ES3036634T3 - Autonomous sensor device with expansion modules - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una unidad base de sensor (401) para determinar variables de proceso en el ámbito industrial. La unidad base de sensor cuenta con una primera unidad de comunicación inalámbrica (402), diseñada para transmitir señales a un primer módulo de expansión (403) y/o recibir señales de dicho módulo, y una primera carcasa (420) con un primer dispositivo receptor (407), diseñado para alojar el primer módulo de expansión (403) o una segunda carcasa (421), donde la primera carcasa (403) rodea completamente la unidad base de sensor (401). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de sensor autónomo con módulos de ampliación

La invención se refiere a un dispositivo de sensor para determinar magnitudes de proceso en un entorno industrial con una unidad de base de sensor y módulos de ampliación.

Antecedentes de la invención

Para registrar magnitudes de procesos industriales, por ejemplo en un entorno químico, puede ser necesario que el sensor esté herméticamente cerrado para el registro de una magnitud de proceso. Para ello pueden usarse sensores autónomos. Dado que estos están rodeados por una carcasa sellada, no pueden equiparse fácilmente con nuevas funcionalidades, por ejemplo, mediante la incorporación de hardware adicional. De este modo, por ejemplo, no es posible incorporar posteriormente una función de visualización y de mando, un almacenamiento de datos o un acumulador de energía más potente.

En consecuencia, los sensores de nivel autónomos se desarrollan para satisfacer una amplia gama de requisitos de los clientes, lo que da lugar a un gran número de variantes de sensores. A la vista de los costes resultantes de desarrollo, autorización, fabricación y distribución, este gran número de aparatos diferentes es una gran desventaja. Además, los aparatos no pueden equiparse posteriormente con funciones adicionales.

El documento WO 2017/103887 A1 describe un dispositivo dispensador de aerosoles en el que el cuerpo de control está acoplado o puede acoplarse con un cartucho. El documento US 2019/195717 A1 describe un sensor en línea con una carcasa que puede fijarse en una pared de una línea de fluido o un recipiente de proceso. El documento US 2019/250019 A1 describe un juego de piezas modular para un dispositivo de campo con componentes intercambiables. El documento EP 3015847 A1 describe un aparato de medición para medir la densidad de medios fluidos con un sensor de densidad, en donde una electrónica de medición y de sensor se encierran en una carcasa o un cartucho. El documento EP 3349047 A1 describe un sistema modular para un aparato de medición radiométrica con un módulo de base, una disposición de sensor y un módulo de ampliación, en donde el módulo de base puede realizarse en una primera placa de circuito impreso y el módulo de ampliación en una segunda placa de circuito impreso. El documento DE 102015112536 A1 describe un módulo enchufable optoelectrónico.

Sumario de la invención

Por lo tanto, un objetivo de la invención es proponer un concepto y dispositivos de acuerdo con la invención adaptados al mismo, que eliminen las desventajas antes mencionadas.

El objetivo se consigue mediante el objeto de la reivindicación de patente independiente 1. Formas de realización ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes, la siguiente descripción, así como las figuras.

De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo de sensor con una unidad de base de sensor para determinar magnitudes de proceso en el entorno industrial. La unidad de base de sensor presenta una primera unidad de comunicación inalámbrica que está configurada para enviar señales a un primer módulo de ampliación y/o recibir señales desde un primer módulo de ampliación, así como una primera carcasa con un primer dispositivo de alojamiento que está configurado para alojar el primer módulo de ampliación o una segunda carcasa, en donde la primera carcasa encierra por completo la unidad de base de sensor.

El término "automatización de procesos en el entorno industrial" puede entenderse como una rama de la tecnología que incluye todas las medidas para el funcionamiento de máquinas e instalaciones sin intervención humana. Uno fin la automatización de procesos es automatizar la interacción entre los componentes individuales de una planta en los sectores químico, alimentario, farmacéutico, petrolero, papelero, cementero, naviero o minero. Para ello puede utilizarse una pluralidad de sensores que están adaptados en particular a los requisitos específicos de la industria de procesos, tal como, por ejemplo, la estabilidad mecánica, la insensibilidad a la contaminación, las temperaturas extremas y las presiones extremas. Los valores de medición de estos sensores se transmiten habitualmente a una sala de control, donde pueden monitorizarse parámetros de proceso tal como el nivel de llenado, el nivel límite, el caudal, la presión o la densidad, y pueden modificarse manual o automáticamente los ajustes de toda la planta.

