DE202018105636U1 - Housing for a sensor and a transmitter unit suitable for different mounting conditions - Google Patents

Housing for a sensor and a transmitter unit suitable for different mounting conditions Download PDF

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Abstract

Gehäuse (4) aus im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähigem Material für einen oder mehrere Sensoren (1) und für eine diesen zugeordnete Sendeeinheit (2) mit einer Antenne (3), wobei die Antenne (3) für Wellenlängen von 0,001 m bis 2 m ausgelegt ist, das Gehäuse (4) eine Montagefläche (6) zur Anbringung an einem Bestimmungsort (9) aufweist und an oder in dem Gehäuse eine elektrisch leitfähige Platte (8) vorhanden ist, die etwa parallel zur Montagefläche (6) und zwischen Montagefläche (6) und Antenne (3) verläuft, auf deren Vorhandensein die Antenne (3) abgestimmt ist.Housing (4) of substantially non-electrically conductive material for one or more sensors (1) and for a transmission unit (2) associated therewith with an antenna (3), wherein the antenna (3) designed for wavelengths of 0.001 m to 2 m is, the housing (4) has a mounting surface (6) for attachment to a destination (9) and on or in the housing, an electrically conductive plate (8) is provided which is approximately parallel to the mounting surface (6) and between the mounting surface (6 ) and antenna (3), whose presence the antenna (3) is tuned.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für mindestens einen Sensor und eine dem Sensor zugeordnete Sendeeinheit mit einer integrierten Antenne. Solche Gehäuse können im Zusammenhang mit dem „Internet der Dinge“ (loT) für die Überwachung und/oder Steuerung einer Vielzahl von Geräten, Fahrzeugen, Containern, Einrichtungen und Vorgängen eingesetzt werden. Sie enthalten typischerweise einen oder mehrere Sensoren, z. B. für Temperatur, Druck, Ortsbestimmung, Beschleunigung etc., wobei gemessene Werte durch Funksignale an einen Empfänger übermittelt werden. Dazu dient eine Sendeeinheit mit einer Antenne, wobei die Antenne natürlich auch zum Empfang von Signalen eingerichtet sein kann. Meist werden dafür Funkstandards wie Lora, Sigfox, NBlot und dergleichen verwendet, die für die Datenübertragung in einem Wide Area Network geschaffen wurden. An solche Gehäuse werden viele verschiedene Anforderungen gestellt. Sie sollen möglichst platzsparend, robust, meist auch wasserdicht und mechanisch unempfindlich, aber kostensparend produzierbar sein. Außerdem müssen sie natürlich für Funksignale durchlässig sein. Letzteres führt im typischerweise dazu, dass solche Gehäuse im Wesentlichen aus elektrisch nicht leitfähigem Material, z. B. Kunststoff, hergestellt sind. Oft sind auch die im Inneren eines solchen Gehäuses vorhandenen elektronischen Komponenten gleich mit in Kunststoff oder dergleichen eingegossen.The invention relates to a housing for at least one sensor and a transmitter unit associated with the sensor with an integrated antenna. Such enclosures may be used in connection with the "Internet of Things" (loT) for monitoring and / or controlling a variety of devices, vehicles, containers, facilities and operations. They typically contain one or more sensors, e.g. As for temperature, pressure, location, acceleration, etc., where measured values are transmitted by radio signals to a receiver. The purpose of a transmission unit with an antenna, the antenna can of course also be set up to receive signals. Mostly radio standards such as Lora, Sigfox, NBlot and the like are used, which were created for data transmission in a Wide Area Network. Many different requirements are placed on such housings. They should be as space-saving, robust, usually waterproof and mechanically insensitive, but cost-effectively produced. In addition, they must of course be permeable to radio signals. The latter typically results in such housings essentially being made of electrically nonconductive material, e.g. As plastic, are made. Often also present in the interior of such a housing electronic components are molded with the same in plastic or the like.

