JP6568115B2

JP6568115B2 - ワイヤレス・モジュールとアンテナとを接続するための、組込型の容量性バリヤを伴う本質的安全インライン・アダプター

Info

Publication number: JP6568115B2
Application number: JP2016572758A
Authority: JP
Inventors: アルール，アントニー・バスカール; ランガラジュル，ゴパラクリシュナン; マイイェル，バルト
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2015-05-20
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2035-05-20
Also published as: CA2947477A1; JP2017527944A; EP3155698A1; WO2015191261A1; EP3155698A4; CN106463900A; US20150366084A1; US9680261B2; CN106463900B

Description

[0001] 一般に、実施形態は、本質的安全（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｓａｆｅ）・インライン回路およびデバイスに関連する。また、実施形態は、ワイヤレス・デバイスに関連する。更に、実施形態は、ワイヤレス・モジュールとアンテナとを接続するための、組み込まれる容量性バリヤを伴う本質的安全インライン・アダプターに関する。

[0002] 工業プロセス制御システムでは、ワイヤレス・ネットワークが広く配備され、工業プロセスの感知および監視をサポートする。そのようなネットワークは、典型的には有線のセンサと関連する費用をかけずに、ワイヤレス・センサを用いて工業プロセスを監視することを可能にする。しかし、そのようなワイヤレス・センサは、特定の応用で使用するために、本質的安全基準に従うことを必要とする場合が多い。例えば、ワイヤレス・センサは、「ゾーン２」（例えば、僅かに有害）レベルや「ゾーン０」（非常に有害）レベルの検定を満足させる必要があり得る。

[0003] 典型的に、ワイヤレス・センサは、ＲＦ（無線周波数）または他のワイヤレス無線用のボードと、それに伴う、範囲に関する性能を良くするための外部アンテナとを含む。デバイスを本質的に安全とするための共通の制約は、アンテナの接地と無線ボードの接地とを特定の距離（例えば、「ゾーン２」に関しては約０．５ｍｍ、「ゾーン０」に関しては３．０ｍｍ）により完全に分離すべきである、というものである。しかし残念ながら、この形式の配置は、アンテナと無線ボードとの間の整合の妨げとなるものであり、接地の不連続性により高ＲＦや他のものを損失させる。

[0004] ほとんどの従来技術のワイヤレス・ネットワークは、サード・パーティー製のワイヤレス・モジュールおよび／または無線モジュールを含み、それらは、アンテナ・ポートに関しての本質的安全を考慮して設計されていない。更に、そのようなデバイスやコンポーネントは、防爆製品証明書（例えば、ＡＴＥＸおよびＩＥＣＥｘ）を得るために必要とされる高レベルの本質的安全要件に適合しない。また、そのような従来技術のデバイスは、典型的には、送信パワーを約３ｄＢ低減させ、ワイヤレス・モジュールのパワーの送信および受信機の感度を低減させる原因となる。これは、ワイヤレス・モジュールに影響を及ぼしてその自由空間範囲を半分にし、また、信頼性にも影響する。

[0005] 上記の事柄に基づくと、組込型の容量性バリヤを伴う改善された本質的安全インライン・アダプターと、ワイヤレス・モジュールとアンテナとを接続する方法とが必要とされていると信じられ、それらについてここで詳細に記載する。

[0006] 下記の概要は、開示される実施形態の独特の革新的構成の幾つかについての理解を促進させるために提供されるものであり、完全な説明とすることは意図していない。ここで開示される実施形態の様々な特徴の完全な理解は、明細書、特許請求の範囲、および要約の全てを全体的に取り入れることにより得ることができる。

[0007] したがって、開示される実施形態の１つの特徴は、改善された本質的に安全な回路およびデバイスを提供する。

[0008] 開示される実施形態の別の特徴は、改善されたワイヤレス回路を提供する。

[0009] 開示される実施形態の更に別の特徴は、組込型の容量性バリヤを伴う改善された本質的安全インライン・アダプターと、ワイヤレス・モジュールとアンテナとを接続する方法とを提供する。

[0010] 上記の構成と、他の目的および利点とは、ここで記載するように達成することができる。組込型の容量性バリヤを伴う改善された本質的安全インライン・アダプターと、ワイヤレス・モジュールとアンテナとを接続する方法とが、ここで開示される。インライン・アダプター（例えば、Ｎ型からＮ型）は、本質的安全回路と、組込型の容量性バリヤとを含むように設計することができる。本質的安全回路は、多層ＰＣＢを更に含み、ＰＣＢは、機械的金属ケースに入れて密封することができる。爆発安全基準および本質的安全要件に適合させるように、本質的安全容量性バリヤを、同軸コネクタと統合して、耐炎性エンクロージャーの一部として取り付けることができる。機械的金属ケースは、分離要件に適合させるように、エンクロージャー（例えば、ゴム）により分離することができる。何れの特定のケーブル・アセンブリも用いず且つ本質的安全に関する何れの違反もせず、ワイヤレス・モジュールは、同軸コネクタを介してインライン・アダプターを用いて、アンテナと直接に接続することができる。