Una rama de la automatización de procesos en el entorno industrial se refiere a la automatización logística. Con la ayuda de sensores de distancia y de ángulo se automatizan en el campo de la automatización logística procesos dentro de un edificio o dentro de una instalación logística individual. Aplicaciones típicas son, por ejemplo, sistemas de automatización logística en el ámbito de la manipulación de equipajes y mercancías en aeropuertos, en el ámbito de la vigilancia del tráfico (sistemas de peaje), el comercio minorista, la distribución de paquetes y en el ámbito de la seguridad de edificios (control de accesos). Lo que tienen en común los ejemplos enumerados es que una detección de presencia en combinación con la medición precisa del tamaño y la posición de un objeto es necesaria para la aplicación respectiva.

Para ello pueden usarse sensores basados en procedimientos de medición óptica por medio de láser, LED, cámaras 2D o cámaras 3D, que registran distancias según el principio del tiempo de vuelo (time of flight, ToF).

Otra rama de la automatización de procesos en el entorno industrial se refiere a la automatización de fábricas/fabricación. Sus aplicaciones pueden encontrarse en una amplia gama de industrias, tal como la fabricación de automóviles, la producción de alimentos, la industria farmacéutica o el sector del envasado en general. Un fin de la automatización de fábricas es automatizar la producción de mercancías mediante máquinas, líneas de fabricación y/o robots, es decir, hacerlos funcionar sin intervención humana. Los sensores usados en este sentido y los requisitos específicos en cuanto a la precisión de medición al registrar la posición y el tamaño de un objeto son comparables a los del ejemplo anterior de automatización logística.

Por "sensor" se entiende un aparato que presenta una sonda de medición en una carcasa para determinar las magnitudes de proceso, así como los elementos constructivos presentes dentro de la carcasa, tal como, por ejemplo, componentes electrónicos, conexiones y elementos mecánicos.

La unidad de base de sensor está configurada, por ejemplo, para determinar una presión, un nivel de llenado, un nivel límite o una densidad como magnitud de proceso.

De acuerdo con la invención, la unidad de base de sensor se hace funcionar de manera autónoma por la unidad de comunicación inalámbrica y la unidad de transmisión de energía inalámbrica, a pesar de una carcasa cerrada alrededor de la unidad de base de sensor. Debido a la carcasa cerrada, todas las partes funcionales de la unidad de base de sensor se encuentran dentro de la carcasa, es decir, en particular también la unidad de registro de magnitudes de proceso que incluye, por ejemplo, la electrónica y, por regla general, también una antena o un sensor de medición. El módulo de ampliación puede proporcionar una o varias ampliaciones como se explica en las formas de realización siguientes. Esto significa que la unidad de base de sensor o el sensor pueden ampliarse de manera modular sin interferir con la unidad de base de sensor. El hecho de que únicamente esté previsto un alojamiento mecáni

conexiones eléctricas galvánicas con los dispositivos de conexión correspondientes hace que el montaje sea muy sencillo. No es necesaria una conexión por cable o enchufe, que puede estar expuesta a la suciedad, la corrosión o la deformación.

El alojamiento mecánico presenta, por ejemplo, una rosca, un dispositivo de encaje a presión, un cierre de clic, una disposición magnética o un cierre de velcro. La rosca puede ser, por ejemplo, una rosca interior en un borde saliente de la carcasa, una rosca exterior de la carcasa o una rosca central para que el módulo de ampliación pueda enroscarse en la carcasa de la unidad de base de sensor.

De acuerdo con una forma de realización, la primera carcasa encierra herméticamente la unidad de base de sensor de modo que no puede penetrar ni salir aire ni líquido. Precisamente en estos casos, en los que la carcasa debe cerrarse herméticamente, es importante minimizar o evitar cargas mecánicas en las interfaces con el exterior para que se mantenga la estanqueidad. La unidad de base de sensor presentada evita por completo este tipo de interfaces con el módulo de ampliación, es decir, cables, enchufes, juntas, etc.

De acuerdo con una forma de realización, las señales son señales de medición y/o de control, y la primera unidad de comunicación inalámbrica está configurada para enviar y/o recibir las señales en forma analógica o digital. Normalmente, las señales de medición analógicas son generadas por una unidad de determinación de magnitudes de proceso en la unidad de base de sensor, que son preprocesadas y convertidas en señales digitales y transmitidas al módulo de ampliación como datos digitales. El control, por ejemplo, del ciclo de medición, la posible sincronización, configuración, recuperación de datos, etc., tiene lugar, por ejemplo, mediante una unidad de control de un módulo de ampliación. La unidad de control puede obtener la información, por ejemplo, desde el exterior. Los datos pueden, por ejemplo, modularse en una portadora de acuerdo con una técnica de modulación digital o analógica de acuerdo con un protocolo de comunicación. El protocolo de comunicación está sujeto preferentemente a una norma de comunicación.

