WO2005093976A1 - Verfahren und vorrichtung zur übertragung von daten und energie mittels körperschall durch eine wand - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur übertragung von daten und energie mittels körperschall durch eine wand Download PDF

Info

Publication number
WO2005093976A1
WO2005093976A1 PCT/DE2005/000403 DE2005000403W WO2005093976A1 WO 2005093976 A1 WO2005093976 A1 WO 2005093976A1 DE 2005000403 W DE2005000403 W DE 2005000403W WO 2005093976 A1 WO2005093976 A1 WO 2005093976A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sound
data
wall
transmission
energy
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/000403
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kay Koppenhagen
Ulrich Prechtel
Josef Schalk
Nikolaus-Peter Schmitt
Original Assignee
Eads Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eads Deutschland Gmbh filed Critical Eads Deutschland Gmbh
Publication of WO2005093976A1 publication Critical patent/WO2005093976A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B11/00—Transmission systems employing sonic, ultrasonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for transmitting data and energy by means of structure-borne noise through a wall.
  • sensors in closed containers e.g. Tank containers, containers for chemical substances, high-pressure containers etc.
  • closed containers e.g. Tank containers, containers for chemical substances, high-pressure containers etc.
  • Such containers, walls or bulkheads can be made, for example, of metal, composites, CFRP, GFK or the like. be made.
  • sensor signals can be transmitted wirelessly via radio frequency or radio or transponder.
  • radio frequency or radio or transponder in particular in the case of the transponders, it is also possible to transmit the energy required for operating the sensor or its transmitter wirelessly as well.
  • this method is problematic to impossible in the case of non-high-frequency transmissive materials, for example in the case of thick metal plates.
  • the method according to the invention for the transmission of data and energy by means of structure-borne noise through a wall comprises the steps: coupling sound into a wall on the front side thereof; Decoupling the sound from the back of the wall; Converting at least a part of the decoupled sound into electrical energy which is used to operate a data transmission unit located behind the wall; wherein carrier waves are modulated with data to be transmitted and are coupled into the wall as sound waves, and then the modulated carrier waves are coupled out of the wall and demodulated.
  • the carrier waves are preferably modulated on the front of the wall and demodulated on the rear of the wall in order to transmit the data from the front of the wall to its rear.
  • a sensor located behind the wall can be configured with a data stream.
  • the carrier waves on the back of the wall can also be modulated and demodulated on the front of the wall, for example in order to transmit data generated by a sensor from the back of the wall to its front.
  • sensors in particular in the interior of fuel tanks for example filling quantity sensors, in particular in the case of airplanes, can be read out and their sensor data can be processed further outside the tank.
  • the sound coupled in at the front of the wall advantageously forms the carrier waves for the data or comprises the carrier waves for the data.
  • This has the advantage that only one sound transducer is required as a transmitter or transceiver, which means that components, installation space and weight can be saved.
  • the electrical energy obtained from the sound is advantageously fed to a sensor and / or further electronic components located behind the wall.
  • the sound and / or the carrier waves are preferably in the ultrasound range. This results in particularly lossless and efficient data and energy transmission. Separate sound transducers can also be used for the transmission of the data and the transmission of the energy. This has the particular advantage that the sound transducers can be better adapted and the electrical outlay is reduced.
  • the decoupled sound is advantageously converted into an electrical signal, a first part of which is separated by means of filtering and then demodulated to obtain the data, while a second part is used to generate the electrical energy.
  • the data and energy can be transmitted through the wall on a single transmission path, only one sound transducer being necessary on the rear of the wall or in the interior of the container.
  • a signal generated from the decoupled sound is rectified and fed to an energy store, for example a capacitor.
  • an energy store for example a capacitor.
  • the same sound frequency is preferably used for the transmission of energy and for the transmission of data. This allows components such as sound transducers, oscillators, etc. can be saved and thus the need for energy, installation space, weight etc. be reduced.
  • different sound frequencies can be used for the transmission of the energy and for the transmission of the data.
  • the energy supply through the wall on the one hand and the transmission of the data on the other hand can be optimized separately, in particular an improved adaptation to the prevailing environmental conditions can take place.
  • a device for transmitting data and energy by means of structure-borne noise comprising: a first sound transducer for coupling sound into a pre- the side of a wall; a second sound transducer for decoupling the sound at a rear of the wall; Means for converting at least part of the decoupled sound into electrical energy for supplying energy to a data transmission unit; at least one modulator for modulating carrier waves with data which are to be transmitted through the wall as sound waves; and at least one demodulator for demodulating the transmitted carrier waves.
  • data and / or energy can be transmitted by means of structure-borne noise through walls of the most varied materials, in particular in the interior of containers such as fuel tanks, through bulkhead walls or also in potentially explosive areas, high pressure areas, etc.
  • the modulator is advantageously coupled to the first sound transducer and the demodulator to the second sound transducer in order to transmit the data from the first sound transducer to the second sound transducer. This allows, for example, configuration data for a sensor that is located behind the wall to be transmitted to the sensor, while at the same time supplying energy to the sensor with the transmitted sound.
  • the modulator can also be coupled to the second sound transducer, the demodulator being coupled to the first sound transducer in order to transmit data from the second sound transducer to the first sound transducer. This makes it possible, in particular, to transmit data from sensors that lie behind the wall and record measured values through the wall, in order to be able to process or display them there.
  • An oscillator for generating the sound for energy transmission and / or the sound waves for data transmission is advantageously coupled to the first sound converter.
  • the sound transducer can either only be subjected to the sound for energy transmission, or it can additionally be subjected to the carrier waves for data transmission.
  • the sound for energy transmission can also include the carrier waves, the carrier waves and the Sound for energy transmission can be of the same or different frequency.
  • Two separate oscillators can be provided to generate the sound for energy transmission and to generate the carrier waves for data transmission. This allows carrier waves and sound waves for energy transmission to be generated and set separately, which increases the configuration and adjustment options for optimization.
  • An oscillator for generating the carrier waves is advantageously provided, which is coupled to the second sound transducer. This allows the sound transducer on the back of the wall to be subjected to carrier sound waves that are modulated with data in order to transmit the data from the back of the wall to the front.
  • the means for converting the sound into electrical energy preferably comprise a rectifier and an energy store.
  • electrical energy can be obtained from the sound in a particularly effective manner and made available to energy consumers over a longer period of time.
  • first and second sound transducers can be provided for the transmission of energy and data.
  • the transmission of energy on the one hand and the transmission of data on the other hand can take place on two different sound transmission paths, which results in improved adaptation options depending on the requirements on site.
  • the second sound transducer can be used, for example, both for the transmission of energy and for the transmission of the data, in particular means being provided for splitting an electrical signal from the second sound transducer in order to generate the electrical energy on the one hand and the transmitted data on the other hand.
  • electronic components in particular can be saved, which results in lower energy consumption.
  • Fig. 1 shows a device according to a first preferred embodiment of the invention schematically as a block diagram
  • FIG. 2 schematically shows a device according to a second preferred embodiment of the invention as a block diagram, two separate oscillators for energy transmission and for data transmission being provided;
  • FIG 3 shows a device according to a third preferred embodiment of the invention schematically as a block diagram, in which the data transmission and the energy transmission take place on two separate transmission paths.
  • FIG. 1 shows a device 10 for the transmission of data and energy by means of structure-borne noise according to a first preferred embodiment of the invention.
  • the device 10 is coupled to a wall 11 and comprises a first sound transducer 12 which is arranged on a front 11 a of the wall 11 in order to couple sound into the wall 11.