Da Sensoranordnungen mit Sendeeinheiten in großen Stückzahlen produziert werden, ist es wünschenswert, dass sie für viele verschiedene Anwendungen und Bestimmungsorte geeignet sind. Die Gehäuse weisen daher (möglicherweise standardisierte) Montageflächen und Befestigungsmittel auf, mit denen sie an beliebigen entsprechend vorbereiteten Bestimmungsorten montiert werden können.Because sensor arrays are being produced in large numbers with transmitter units, it is desirable that they be suitable for many different applications and destinations. The enclosures therefore have (possibly standardized) mounting surfaces and fasteners for mounting to any appropriately prepared destination.

Ein Problem kann aber dann entstehen, wenn die Antenne so abgestimmt ist, dass sie in einer elektrisch nicht leitenden Umgebung die gewünschte Sendeleistung abgeben kann. Wird ein Gehäuse mit einer so abgestimmten Antenne auf einer elektrisch leitenden Oberfläche, möglicherweise sogar auf einer ferromagnetischen Oberfläche montiert, so verändert die Gegenwart dieser Oberfläche am Bestimmungsort die Abstimmung der Antenne, was zu einer stark verringerten Sendeleistung und/oder erhöhtem Stromverbrauch der Sendeeinheit führen kann. Man kann aber die Abstimmung der Antenne nicht mehr nach oder bei der Montage verändern und natürlich auch keine gemeinsame Einstellung unterschiedlicher Bestimmungsorte finden.However, a problem may arise when the antenna is tuned to deliver the desired transmit power in an electrically non-conductive environment. If a housing with such a tuned antenna mounted on an electrically conductive surface, possibly even on a ferromagnetic surface, so the presence of this surface at the destination changes the tuning of the antenna, which can lead to a greatly reduced transmission power and / or increased power consumption of the transmitting unit , But you can not change the tuning of the antenna after or during assembly and of course find no common setting of different destinations.

Da die Abmessungen der Gehäuse und damit die der Antenne meist kleiner als die Wellenlänge der benutzten Funkfrequenzen sind, werden integrierte Antennen durch die Montage und die unter dem oder in der Nähe des Gehäuses befindlichen Materialien insbesondere durch Metalle wesentlich beeinflusst. Die Antennen-Impedanz wird durch in der Nähe (unter einer Wellenlänge Entfernung) befindliche Materialien, insbesondere elektrisch leitfähige Materialien und Metalle verändert, was zu einer Fehlanpassung der Antenne führt. Dies kann in ungünstigen Fällen dazu führen das die aufgewendete Sendeenergie durch die verursachte Veränderung der Impedanz der Antenne nur noch zu einem geringen Teil in die Antenne fließt, und die Reichweite des Funksignals drastisch reduziert wird. Derzeitige Sensoranordnungen erfahren durch die Montage oft eine starke Fehlanpassung der integrierten Antenne und haben dann eine geringe Reichweitre ihrer Funksignale. Es gibt zwar auch die Praxis, immer eine Montage auf Metallflächen vorzuschreiben, was aber die Einsatzmöglichkeiten verringert.Since the dimensions of the housing and thus of the antenna are usually smaller than the wavelength of the radio frequencies used, integrated antennas are significantly affected by the assembly and located under or near the housing materials, in particular by metals. The antenna impedance is altered by near-wavelength (below wavelength) materials, particularly electrically conductive materials and metals, resulting in antenna mismatch. This can lead in unfavorable cases to the fact that the applied transmission energy flows through the caused change in the impedance of the antenna only a small part in the antenna, and the range of the radio signal is drastically reduced. Current sensor arrangements often experience a strong mismatch of the integrated antenna due to the mounting and then have a low range of their radio signals. Although there is also the practice of always prescribing a mounting on metal surfaces, but this reduces the possible applications.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse für mindestens einen Sensor und eine zugeordnete Sendeeinheit mit Antenne zu schaffen, welches die eingangs geschilderten Probleme wenigsten teilweise lindert bzw. beseitigt und insbesondere Bedingungen für die Abstimmung der Antenne schafft, die sich durch die Montage an beliebigen Bestimmungsorten aus beliebigem Material nur noch wenig verändern, so dass eine einmal abgestimmte Antenne eine gewünschte Sendeleistung unabhängig vom Bestimmungsort im Wesentlichen behält.Object of the present invention is to provide a housing for at least one sensor and an associated transmitter unit with antenna, which alleviates the problems described at least partially or eliminates and in particular creates conditions for the tuning of the antenna, which is due to the assembly of any Destinations of any material change only slightly, so that a once tuned antenna essentially retains a desired transmission power regardless of destination.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden an Hand der Zeichnung näher erläutert.To achieve this object, a housing with the features of claim 1. Advantageous further developments and refinements are specified in the dependent claims and will be explained in more detail with reference to the drawing.