De acuerdo con una forma de realización, la unidad de base de sensor presenta, como alternativa o además de la primera unidad de comunicación inalámbrica, una primera unidad de transmisión de energía inalámbrica que está configurada para enviar energía al módulo de ampliación y/o recibir energía desde el módulo de ampliación. Esto significa que es posible una transmisión de energía en ambas direcciones. Esto significa que el módulo de ampliación puede ser un módulo sin acumulador de energía propio y puede recibir energía desde la unidad de base de sensor, o viceversa. Por ejemplo, la energía puede transferirse en una dirección en un momento dado y en la otra dirección en otro momento, en función de la energía sobrante o no utilizada o de la demanda.

No es necesario abrir la carcasa para la transmisión de energía o la toma de datos, y no hay que prever ninguna interfaz de cable sellada. La unidad de base de sensor puede presentar su acumulador de energía propio, tal como, por ejemplo, una batería, y puede contar con el apoyo de un módulo de ampliación para proporcionar energía, de modo que se conserve la batería y se prolongue su vida útil. El acumulador de energía opcional también puede ser un acumulador recargable o un acumulador que solo se carga cuando se necesita energía para una medición o para una transmisión de datos.

De acuerdo con una forma de realización, la primera unidad de transmisión de energía inalámbrica está configurada para enviar y/o recibir energía eléctrica por inducción. Los inductores pueden ser, por ejemplo, bobinas, por lo que las antenas NFC impresas, por ejemplo, también se consideran bobinas. Alternativamente, la energía puede transmitirse electroacústicamente, por ejemplo, mediante la conversión de energía acústica en eléctrica, o viceversa, a través de un piezoeléctrico, por ejemplo.

De acuerdo con la invención, se proporciona además un módulo de ampliación para la unidad de base de sensor para determinar magnitudes de proceso en un entorno industrial. El módulo de ampliación presenta una segunda unidad de comunicación inalámbrica que está configurada para enviar señales a la unidad de base de sensor y/o recibir señales desde la unidad de base de sensor, así como una segunda carcasa con un segundo dispositivo de alojamiento que está configurado de manera adaptada al primer dispositivo de alojamiento de modo que el módulo de ampliación puede ser alojado por la unidad de base de sensor, en donde la segunda carcasa encierra por completo el módulo de ampliación.

El alojamiento mecánico del módulo de ampliación para ser alojado en la unidad de base de sensor es la contrapieza del alojamiento mecánico de la unidad de base de sensor y, por lo tanto, está diseñado en consecuencia.

De acuerdo con una forma de realización, la segunda carcasa está configurada para cerrar herméticamente el módulo de ampliación. Por ejemplo, la carcasa del módulo de ampliación está diseñada mecánicamente y en cuanto al material para que sea estanca al agua, al polvo y/o al aire. De este modo, tanto la unidad de base de sensor como el módulo de ampliación están configurados de tal manera que pueden funcionar de manera autónoma, entendiendo por autónoma la autosuficiencia de la unidad de base de sensor y del módulo de ampliación por sí solos, o la combinación de la unidad de base de sensor con el módulo de ampliación debido a las conexiones inalámbricas, mediante lo cual, por ejemplo, la energía se distribuye en la combinación. De acuerdo con otra forma de realización, las señales que envía o recibe la segunda unidad de comunicación inalámbrica del módulo de ampliación son señales de medición y/o de control. Además, la segunda unidad de comunicación inalámbrica está preparada para enviar y/o recibir las señales en forma analógica o digital. De este modo, la segunda unidad de comunicación inalámbrica está diseñada para corresponder a la primera unidad de comunicación inalámbrica de la unidad de base de sensor, con la que se comunica la segunda unidad de comunicación inalámbrica.

De acuerdo con una forma de realización, el módulo de ampliación presenta además una segunda unidad de transmisión de energía inalámbrica que está configurada para enviar energía a la unidad de base de sensor y/o recibir energía desde la unidad de base de sensor. De este modo, la segunda unidad de transmisión de energía inalámbrica corresponde a la primera unidad de transmisión de energía inalámbrica de la unidad de base de sensor, que recibe o envía la energía de la segunda unidad de transmisión de energía inalámbrica en consecuencia. La energía es, por ejemplo, una energía eléctrica o acústica, y de acuerdo con una forma de realización, la unidad de transmisión de energía está configurada para enviar y/o recibir la energía eléctrica por inducción o acústicamente.

