CN111557008B - 使用多个具备传感器功能的rfid标签和多个收发器对反应器条件进行无线检测和分析 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于无线监测5反应器容器内的过程条件的系统和方法。多个具备传感器功能的射频识别(RFID)标签安置在容器的整个催化剂床中的未指定或随机位置处，并且用于测量所述容器内的各种条件。所述具备传感器功能的RFID标签编码有单独的识别码，并且无线链接到多个10收发器。多个收发器的使用允许应用三角测量方法来识别所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个在三维空间中的位置，并且允许询问每个具备传感器功能的RFID标签以接收响应的应答器信号，所述信号携带表示所述反应器内的所感测条件的信息。

Description

使用多个具备传感器功能的RFID标签和多个收发器对反应器 条件进行无线检测和分析
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年1月11日提交的未决的美国临时专利申请序列号62/616,155的权益，其全部公开内容在此通过引用并入。
技术领域
本发明涉及一种用于无线监测并三维分析诸如反应器的处理容器内的条件的系统和方法。
背景技术
含有催化剂的反应器容器对于炼油厂及化工厂是常见的。在操作这些反应器时，期望测量或监测容器内的过程条件，因为这一信息有助于控制反应器容器内的反应条件。用于测量反应器容器内部的条件的现有方法需要具有到传感器的物理连接(诸如电连接或气动连接)，所述传感器传输传感器测量的信息以用于外部显示。此种测量装置的一个实例是使用热电偶来测量温度。为了使用热电偶来测量反应器容器内的某一位置处的温度，热电偶套管是必需的。热电偶套管穿过容器壁安装，并且延伸到容器内测量温度的位置处。
期望能够测量和观察反应器容器内的各位置处的过程条件，并且期望能够无线传输信息以用于在远程位置处收集和处理。进一步期望能够提供由容器限定的反应区的整个容积中的条件的三维概况。已经提出使用具备传感器功能的射频识别(RFID)标签来测量反应器容积内的若干条件(诸如压力、温度、流体组成、蒸汽和液体组成、pH值和流速)并且无线传输所测量的信息以用于远程收集和处理。
用于测量环境条件的具备传感器功能的RFID标签的实例描述在US7,397,370中。这一专利提出了一种用于使用多个射频识别(“RFID”)组合件来监测环境的系统。所述系统可以包括RFID标签，其具有相关联的唯一识别(“ID”)码，并配置有用于感测与环境有关的信息的传感器以及用于将所感测的信息无线传输到处理系统的天线。由处理系统接收的所传输信息包括所感测的环境信息和相关联的识别码，并且处理成用于监测环境以及监测所监测环境中的改变。
描述使用具备传感器功能的RFID标签来测量和追踪可变环境条件的另一参考文献是US 8,106,778。这一专利公开了一种能够使用射频识别(RFID)来追踪可变条件的方法和系统。RFID传感器标签用于测量可变条件，诸如位置、温度、压力和湿度。响应于由RFID读取器设备传输的询问信号，RFID传感器标签传输包括相关联的标签识别数据和表示所测量的条件的可变数据的信号。响应信号包括可变数据和不可变数据二者，使得所测量的条件可以与标签识别数据相关联。RFID读取器设备还可以每次从多个RFID标签中的一个接收多个响应信号。在这一情况下，多个响应信号中的至少一个可以包括表示多个RFID标签中的相应一个处的所测量条件的可变数据和多个RFID标签中的相应一个的标签识别数据。
专利公开US 2007/0215709公开了一种基于RFID的传感器，其包括与传感器组合的RFID电路。传感器元件配置成基于其暴露于传感器所暴露的周围环境的物理条件而改变导电状态。这些物理条件可以包括气体、光、声音、温度、压力、水分和/或其它环境条件的存在或不存在。响应于由RFID询问器传输的RF信号，基于RFID的传感器传输识别(ID)码和与基于RFID的传感器当前或先前暴露于一个或多个物理条件相关联的其它信息以用于由RFID询问器接收。基于RFID的传感器还可以由RFID询问器递送的RF能量供电。
美国专利9,317,795公开了一种RFID感测系统，其包括安置在表面上的感测元件阵列。每个感测元件包括RFID微芯片、可操作地耦接到微芯片的天线、以及安置在天线上的压敏材料。当垫件的感测元件的压敏材料被压缩时，RFID读取器系统向每个感测元件提供询问信号，所述每个感测元件经由耦接的天线将信号传输回到RFID读取器。
这些公开没有公开或建议关于使用具备传感器功能的RFID标签来测量反应器容器内的过程或环境条件的任何内容，或者无线传输与反应器容器内的所测量条件有关的信息以用于进一步接收、处理和使用的任何内容。这些公开未能进一步公开或教导关于用于无线监测并三维分析由反应器容器限定的反应区内的物理条件的任何内容。
然而，已经发明了一种系统和方法，其用于局部感测或测量在整个反应器的反应区的位置处的环境或过程条件，并且用于由具备传感器功能的RFID标签到RF波的多个接收器的无线传输，所述RF波含有特定标签识别信息以及表示反应器内的所测量条件的信息。这允许对反应区内的条件进行三维分析。
发明内容