[0011] アダプターは、耐炎性エンクロージャーにおけるアセンブリのためのライン・ブッシングを更に含む。本質的安全要件に適合させるように、本質的安全容量性バリヤは、同軸リード線と統合して、耐炎性エンクロージャーの一部として取り付けることができる。組込型の容量性バリヤを伴う本質的安全インライン・アダプターは、ワイヤレス・モジュールで用いられる機械的コンポーネントの数を低減する。本質的安全要件に適合させるように、および設計サイクルを大幅に低減させて、市場で製品を迅速に発売することを支援するように、インライン・アダプターは、多数のワイヤレス製品と関連して用いることができる。アダプターは、防爆製品証明を持つ完全な機械的ユニットとして作成することができる。組込型の容量性バリヤを伴うインライン・アダプターは、本質的に安全（Ｉ．Ｓ．）であり、ワイヤレス通信リンクを作るように危険エリアに配置することができる。

[0012] 添付の図面では、同じ参照数字は、個々の図面を通じて同一のまたは機能的に類似するエレメントを指し、また、図面は、明細書へ組み込まれて明細書の一部を形成するものであり、更に、図面は、本発明の詳細な説明と共になって本発明を図解し、本発明の原理を説明するためのものである。

[0013] 図１は、ワイヤレス・モジュールと、ワイヤレス・モジュールのアンテナ・ポートにおいて追加のアドオン・モジュールを介して接続されたアンテナとのブロック図を示す。 [0014] 図２は、開示される実施形態に従った、本質的安全インライン・アダプターを介して直接に接続されたワイヤレス・モジュールとアンテナとのブロック図を示す。 [0015] 図３は、開示される実施形態に従った、同軸コネクタおよび本質的安全容量性バリヤを有するインライン・アダプターの斜視図を示す。 [0016] 図４は、開示される実施形態に従った、ＩＳ容量性バリヤに溶接された同軸リード線を有するインライン・アダプターの斜視図を示す。 [0017] 図５は、開示される実施形態に従った、組込型の容量性バリヤを伴うワイヤレス・モジュールとアンテナとを、本質的安全インライン・アダプターを介して直接に接続する方法の論理動作ステップを示す、動作の高レベル・フロー・チャートである。

[0018] 非限定的な例において論じる特定の値および構成は、変えることが可能であり、単に、少なくとも１つの実施形態を例示するために挙げらたものであり、その範囲を限定することは意図していない。

[0019] 以下では、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、実施形態をより詳細に説明する。ここで開示する実施形態は、多くの異なる形態で実施できるものであり、ここで記載する実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、それらの実施形態は、この開示が綿密かつ完全であるようにするため、および当業者に対して本発明の範囲を完全に知らせるために、提供される。全体を通じて、同じ番号は同様のエレメントを指す。ここで用いられる用語「および／または」は、関連する示されたアイテムの１または複数のものの何れか、または全ての組み合わせを含む。

[0020] ここで用いる用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本発明を限定することは意図していない。ここで用いる単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈で明確に示されていないかぎり、複数形を含むことも意図している。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、この明細書で用いられる場合、述べられた構成、整数、ステップ、動作、エレメント、および／またはコンポーネントの存在を示すものであるが、１以上の他の構成、整数、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント、および／またはこれらのグループの存在または付加を除かない、ということが更に理解されるであろう。

[0021] 図１は、ワイヤレス・モジュール１４０を含むシステム１００を示しており、アンテナ１１０を有するアンテナ・ケーブル・アセンブリ１２０が、本質的安全（ＩＳ）バリヤ・モジュール１３０を介して接続される。本質的安全（ＩＳ）バリヤ・モジュール１３０は、ワイヤレス・モジュール１４０とアンテナ１１０とを接続するアドオン・モジュールである。ワイヤレス・モジュール１４０のアンテナ・ポート１１０における追加のアドオン・モジュール１３０のようなコンポーネントと関連する問題は、それぞれのアドオン・モジュール１３０を設計中に高い本質的安全要件に適合させる必要があることである。同様に、それぞれの追加のアドオン・モジュール１３０がＲＦスペクトルの使用に関する規則を守ることを保証するために、アドオン・モジュール１３０に対しての防爆製品証明書を入手する必要がある。