De acuerdo con la invención, la segunda carcasa presenta un tercer dispositivo de alojamiento, que está configurado para alojar un módulo de ampliación adicional. El tercer dispositivo de alojamiento puede ser diferente del primero, pero preferentemente está realizado de la misma manera, por ejemplo, como una rosca, un cierre a presión, un cierre de clic, una disposición magnética o un cierre de velcro. Mediante el tercer dispositivo de alojamiento puede conectarse un módulo de ampliación adicional a la unidad de base de sensor a través del primer módulo de ampliación. Conectado significa a este respecto que también este módulo de ampliación, que igualmente presenta al menos una unidad de comunicación inalámbrica y dado el caso una unidad de transmisión de energía inalámbrica, puede enviar energía y/o señales a la unidad de base de sensor o recibirlas desde esta. De este modo se puede montar cualquier número de módulos de ampliación en la unidad de base de sensor como una pila de módulos de ampliación y conectarlos a la unidad de base de sensor en términos de transmisión de energía y transmisión de señales.

Con ello es posible una configuración variable y modular del sensor. Los módulos de ampliación pueden estar configurados en este sentido para comunicarse entre sí y, por ejemplo, proporcionar energía a otro módulo de ampliación. Un módulo de ampliación puede ser un módulo final, es decir, un módulo de nivel superior al que no puede conectarse ningún otro módulo de ampliación, tal como, por ejemplo, un módulo de visualización y mando en el que la pantalla y las unidades de mando deben ser accesibles para un usuario.

Como se describe más adelante, los módulos de ampliación presentan diferentes grupos constructivos, elementos constructivos, interfaces, funcionalidades, etc. Aunque a continuación se presentan realizaciones específicas, un módulo de ampliación también puede comprender una combinación de diferentes tipos de módulos de las siguientes formas de realización o partes de las mismas.

De acuerdo con una forma de realización, el módulo de ampliación está configurado como módulo de energía que presenta al menos un acumulador de energía. Por ejemplo, el módulo de energía contiene una o varias baterías para como acumulador de energía. De este modo, la unidad de base de sensor puede alimentarse con energía suficiente. El módulo también puede presentar un circuito que establece que el suministro de energía se está agotando y una pantalla que indica este estado. Si el dispositivo de sensor presenta además una unidad de comunicación externa, el estado se puede transmitir, por ejemplo, a un servidor o a un smartphone, y el módulo de energía se puede sustituir fácilmente en el momento necesario sin tener que abrir la unidad de base de sensor y/o el módulo de energía y sin tener que desmontar la unidad de base de sensor para su mantenimiento. Si el módulo de ampliación es un módulo intermedio entre la unidad de base de sensor y un módulo de ampliación adicional, el módulo de ampliación puede estar configurado para transmitir energía al módulo de ampliación adicional. Asimismo, el acumulador de energía puede ser un acumulador de energía recargable de modo que el módulo de ampliación pueda recibir, almacenar y liberar energía del módulo de base de sensor u otro módulo de ampliación.

De acuerdo con una forma de realización, el módulo de ampliación está configurado como módulo de comunicación externa y presenta una tercera unidad de comunicación. La comunicación externa puede basarse, por ejemplo, de acuerdo con uno o varios de los estándares WLAN, 5G, Bluetooth, Zigbee, NB-IOT, GSM, CAT-M, LoRa, Sigfox u otros protocolos de transmisión de datos. La unidad de comunicación también puede admitir una conexión alámbrica, por ejemplo, una conexión de bus de campo, y el módulo de ampliación puede proporcionar el hardware y el software correspondientes, como una conexión de enchufe correspondiente u otra conexión.

De acuerdo con una forma de realización, el módulo de ampliación está configurado como módulo de servicio y presenta una memoria de datos así como una unidad de procesamiento de memoria. La unidad de procesamiento de memoria está configurada a este respecto para almacenar datos recibidos en la segunda unidad de comunicación y para gestionar la memoria. De este modo, los datos de medición pueden almacenarse durante un periodo de tiempo más largo. La memoria de datos puede ser una memoria integrada o extraíble. En el caso de una memoria integrada, la memoria puede transferirse, por ejemplo, a una unidad de comunicación externa al módulo de ampliación, por ejemplo, un servidor o un smartphone, a través de otra unidad de comunicación inalámbrica. Los datos también pueden transferirse a un módulo de ampliación, por ejemplo, que está configurado como módulo de comunicación externa para transferir los datos, por ejemplo, a una red o a un smartphone.