因此，本发明提供一种用于无线监测和分析反应器容器内的过程条件的系统。所述系统的反应器容器限定反应区，所述反应区包括催化剂床，所述催化剂床包含催化剂颗粒和安置在催化剂床内的多个具备传感器功能的RFID标签。所述系统包括收发器，所述收发器包括
第一RFID收发器天线、第二RFID收发器天线和第三RFID收发器天线。第一RFID收发器天线无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第一询问信号并接收响应于第一询问信号传输的第一RFID应答器信号。第二RFID收发器天线无线链接多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第二询问信号并接收响应于第二询问信号传输的第二RFID应答器信号。第三RFID收发器天线无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第三询问信号并接收响应于所述第三询问信号传输的第三RFID应答器信号。多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签编码有唯一的不可变识别码，并且能够感测反应区内的反应器条件、接收来自收发器的询问信号以及响应于询问信号传输RFID应答器信号。RFID应答器信号包括表示唯一的不可变识别码和与具备传感器功能的RFID标签相关联的反应器条件的信息。所述系统用于确定和三维分析整个反应区的过程条件。
本发明还提供一种用于无线监测和分析反应器容器内的过程条件的方法。反应器容器限定反应区，所述反应区包括催化剂床，所述催化剂床包含催化剂颗粒和安置在催化剂床内的多个具备传感器功能的RFID标签。催化剂床的特征在于具有高度和宽度或直径。所述方法包括由至少三个RFID收发器天线传输询问信号。询问信号由每个具备传感器功能的RFID标签接收。响应于询问信号，每个具备传感器功能的RFID标签传输其相关联的RFID应答器信号，所述RFID应答器信号包括表示唯一的不可变识别码和与具备传感器功能的RFID标签相关联的周围条件的信息。RFID收发器天线接收相关联的RFID应答器信号，所述信号处理成用于反应区内的过程条件的三维分析。
附图说明
图1是表示本发明系统的实施例的示意图，所述系统用于无线监测和三维分析反应器容器内的反应区的条件。
图2是图1中描绘的反应器容器的横截面A-A的平面图。
图3是绘示用于反应器的反应区内条件的无线反应器监测和三维分析的系统的某些元件的图。图3绘示了安置在催化剂床内的多个具备传感器功能的标签之间的单一具备传感器功能的RFID标签以及至少三个RFID读取器/询问器，所述RFID读取器/询问器无线链接到具备传感器功能的RFID标签。RFID读取器/询问器连接到计算机系统，所述计算机系统用于处理含在由具备传感器功能的RFID标签传输的所接收到的RF信号中的信息。
具体实施方式
本发明的实施例包括一种系统和一种方法二者，其用于无线监测反应器容器内的条件并且用于提供由反应器容器限定的整个反应器区域中的条件的三维概况。
与本专利申请同时申请的是三个相关临时专利申请，名为：“SP2118-使用具有已知位置的多个具备传感器功能的RFID标签对反应器条件进行无线监测和分析(SP2118-Wireless Monitoring and Profiling of Reactor Conditions Using Plurality ofSensor-Enabled RFID Tags Having Known Locations)”、“SP2119-使用放置在已知反应器高度处的具备传感器功能的RFID标签的阵列对反应器条件进行无线监测和分析(SP2119-Wireless Monitoring and Profiling of Reactor Conditions Using Arraysof Sensor-Enabled RFID Tags Placed At Known Reactor Heights)”以及“SP2066-使用具备无源传感器功能的RFID标签的无线反应器监测系统(SP2066-Wireless ReactorMonitoring System Using Passive Sensor Enabled RFID Tag)”，其序列号分别为62/616,148、62/616,185和62/616,166。
反应器容器内的所测量条件可以包括过程或环境条件，诸如反应器容器内各个位置处的压力或温度。所测量条件可以进一步包括其它参数，诸如蒸汽和液体百分比、流速、pH值、以及含在反应器容器内或流过反应器容器的流体的化学组成。
本发明用于使用散布在反应器的整个催化剂床中的多个具备传感器功能的RFID标签来远程测量反应器内的条件，并且在一个实施例中，多个具备传感器功能的RFID标签放置在整个反应器容器的反应区的未指定或随机位置处。具备传感器功能的RFID标签响应于由系统的若干收发器传输的询问信号，通过无线电波传输而无线传输与反应器内的所感测条件有关的所测量信息。
处理系统包括诸如具有相关联的程序代码的计算机的装置，所述装置用于处理含在由多个具备传感器功能的RFID标签传输的信号中的信息，以提供反应器容器内的条件的三维概况。所述系统利用收发器以及多个具备传感器功能的RFID标签来进行此操作，所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签提供用于测量或感测一个或多个环境条件的装置，所述一个或多个环境条件存在于反应器容器的反应区和催化剂床内的位置处以及整个反应区和催化剂床中的位置处。
