具有带有无源rfd接口的传感器的氧气系统 - Google Patents

Abstract

一种用于远程读取和传输系统气压的无源供电气体传感器，包括中空的圆柱形主体、轴向对齐并从中空的圆柱形主体的第一表面向外延伸的杆、杆内的压力感测元件，以及耦连到压力感测元件的天线，其中该天线位于中空的圆柱形主体和杆内。压力感测设备被轮询设备远程轮询，并且由轮询设备供电。

Description

具有带有无源RFD接口的传感器的氧气系统

相关申请的交叉参考

本申请要求在2012年11月30日提交的美国申请No.61/732,160以及在2013年9月30日提交的美国申请No.14/041,752的优先权，其全部内容通过引用被并入。

背景技术

在许多工程应用中，监控压缩气体诸如氧气的供给或流量是必要的。这在医药和航空领域尤其适用。监控医药和飞行器应用的氧气系统的状态的当前设备通常借助两种类型中的一种。此类监控系统的第一种类型依靠可能容易产生错误且既不耐用也不可靠的气动仪表的使用。此类系统的第二种使用电子传感器或开关，其可能比气动仪表更耐用且更精确，但是其在许多应用中过分昂贵，因此不是经济有效的。

在图1中说明了典型的应用(例如，飞行器气态氧气系统)。虽然术语“氧气”被贯穿本文使用以讨论气体，但是，应当理解的是，空气或任何其他压缩气体可以结合本发明来使用。类似的讨论可以应用到医疗氧气系统或其他类型的氧气系统。在图1中描述的系统中，高压氧气(例如2000psi)被储存在氧气瓶配件18中，氧气瓶组件18被瓶安装支架21固定。该氧气瓶组件18包括高压软管6，高压软管6在过量增压的情况下通向舱外排气出口25。第一高压线路20通向注入阀5，而第二高压线路22与三通接头23匹配，其中三通接头23通向压力换能器19和用于监控压力的压力计2。低压软管17经由低压开关3供给另一个系统。调节设备维持70psi的运行输出压力，该调节设备是氧气瓶配件的组件。为了确定系统内剩余氧气的量，瓶中的压力由压力计2和压力换能器19监控。另外，低压开关或另一个压力换能器3监控调节输出，并且只要存在最小调节压力就保持关闭。每当飞行器运行时，这些设备就连续运转并且压力换能器19和低压开关3不断地耗费电力。因此，提供一种比现有系统更精确且耗费更少电力的系统和方法将是有益的。

发明内容

本发明使用带有无源RF能量收集技术的固态传感器，通过测量氧气储存/输送系统内的氧气的压力和/或流量来监控氧气系统的状态。该条件(压力或流量)只有当技工或操作者需要信息并且使用固定的或便携式的仪器读取器进行查询时才被读取和呈现。通过只采用无源能量读取器，该系统相对于现有技术系统更可靠、需要更少的维护、节能、并且既减轻重量又降低成本。

根据结合附图的优选实施例的下列详细描述，本发明的其它特征和优势将变得更明显，其中优选实施例通过示例说明本发明的操作。

附图说明

图1是飞行器中的现有技术压缩气体系统的示意图。

图2是本发明的传感器的第一实施例的加大透视图；

图3是图2的实施例的另一个加大透视图；

图4是图2和图3的实施例的横截面图；和

图5是采用图2的实施例的装置的加大透视图。

具体实施方式

图2-图4中示出新的气体传感器RF设备100的示例，其用于如关于图1而描述的飞行器应用。如图2-图4中所示，气体传感器RF设备100被设计为经由标准螺纹管件被安装到标准调节组件中，从而不需要修改当前设备。例如，两个气体传感器RF压力感测设备将被安装到图1所描述的系统中。在该氧气监控系统中，两个气体传感器设备都被设计为读取传感器处的实际气体压力。第一气体传感器RF设备将被安装在高压线路22(见图1)占据的高压端口内。第二气体传感器RF设备会被安装在任意未使用的低压端口中，例如图1中所示的三通接头23处。这两个气体传感器RF设备将代替图1中的低压开关3和高压线路22。

图2示出具有六边形轮廓外壳110的气体传感器压力读取器100，然而其他轮廓配置是可能的。由于任何多边形配置都将会起作用，所以本文中的术语“圆柱形”可以被用于描述包括六边形轮廓以及八边形和其他多边形的广泛数量的配置。圆柱形也可以包括圆形轮廓，其外表面将优选为有凸边的或包括一些脊，从而允许使用者抓住并且旋转传感器。六边形形状的优点是可以通过标准套筒或扳手被轻易地被安装和移除。在六边形外壳110的侧面112上，向外突出的杆114被轴向对齐，并且包括设置在其中的压力感测元件116。该杆114优选外部是螺纹的并且包括开口远端118，感测元件116。位于该开口远端118中。当外部杆114被螺旋进入压力系统时，杆114被暴露于系统的内部压力，使得其可以确定罐体/线路/系统内的压力。感测元件116优选地是印刷电路板120的一部分，其被远程读取器例用诸如收集的RF能量来无源地供电。电路板120被耦连到穿过杆的内部且围绕六边形外壳110形成的闭合回路的天线122。图3和4说明外壳110内的天线122以及电路板120的位置。外壳内部的剩余部分被填充保护天线和电路板避免潮湿、尘土和杂物的封装材料124。图4说明了六边形外壳的内部中的天线122和封装材料124。