  • a second sound transducer 13 is arranged on the rear 11b of the wall 11 and serves to decouple the sound.
  • a signal line 14a connects the second sound transducer 13 to an energy generating device 15, which is used to convert at least part of the decoupled sound into electrical energy for supplying energy to a data transmission unit 16.
  • the energy generating device 15 is connected to the data transmission unit 16 by a supply line 17.
  • the first sound transducer 12 is electrically connected to a modulator 18, which is used to modulate carrier waves with data that are to be transmitted through the wall 11.
  • a modulator 18 which is used to modulate carrier waves with data that are to be transmitted through the wall 11.
  • an oscillator 19 for generating the carrier waves is connected to the modulator 18.
  • a data input / output unit 20 is connected to the modulator 8 to deliver a data stream 21 to the modulator 18 for further transmission.
  • the second sound transducer 13 for decoupling the sound on the rear 11b of the wall 11 is electrically connected to a demodulator 22 via a signal line 14b which branches off from the signal line 14a.
  • the demodulator is used to demodulate the transmitted carrier waves and convert them into electrical signals in order to recover the data or the data stream 21 therefrom.
  • a data input / output unit 23 is also connected to the demodulator 22, for example in the form of a sensor.
  • the sensor can e.g. a fill level sensor that is configured with the data stream 21 transmitted through the wall 11.
  • the demodulator 22 can at the same time also be designed as a modulator or modulator / demodulator or as a pure modulator.
  • a further oscillator 24 is connected to this in the example shown here.
  • the data transmission can take place in the opposite direction, i.e. carrier waves are generated by the oscillator 24, which are modulated with the aid of the modulator or modulator / demodulator 22 with data from the sensor 23 and are transmitted with the second sound converter 13 as modulated carrier waves through the wall 11 to the first sound converter 12.
  • the modulator 18 is designed as a demodulator or as a modulator / demodulator in order to demodulate the signal received by the first sound converter 12 and to transmit the data transmitted with the carrier waves, e.g. recover the data from sensor 23.
  • the data input / output unit 20 serves to output the data for the purpose of further processing.
  • the modulator / demodulator 22, the oscillator 24 and the data input / output unit 23 or parts of these elements form the data transmission unit 16, which is supplied with energy from the energy generating device 15 via the supply line 17. Accordingly, with the device shown here, the transmission of energy by sound from the front 11a to the rear 11b of the wall is possible, and at the same time data can be transmitted through the wall 11, either in the same direction or opposite to the direction of the energy transmission.
  • the arrangement of the modulators or demodulators and the data input / output unit 20 or 24 can be configured variably.
  • structure-borne noise is used for energy transmission and for data transmission, for example in the ultrasound range.
  • sound is generated on the outside 11 a of the wall 11, which for example encloses a container provided with sensors, with the oscillator 19 and the first sound transducer 12.
  • the oscillator 19 and the first sound converter 12 form a transmitter for sound.
  • the sound can be modulated with a data stream to be transmitted from the outside in to the sensors.
  • the data stream 21 is used, for example, to configure the sensors or the sensor 23 in the interior of the container and is applied by the data input / output unit 20 and the modulator 18, so that it is transported by carrier waves.
  • the second sound transducer 13 With the second sound transducer 13 on the inside 11 b of the wall 11, which is, for example, a microphone, the sound is received and converted into electrical signals.
  • the second sound transducer 13 thus forms a receiver.
  • the electrical signal formed by the second sound transducer 13 can now be used for the energy supply of electronic components, which are, for example, in the interior of the container, as well as for data transmission.
  • the components supplied with the energy can be, for example, the receiver, connected sensors, etc.
  • the electrical signal on the Signal line 14a led to the energy generating device 15, in which the signal is rectified with a rectifier 15a and then fed to a capacitor 15b, which forms an energy store.
  • the data signal can optionally be tapped by appropriate filtering before rectification.
  • one branch of the electronics of the sensor 23 arranged inside the container generates the supply voltage for the electronics from the energy supplied by the energy generating device 15, while a second branch filters out the transmitted data if necessary and makes them available for use.
  • data transmission is also possible, in particular, in the opposite direction, for example to transmit the measured values recorded by sensor 23 to the outside.
  • the electronics within the container or behind the wall 11 are supplied with energy by the first branch.
  • the sound is then transmitted back through the material of the container or the wall 11 to the outside. In this case, it is a transceiver on the back of wall 11.
  • the data is filtered out and used. made available. Energy generation outside the container could also take place in an analogous manner if this is necessary in certain applications.
  • a single pair of sound transducers 12, 13 is used, i.e. the energy and data are transmitted on a single transmission path through the material of the wall 11, which is, for example, the wall of a closed container.
  • a single carrier frequency is preferably used.
  • FIG. 2 shows a further block diagram which represents a device 30 for data and energy transmission in accordance with a second preferred embodiment. Elements with the same or similar function or mode of operation as in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 are identified with the same reference numerals as in FIG. 1.
  • two separate oscillators are provided outside the container or in front of the wall 11, namely the oscillator 19 and additionally an oscillator 39.
  • the oscillator 39 is also electrically connected to the first sound converter 12 in order to generate the energy or to generate sound energy for transmission through the wall 11.
  • the oscillator 19, which is electrically connected to the first sound converter 12 via the modulator 18 as in the example of FIG. 1 described above, is used for modulating and / or demodulating the data stream 21.
  • the signals generated are superimposed and transmitted through the material of the wall 11 with the aid of the first sound converter 12.
  • the second sound transducer 13 Arranged on the rear 11b of the wall 11 is the second sound transducer 13, which, as in the exemplary embodiment in FIG. 1, is connected on the one hand to the energy generating device 15 via the signal lines 14a and 14b, and on the other hand to the data transmission unit 16 which connects the modulator and / or demodulator gate 22, the sensor 23 and the oscillator 24 comprises.
  • the second sound transducer 13 generates electrical signals from the sound transmitted through the wall 11, from which the energy generating device 15 is used to generate supply energy for the further electronics.
  • the modulated signal is then supplied via the signal line 14b to the second sound transducer 13, which generates sound from the electrical signal and transmits it through the wall 11 to the first sound transducer 12.
  • the sound transducers 12, 13 can, for example, operate according to the piezoelectric principle and in particular be designed as a microphone and / or loudspeaker.
  • a first carrier frequency is used for energy transmission and a second frequency for data transmission. Both signals are transmitted with a single pair of sound transducers 12, 13 which e.g. Are ultrasonic transducers.
  • FIG. 3 shows a further device 50 for the transmission of data and energy by means of structure-borne noise in accordance with a third preferred embodiment as a block circuit diagram.
  • elements with the same function or mode of operation as in the previous examples are identified by the same reference symbols.
  • the first transmission path for the energy transmission is formed by the sound transducers 52, 53, which are located on the outside 11a or the inside 11b of the wall 11.
  • the second transmission path for data transmission is formed by the second pair of sound transducers 62, 63, which are also located on the outside 11 a and the inside 11 b of the wall 11.
  • the oscillator 39 is used exclusively to generate the frequency for the sound transmission. For this purpose it is electrically connected to the first transducer 52 coupled, which converts the electrical energy into sound energy and transmits the sound energy through the wall 11 to the second sound converter 53.
  • the second sound converter 53 converts the received sound into an electrical signal, which is transmitted on the signal line 14a to the energy generating device 15, which supplies the supply energy for the further components, in particular for the data transmission unit 16.
  • the second oscillator 19 uses the modulator / demodulator 18 and the first sound converter 62 coupled thereto to generate carrier waves which are modulated with data and through the wall 11 to second sound converter 63 are transmitted.