Hierzu trägt ein Gehäuse aus im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähigem Material für einen oder mehrere Sensoren und für eine diesen zugeordnete Sendeeinheit mit einer Antenne bei, wobei die Antenne für Wellenlängen von 0,001 m [Meter] bis 2 m ausgelegt ist. Das Gehäuse weist eine Montagefläche zur Anbringung an einem Bestimmungsort auf. An oder in dem Gehäuse ist eine elektrisch leitfähige Platte vorhanden, die etwa parallel zur Montagefläche und zwischen Montagefläche und Antenne verläuft, auf deren Vorhandensein die Antenne abgestimmt ist.For this purpose, a housing of substantially non-electrically conductive material for one or more sensors and for a transmission unit associated therewith contributes to an antenna, wherein the antenna is designed for wavelengths of 0.001 m [meter] to 2 m. The housing has a mounting surface for attachment to a destination. On or in the housing, an electrically conductive plate is present, which is approximately parallel to the mounting surface and between the mounting surface and antenna, on the presence of which the antenna is tuned.

Die Antenne kann für Wellenlängen von 0,01 bis 2 m, vorzugsweise 0,1 bis 1 m, ausgelegt und abgestimmt sein.The antenna can be designed and tuned for wavelengths of 0.01 to 2 m, preferably 0.1 to 1 m.

Die elektrisch leitfähige Platte besteht bevorzugt (ausschließlich) aus Metall.The electrically conductive plate is preferably (exclusively) made of metal.

Die Montagefläche kann in einer oder mehreren Richtungen gebogen sein.The mounting surface may be bent in one or more directions.

Die elektrisch leitfähige Platte kann die Montagefläche zumindest teilweise begrenzen. The electrically conductive plate may at least partially limit the mounting surface.

Die elektrisch leitfähige Platte kann innen im Gehäuse nahe der Antenne angeordnet sein und eine Länge sowie eine Breite aufweisen, die größer als entsprechende Dimensionen der Antenne sind.The electrically conductive plate may be disposed inside the housing near the antenna and have a length and a width that are greater than corresponding dimensions of the antenna.

Die elektrisch leitfähige Platte kann aus einer ferromagnetischen Legierung bestehen.The electrically conductive plate may be made of a ferromagnetic alloy.

Elektrische Leitungen können durch die Montagefläche und/oder die elektrisch leitfähige Platte geführt sein.Electrical leads may be routed through the mounting surface and / or the electrically conductive plate.

Die elektrisch leitfähige Platte kann aus solchem Material mit solchen Dimensionen so angeordnet sein, dass eine auf die Anwesenheit dieser Platte abgestimmte Antenne durch Montage an einem Bestimmungsort aus beliebigem Material nur wenig bzw. unwesentlich verstimmt wird, so dass eine Sendeleistung der Sendeeinheit durch die Montage nicht mehr als 30%, vorzugsweise weniger als 10%, verringert wird.The electrically conductive plate can be arranged of such material with such dimensions that a tuned to the presence of this plate antenna is detuned by mounting at a destination of any material little or insignificant, so that a transmission power of the transmitting unit by the assembly not more than 30%, preferably less than 10%.