在本说明书中，多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签是包括传感器的设备，所述传感器配置有无源RFID标签或可操作地连接到无源RFID标签。所述传感器提供用于感测反应器容器内的环境或过程条件或参数的装置以及用于向所连接的RFID标签提供信号输入的装置，所述信号输入含有表示具体测量的条件或参数的信息。本领域教导的无源RFID标签包括与应答器天线耦接的集成电路，所述应答器天线用于接收来自RFID读取器天线(收发器)的询问信号，并且用于响应于接收到询问信号传输应答器信号。
处理系统用于处理由具备传感器功能的RFID标签传输的信号。由于具备传感器功能的RFID标签是无源的，因此每个具备传感器功能的RFID标签都响应于接收到由系统的若干RFID读取器天线传输的询问信号传输RFID应答器信号。如上所述，每个传感器都与RFID标签集成，并且能够感测反应区内的一个或多个条件。
具备传感器功能的RFID标签的传感器组件选自本领域技术人员已知的任何合适传感器的组。由传感器感测或测量的环境条件或参数的实例包括压力、温度、化学组成、蒸汽和液体组成、密度、流速、pH值、振动、辐射、磁通量、光强度、传导率和声音强度。优选的传感器元件包括选自由以下组成的组中的那些：温度传感器、压力传感器、化学传感器、湿度传感器、pH值传感器、流量传感器、液体/蒸汽传感器及其任意组合。
每个集成的传感器和RFID标签，即具备传感器功能的RFID标签，都提供用于感测反应器条件、接收询问信号以及响应于询问信号传输RFID应答器信号的装置，所述RFID应答器信号含有表示所测量的反应器条件的信息。专利公开US 2013/0057390、US 9,563,833、US 9,412,061、US 9,035,766和WO 03/098175给出了具备传感器功能的RFID标签的实例。这些专利公开通过引用并入本文。
本发明的必要特征是，对于多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个，都编码有唯一的不可变识别码。这是重要的，因为响应于接收到来自多个RFID收发器中的每一个的收发器信号，每个具备传感器功能的RFID标签传输含有唯一标签识别数据以及由相关联的传感器测量或感测的可变数据的应答器信号。传输表示唯一的不可变标签识别码的信息和表示由RFID传感器测量或感测的反应器环境条件的可变信息用于将所传输的可变信息与特定传感器相关联。
具备传感器功能的RFID标签安置在反应器的反应区内的整个催化剂床中。在本发明的优选实施例中，许多具备传感器功能的RFID标签放置在催化剂床内的未指定或随机位置处。两个或多于两个(诸如至少三个)收发器放置在反应区内或反应区外的位置处，使得它们与安置在催化剂床内的具备传感器功能的RFID标签无线连接。收发器放置在已知的位置处并且彼此相距一定距离，使得它们的询问信号可以与来自具备传感器功能的RFID标签的应答器信号结合使用，以获得关于具备传感器功能的RFID标签距收发器的距离和角度方向的信息。与距离和角度方向有关的信息应所述使得可以应用合适的三角测量方法来确定每个具备传感器功能的RFID标签在反应区的三维空间中的点位置。
与具备传感器功能的RFID标签中的每一个相关联的唯一的不可变识别码允许识别每个具备传感器功能的RFID标签及其在三维空间中的点位置，所述点位置通过应用上述三角测量方法来确定。此外，使用唯一的不可变识别码用于将多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签与由其感测的反应器条件连接或相关联。因此，每个具备传感器功能的RFID标签能够接收来自两个或更多个收发器中的每一个的询问信号，并且响应于询问信号传输RFID应答器信号，所述RFID应答器信号包括表示唯一的不可变识别码和与具备传感器功能的RFID标签相关联的所测量反应器条件二者的信息。这允许对反应器的反应区内的所测量环境条件进行三维分析。
本发明的反应器容器可以是采用本领域技术人员已知的任何合适的材料制成的任何合适的容器。在许多应用中，反应器容器通常限定含有催化剂且向其中引入反应物或原料的容积。在本发明的一个实施例中，反应容器限定反应区，在所述反应区内设置有包含催化剂颗粒的催化剂床。反应区还可以包括多个催化剂床，包括所谓的堆叠床。反应区可以由催化剂或催化剂床的任何合适布置填充，包括完全由催化剂颗粒或载体颗粒或二者填充。
反应器容器可以进一步配备有：入口，其提供到反应区中的流体连通；以及用于将进料流(诸如烃)引入到反应区中的装置。反应器容器还可以配备有：出口，其提供自反应区的流体连通；以及用于自反应区移除流出物流(诸如反应产物)的装置。
可以将任何类型的进料流或流体(包括水、烃和其它化学品)引入到反应器容器的反应区中或含在其内。烃的实例包括轻质烃(诸如具有1至4或5个碳原子的那些轻质烃)、芳族化合物、石脑油、煤油、柴油、汽油和诸如渣油的重油。通常，反应区含有催化剂颗粒的一个或多个床以及任何上述流体，所述流体优选包括任何所列的烃。