  • An electrical signal, which contains the data, is generated by the second sound converter 63 and is supplied to the data transmission unit 16 via the signal line 14b.
  • the demodulation is performed with the aid of the carrier frequency 'of the modulator / demodulator 22 and the transfer of data to the data input - / - output unit 23, which is configured as a sensor.
  • the sensor can thus be configured based on the data received.
  • the data transmission unit 16 uses the second sound transducer 63 to generate a carrier sound frequency modulated with data, which passes through the wall 11 to the first sound transducer 62 is transmitted.
  • the modulation / demodulator 22 is used for the modulation and the modulator / demodulator 18, which is electrically coupled to the first sound converter 62, is used for the demodulation and output of the data at the data input / output unit 20.
  • the device 50 uses a first carrier frequency for energy transmission and a second, different carrier frequency for data transmission. Both signals are transmitted by a pair of ultrasonic transducers 52, 53 and 62, 63, respectively. In this way, the mutual influence can be minimized.
  • the energy transmission as well as the data transmission does not necessarily have to be used in combination, but in the case of a different energy supply for the sensor mounted in the container, only data can also be transmitted. In the case of other or unnecessary data transmission, only energy can be transmitted.
  • the method according to the invention is used to transmit energy and, if necessary, at the same time data signals through containers and / or bulkheads, the energy to be transmitted and possibly data signals being transmitted by means of sound, preferably ultrasound, through a fixing wall.
  • at least one sound transmitter is arranged on one side of the wall and at least one sound receiver is arranged on the other side of the wall in such a way that the sound generated by the transmitter is coupled into the wall and from there to the receiver, with any signals to be transmitted the sound in the transmitter or transceiver is up and demodulated on the other side, but in particular there is also an energy supply for the receiver or transceiver, which is arranged in the container or behind the bulkhead wall, in which sound signals are converted there into electrical energy, which after rectification of a storage unit, for example a capacitor.
  • the storage unit provides the required electrical energy to the receiver or transceiver located in the container or behind the bulkhead.
  • the device is used to carry out the method and has the following features: On the inside of a container or on one side of a bulkhead, a transceiver is attached, which extends from one on the outside of the container or the other side of the bulkhead attached sound sensor is supplied with energy and / or data, the sound transmitter consisting of a modulator and sound generator, the receiver consisting of a sound converter, rectifier and / or possibly demodulator, at least part of the received signal being converted into electrical energy and after rectification a capacitor or the like Energy storage is supplied, which supplies the receiver and possibly sensors connected to it or the like with energy.
  • a sound transmitter and a sound receiver can be attached to the inside of the container or on one side of a bulkhead, the sound receiver gaining energy and possibly data. however, the energy is additionally fed to a data transmitter. If necessary, the data transmitter also transmits data to the outside, or to the other bulkhead side, via ultrasound, which are recorded there by means of a data receiver. The data can optionally also be supplied in the container or sensors or other units arranged on the relevant bulkhead side.
  • the invention can be used in a wide variety of applications, in particular in the field of transponders, Bluetooth interfaces, microwave resonators, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand (11) wird Schall an der Vorderseite (11a) der Wand (11) mit einem ersten Schallwandler (12) eingekoppelt und an der Rückseite (11b) der Wand (11) mit einem zweiten Schallwandler (13) ausgekoppelt. Mit einer Energieerzeugungseinrichtung (15) wird zumindest ein Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie umgewandelt, die zum Betrieb einer hinter der Wand (11) gelegenen Datenübertragungseinheit (16) verwendet wird. Ein Modulator (18, 22) moduliert Trägerwellen mit zu übertragenden Daten (21), die als Schallwellen in die Wand (11) eingekoppelt und durch die Wand (11) übertragen werden. Ein Demodulator (18, 22) dient zur Demodulation der übertragenen und aus der Wand (11) ausgekoppelten Trägerwellen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand.
In vielen Fällen ist es notwendig, Daten und Energie durch Wände aus festen Werkstoffen zu übertragen, beispielsweise in geschlossene Behälter, um darin befindliche elektrische Bauteile, insbesondere Sensoren, mit Strom zu versorgen und die Messwerte der Sensoren auszulesen. Jedoch können in explosiven Umgebungen, wie z.B. in Treibstofftanks von Flugzeugen, kaum Drahtdurchführungen für die Daten und für die Stromversorgung in den Wänden vorgesehen werden, da dies er erhöhten Explosionsgefahr führen kann. Auch die Benutzung von Batterien kann zu einer erhöhten Gefahr führen.
Allgemein können Sensoren in geschlossenen Behältern, wie z.B. Tankbehälter, Behälter für chemische Stoffe, Hochdruckbehälter etc., kaum oder nur mit großem Aufwand durch Wände oder Schottwände hindurch konfiguriert und ausgelesen werden. Derartige Behälter, Wände oder Schottwände können beispielsweise aus Metall, Kompositen, CFK, GFK o.a. gefertigt sein.
Bekannterweise können Sensorsignale drahtlos über Hochfrequenz bzw. Funk oder Transponder übertragen werden. Hierbei, insbesondere bei den Transpon- dem, ist es ebenfalls möglich, die zum Betrieb des Sensors oder seines Transmit- ters erforderliche Energie ebenfalls drahtlos zu übertragen. Problematisch bis unmöglich ist dieses Verfahren allerdings im Falle nicht Hochfrequenz-transmittanter Materialien, beispielsweise bei dicken Metallplatten. Daher ist es bisher kaum möglich, Daten oder Energie durch geschlossene, insbesondere auch metallische oder HF-absorbierende oder -reflektierende Materialien zu übertragen, besonders in explosionsgefährdeten Bereichen, Hochdruck-Bereichen, Vakuum-Bereichen o.a. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen Daten und Energie durch Wände wie beispielsweise Behälter- oder Schottwände, übertragen werden können, wobei auch eine Daten- und Energieübertragung durch metallische oder auch frequenzabsorbierende odder -reflektierende Materialien möglich sein soll. Weiterhin soll das Verfahren und die Vorrichtung auch in explosionsgefährdeten Bereichen, Hochdruck- Bereichen, Vakuum-Bereichen anwendbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß Patentanspruch 13. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt werden, gelten auch für die Vorrichtung, ebenso wie Vorteile und Details der Vorrichtung auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand umfasst die Schritte: Einkoppeln von Schall in eine Wand an deren Vorderseite; Auskoppeln des Schalls an der Rückseite der Wand; Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie, die zum Betrieb einer hinter der Wand gelegenen Datenübertragungsein- heit verwendet wird; wobei Trägerwellen mit zu übertragenden Daten moduliert und als Schallwellen in die Wand eingekoppelt werden und anschließend die modulierten Trägerwellen aus der Wand ausgekoppelt und demoduliert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Daten und Energie durch feste Wände hindurch z.B. in geschlossene Behälter zu übertragen, beispielsweise um hinter der Wand gelegene Sensoren mit Strom zu versorgen und deren Messwerte zu erhalten. Dabei kann insbesondere auch eine Übertragung durch Wände oder Schottwände erfolgen, die aus nicht HF-transmittanten Materialien gefertigt sind, beispielsweise aus Metall. Auch explosionsgefährdete Bereiche, Hochdruck-Bereiche, Vakuum-Bereiche o.a. können durch feste Wände hindurch mit Energie versorgt werden, ohne dass eine Erhöhung der Explosionsgefahr durch Daten oder Energieübertragung erfolgt.
Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Trägerwelien an der Vorderseite der Wand moduliert und an der Rückseite der Wand demoduliert, um die Daten von der Vorderseite der Wand zu ihrer Rückseite zu übertragen. Dadurch kann beispielsweise ein hinter der Wand gelegener Sensor mit einem Da- tenstrom konfiguriert werden.
Es können auch die Trägerwellen an der Rückseite der Wand moduliert und an der Vorderseite der Wand demoduliert werden, um beispielsweise von einem Sensor erzeugte Daten von der Rückseite der Wand zu ihrer Vorderseite zu über- tragen. Dadurch können insbesondere Sensoren im Innenraum von Treibstofftanks, beispielsweise Füllmengen-Sensoren, insbesondere bei Flugzeugen, ausgelesen werden und ihre Sensordaten außerhalb des Tanks weiterverarbeitet werden.
Vorteilhafterweise bildet der an der Vorderseite der Wand eingekoppelte Schall die Trägerwellen für die Daten bzw. umfasst die Trägerwellen für die Daten. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Schallwandler als Sender oder Senderempfänger notwendig ist, wodurch Bauteile, Bauraum und Gewicht eingespart werden können.
Vorteilhafterweise wird die aus dem Schall gewonnene elektrische Energie einem Sensor und/oder weiteren hinter der Wand gelegenen elektronischen Bauteilen zugeführt.
Bevorzugt liegt der Schall und/oder die Trägerwellen im Ultraschall-Bereich. Da- durch ergibt sich eine besonders verlustfreie und effiziente Daten- und Energieübertragung. Für die Übertragung der Daten und die Übertragung der Energie können auch getrennte Schallwandler verwendet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Schallwandler besser angepasst werden können und der elektrische Aufwand verringert wird.
Vorteilhaft wird der ausgekoppelte Schall in ein elektrisches Signal umgewandelt, von dem mittels Filterung ein erster Teil abgetrennt und anschließend zur Gewinnung der Daten demoduliert wird, während ein zweiter Teil zur Erzeugung der e- lektrischen Energie verwendet wird. Dadurch kann die Daten- und Energieübertra- gung auf einem einzigen Übertragungspfad durch die Wand hindurch erfolgen, wobei auf der Rückseite der Wand bzw. im Innenraum des Behälters nur ein Schallwandler notwendig ist.
Vorteilhafterweise wird ein aus dem ausgekoppelten Schall erzeugtes Signal gleichgerichtet und einem Energiespeicher zugeführt, beispielsweise einem Kondensator. Dadurch kann aus der gewonnenen Energie beispielsweise die Versorgungsspannung für die Elektronik gebildet werden.
Bevorzugt wird für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten dieselbe Schallfrequenz verwendet. Dadurch können Bauteile, wie beispielsweise Schallwandler, Oszillatoren, o.a. eingespart werden und somit der Bedarf an E- nergie, Bauraum, Gewicht u.a. herabgesetzt werden.
Alternativ dazu können für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten unterschiedliche Schallfrequenzen verwendet werden. Dadurch können die Energieversorgung durch die Wand einerseits und die Übertragung der Daten andererseits getrennt voneinander optimiert werden, insbesondere kann eine verbesserte Anpassung an die jeweils vorliegenden Umgebungsbedingungen erfolgen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand geschaffen, umfassend: einen ersten Schallwandler zum Einkoppeln von Schall in eine Vor- derseite einer Wand; einen zweiten Schallwandler zum Auskoppeln des Schalls an einer Rückseite der Wand; Mittel zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Datenübertragungseinheit; mindestens einen Modulator zur Modulation von Träger- wellen mit Daten, die als Schallwellen durch die Wand zu übertragen sind; und mindestens einen Demodulator zur Demodulation der übertragenen Trägerwellen.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können Daten und/oder Energie mittels Körperschall durch Wände verschiedenster Materialien hindurch übertragen wer- den, insbesondere in Innenräume von Behältern wie beispielsweise Kraftstoffbehälter, durch Schottwände hindurch oder auch in explosionsgefährdete Bereiche, Hochdruck-Bereiche, usw.
Vorteilhafterweise ist der Modulator an den ersten Schallwandler und der Demo- dulator an den zweiten Schallwandler gekoppelt, um die Daten vom ersten Schallwandler zum zweiten Schallwandler zu übertragen. Dadurch können beispielsweise Konfigurationsdaten für einen Sensor, der hinter der Wand liegt, zum Sensor übertragen werden, bei gleichzeitiger Energieversorgung des Sensors mit dem übertragenden Schall.
Der Modulator kann aber auch an den zweiten Schallwandler gekoppelt sein, wobei der Demodulator an den ersten Schallwandler gekoppelt ist, um Daten vom zweiten Schallwandler zum ersten Schallwandler zu übertragen. Dadurch ist es möglich, insbesondere Daten von Sensoren, die hinter der Wand liegen und Messwerte aufnehmen, durch die Wand hindurch zu übertragen, um sie dort weiterverarbeiten bzw. anzeigen zu können.
Vorteilhaft ist ein Oszillator zur Erzeugung des Schalls zur Energieübertragung und/oder der Schallwellen zur Datenübertragung an den ersten Schallwandler ge- koppelt. Dadurch kann der Schallwandler entweder nur mit dem Schall zur Energieübertragung beaufschlagt werden, oder er kann zusätzlich mit den Trägerwellen zur Datenübertragung beaufschlagt werden. Dabei kann der- Schall zur Energieübertragung auch die Trägerwellen umfassen, wobei die Trägerwellen und der Schall zur Energieübertragung von gleicher oder unterschiedlicher Frequenz sein können.
Zur Erzeugung des Schalls für die Energieübertragung und zur Erzeugung der Trägerwellen für die Datenübertragung können zwei getrennte Oszillatoren vorgesehen sein. Damit können Trägerwellen und Schallwellen zur Energieübertragung getrennt voneinander erzeugt und eingestellt werden, was die Konfigurations- und Anpassungsmöglichkeiten zur Optimierung erhöht.
Vorteilhafterweise ist ein Oszillator zur Erzeugung der Trägerwellen vorgesehen, der an den zweiten Schallwandler gekoppelt ist. Dadurch kann der Schallwandler auf der Rückseite der Wand mit Trägerschallwellen beaufschlagt werden, die mit Daten moduliert sind, um die Daten von der Rückseite der Wand zur Vorderseite zu übertragen.
Bevorzugt umfassen die Mittel zum Umwandeln des Schalls in elektrische Energie einen Gleichrichter und einen Energiespeicher. Dadurch kann auf besonders effektive Weise aus dem Schall elektrische Energie gewonnen und über einen längeren Zeitraum Energieverbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
Insbesondere können zur Übertragung von Energie und Daten verschiedene Paare von ersten und zweiten Schallwandlern vorgesehen sein. Dadurch kann die Übertragung von Energie einerseits und die Übertragung von Daten andererseits auf zwei unterschiedlichen Schallübertragungspfaden erfolgen, was verbesserte Anpassungsmöglichkeiten je nach den Erfordernissen vor Ort zur Folge hat.