Es hat sich herausgestellt, dass vor allem die nähere Umgebung am Bestimmungsort, also vor allem das Material in dem Bereich, in dem ein Gehäuse befestigt wird, die Abstimmung einer Antenne im Gehäuse beeinflusst. Dabei hat elektrisch nicht leitfähiges Material nur einen geringen Einfluss, elektrisch leitfähige Bestimmungsorte aber einen großen Einfluss. Dies kann man dadurch erheblich reduzieren, indem man mit dem Gehäuse immer einen Bestimmungsort mit elektrisch leitender Oberfläche simuliert. Dies geschieht mittels einer elektrisch leitfähigen Platte, die an oder in dem Gehäuse angeordnet ist, und zwar zwischen der Antenne und der Montagefläche. Im einfachsten Fall bildet diese Platte mit ihrer Außenseite die Montagefläche oder ist als Zusatzteil ausgebildet, welches zwischen Bestimmungsort und Gehäuse gelegt werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine elektrisch leitende Platte in dem Gehäuse nahe der Antenne anzuordnen, wodurch der Einfluss der Platte auf die Abstimmung der Antenne größer als jeder spätere Einfluss des Bestimmungsortes ist. Ein nicht metallischer Bestimmungsort beeinflusst die Antenne ohnehin sehr wenig, ein metallischer Bestimmungsort übt bei Vorhandensein einer elektrisch leitenden Platte ebenfalls nur noch einen geringen Einfluss aus. Es kann ausreichen, eine Platte mit einer elektrisch leitenden Beschichtung vorzusehen oder eine elektrisch leitende Beimischung in ein plattenförmiges Bauteil des Gehäuses zu geben.It has been found that, above all, the surroundings at the destination, that is to say in particular the material in the region in which a housing is fastened, influences the tuning of an antenna in the housing. In this case, electrically non-conductive material has only a small influence, but electrically conductive destinations have a great influence. This can be significantly reduced by simulating with the housing always a destination with electrically conductive surface. This is done by means of an electrically conductive plate which is arranged on or in the housing, between the antenna and the mounting surface. In the simplest case, this plate forms with its outside the mounting surface or is designed as an additional part, which can be placed between the destination and the housing. Another possibility is to arrange an electrically conductive plate in the housing near the antenna, whereby the influence of the plate on the tuning of the antenna is greater than any later influence of the destination. A non-metallic destination influences the antenna very little anyway, a metallic destination also exerts only a small influence in the presence of an electrically conductive plate. It may be sufficient to provide a plate with an electrically conductive coating or to give an electrically conductive admixture in a plate-shaped component of the housing.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele und Kombinationen von Einzelheiten beschränkt ist.Further advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing, wherein the invention is not limited to the embodiments illustrated in the drawings and combinations of details.

Es zeigen schematisch:

  • 1: ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit einer elektrisch leitenden Platte, deren Außenseite eine Montagefläche bildet und
  • 2: ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Gehäuse mit elektrisch leitender Platte im Inneren.
They show schematically:
  • 1 a housing according to the invention with an electrically conductive plate whose outer side forms a mounting surface and
  • 2 : An embodiment of an inventive housing with electrically conductive plate in the interior.