De acuerdo con una forma de realización, el módulo de ampliación está configurado como módulo de adaptador y presenta una unidad de adaptador que está configurada para alojar un módulo adicional de sensor alámbrico y para convertir la comunicación inalámbrica con la unidad de base de sensor y/o la transmisión de energía inalámbrica desde y/o hacia la unidad de base de sensor en una comunicación alámbrica con la unidad de base de sensor y/o en una transmisión de energía alámbrica desde y/o hacia la unidad de base de sensor. De este modo puede conectarse un módulo adicional de sensor existente, que puede presentar propiedades similares a los módulos de ampliación presentados en este caso aparte de la carcasa, y que funciona sin contacto, puede insertarse fácilmente en el adaptador de ampliación, por ejemplo. Mediante un adaptador de ampliación, también puede usarse un módulo de sensor habitual sin contacto cuando la unidad de base de sensor no presenta interfaces sin contacto adaptadas al módulo de sensor adicional.

De acuerdo con otra forma de realización, el módulo de ampliación está configurado como módulo de cable y presenta una interfaz para el suministro de energía y/o la comunicación externa alámbrica. Por lo tanto, el módulo de cable puede conectarse por cable a una fuente externa de tensión continua o alterna para suministrar así energía a la unidad de base de sensor o a otro módulo de ampliación.

De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo de sensor que presenta una unidad de base de sensor como se ha descrito anteriormente y un módulo de ampliación como se ha descrito anteriormente, en donde el módulo de ampliación está fijado en la unidad de base de sensor. De acuerdo con la invención, un módulo de ampliación adicional está fijado al módulo de ampliación.

De este modo pueden conectarse prácticamente cualquier número de módulos de ampliación a la unidad de base de sensor. De este modo se obtiene un dispositivo de sensor para determinar magnitudes de proceso con una unidad de base de sensor, en donde el dispositivo de sensor puede ampliarse modularmente mediante uno o varios módulos de ampliación apilables. De acuerdo con una forma de realización, el primer módulo de ampliación está instalado a un lado de la unidad de base de sensor y está configurado para alojar el segundo módulo de ampliación como módulo de ampliación final o para alojar otros módulos de ampliación formando una pila. Por ejemplo, el primer módulo de ampliación se fija a la parte superior de la unidad de base de sensor y el segundo módulo de ampliación se fija a la parte superior del primer módulo de ampliación, creando una pila de módulos de ampliación que se extiende perpendicularmente a la superficie de la unidad de base de sensor. En este caso, las interfaces de comunicación del primer módulo de ampliación se encuentran en lados opuestos, por ejemplo, arriba y abajo. Si los módulos de ampliación son cilíndricos, el apilamiento de los módulos de ampliación crea una pila cilíndrica con una sección transversal redonda, en la que la altura total resulta de la altura de los módulos de ampliación individuales. Los módulos de ampliación individuales pueden presentar en este sentido alturas iguales o diferentes. Un módulo de ampliación final no tiene que presentar en este sentido necesariamente dos interfaces mecánicas o de comunicación. Si el módulo de ampliación final es, por ejemplo, una unidad de visualización y de mando, un módulo de ampliación adicional posiblemente dificultaría o impediría la lectura de la visualización o el mando del dispositivo de sensor.

Otros tipos de módulos de ampliación son, por ejemplo, un módulo de sensor, en el que el módulo de ampliación puede tener un sensor de aceleración, un sensor de presión, un sensor de campo geomagnético, un sensor de gas, un sensor de distancia, un sensor de luminosidad y/o un sensor de temperatura. Los sensores de distancia, tal como lidar, radar y ultrasonidos, así como sensores de movimiento y de luminosidad, son en particular adecuados para su aplicación en los módulos de ampliación finales.

Otras variaciones de las formas de realización divulgadas pueden ser comprendidas y llevadas a cabo por un experto en la materia al llevar a cabo la invención reivindicada mediante el estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas medidas se especifiquen en reivindicaciones dependientes no significa que no se pueda sacar provecho de una combinación de estas medidas. Los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitativos del alcance de las reivindicaciones.

Breve descripción de las figuras

A continuación, se describen en detalle ejemplos de realización de la invención con referencia a las figuras adjuntas. Ni la descripción ni las figuras deben interpretarse como limitativas de la invención. Los símbolos de referencia idénticos en diferentes figuras designan componentes idénticos, salvo que se indique específicamente lo contrario. En este sentido muestra

Fig. 1 un diagrama de un sensor autónomo,

Fig. 2 un diagrama de un sensor con visualización local integrada,

Fig. 3 un diagrama de un sensor con un módulo fotovoltaico,

Fig. 4 un diagrama de un dispositivo de sensor con una unidad de base de sensor y un módulo de ampliación, Fig. 5 Diagramas de distintos módulos de ampliación,

Fig. 6 un diagrama de un alojamiento mecánico para un módulo de ampliación con una unidad indicadora de ángulo,

Fig. 7 un diagrama con la disposición de acuerdo con la invención de una unidad de base de sensor y una pila de módulos de ampliación.