反应区中的催化剂颗粒可以是工业中通常使用的任何尺寸和形状，包括任何形状的挤出物(例如圆柱形、二叶形、三叶形及四叶形)、球体物、球形物、不规则聚集体、丸剂及粉末。催化剂颗粒尺寸可以在0.1mm至200mm的范围内，但更典型地，催化剂颗粒的尺寸在0.5mm至100mm、或1mm至20mm的范围内，并且它们可以具有任何组合。
常用的催化剂组成包括无机氧化物组分，诸如二氧化硅、氧化铝、二氧化硅-氧化铝和二氧化钛。催化剂组成进一步可以包含催化金属组分，诸如任何过渡金属，包括铬、钼、钨、铼、铁、钴、镍、钯、铂、金、银和铜。按金属计，催化剂颗粒的金属组分的浓度可以高达60重量％而与其实际状态无关，并且通常，按金属计，金属浓度在0.1至30重量％的范围内而与其实际状态无关。
多个具备传感器功能的RFID标签安置在反应区的催化剂床内的未指定或随机位置处，使得具备传感器功能的RFID标签中的每一个被催化剂颗粒包围。对于典型的反应器，深度和宽度的几何尺寸限定催化剂床。对于可由深度和宽度限定的反应器，催化剂床的典型深度在0.5至20米的范围内，并且催化剂床的典型有效宽度在0.5至20米的范围内。因此，具备传感器功能的RFID标签中的每一个可以被催化剂颗粒层或催化剂颗粒外包体包围，所述催化剂颗粒层或催化剂颗粒外包体的厚度高达20米，从而需要询问信号和应答器信号穿过约0.5至约20米的催化剂颗粒的床层厚度。
本发明的优选实施例包含至少三个RFID收发器天线，所述至少三个RFID收发器天线中的每一个无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个。收发器放置在已知的位置处并且相对于彼此相距一定距离。在三角测量方法的应用中，将与收发器的放置有关的信息以及与通过使用收发器进行询问而获得的多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签的放置有关的距离和角度方向信息组合使用，以确定多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签在反应器的反应区或催化剂床内的三维点位置。
在优选的实施例中，第一RFID收发器天线放置在远离反应区的催化剂床内的具备传感器功能的RFID标签的已知位置处；限制条件为，第一RFID收发器天线无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个或与其耦接。第一RFID收发器天线配置成允许将第一询问器信号传输到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个，并且允许从多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收响应的第一RFID应答器信号。
本发明系统的优选实施例进一步包括第二RFID收发器天线，其放置在远离反应区的催化剂床内的具备传感器功能的RFID标签的已知位置处；限制条件为，第二RFID收发器天线无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个或与其耦接。第二RFID收发器天线配置成允许将第二询问器信号传输到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个，并且允许从多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收响应的第二RFID应答器信号。
所述系统还包括第三RFID收发器天线，其放置在远离反应区的催化剂床内的具备传感器功能的RFID标签的已知位置处；限制条件为，第三RFID收发器天线无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个或与其耦接。第三RFID收发器天线配置成允许将第三询问器信号传输到多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个，并且允许从多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收响应的第三RFID应答器信号。
第一RFID收发器天线、第二RFID收发器天线和第三RFID收发器天线放置在已知位置处并且相对于彼此或参考点以及相对于多个具备传感器功能的RFID标签相距一定距离，使得可以应用三角测量来识别具备传感器功能的标签中的每一个在反应器的反应区的三维空间中的点位置。
优选的是将RFID收发器天线定位在反应区内，因为这消除了询问器信号和应答器信号穿过反应器容器壁的需要。然而，本发明系统的另一实施例是将RFID收发器天线定位或放置在反应器容器外部。
RFID收发器天线可操作地连接到一个或多个读取器，所述一个或多个读取器向RFID收发器读取器天线提供询问信号并且用于接收由多个具备传感器功能的RFID标签中的每一个传输的RFID应答器信号。计算机装置用于处理RFID应答器信号中的每一个所携带的信息，并且用于显示或以其它方式提供与三维概况信息有关的输出，所述三维概况信息与整个反应区中的条件有关。