Der zweite Schallwandler kann beispielsweise sowohl zur Übertragung von Energie als auch zur Übertragung der Daten dienen, wobei insbesondere Mittel zur Aufspaltung eines elektrischen Signals des zweiten Schallwandlers vorgesehen sind, um daraus einerseits die elektrische Energie und andererseits die übertragenen Daten zu erzeugen. Dadurch können insbesondere elektronische Bauteile eingespart werden, was einen geringeren Energieverbrauch bewirkt. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen
Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt;
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt, wobei zwei getrennte Oszillatoren zur Energieübertragung und zur Datenübertragung vorgesehen sind; und
Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt, bei der die Datenübertragung und die Energieübertragung auf zwei getrennten Übertragungspfaden erfolgt.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist. Die Vorrichtung 10 ist an eine Wand 11 gekoppelt und umfasst einen ersten Schallwandler 12, der an einer Vorderseite 11 a der Wand 11 angeordnet ist, um Schall in die Wand 11 einzukoppeln. Ein zweiter Schallwandler 13 ist in dem hier gezeigten Betriebszustand an der Rückseite 11b der Wand 11 angeordnet und dient zum Auskoppeln des Schalls. Eine Signalleitung 14a verbindet den zweiten Schallwandler 13 mit einer Energieerzeugungseinrichtung 15, die zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Datenübertragungseinheit 16 dient. Zu diesem Zweck ist die Energieerzeugungseinrichtung 15 durch eine Versorgungsleitung 17 mit der Datenübertragungseinheit 16 verbunden.
Der erste Schallwandler 12 ist in dem hier gezeigten Beispiel mit einem Modulator 18 elektrisch verbunden, der zur Modulation von Trägerwellen mit Daten dient, die durch die Wand 11 zu übertragen sind. Zu diesem Zweck ist ein Oszillator 19 zur Erzeugung der Trägerwellen an den Modulator 18 angeschlossen. Weiterhin ist eine Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 mit dem Modulator 8 verbunden, um einen Datenstrom 21 an den Modulator 18 zur weiteren Übertragung zu liefern.
Der zweite Schallwandler 13 zum Auskoppeln des Schalls an der Rückseite 11b der Wand 11 ist über eine Signalleitung 14b, die aus der Signalleitung 14a abzweigt, mit einem Demodulator 22 elektrisch verbunden. Der Demodulator dient zur Demodulation der übertragenen und in elektrische Signale umgewandelten Trägerwellen, um daraus die Daten bzw. den Datenstrom 21 zurückzugewinnen. An den Demodulator 22 ist ebenfalls eine Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 an- geschlossen, beispielsweise in Form eines Sensors. Der Sensor kann z.B. ein Füllstandssensor sein, der mit dem durch die Wand 11 übertragenen Datenstrom 21 konfiguriert wird.
Der Demodulator 22 kann gleichzeitig auch als Modulator bzw. Modula- tor/Demodulator oder als reiner Modulator ausgestaltet sein. Daran angeschlossen ist in dem hier gezeigten Beispiel ein weiterer Oszillator 24. In diesem Fall kann die Datenübertragung in entgegengesetzter Richtung erfolgen, d.h. es werden vom Oszillator 24 Trägerwellen erzeugt, die mit Hilfe des Modulators bzw. Modula- tor/Demodulators 22 mit Daten des Sensors 23 moduliert werden und mit dem zweiten Schallwandler 13 als modulierte Trägerwellen durch die Wand 11 hindurch zum ersten Schallwandler 12 übertragen werden.
Im Fall der Datenübertragung von der Rückseite 11b der Wand 11 zu deren Vorderseite 11a ist der Modulator 18 als Demodulator bzw. als Modulator/- Demodulator ausgestaltet, um das vom ersten Schallwandler 12 erhaltene Signal zu demodulieren und die mit den Trägerwellen übertragenen Daten, z.B. die Daten des Sensors 23, zurückzugewinnen. Die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 dient in diesem Fall zur Ausgabe der Daten zum Zweck der Weiterverarbeitung.
Der Modulator/Demodulator 22, der Oszillator 24 und die Dateneingabe-/- ausgabeeinheit 23 oder Teile dieser Elemente bilden die Datenübertragungseinheit 16, die über die Versorgungsleitung 17 mit Energie von der Energieerzeugungseinrichtung 15 versorgt wird. Mit der hier dargestellten Vorrichtung ist demnach die Übertragung von Energie durch Schall von der Vorderseite 11a zur Rückseite 11b der Wand möglich, und gleichzeitig eine Übertragung von Daten durch die Wand 11 , entweder in dersel- ben Richtung oder entgegengesetzt zur Richtun der Energieübertragung. Die Anordnung der Modulatoren bzw. Demodulatoren und der Dateneingabe-/- ausgabeeinheit 20 bzw. 24 ist dabei variabel gestaltbar.
Nachfolgend wird die Funktionsweise und das Verfahren anhand der in Figur 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben:
Bei dem Verfahren, das mit der Vorrichtung 10 durchgeführt wird, wird Körperschall, zur Energieübertragung und zur Datenübertragung verwendet, beispielsweise im Ultraschallbereich. Dazu wird auf der Außenseite 11 a der Wand 11 , die beispielsweise einen mit Sensoren versehenen Behälter umschließt, mit dem Oszillator 19 und dem ersten Schallwandler 12 Schall erzeugt. Der Oszillator 19 und der erste Schallwandler 12 bilden einen Sender für Schall.
Optional kann der Schall mit einem von außen nach innen zu den Sensoren zu übertragenden Datenstrom moduliert sein. Der Datenstrom 21 dient beispielsweise zur Konfigurierung der Sensoren bzw. des Sensors 23 im Innenraum des Behälters und wird durch die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 und den Modulator 18 aufgebracht, so dass er durch Trägerwellen transportiert wird.
Mit dem zweiten Schallwandler 13 an der Innenseite 11 b der Wand 11 , der beispielsweise ein Mikrofon ist, wird der Schall empfangen und in elektrische Signale gewandelt. Der zweite Schallwandler 13 bildet somit-einen Empfänger. Das durch den zweiten Schallwandler 13 gebildete elektrische Signal kann nun zur Energieversorgung von elektronischen Bauteilen, die beispielsweise im Innenraum des Behälters liegen, wie auch gleichzeitig zur Datenübertragung verwendet werden.
Die mit der Energie versorgten Bauteile können z.B. der Empfänger, angeschlossene Sensoren, usw. sein. Zu diesem Zweck wird das elektrische Signal auf der Signalleitung 14a zur Energieerzeugungseinrichtung 15 geführt, in der das Signal mit einem Gleichrichter 15a gleichgerichtet und anschließend einem Kondensator 15b zugeführt wird, der einen Energiespeicher bildet. Im Falle der gleichzeitigen Übertragung von Daten kann das Datensignal ggf. durch entsprechende Filterung vor der Gleichrichtung abgegriffen werden. Zu diesem Zweck generiert ein Zweig der Elektronik des innerhalb des Behälters angeordneten Sensors 23 aus der Energie, die von der Energieerzeugungseinrichtung 15 geliefert wird, die Versorgungsspannung für die Elektronik, während ein zweiter Zweig erforderlichenfalls die übertragenen Daten herausfiltert und sie zur Anwendung zur Verfügung stellt.
Die Datenübertragung ist insbesondere aber auch in entgegengesetzter Richtung möglich, beispielsweise zur Übertragung der vom Sensor 23 aufgenommenen Messwerte nach außen. Dazu wird die Elektronik innerhalb des Behälters bzw. hinter der Wand 11 durch den ersten Zweig mit Energie versorgt. Dieser arbeitet nun in nach außen gerichteter Übertragungsrichtung als Sender und moduliert die vom Sensor 23 erzeugten Daten einer Schallträgerfrequenz auf. Der Schall wird dann durch den Werkstoff des Behälters bzw. der Wand 11 wieder nach außen übertragen. Somit handelt es sich in diesem Fall um einen Sendeempfänger an der Rückseite der Wand 11. Außerhalb des Behälters werden die Daten herausgefiltert und zur Anwendung. zur Verfügung gestellt. Eine Energiegewinnung außerhalb des Behälters könnte in analoger Weise ebenfalls erfolgen, falls dies in bestimmten Anwendungsfällen erforderlich ist.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird nur ein einziges Paar von Schallwandlern 12, 13 verwendet, d.h. die Übertragung der Energie und der Daten erfolgt auf einem einzigen Übertragungspfad durch den Werkstoff der Wand 11 , die beispielsweise die Wandung eines geschlossenen Behälters ist. Dabei wird bevorzugt eine einzige Trägerfrequenz benutzt.