[0022] 図２は、開示される実施形態に従った、本質的安全インライン・アダプター２００を介して直接に接続されたワイヤレス・モジュール１４０とアンテナ１１０とのブロック図を示す。図１ないし図５において、同一または類似のブロックは、一般に、同じ参照数字で示される。アンテナ１１０とワイヤレス・モジュール１４０とは、同軸コネクタ２１０および２５０を有する本質的安全インライン・アダプター２００を介して接続することができる。インライン・アダプター２００は、設計において考慮する事柄に応じて、例えば、Ｎ型からＮ型（Ｎ−ｔｙｐｅｔｏＮｔｙｐｅ）のインライン・アダプターとすることができる。インライン・アダプター２００は、一般に、本質的安全（ＩＳ）要件に適合するように、本質的安全回路２２０と、組込型の容量性バリヤ２４０とを含む。回路ボード２２０は、任意の適切な回路ボード材料から構成することができ、電気的相互接続をサポートする。更に、回路ボード２２０は、モジュール１４０が本質的安全仕様を用いてコンパイルを行うことを保証するように、電気回路を含む。

[0023] 容量性バリヤ２４０は、同軸ケーブル２５０と統合または接続することができる。本質的安全回路２２０は、多層ＰＣＢ２３０（例えば、矩形形態または他の非矩形形態）を更に含むことができ、本質的安全回路２２０は、機械的金属ケース２９０へ入れることができる。機械的金属ケース２９０は、十分な強度がある任意の適切な金属材料から構成することができる。そのような金属の例は、ステンレス鋼、アルミニウムなどを含む。インライン・アダプター２００は、本質的に安全であり、ワイヤレス通信リンクを作るために危険エリアに配置することができる。ワイヤレス・モジュール１４０は、遠隔のデバイスまたは位置との間でＲＦ信号の送信および／または受信を行うことができる。

[0024] 図３は、開示される実施形態に従った、同軸コネクタ２５０およびＩＳ容量性バリヤ２４０を有するインライン・アダプター２００の斜視図を示す。インライン・アダプター２００は、その一端にある同軸コネクタ２１０（図３の上部を参照）と、他端にある同軸コネクタ２５０（図３の下部）と、機械的金属ケースおよびライン・ブッシング２６５とを含む。ＩＳ容量性バリヤ２４０は、同軸コネクタ２５０およびエンクロージャー２８５に近接した位置にある。

[0025] 一般に、エンクロージャー２８５は、爆発安全基準および全ての本質的安全要件に適合するように、同軸ケーブルと統合された本質的安全容量性バリヤを収容する。エンクロージャー２８５は、任意の適切な材料、例えば、プラスチック、から構成することができる。機械的金属ケース２９０は、分離要件に適合するように、エンクロージャー２８５（例えば、ゴム）により分離することができる。アダプター２００は、耐炎性エンクロージャー２８５と同軸ケーブル・コネクタ２５０との間での電気的接続のために、ライン・ブッシング２６５を更に含む。

[0026] また、インライン・アダプター２００は好適には筒状であり、これは、好適には、剛性のアダプター２００とワイヤレス・モジュール１４０との間での環境的密封を行うためのＯリング・シール２６０を含む。Ｏリング・シール２６０は、設計において考慮する事柄に応じて、任意の適切な材料で形成することができる。ワイヤレス・モジュール１４０は、何れの特定のケーブル・アセンブリも用いず且つ本質的安全に関する何れの違反もせずに、同軸ケーブル・コネクタ２１０および２５０を介してアダプター２００を用いて、アンテナ１１０と直接に接続することができる。ハウジング構成２９０は、本質的安全要件に適合するように、および防炎（防爆）能力を提供するように、支援を行うことができる。

[0027] 図４は、開示される実施形態に従った、ＩＳ容量性バリヤ２４０に溶接された同軸リード線２４５を有するインライン・アダプター２００の斜視図を示す。ワイヤレス・モジュール１４０は、本質的安全に関する何れの違反もせずに、同軸コンポーネント・リード線２４５を介してアダプター２００を用いて、アンテナ１１０と直接に接続することができる。なお、同軸コンポーネント２４５は、同軸リード線、同軸線、または、例えばＳＭＡ型またはＭＭＣＸ型のコネクタを持つ短い同軸線アセンブリとすることができる。組込型の容量性バリヤ２４０を伴う本質的安全インライン・アダプター２００は、ワイヤレス・モジュール１４０で使用される機械的コンポーネントを減らす。