1 zeigt schematisch einen Sensor 1 mit einer zugeordneten Sendeeinheit 2, die zusammen mit einer Antenne 3 in einem Gehäuse 4 integriert sind. Auf die Form des Gehäuses kommt es nicht an, es weist jedoch ein im Wesentlichen aus elektrisch nicht leitendem Material bestehendes Gehäuseoberteil 5 auf. Das Gehäuseoberteil wird von einer Montagefläche 6 zur Befestigung an einem Bestimmungsort 9 begrenzt. Befestigungsmittel 7 dienen zur Befestigung bei der Montage. Es kann sich z. B. um geeignete Laschen, Löcher oder Schlitze zur Aufnahme von Schrauben oder handeln. Eine elektrisch leitfähige Platte 8 befindet sich zwischen Antenne 3 und Bestimmungsort 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine metallische Platte, die quasi das Gehäuseoberteil 5 abschließt und mit ihrer Außenseite die Montagefläche 6 bildet. Diese elektrisch leitende Platte kann entweder fest mit dem Gehäuseoberteil 5 verbunden sein oder bei der Montage des Gehäuses 4 am Bestimmungsort 9 mit befestigt werden. Wichtig ist, dass die Antenne 4 schon auf das Vorhandensein der elektrisch leitfähigen Platte 8 abgestimmt ist, weil sich dann bei der Montage die Abstimmung kaum noch verändert, unabhängig vom Material am Bestimmungsort 9 und in dessen Umgebung. Sofern elektrische Leitungen 10 vom Bestimmungsort 9 in das Gehäuse 4 geführt werden sollen, können diese durch geeignete Öffnungen 11 in der Montagefläche 6 und der elektrisch leitfähigen Platte 8 geführt und dort erforderlichenfalls mit Kunststoff vergossen werden. 1 schematically shows a sensor 1 with an associated transmitting unit 2 that together with an antenna 3 in a housing 4 are integrated. It is not important for the shape of the housing, but it has an upper housing part consisting essentially of electrically non-conductive material 5 on. The housing top is from a mounting surface 6 for attachment to a destination 9 limited. fastener 7 serve for mounting during assembly. It can be z. B. to appropriate tabs, holes or slots for receiving screws or act. An electrically conductive plate 8th is located between antenna 3 and destination 9 , In the present embodiment, it is a metallic plate, which is virtually the upper housing part 5 closes and with its outside the mounting surface 6 forms. This electrically conductive plate can either be fixed to the upper housing part 5 be connected or during assembly of the housing 4 at the destination 9 to be fastened with. It is important that the antenna 4 already on the presence of the electrically conductive plate 8th is tuned, because then the vote barely changed during assembly, regardless of the material at the destination 9 and in its surroundings. Unless electrical wiring 10 from the destination 9 in the case 4 be guided, these can be through suitable openings 11 in the mounting area 6 and the electrically conductive plate 8th guided where necessary and shed with plastic.

2 zeigt schematisch die gleichen Bauteile wie 1, nur dass in diesem Ausführungsbeispiel die elektrisch leitfähige Platte 8 innen im Gehäuse 4 nahe der Antenne 3 angeordnet ist. In diesem Fall kann ihre Länge L und ihre Breite B kleiner sein als das Gehäuse 4, solange die Dimensionen der Antenne durch die Länge L und die Breite B überschritten werden. In dieser Konstellation beeinflusst die elektrisch leitende Platte 8 die Antenne 3 viel stärker als irgendwelche Materialien am Bestimmungsort 9, so dass auch so das gewünschte Ziel erreicht werden kann. 2 schematically shows the same components as 1 , except that in this embodiment, the electrically conductive plate 8th inside the case 4 near the antenna 3 is arranged. In this case, their length can be L and her width B be smaller than the case 4 as long as the dimensions of the antenna through the length L and the width B be crossed, be exceeded, be passed. In this constellation affects the electrically conductive plate 8th the antenna 3 much stronger than any materials at the destination 9 so that even the desired goal can be achieved.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die gleichen Sensoren mit integrierten Antennen mit fast gleichbleibender Sendeleistung und Reichweite an unterschiedlichen Bestimmungsorten einzusetzen, ohne Rücksicht auf die dort vorhandenen Materialien nehmen zu müssen.The present invention makes it possible to use the same sensors with integrated antennas with almost constant transmission power and range at different destinations, without having to take account of the existing materials there.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensorsensor
22
Sendeeinheittransmission unit
33
Antenneantenna
44
Gehäusecasing
55
GehäuseoberteilHousing top
66
Montageflächemounting surface
77
Befestigungsmittelfastener
88th
Elektrisch leitfähige PlatteElectrically conductive plate
99
Bestimmungsortdestination
1010
Elektrische LeitungenElectric lines
1111
Durchführung execution
LL
Längelength
BB
Breitewidth