现在参考图1，图1是用于无线监测和分析反应器容器12内的过程条件的本发明系统10的实施例的示意性表示。反应器容器12限定反应区14。反应区14含有催化剂床16，其填充有催化剂颗粒18并且包含催化剂颗粒18。反应器容器12配备有入口喷嘴22，其可操作地连接到导管24。入口喷嘴22提供用于通过导管24的流体连通的装置以及用于将进料引入到反应区14中的装置。反应器容器12还配备有出口喷嘴26，其可操作地连接到导管28，并且提供用于通过导管28的流体连通的装置以及用于从反应区14移除流出物的装置。
图1示出了本发明系统10的一个实施例，本发明系统10包括定位在反应区14内的第一RFID收发器天线32、第二RFID收发器天线34和第三RFID收发器天线36。RFID收发器天线放置在反应区14的三维空间中的已知位置处并且相对于彼此相距一定距离。
虽然图1示出了RFID收发器天线中的每一个定位在反应区14内，但是RFID收发器天线中的一个或多个可替代地放置在反应器容器12外部的位置处。然而，重要的是定位RFID收发器天线，使得它们无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40或与其耦接，所述具备传感器功能的RFID标签40分布在整个反应区14中并且安置在催化剂床16内。
虽然第一RFID读取器天线32示出为位于催化剂床16的表面41上方，但应理解，第一RFID读取器天线32可以放置在反应区14内的任何地方，包括在催化剂床16的边界内的任何地方以及由催化剂床的催化剂颗粒包围的任何地方。这也适用于第二RFID读取器天线34和第三RFID读取器天线36，它们示出为位于催化剂床16下方。这些RFID收发器天线也可以放置在反应区14内的任何地方，包括在催化剂床16的边界内的任何地方以及由催化剂床16的催化剂颗粒包围的任何地方。如上所述，对于收发器的每次放置，收发器应当无线链接到多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40。
横截面2-2的平面图描绘在图2中。每个具备传感器功能的RFID标签40的位置示出在图1和图2中，图1和图2绘示了多个具备传感器功能的标签40可以如何放置或安置在整个催化剂床16中的未指定或随机位置处。
在本发明系统10的操作中，第一RFID读取器天线32将第一询问信号42传输到多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40。此操作由RF波箭头符号42描绘在图1中，所述RF波箭头符号42从第一RFID读取器天线32延伸到多个具备传感器功能的RFID标签40中的一个具备传感器功能的RFID标签40。然而，应当认识到，第一询问信号42是无线电波，其被同时传输到分布在整个催化剂床16中的多个具备传感器功能的RFID标签40中的所有具备传感器功能的RFID标签40。
多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40接收第一询问信号42。响应于接收到第一询问信号42，每个具备传感器功能的RFID标签40各自传输其第一相关联的RFID应答器信号44，所述第一相关联的RFID应答器信号44包括表示在特定具备传感器功能的RFID标签40中编码的唯一的不可变识别码的信息以及表示由具备传感器功能的RFID标签40感测或测量的并与具备传感器功能的RFID标签40相关联的可变反应器条件的信息。第一相关联的RFID应答器信号44由第一RFID收发器天线32接收并由信号处理系统46处理。
图1由从多个具备传感器功能的RFID标签40中的单一具备传感器功能的RFID标签40延伸的RF波箭头符号描绘第一相关联的RFID应答器信号44。应当理解，具备具备传感器功能的RFID标签40中的每一个将传输其自己单独的第一相关联的RFID应答器信号44，其携带唯一的不可变识别码和可变传感器信息，所述可变传感器信息表示由特定具备传感器功能的RFID标签40感测或测量的且与所述特定具备传感器功能的RFID标签40相关联的可变反应器条件。
第二RFID收发器天线34和第三RFID收发器天线36各自以与第一RFID收发器天线32类似的方式相对于多个具备传感器功能的RFID标签40进行配置。因此，第二RFID读取器天线34将第二询问信号48传输到多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40。此操作由RF波箭头符号来描绘，所述RF波箭头符号从第二RFID读取器天线34延伸到多个具备传感器功能的RFID标签40中的一个具备传感器功能的RFID标签40。然而，应当注意，第二询问信号48是无线电波，其被同时传输到分布在整个催化剂床16中的多个具备传感器功能的RFID标签40中的所有具备传感器功能的RFID标签40。
多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40接收第二询问信号48。响应于接收到第二询问信号48，每个具备传感器功能的RFID标签40各自传输其第二相关联的RFID应答器信号50，所述第二相关联的RFID应答器信号50包括表示在特定具备传感器功能的RFID标签40中编码的唯一的不可变识别码的信息以及表示由具备传感器功能的RFID标签40感测或测量的并与具备传感器功能的RFID标签40相关联的可变反应器条件的信息。第二相关联的RFID应答器信号50由第二RFID收发器天线34接收并由信号处理系统46处理。