Descripción detallada de las figuras

Fig. 1 a Fig. 3 muestran ejemplos de sensores típicos que no puede equiparse posteriormente con funciones adicionales.

La Fig. 1 muestra un sensor 101 que presenta una batería 102, un bloque constructivo de comunicación inalámbrica 103 y una unidad de detección de nivel 104. A efectos de mantenimiento y mando in situ, el sensor 101 presenta además una unidad de comunicación de campo cercano 105, por ejemplo una unidad NFC o una unidad Bluetooth. La interacción de los componentes representados permite crear un sistema de medición autónomo.

La Fig. 2 muestra una realización alternativa de un sensor 201 con visualización local integrada, por ejemplo una unidad LCD 202 o una unidad de papel electrónico 202 con una función operativa. En esta forma de realización, la unidad de comunicación de campo cercano 105 también puede omitirse, ya que la visualización y/o el mando del sensor están previstos directamente con ayuda de la unidad 202.

En el caso de los sensores mostrados en la Fig. 1 y la Fig.2, la unidad de sensor completa 101,201 debe sustituirse y desecharse una vez agotada la batería 102. La Fig. 3 muestra, por lo tanto, una versión de un sensor 301 ampliado con una opción de captación de energía 302, por ejemplo un módulo fotovoltaico 302. El sensor 301 es capaz de recoger energía durante los días soleados y almacenarla en el acumulador 303. Esta energía puede utilizarse entonces para mantener la medición durante periodos con menos luz solar antes de que la batería 302 tenga que utilizarse para la medición en caso de déficit de energía. Esto significa que la vida útil del sensor puede aumentar considerablemente con la disposición 301. Sin embargo, los costes de fabricación del sensor 301 son claramente superiores a los del sensor 101.

La Fig. 4 muestra un ejemplo de un sensor de nivel 401 como unidad de base de sensor 401, que se compone esencialmente de las partes ya mostradas en la Fig. 1: batería 102, unidad de comunicación inalámbrica 104 y unidad de detección de nivel 104, que en interacción pueden realizar una medición de nivel autónoma. En cambio, la carcasa herméticamente sellada del sensor 401 presenta en su lado exterior un dispositivo de alojamiento 408 o contorno 408 diseñado mecánicamente, que es adecuado para alojar un módulo de ampliación 403, en este caso un módulo de pantalla 403 con un contorno 417 adaptado. Igualmente, el módulo de ampliación 403 está construido sellado herméticamente y, por lo tanto, fácilmente protegido contra influencias externas. Las unidades inalámbricas de transmisión de energía 103, 405 se utilizan para intercambiar energía entre el sensor de nivel autónomo 401 y el módulo de ampliación 403. En este punto se utilizan unidades típicas, por ejemplo unidades de acoplamiento inductivo o estándares RFID como NFC. Además, el sensor 401 y el módulo de ampliación 403 presentan en cada caso al menos una unidad de comunicación inalámbrica 402, 406, que están configuradas para intercambiar comandos de control y/o datos. Los estándares según el estado de la técnica aplicables comprenden Bluetooth, Zigbee, RFID, NFC o incluso tecnologías capacitivas para el acoplamiento bidireccional o también procedimientos ópticos.

En el ejemplo de la Fig. 4, el conjunto presentado de sensor de nivel autónomo 401 y módulo de ampliación 403 permite equipar un sensor estándar 401 con una pantalla adicional 404 a posteriori o de fábrica.

El principio de ampliación de un sensor de base 401 con módulos adicionales 501, 502, 503, 504, 505, 522 se refina en la Fig. 5. Todos los ejemplos mostrados tienen en común una unidad de transmisión de energía 405 y una unidad de comunicación 406.

El módulo de energía 501 incluye uno o varios acumuladores de energía 506, que son adecuados para proporcionar energía adicional a un sensor de base 401 y aumentar así su vida útil.

El módulo de interfaz de usuario 502 está equipado para permitir el mando local del sensor de base 401 con la ayuda de una unidad de visualización 511 y/o una unidad de entrada 512.

El módulo de comunicación 503 es adecuado para ampliar el sensor de base 401 con estándares de comunicación inalámbrica adicionales, por ejemplo con diversos estándares de baja potencia tal como LoRa, Sigfox, LPWAN, o con otros estándares tal como WLAN, GSM, 5G. Para ello, el módulo de ampliación 503 presenta al menos un chip de comunicación 507 así como una antena 508. Dependiendo de la realización, también se utilizan acumuladores de energía adicionales 509 o almacenamientos intermedios de energía 510 para proporcionar alta potencia a corto plazo.