[0028] 図５は、開示される実施形態に従った、ワイヤレス・モジュール１４０とアンテナ１１０とを、組込型の容量性バリヤ２４０を伴う本質的安全インライン・アダプター２００を介して直接に接続する方法４００の論理動作ステップを示す、動作の高レベル・フロー・チャートを示す。ブロック４１０に示すように、インライン・アダプター２００（例えば、Ｎ型からＮ型）は、ＩＳ要件に適合するように、本質的安全回路２２０および組込型の容量性バリヤ２４０を含むように設計することができる。

[0029] ブロック４２０に示すように、本質的安全回路２２０は、例えば、入れて機械的に密封することができる多層ＰＣＢ２３０を、更に含むことができる。ブロック４３０に示すように、本質的安全容量性バリヤ２４０はまた、爆発安全基準および全ての一般的な本質的安全要件に適合するように、同軸ケーブル２５０および２４５と統合して、エンクロージャー２８５内に取り付けることができる。ブロック４４０に示すように、機械的金属ケース２９０はまた、分離要件に適合させるように、エンクロージャー２８５から分離することができる。ブロック４５０に示すように、何れの特定のケーブル・アセンブリも用いず且つ本質的安全に関する何れの違反もせず、ワイヤレス・モジュール１４０を、同軸ケーブル・コネクタ２５０および２４５を介してアダプター２００を用いて、アンテナ１１０と直接に接続することができる。

[0030] 本質的安全要件に適合させるように、および設計サイクルを大幅に低減させ且つ市場での製品の発売の展開を迅速なものとする支援を行うように、インライン・アダプター２００を様々なワイヤレス製品の環境で用いることができる。アダプター２００は、好適には、完全な機械的ユニットとして構成することができ、この機械的ユニットもまた、例えば、ＡＴＥＸおよびＩＥＣＥｘの保証のあるものとすることができる。アダプター２００および組込型の容量性バリヤ２４０は、本質的安全（Ｉ．Ｓ．）製品を提供し、それは、例えば、ワイヤレス通信リンクを作るように危険エリアに配置することができる。

[0031] 上記で開示した構成および機能の変形形態および他の構成および機能の変形形態、またはその代替形態が、多くの他の異なるシステムや応用において、望まれて組み合わされ得ることは、理解されるであろう。また、現在は予想または予期されていない様々な代替形態、変更形態、変形形態、またはそれらの改善は、当業者により後に実現され得るものであり、それらもまた特許請求の範囲に含まれることを意図している。

Claims

ワイヤレスの応用において使用する本質的安全デバイスを構成する方法であって、
本質的安全回路と組込型の容量性バリヤとを含むようにインライン・アダプターを構成するステップであって、前記本質的安全回路が、機械的金属ケースを介して密封される多層印刷回路ボードを含むようにする、ステップと、
前記組込型の容量性バリヤと同軸コネクタまたは同軸リード線とを統合し、前記同軸コネクタまたは前記同軸リード線と統合された前記組込型の容量性バリヤを耐炎性エンクロージャーに収容するステップと、
ワイヤレス・モジュールとアンテナとを、前記同軸コネクタを介して前記インライン・アダプターを用いて、直接に接続するステップと
を含む方法。
請求項１の方法であって、
前記印刷回路ボードを機械的金属ケースに入れて機械的に密封するステップ
を更に含む方法。
請求項１の方法であって、
前記組込型の容量性バリヤと関連する前記インライン・アダプターを用いる前記ワイヤレス・モジュールと関連する複数の機械的コンポーネントを減らすステップ
を更に含む方法。
ワイヤレスの応用において使用する本質的に安全な装置であって、
本質的安全回路と組込型の容量性バリヤとを含むインライン・アダプターであって、前記本質的安全回路が、機械的金属ケースを介して密封される多層印刷回路ボードを含むものである、インライン・アダプターと、
前記組込型の容量性バリヤと統合される同軸コネクタであって、前記同軸コネクタと統合された前記組込型の容量性バリヤが耐炎性エンクロージャーに収容される、同軸コネクタと
を含む装置。
ワイヤレスの応用において使用する本質的に安全な装置であって、
本質的安全回路と組込型の容量性バリヤとを含むインライン・アダプターであって、前記本質的安全回路が、機械的金属ケースを介して密封される多層印刷回路ボードを含むものである、インライン・アダプターと、
前記組込型の容量性バリヤと統合される同軸コネクタであって、前記同軸コネクタと統合された前記組込型の容量性バリヤが耐炎性エンクロージャーに収容される、同軸コネクタと、
前記同軸コネクタを介して前記インライン・アダプターを介してアンテナと接続されるワイヤレス・モジュールと
を含む装置。