第三RFID读取器天线36将第三询问信号52传输到多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40。此操作由RF波箭头符号来描绘，所述RF波箭头符号从第三RFID读取器天线36延伸到多个具备传感器功能的RFID标签40中的一个具备传感器功能的RFID标签40。然而，应当注意，第三询问信号52是无线电波，其被同时传输到分布在整个催化剂床16中的多个具备传感器功能的RFID标签40中的所有具备传感器功能的RFID标签40。
多个具备传感器功能的RFID标签40中的每个具备传感器功能的RFID标签40接收第三询问信号52。响应于接收到第三询问信号52，每个具备传感器功能的RFID标签40各自传输其第三相关联的RFID应答器信号54，所述第三相关联的RFID应答器信号54包括表示在特定具备传感器功能的RFID标签40中编码的唯一的不可变识别码的信息以及表示由具备传感器功能的RFID标签40感测或测量的并与具备传感器功能的RFID标签40相关联的可变反应器条件的信息。第三相关联的RFID应答器信号54由第三RFID收发器天线36接收并由信号处理系统46处理。
第一RFID收发器天线32、第二RFID收发器天线34和第三RFID收发器天线36分别通过电缆56、58和60可操作地连接到信号处理系统46。信号处理系统46提供用于向RFID收发器天线提供询问信号的装置以及用于处理由RFID收发器天线接收的RFID应答器信号的装置。
信号处理系统46包括通过电缆66与一个或多个计算机64一起配置的一个或多个读取器62，所述电缆66提供用于在读取器62和计算机64之间通信的装置。计算机64提供用于处理分别由第一RFID收发器天线32、第二RFID收发器天线34和第三RFID收发器天线36接收的第一RFID应答器信号44、第二RFID应答器信号50和第三RFID应答器信号54的装置。计算机64提供与整个反应区14中的所测量环境条件和整个反应区14中的所测量环境条件的三维概况有关的输出信息68，以用于显示或存储在存储器中或以任何其它格式存储。
图2呈现了图1中示出的反应器容器12的横截面A-A的平面图。图2绘示了多个具备传感器功能的RFID标签40中的每一个可以如何放置或安置在反应器容器12的反应器区域14内的不规则、未指定或随机位置处。当在本文中提及具备传感器功能的RFID标签40的随机放置时，其意谓所述具备传感器功能的RFID标签40可以在未考虑特定图案或次序的情况下散布在整个催化剂床16中。因此，具备传感器功能的RFID标签不一定是有序图案。在本发明的一个实施例中，具备传感器功能的RFID标签40基本上均匀或均一地安置在整个催化剂床16中的随机位置处。
图3呈现了包括单一代表性具备传感器功能的RFID标签40的放大详图，所述单一代表性具备传感器功能的RFID标签40设置在由催化剂颗粒18的环境70包围的多个具备传感器功能的RFID标签40之间。图3进一步示出了与本发明系统10的某些其它元件的关系，本发明系统10包括第一RFID收发器天线32、第二RFID收发器天线34、第三收发器天线36和信号处理系统46。
具备传感器功能的RFID标签40包含无源RFID标签72，其包括集成电路74。集成电路74用于存储与特定具备传感器功能的RFID标签40相关联的并表示特定具备传感器功能的RFID标签40的不可变识别码。具备传感器功能的RFID标签40进一步用于从传感器76接收可变输入信息，所述可变输入信息表示环境70中的至少一个条件。
传感器76配置有无源RFID标签72，并且由连接件78可操作地连接到无源RFID标签72。传感器76能够通过使用元件80或任何其它合适的感测装置来感测或检测环境70中的条件，所述任何其它合适的感测装置能够向集成电路74提供表示所测量的环境条件的模拟或数字输入。集成电路74用于响应于经由连接件78提供的传感器输入信号而对RFID应答器信号44、50和54进行调制，使得RFID应答器信号44、50和54包括或携带表示环境70内的所测量的条件的信息。催化剂颗粒18含在环境70内。
集成电路74可操作地连接到RFID标签天线82，其提供用于传输RFID应答器信号44、50和54的装置，RFID应答器信号44、50和54除了携带单个标签识别码信息之外，还携带来自传感器76的可变输入信息，所述可变输入信息表示包围或包封具备传感器功能的RFID标签40的环境70内的至少一个条件。响应于RFID标签天线82分别从第一RFID收发器天线32、第二RFID收发器天线34和第三RFID收发器天线36接收到询问信号42、48和52而传输RFID应答器信号44、50和54。

Claims (22)

1.一种用于无线监测和分析反应器容器内的过程条件的系统，其中所述系统包含：
所述反应器容器，其限定反应区，其中所述反应区内设置有催化剂床，所述催化剂床包含催化剂颗粒；
多个具备传感器功能的RFID标签，其安置在所述催化剂床内；
第一RFID收发器天线，其无线链接到所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第一询问信号并接收响应于所述第一询问信号传输的第一RFID应答器信号；