El módulo de servicio 504 puede usarse para crear grabaciones a largo plazo de datos relevantes para el funcionamiento de un sensor de base 401, por ejemplo con el uso de módulos de memoria 513 instalados permanentemente o intercambiables.

El módulo de adaptador 505 convierte la energía y la información transmitida de manera inalámbrica desde el sensor de base en una forma alámbrica y la pone a disposición en una interfaz 514. Esta interfaz para instalar módulos complementarios alámbricos puede ser una interfaz habitual y permite la transición a módulos complementarios estándar ya existentes. El módulo complementario alámbrico 515 se protege herméticamente frente a las influencias ambientales por una cubierta 516 del módulo de adaptador 505.

Por último, el módulo de cable 522 siempre se puede usar si posteriormente se va a alimentar y/o evaluar un sensor de base autónomo 401 por cable. Para ello, el módulo de cable 522 proporciona al menos una interfaz 517 para conectar un cable 518, que puede transmitir energía adicional al sensor 401 y/o puede leer información tal como, por ejemplo, valores de medición, actualizaciones de software, etc. del sensor o introducirlos en el mismo desde el exterior.

Los ejemplos de la Fig. 5 también muestran diferentes ejemplos de contornos mecánicos 417, 519, 520, 521 para fijar el módulo de ampliación al sensor de base 401. En este caso es concebible el uso de contornos roscados 519, contornos de ajuste a presión 520 o incluso contornos magnéticos 521 o contornos de velcro 521. También puede estar previsto sellar el espacio intermedio 409 mostrado en la Fig. 4 entre el sensor de base 401 y el módulo de ampliación 403 contra la suciedad y la humedad penetrante instalando una junta en el módulo de ampliación.

La Fig. 6 muestra un perfeccionamiento de los contornos 407, 519, 520, 521. Para crear elementos de acoplamiento 402, 103, 406, 405 especialmente pequeños y eficientes, es necesario que los bloques constructivos de transmisión de energía 103, 405 y/o los bloques constructivos de comunicación 402, 406 estén esencialmente opuestos entre sí tras la fijación del módulo de ampliación 403. Con ello aumenta la eficiencia de la transmisión de energía y/o datos. Por este motivo, el módulo de ampliación 403 tiene una unidad indicadora de ángulo 601, por ejemplo un pasador 601, que encaja en la ranura 604 durante el montaje del módulo de ampliación 403 en el sensor de base 401. La ranura forma una unidad de posicionamiento de ángulo con su punto final 602 en conjunción con el indicador de ángulo 601, que asegura que el ángulo de montaje 603 entre el sensor de base 401 y el módulo de ampliación 403 se corresponde con un ángulo teórico predefinido 603.

En este punto, el experto en la materia conoce otros dispositivos mecánicos que pueden garantizar una posición angular predefinida tras el montaje.

La Fig. 7 muestra una configuración de acuerdo con la invención del dispositivo de sensor 400 con los módulos de ampliación 701, 702, 703, con los que se consigue un apilamiento de varios módulos.

Con ello, la unidad de base de sensor 401 puede ampliarse con varias funciones, en donde módulos intermedios 701, 702 también pueden usarse en cada caso como módulos de ampliación finales o módulos finales 703. En particular, los módulos de energía 501, los módulos de comunicación 503, los módulos de servicio 504 o los módulos de cable 522 pueden utilizarse como módulos intermedios. Los módulos intermedios 701, 702 se caracterizan por que, por un lado, tienen alojamientos mecánicos 704 para fijar módulos de ampliación adicionales, pero también tienen unidades de comunicación 705 y/o unidades de transmisión de energía 706 adecuadas, que sirven para unir otros módulos de ampliación.

En principio, todos los módulos de ampliación presentados hasta ahora pueden utilizarse como módulos finales 703, en particular también los módulos intermedios 701, 702. Es evidente que, en particular, módulos con elementos fotovoltaicos o elementos de visualización y mando se realizan principalmente como módulo final 703.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de sensor (400) que presenta una unidad de base de sensor autónoma (401) para determinar magnitudes de proceso en el entorno industrial y al menos un primer módulo de ampliación (403) que puede fijarse a la unidad de base de sensor (401) y un módulo de ampliación adicional; en donde la unidad de base de sensor autónoma (401) presenta:

una primera unidad de comunicación inalámbrica (402) configurada tanto para enviar señales al primer módulo de ampliación (701) y/o recibir señales desde el primer módulo de ampliación (701) como para enviar señales al módulo de ampliación adicional (702, 703) y/o recibir señales desde el módulo de ampliación adicional (702); y/o una primera unidad de transmisión de energía inalámbrica (103) configurada tanto para enviar energía al primer módulo de ampliación (701) y/o recibir energía desde el primer módulo de ampliación (701) como para enviar energía al módulo de ampliación adicional (702, 703) y/o recibir energía desde el módulo de ampliación adicional (702, 703);

una primera carcasa con un primer dispositivo de alojamiento (407) configurado para alojar el primer módulo de ampliación (701), en donde la primera carcasa encierra por completo la unidad de base de sensor (401); y en donde el primer módulo de ampliación (701) presenta:

una segunda unidad de comunicación inalámbrica (406) configurada para enviar señales a la unidad de base de sensor (401) y/o recibir señales desde la unidad de base de sensor (401); y

una segunda carcasa con un segundo dispositivo de alojamiento (417) que está configurado de manera adaptada al primer dispositivo de alojamiento (407), de modo que el primer módulo de ampliación (403) puede ser alojado por la unidad de base de sensor (401), y un tercer dispositivo de alojamiento para alojar el módulo de ampliación adicional, en donde la segunda carcasa encierra por completo el primer módulo de ampliación (701); y

en donde el módulo de ampliación adicional presenta:

una tercera unidad de comunicación inalámbrica configurada para enviar señales a la unidad de base de sensor y/o recibir señales desde la unidad de base de sensor;

y una tercera carcasa con un dispositivo de alojamiento adicional que está configurado de manera adaptada al tercer dispositivo de alojamiento (407), de modo que el módulo de ampliación adicional puede ser alojado por el primer módulo de ampliación, en donde la tercera carcasa encierra por completo el módulo de ampliación adicional;

y en donde el primer módulo de ampliación y el módulo de ampliación adicional presentan diferentes grupos constructivos, elementos constructivos, interfaces y/o funcionalidades.

2. Dispositivo de sensor (400) según la reivindicación 1, en donde la primera carcasa encierra herméticamente la unidad de base de sensor (401).

3. Dispositivo de sensor (400) según la reivindicación 1 o 2, en donde las señales son señales de medición y/o de control, y la primera unidad de comunicación inalámbrica (402) está configurada para enviar y/o recibir las señales en forma analógica o digital.

4. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera unidad de transmisión de energía inalámbrica (103) está configurada para enviar energía eléctrica por inducción o electroacústicamente.

5. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones 1-3, en donde la primera unidad de transmisión de energía inalámbrica (103) está configurada para recibir energía eléctrica por inducción o electroacústicamente.

6. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda carcasa (421) encierra herméticamente el primer módulo de ampliación (701).

7. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las señales son señales de medición y/o de control, y la segunda unidad de comunicación inalámbrica (406) está configurada para enviar y/o recibir las señales en forma analógica o digital.

8. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer módulo de ampliación (701) o el segundo módulo de ampliación (702, 703) presenta además una segunda unidad de transmisión de energía inalámbrica (405) que está configurada para enviar energía a la unidad de base de sensor (401) y/o recibir energía desde la unidad de base de sensor (401).

9. Dispositivo de sensor (400) según la reivindicación 8, en donde la segunda unidad de transmisión de energía inalámbrica (405) está configurada para enviar y/o recibir energía eléctrica por inducción.

10. Dispositivo de sensor (400) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer módulo de ampliación (701) o el segundo módulo de ampliación (702, 703)

está configurado como módulo de energía (501) y presenta al menos un acumulador de energía (506); o está configurado como módulo de visualización y/o de mando (502) y presenta una unidad de visualización (511) y/o de mando (512); o

está configurado como módulo de comunicación externa (503) y presenta una tercera unidad de comunicación (507); o

está configurado como módulo de servicio (504) y presenta una memoria de datos (513) y una unidad de procesamiento de memoria, en donde la unidad de procesamiento de memoria está configurada para almacenar datos recibidos en la segunda unidad de comunicación (406) y para gestionar la memoria de datos (513); o

está configurado como módulo de adaptador (505) y presenta una unidad de adaptador (516) que está configurada para alojar un módulo adicional de sensor alámbrico (515) y para convertir la comunicación inalámbrica con la unidad de base de sensor (401) y/o la transmisión de energía inalámbrica desde o hacia la unidad de base de sensor (401) en una comunicación alámbrica con la unidad de base de sensor (401) o en una transmisión de energía alámbrica desde o hacia la unidad de base de sensor (401); o

está configurado como módulo de cable (522) y presenta una interfaz (518) para la comunicación externa y/o suministro de energía externo alámbricos.