Figur 2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild, das eine Vorrichtung 30 zur Daten- und Energieübertragung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. Dabei sind Elemente mit gleicher oder ähnlicher Funktion oder Wirkungsweise wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen wir in Figur 1 gekennzeichnet. Bei der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung 30 sind außerhalb des Behälters bzw. vor der Wand 11 zwei voneinander getrennte Oszillatoren vorgesehen, nämlich der Oszillator 19 und zusätzlich ein Oszillator 39. Der Oszillator 39 ist ebenfalls elektrisch mit dem ersten Schallwandler 12 verbunden, um die Energie bzw. Schallenergie zur Übertragung durch die Wand 11 hindurch zu erzeugen. Dagegen wird der Oszillator 19, der wie im oben beschriebenen Beispiel von Figur 1 über den Modulator 18 mit dem ersten Schallwandler 12 elektrisch verbunden ist, zur Modulation und/oder Demodulation des Datenstroms 21 benutzt. Die erzeugten Signale werden überlagert und mit Hilfe des ersten Schallwandlers 12 durch den Werkstoff der Wand 11 übertragen.
An der Rückseite 11b der Wand 11 ist der zweite Schallwandler 13 angeordnet, der wie in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 über die Signalleitungen 14a und 14b einerseits mit der Energieerzeugungseinrichtung 15 verbunden ist, und andererseits der Datenübertragungseinheit 16, die den Modulator und/oder Demodula- tor 22, den Sensor 23 und den Oszillator 24 umfasst.
Der zweite Schallwandler 13 erzeugt aus dem durch die Wand 11 übertragenen Schall elektrische Signale, aus denen mit Hilfe der Energieerzeugungseinrichtung 15 Versorgungsenergie für die weitere Elektronik erzeugt wird.
Für den Fall, dass zusätzlich zur Sehallenergie auch Daten durch die Wand 11 vom ersten Schallwandler 12 zum zweiten Schallwandler 13 übertragen werden, werden die Daten aus dem vom zweiten Schallwandler 13 erzeugten elektrischen Signal herausgefiltert. Das elektrische Signal wird über die Signalleitung 14b dem Modulator/Demodulator 22 zugeführt, der die Trägerfrequenz für die Daten demoduliert und anschließend die Daten an die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 bzw. den Sensor übergibt. Für den Fall, dass Daten in entgegengesetzter Richtung durch die Wand 11 übertragen werden, nämlich vom zweiten Schallwandler 13 zum ersten Schallwandler 12, wird durch den Oszillator 24 eine Trägerfrequenz erzeugt, die durch den Modulator/Demodulator 22 mit Daten der Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 moduliert wird. Anschließend wird das modulierte Signal über die Signalleitung 14b an den zweiten Schallwandler 13 geliefert, der aus dem elektrischen Signal Schall erzeugt und durch die Wand 11 hindurch zum ersten Schallwandler 12 überträgt. Die Schallwandler 12, 13 können beispielsweise nach dem piezoelektrischen Prin- zip arbeiten und insbesondere als Mikrofon und/oder Lautsprecher ausgestaltet sein.
Bei der Vorrichtung 30 wird insbesondere eine erste Trägerfrequenz zur Energieübertragung verwendet und eine zweite Frequenz zur Datenübertragung. Beide Signale werden mit einem einzigen Paar von Schallwandlern 12, 13 übertragen, die z.B. Ultraschallwandler sind.
Figur 3 zeigt eine weitere Vorrichtung 50 zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform als Block- schaltplan. Auch hier sind Elemente mit gleicher Funktion oder Wirkungsweise wie bei den vorhergehenden Beispielen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Mit der Vorrichtung 50 ist eine vollständige Trennung der Energie- und Datenüber- tragung durch Verwendung von zwei Übertragungsstrecken möglich. Dabei wird die erste Übertragungsstrecke für die Energieübertragung durch die Schallwandler 52, 53 gebildet, die sich an der Außenseite 11a bzw. der Innenseite 11b der Wand 11 befinden. Die zweite Übertragungsstrecke für die Datenübertragung wird durch das zweite Paar von Schallwandlern 62, 63 gebildet, die sich ebenfalls an der Au- ßenseite 11 a bzw. der Innenseite 11 b der Wand 11 befinden.
Der Oszillator 39 dient ausschließlich dazu, die Frequenz für die Schallübertragung zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist er elektrisch an den ersten Schallwandler 52 gekoppelt, der die elektrische Energie in Schallenergie umwandelt und die Schallenergie durch die Wand 11 an den zweiten Schallwandler 53 überträgt. Der zweite Schallwandler 53 wandelt den empfangenen Schall in ein elektrisches Signal um, das auf der Signalleitung 14a zur Energieerzeugungseinrichtung 15 über- tragen wird, welche die Versorgungsenergie für die weiteren Bauteile liefert, insbesondere für die Datenübertragungseinheit 16.
Zur Datenübertragung auf der zweiten Übertragungsstrecke von der Außenseite 11 a zur Innenseite 11 b der Wand erzeugt der zweite Oszillator 19 mit Hilfe des Modulators/Demodulators 18 und des daran gekoppelten ersten Schallwandlers 62 Trägerwellen, die mit Daten moduliert sind und durch die Wand 11 hindurch zum zweiten Schallwandler 63 übertragen werden. Vom zweiten Schallwandler 63 wird ein elektrisches Signal erzeugt, das die Daten enthält, und über die Signalleitung 14b zur Datenübertragungseinheit 16 geliefert. Dort erfolgt die Demodulation der Trägerfrequenz mit Hilfe' des Modulators/Demodulators 22 und die Übergabe der Daten an die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23, die als Sensor ausgestaltet ist. Der Sensor kann somit durch die empfangenen Daten konfiguriert werden.
Für den Fall der Übertragung von Daten in entgegengesetzter Richtung, nämlich vom zweiten Schallwandler 63 zum ersten Schallwandler 62 erzeugt die Datenübertragungseinheit 16 wie oben bereits beschrieben mit Hilfe des zweiten Schallwandlers 63 eine mit Daten modulierte Trägerschallfrequenz, die durch die Wand 11 hindurch zum ersten Schallwandler 62 übertragen wird. In diesem Fall erfolgt mit dem Modulator/Demodulator 22 die Modulation und mit dem Modula- tor/Demodulator 18, der an den ersten Schallwandler 62 elektrisch gekoppelt ist, die Demodulation und Ausgabe der Daten an der Dateneingabe-Aausgabeeinheit 20.
Es wird bei der Vorrichtung 50 eine erste Trägerfrequenz zur Energieübertragung benutzt und eine zweite, unterschiedliche Trägerfrequenz zur Datenübertragung. Übertragen werden beide Signale jeweils durch ein Paar von Ultraschallwandlern 52, 53, bzw. 62, 63. Auf diese Weise lässt sich der gegenseitige Einfluss minimieren. Die Energieübertragung wie auch die Datenübertragung muss nicht zwangsläufig kombiniert eingesetzt werden, sondern es können im Falle einer anderweitigen Energieversorgung des im Behälter angebrachten Sensors auch lediglich Daten übertragen werden. Im Falle anderweitiger oder nicht erforderlicher Datenübertragung kann auch lediglich Energie übertragen werden.