第二RFID收发器天线，其无线链接到所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第二询问信号并接收响应于所述第二询问信号传输的第二RFID应答器信号；以及
第三RFID收发器天线，其无线链接到所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签，并且能够传输第三询问信号并接收响应于所述第三询问信号传输的第三RFID应答器信号；
其中所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个具备传感器功能的RFID标签都编码有唯一的不可变识别码，且
其中每个具备传感器功能的RFID标签都能够感测所述反应区内的反应条件，接收所述第一询问信号、所述第二询问信号、所述第三询问信号，并且响应于所述第一询问信号传输所述第一RFID应答器信号，并且响应于所述第二询问信号传输所述第二RFID应答器信号，并且响应于所述第三询问信号传输所述第三RFID应答器信号；
其中所述第一、第二和第三RFID收发器天线被放置在已知的位置处并且彼此相距一定距离，使得它们的询问信号可以与来自所述具备传感器功能的RFID标签的应答器信号结合使用，以获得关于所述具备传感器功能的RFID标签距所述RFID收发器天线的距离和角度方向的信息，
由此配置所述系统以确定所述过程条件，并通过三角测量分析整个所述反应区中的过程条件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述催化剂颗粒包含无机氧化物组分和金属组分。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签包含可操作地连接到传感器装置的RFID标签，所述传感器装置用于感测环境或过程条件并且用于向所述RFID标签提供表示所述环境或过程条件的信号输入。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述RFID收发器天线中的一个或多个定位在所述反应器容器的所述反应区内。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述反应器容器包括：入口装置，其提供用于将进料流引入到所述反应区中的流体连通；以及出口装置，其提供用于从所述反应区移除流出物流的流体连通。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述过程条件选自由以下组成的环境条件的组：压力、温度、化学组成、蒸汽和液体组成、密度、流速、pH值、振动、辐射、磁通量、光强度和声音强度。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述RFID收发器天线中的每一个可操作地连接到信号处理系统，所述信号处理系统提供用于向所述RFID收发器天线提供所述询问信号以及用于接收由所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签传输的所述RFID应答器信号的装置。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述RFID收发器天线中的一个或多个定位在所述反应器容器的所述反应区的外部。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述反应器容器包括：入口装置，其提供用于将进料流引入到所述反应区中的流体连通；以及出口装置，其提供用于从所述反应区移除流出物流的流体连通。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述过程条件选自由以下组成的环境条件的组：压力、温度、化学组成、蒸汽和液体组成、密度、流速、pH值、振动、辐射、磁通量、光强度和声音强度。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述RFID收发器天线中的每一个可操作地连接到信号处理系统，所述信号处理系统提供用于向所述RFID收发器天线提供所述询问信号以及用于接收由所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签传输的所述RFID应答器信号的装置。
12.一种用于无线监测和分析反应器容器内的过程条件的方法，其中所述方法包含：
提供限定反应区的所述反应器容器以及多个具备传感器功能的RFID标签，其中所述反应区内设置有催化剂床，所述催化剂床包含催化剂颗粒，所述多个具备传感器功能的RFID标签安置在所述催化剂床内；
其中所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签都编码有唯一的不可变识别码，并且进一步配置成测量所述催化剂床内的与所述具备传感器功能的RFID标签相关联的周围条件并响应于询问信号传输应答信号，所述应答信号包括表示所述唯一的不可变识别码和与所述具备传感器功能的RFID标签相关联的所述周围条件的信息；
由第一RFID收发器天线传输由所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收的第一询问信号；