图5说明安装在氧气罐200上的两个气体传感器RF设备100。在该布置中，图1中的组件2、3、19、22和23被移除。气体传感器RF设备100优选地利用编码协议(例如ISO/IEC18000-6)来将信息存储并且传输到远程接收设备(例如手持或固定数据接收设备)。传感器读取器轮询气体传感器RF设备，以使数据对于技工或操作者可用。传感器读取器(未示出)既可以是固定的也可是便携式的，并且由使用者的命令启动或在选择的时间间隔电气开动。读取器优选地使用无线连接远程读取传感器100，允许氧气供给可能达不到或难以达到的地方的数据交换。然后读取器显示、存储、或传输数值，以便技工或操作者评估氧气存储系统的状态或状况。便携式读取器可以包括能够读取遵循ISO/IEC 18000-6的无源RF信息的商业上可用的那些读取器。当便携式设备可被使用以使得一个读取器可以服务多个传感器时或在固定读取器的电力不可用的维修环境中，这些读取器被优选地使用。可替换地，除了固定存储器适用于固定地点之外，固定读取器也可以类似于便携式读取器那样被使用。带有双电源的读取器也可以被使用，其使用存储或收集的能量，但是当需要时也能够自动地切换到所产生的电力。

相对于现有技术的气体监控系统的方法，本发明存在众多优点。重要的主要优点是仪器中能耗的降低和节约。本发明的气体传感器RF设备是由读取器供电的无源元件。读取器使用电池或收集的电能，所以它们通常不需要系统产生的或线路电力来操作。而且，来自相关读取器的电力仅在发生实际读取的周期期间被间歇地使用。因此，在系统上的电耗最小。

本发明的另一个优点是：标准波登管压力计容易受到与湿度和灰尘有关的问题的影响，并且在窄的温度范围内有效运行。这些压力计可能被冲击和振动轻易地损坏，且缺乏电子设计的精确度和精密度。相反地，本发明没有移动部件，除了在进行读取的周期期间以外不消耗电力，因此可靠的多。

利用本发明，技工或技术员可以在不给系统供电的情况下精确地确定氧气存储系统内的剩余氧气容量的状态。利用无线的实施例，当氧气瓶因为不需要直接接近而处于不容易接近的位置时，技工可以轻易地进行读取。因为系统没有电线或电缆，所以更条理且电线被损坏或破坏的机会更小，进一步增强了系统的可靠性。而且，直接在源头处借助气体传感器RF设备读取压力，不需要针对可能使读取复杂化或使测量系统的真实状态出错的温度影响做出调整。传感器RF设备读取当前的实际值。

对于飞行器应用的尤其重要的另一个优点是：系统的重量的减轻。当使用图1中所示的应用时，具备当前技术的系统与使用传感器RF设备的系统的估计净重对比：

带有传感器RF设备的图1系统

本发明的原型示出设备可使用RF能量从远程读取器读取高达2900psi，并且速率在0.5lpm到600lpm之间。该设备可以被用于飞行器系统、医疗系统、治疗系统以及临床系统。作为替换的实施例，传感器可以是混合供电系统，其中电力源被用作RF读取器供应能量的备用。

本发明也简化了系统的安装和替换/拆卸。通过到系统较少的连接，氧气瓶组件的拆卸更容易。本发明消除了对连接或断开连接的电力电缆的需求，并且具有可能导致泄露问题的更少的泄露路径。本发明的又一优点是其监控实际流量，即，其采取流速的直接读数来检测异常操作、泄露、或操作趋势。而且，在没有到测试单元的直接连接的情况下，流速和压力的直接读数简化了测试设置，并且使数据的收集受收集方式影响较小。

前述说明书和图表旨在作为示例性而非排他性的。本领域的普通技术人员将认识到对所述的描述的各种修改，并且本发明旨在包含所有此类修改。

根据结合附图的优选实施例的下列详细描述，本发明的其它特征和优势将变得更明显，其中优选实施例通过示例说明本发明的操作。

Claims (8)

1.一种用于远程读取和传输系统的气压的无源供电气体传感器，包括：

中空的圆柱形主体；

轴向对齐并且从所述中空的圆柱形主体的第一表面向外延伸的杆，所述杆具有内表面和螺纹外表面；

在所述杆内的压力感测元件；

耦连到所述压力感测元件的天线，其中所述天线位于所述中空的圆柱形主体和所述杆内；以及

其中所述压力感测设备被轮询设备远程地轮询，并且由所述轮询设备供电。

2.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，其中所述圆柱形主体具有六边形轮廓。

3.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，其中所述轮询设备使用RF能量为所述传感器供电。

4.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，进一步包括承载所述压力感测元件的印刷电路板。

5.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，其中所述中空的圆柱形主体被填充封装材料。

6.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，其中所述传感器能够读取高达2900psi的压力。

7.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，其中所述传感器能够读取高达600lpm的流速。

8.根据权利要求1所述的无源供电气体传感器，进一步包括自包含备用电源。