Zusammengefasst dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Energie sowie erforderlichenfalls zugleich von Datensignalen durch Behälter und/oder Schottwände hindurch, wobei die zu übertragende Energie und ggf. Datensignale mittels Schall, vorzugsweise Ultraschall durch eine Feststellwand übertragen werden. Dazu sind auf der einen Seite der Wand mindestens ein Schallsender und auf der jeweils anderen Seite der Wand mindestens ein Schallempfänger so angeordnet, dass der durch den Sender erzeugte Schall in die Wand eingekoppelt und von dort zum Empfänger ausgekoppelt wird, wobei ggf. zu übertragende Signale dem Schall im Sender oder Sendeempfänger auf- und auf der anderen Seite demoduliert werden, insbesondere erfolgt aber auch eine Energieversorgung des Empfängers oder Sendeempfängers, welche im Behälter oder hinter der Schottwand angeordnet ist, in dem dort Schallsignale in elektrische E- nergie umgewandelt werden, die nach Gleichrichtung einer Speichereinheit, beispielsweise einem Kondensator zugeführt wird. Die Speichereinheit stellt die benötigte elektrische Energie dem im Behälter oder hinter der Schottwand befindlichen Empfänger oder Sendeempfänger zur Verfügung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und weist die folgenden Merkmale auf: Auf der Innenseite eines Behälters oder auf einer Seite einer Schottwand ist ein Sendeempfänger angebracht, welcher von einem auf der Außenseite des Behälters respektive der anderen Seite der Schottwand angebrachten Schallsensor mit Energie und/oder mit Daten versorgt wird, wobei der Schallsender aus einem Modulator und Schallerzeuger, der Empfänger aus einem Schallwandler, Gleichrichter und/oder ggf. Demodulator besteht, wobei zumindest ein Teil des empfangenen Signals in elektrische Energie umgewandelt und nach Gleichrichtung einem Kondensator o.a. Energiespeicher zugeführt wird, welcher den Empfänger sowie ggf. hiermit verbünde Sensoren o.a. mit Energie versorgt.
Auf der Innenseite des Behälters oder auf einer Seite einer Schottwand kann ein Schallsender und ein Schallempfänger angebracht sein, wobei der Schallempfänger Energie und ggf. Daten gewinnt,. die Energie jedoch zusätzlich einem Datensender zugeführt wird. Der Datensender überträgt ggf. ebenfalls über Ultraschall Daten nach außen, respektive auf die andere Schottwandseite, welche dort mittels eines Datenempfängers aufgenommen werden. Die Daten können ggf. ebenso im Behälter bzw. auf der relevanten Schottwandseite angeordneten Sensoren oder anderen Einheiten zugeführt werden.
Die Erfindung kann bei vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden, insbesondere auch im Bereich von Transpondern, Bluetooth-Schnittstellen, Mikrowellen- Resonatoren usw.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand, gekennzeichnet durch die Schritte: Einkoppeln von Schall in eine Wand (1 1) an deren Vorderseite (1 1a); Auskoppeln des Schalls an der Rückseite (1 1 b) der Wand (1 1 ); Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektri- sehe Energie, die zum Betrieb einer hinter der Wand (1 1 ) gelegenen Datenübertragungseinheit (16) verwendet wird; wobei Trägerwellen mit zu übertragenden Daten (21 ) moduliert und als Schallwellen in die Wand (1 1 ) eingekoppelt werden und anschließend die modulierten Trägerwellen aus der Wand (11 ) ausgekoppelt und demoduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellen an der Vorderseite (1 1 a) der Wand (1 1 ) moduliert und an der Rückseite (1 1 b) der Wand (11 ) demoduliert werden, um die Daten (21 ) von der Vorderseite (11 a) der Wand (11 ) zu ihrer Rückseite (1 1 b) zu übertragen.
3. Verfahren nach einem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellen an der Rückseite (11 b) der Wand (11 ) moduliert und an der Vorderseite (1 1a) der Wand (1 1 ) demoduliert werden, um von einem Sensor (23) erzeugte Daten von der Rückseite (11 b) der Wand (1 1 ) zu ihrer Vorder- seite (1 1 a) zu übertragen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Vorderseite (11a) der Wand (1 1 ) eingekoppelte Schall die Trägerwellen für die Daten umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Schall gewonnene elektrische Energie einem Sensor (23) und/oder weiteren hinter der Wand (1 1 ) gelegenen elektronischen Bauteilen zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall und/oder die Trägerwellen im Ultraschall-Bereich liegen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung der Daten und die Übertragung der Energie getrennte Schallwandler (52, 53, 62, 63) verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass für die Übertragung der Daten und für die Übertragung der Energie dieselben Schallwandler (12, 13) verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekoppelte Schall in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, von dem mittels Fil- terung ein erster Teil abgetrennt und anschließend zur Gewinnung der Daten (21 ) demoduliert wird, während ein zweiter Teil zur Erzeugung der elektrischen Energie verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein aus dem ausgekoppelten Schall erzeugtes Signal gleichgerichtet und einem Energiespeicher (15b), bevorzugt einem Kondensator, zugeführt wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten (21 ) dieselbe Schallfrequenz verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten (21 ) unterschiedliche Schallfrequenzen verwendet werden.
13. Vorrichtung (10; 30; 50) zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand (1 1 ), gekennzeichnet durch: einen ersten Schallwandler (12; 52; 62) zum Einkoppeln von Schall in eine Vorderseite (1 1 a) einer Wand (1 1 ); einen zweiten Schallwandler (13; 53:63) zum Auskoppeln des Schalls an einer Rückseite (1 1 b) der Wand (11 ); Mittel (15) zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Datenübertragungseinheit (16); mindestens einen Modulator (18, 22) zur Modulation von Trägerwellen mit Daten (21), die als Schallwellen durch die Wand (11) zu übertragen sind; und mindestens einen Demodulator (18, 22) zur Demodulation der übertragenen Trägerwellen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (18) an den ersten Schallwandler (12) gekoppelt ist und der Demodulator (22) an den zweiten Schallwandler (13) gekoppelt ist, um die Daten (21 ) vom ersten Schallwandler (12) zum zweiten Schallwandler (13) zu übertragen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (22) an den zweiten Schallwandler (13) gekoppelt ist und der De- modulator (18) an den ersten Schallwandler (12) gekoppelt ist, um die Daten (21 ) vom zweiten Schallwandler (13) zum ersten Schallwandler (12) zu übertragen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch einen Oszillator (19; 39) zur Erzeugung des Schalls zur Energieübertragung und/oder der Trägerwellen zur Datenübertragung, der an den ersten Schallwandler (12; 52; 62) gekoppelt ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Schalls für die Energieübertragung und zur Erzeugung der Trägerwellen für die Datenübertragung getrennte Oszillatoren (19, 39) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch einen Oszillator (24) zur Erzeugung der Trägerwellen, der an den zweiten Schallwandler (13; 63) gekoppelt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Umwandeln des Schalls in elektrische Energie einen Gleichrichter (15a) und einen Energiespeicher (15b) umfassen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung von Energie und Daten verschiedene Paare von ersten und zweiten Schallwandlern (52, 53; 62, 63) vorgesehen sind.
21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schallwandler (12, 13) sowohl zur Übertragung von Energie als auch zur Übertragung der Daten dienen, wobei Mittel zur Aufspaltung eines elektrischen Signals des zweiten Schallwandlers (13) vorgesehen sind, um daraus einerseits die- elektrische Energie und andererseits die übertragenen Daten (21) zu erzeugen.