响应于接收到所述第一询问信号，所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个传输其由所述第一RFID收发器天线接收的第一相关联的RFID应答器信号，所述第一相关联的RFID应答器信号包括表示所述具备传感器功能的RFID标签的唯一的不可变识别码和与所述具备传感器功能的RFID标签相关联的周围条件的信息；
由所述第一RFID收发器天线接收所述第一相关联的RFID应答器信号；
由第二RFID收发器天线传输由所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收的第二询问信号；
响应于接收到所述第二询问信号，所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个传输其由所述第二RFID收发器天线接收的第二相关联的RFID应答器信号，所述第二相关联的RFID应答器信号包括表示所述具备传感器功能的RFID标签的唯一的不可变识别码和与所述具备传感器功能的RFID标签相关联的周围条件的信息；
由所述第二RFID收发器天线接收所述第二相关联的RFID应答器信号；
由第三RFID收发器天线传输由所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个接收的第三询问信号；
响应于接收到所述第三询问信号，所述具备传感器功能的RFID标签中的每一个传输其由所述第三RFID收发器天线接收的第三相关联的RFID应答器信号，所述第三相关联的RFID应答器信号包括表示所述具备传感器功能的RFID标签的唯一的不可变识别码和与所述具备传感器功能的RFID标签相关联的周围条件的信息；
由所述第三RFID收发器天线接收所述第三相关联的RFID应答器信号；以及
处理所述第一相关联的RFID应答器信号、所述第二相关联的RFID应答器信号和所述第三相关联的RFID应答器信号；
其中所述第一、第二和第三RFID收发器天线被放置在已知的位置处并且彼此相距一定距离，使得它们的询问信号可以与来自所述具备传感器功能的RFID标签的应答器信号结合使用，以获得关于所述具备传感器功能的RFID标签距所述RFID收发器天线的距离和角度方向的信息，
由此通过三角测量来确定并分析整个所述反应区中的过程条件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述催化剂颗粒包含无机氧化物组分和金属组分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签包含可操作地连接到传感器装置的RFID标签，所述传感器装置用于感测环境或过程条件并且用于向所述RFID标签提供表示所述环境或过程条件的信号输入。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述RFID收发器天线中的一个或多个定位在所述反应器容器的所述反应区内。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述反应器容器包括：入口装置，其提供用于将进料流引入到所述反应区中的流体连通；以及出口装置，其提供用于从所述反应区移除流出物流的流体连通。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述过程条件选自由以下组成的环境条件的组：压力、温度、化学组成、蒸汽和液体组成、密度、流速、pH值、振动、辐射、磁通量、光强度和声音强度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述RFID收发器天线中的每一个可操作地连接到信号处理系统，所述信号处理系统提供用于向所述RFID收发器天线提供所述询问信号以及用于接收由所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签传输的所述RFID应答器信号的装置。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述RFID收发器天线中的一个或多个定位在所述反应器容器的所述反应区的外部。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述反应器容器包括：入口装置，其提供用于将进料流引入到所述反应区中的流体连通；以及出口装置，其提供用于从所述反应区移除流出物流的流体连通。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述过程条件选自由以下组成的环境条件的组：压力、温度、化学组成、蒸汽和液体组成、密度、流速、pH值、振动、辐射、磁通量、光强度和声音强度。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述RFID收发器天线中的每一个可操作地连接到信号处理系统，所述信号处理系统提供用于向所述RFID收发器天线提供所述询问信号以及用于接收由所述多个具备传感器功能的RFID标签中的每个所述具备传感器功能的RFID标签传输的所述RFID应答器信号的装置。
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