Claims (9)

Gehäuse (4) aus im Wesentlichen nicht elektrisch leitfähigem Material für einen oder mehrere Sensoren (1) und für eine diesen zugeordnete Sendeeinheit (2) mit einer Antenne (3), wobei die Antenne (3) für Wellenlängen von 0,001 m bis 2 m ausgelegt ist, das Gehäuse (4) eine Montagefläche (6) zur Anbringung an einem Bestimmungsort (9) aufweist und an oder in dem Gehäuse eine elektrisch leitfähige Platte (8) vorhanden ist, die etwa parallel zur Montagefläche (6) und zwischen Montagefläche (6) und Antenne (3) verläuft, auf deren Vorhandensein die Antenne (3) abgestimmt ist.Housing (4) of substantially non-electrically conductive material for one or more sensors (1) and for a transmission unit (2) associated therewith with an antenna (3), wherein the antenna (3) designed for wavelengths of 0.001 m to 2 m is, the housing (4) has a mounting surface (6) for attachment to a destination (9) and on or in the housing, an electrically conductive plate (8) is provided which is approximately parallel to the mounting surface (6) and between the mounting surface (6 ) and antenna (3), whose presence the antenna (3) is tuned. Gehäuse (4) nach Anspruch 1, wobei die Antenne (3) für Wellenlängen von 0,01 bis 2 m ausgelegt und abgestimmt ist.Housing (4) after Claim 1 wherein the antenna (3) is designed and tuned for wavelengths of 0.01 to 2 m. Gehäuse (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrisch leitfähige Platte (8) aus Metall bestehtHousing (4) after Claim 1 or 2 , wherein the electrically conductive plate (8) consists of metal Gehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Montagefläche (6) in einer oder mehreren Richtungen gebogen ist.A housing (4) according to any one of the preceding claims, wherein the mounting surface (6) is bent in one or more directions. Gehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Platte (8) die Montagefläche (6) zumindest teilweise begrenzt.Housing (4) according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive plate (8) at least partially limits the mounting surface (6). Gehäuse (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Platte (8) innen im Gehäuse (4) nahe der Antenne (3) angeordnet ist und eine Länge (L) und eine Breite (B) aufweist, die größer als entsprechende Dimensionen der Antenne (3) sind.Housing (4) according to one of Claims 1 to 4 wherein the electrically conductive plate (8) is disposed inside the housing (4) near the antenna (3) and has a length (L) and a width (B) greater than corresponding dimensions of the antenna (3). Gehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Platte (8) aus einer ferromagnetischen Legierung besteht.Housing (4) according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive plate (8) consists of a ferromagnetic alloy. Gehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Leitungen (10) durch die Montagefläche (6) und/oder die elektrisch leitfähige Platte (8) geführt sind.Housing (4) according to one of the preceding claims, wherein electrical leads (10) through the mounting surface (6) and / or the electrically conductive plate (8) are guided. Gehäuse (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Platte (8) aus solchem Material mit solchen Dimensionen so angeordnet ist, dass eine auf die Anwesenheit dieser Platte abgestimmte Antenne (3) durch Montage an einem Bestimmungsort (9) aus beliebigem Material nur wenig verstimmt wird, so dass eine Sendeleistung der Sendeeinheit (2) durch die Montage nicht mehr als 30%, vorzugsweise weniger als 10%, verringert wird.Housing (4) according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive plate (8) of such material having such dimensions is arranged so that an antenna (3) tuned to the presence of said plate can be assembled by mounting it at a destination (9) Material is only slightly detuned, so that a transmission power of the transmitting unit (2) by mounting not more than 30%, preferably less than 10%, is reduced.
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