PCT/DE2005/000403 2004-03-22 2005-03-09 Verfahren und vorrichtung zur übertragung von daten und energie mittels körperschall durch eine wand WO2005093976A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004014288.2 2004-03-22
DE200410014288 DE102004014288A1 (de) 2004-03-22 2004-03-22 Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005093976A1 true WO2005093976A1 (de) 2005-10-06

Family

ID=34961339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2005/000403 WO2005093976A1 (de) 2004-03-22 2005-03-09 Verfahren und vorrichtung zur übertragung von daten und energie mittels körperschall durch eine wand

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004014288A1 (de)
WO (1) WO2005093976A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2105161A2 (de) * 2008-03-29 2009-09-30 BIOTRONIK CRM Patent AG Signalleitung einer implantierbaren elektromedizinischen Anordnung
GB2498624A (en) * 2011-12-07 2013-07-24 Boeing Co Communicating data through an electromagnetic barrier without physically penetrating the electromagnetic barrier
CN103968885A (zh) * 2013-01-30 2014-08-06 西门子公司 油浸式变速箱环境参数的感测装置、转换装置及监控系统
US9054826B2 (en) 2011-04-12 2015-06-09 Rensselaer Polytechnic Institute Adaptive system for efficient transmission of power and data through acoustic media
EP2710923B1 (de) * 2012-09-19 2018-07-18 Grass GmbH Möbel und Vorrichtung zur Bewegungskontrolle eines Möbelteils
AT523707B1 (de) * 2020-04-09 2021-11-15 Fachhochschule Kaernten Gemeinnuetzige Privatstiftung Vorrichtung zur kabellosen Übertragung von Energie und/oder Daten

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007038419B4 (de) 2007-08-14 2012-08-23 Epcos Ag Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von Messdaten
DE102008024857A1 (de) 2008-05-23 2009-11-26 Biotronik Crm Patent Ag Drahtlose Durchführung für medizinische Implantate
DE102018113311A1 (de) * 2018-06-05 2019-12-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektromechanische Übertragungsvorrichtung, Systeme mit einer elektromechanischen Übertragungsvorrichtung und Verfahren zum Übertragen einer Information
EP3772635A1 (de) 2019-08-07 2021-02-10 Sulzer Management AG Sensoranordnung für einen geschlossenen behälter und verfahren zur übertragung von daten durch die behälterwand
DE102020205173A1 (de) 2020-04-23 2021-10-28 Vega Grieshaber Kg Sensor zur Messung eines Füllstands, Grenzstands oder Drucks in einem geschlossenen leitfähigen Behälter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594705A (en) * 1994-02-04 1997-01-14 Dynamotive Canada Corporation Acoustic transformer with non-piezoelectric core
US5861018A (en) * 1996-05-28 1999-01-19 Telecom Medical Inc. Ultrasound transdermal communication system and method
US6037704A (en) * 1997-10-08 2000-03-14 The Aerospace Corporation Ultrasonic power communication system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19755893C2 (de) * 1997-12-08 2001-01-25 Claus Rein Verfahren und Anordnung zur Energie- und Informationsübertragung mittels Ultraschall

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594705A (en) * 1994-02-04 1997-01-14 Dynamotive Canada Corporation Acoustic transformer with non-piezoelectric core
US5861018A (en) * 1996-05-28 1999-01-19 Telecom Medical Inc. Ultrasound transdermal communication system and method
US6037704A (en) * 1997-10-08 2000-03-14 The Aerospace Corporation Ultrasonic power communication system

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2105161A2 (de) * 2008-03-29 2009-09-30 BIOTRONIK CRM Patent AG Signalleitung einer implantierbaren elektromedizinischen Anordnung
EP2105161A3 (de) * 2008-03-29 2010-11-03 Biotronik CRM Patent AG Signalleitung einer implantierbaren elektromedizinischen Anordnung
US9205250B2 (en) 2008-03-29 2015-12-08 Biotronik Crm Patent Ag Signal line of an implantable electromedical configuration
US9054826B2 (en) 2011-04-12 2015-06-09 Rensselaer Polytechnic Institute Adaptive system for efficient transmission of power and data through acoustic media
GB2498624A (en) * 2011-12-07 2013-07-24 Boeing Co Communicating data through an electromagnetic barrier without physically penetrating the electromagnetic barrier
GB2498624B (en) * 2011-12-07 2014-10-15 Boeing Co Systems and methods for communicating data through an electromagnetic barrier
US9559788B2 (en) 2011-12-07 2017-01-31 The Boeing Company Systems and methods for communicating data through an electromagnetic barrier
EP2710923B1 (de) * 2012-09-19 2018-07-18 Grass GmbH Möbel und Vorrichtung zur Bewegungskontrolle eines Möbelteils
CN103968885A (zh) * 2013-01-30 2014-08-06 西门子公司 油浸式变速箱环境参数的感测装置、转换装置及监控系统
AT523707B1 (de) * 2020-04-09 2021-11-15 Fachhochschule Kaernten Gemeinnuetzige Privatstiftung Vorrichtung zur kabellosen Übertragung von Energie und/oder Daten
AT523707A4 (de) * 2020-04-09 2021-11-15 Fachhochschule Kaernten Gemeinnuetzige Privatstiftung Vorrichtung zur kabellosen Übertragung von Energie und/oder Daten

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004014288A1 (de) 2005-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005093976A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur übertragung von daten und energie mittels körperschall durch eine wand
DE602004010140T2 (de) Unidirektionale strom- und bidirektionale datenübertragung über einer einzelnen, induktiven kopplung
CH676164A5 (de)
EP1989519B1 (de) Potentialtrennung für ein füllstandradar
DE3928561A1 (de) Vollduplex-antwortsendersystem
DE20321736U1 (de) System zur Herstellung einer modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße und standardisierte Komponenten
DE69123576T2 (de) Verfahren zur speicherung von daten welche das leben eines komplexen produkts betreffen
WO2001018405A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur versorgung von elektrischen verbrauchern in oder an einer pneumatischen vorrichtung mit elektrischer versorgungsenergie
DE4344071A1 (de) Vorrichtung zur Übertragung von Energie und/oder Daten
DE4300736A1 (de)
DE19923634A1 (de) Sende- und Empfangseinrichtung
EP1801738B1 (de) Transponder und Verfahren zum Betreiben eines Transponders
DE10239303A1 (de) Energieautark modulierter Backscatter-Transponder
DE102007038419A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von Messdaten
DE4012527C2 (de) Kommunikationsvorrichtung für Basisbandsignale
DE202012102446U1 (de) Anordnung umfassend einen Messaufnehmer, einen Messumformer sowie eine Anzeige und/oder Bedieneinheit
WO2021197735A1 (de) Akustisches übertragungssystem, primärschaltung, sekundärschaltung, verfahren zum übertragen und verwendung eines akustischen übertragungssystems
DE102014221884A1 (de) Sensoranordnung zur Bereitstellung von Zusatzinformationen in einem induktiven Ladesystem
WO2009003457A1 (de) Magnetoresonante energie- und informationsübertragung im kraftfahrzeug
DE19648531C1 (de) Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung
CH393456A (de) Ubertragungseinrichtung für ein simuliertes Einseitenbandsignal
DE504245C (de) Telegraphieverfahren mit Frequenzmodulation
EP0959569A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Signaleinkopplung in Hoch- und Mittelspannungsleitungen
DE3802661A1 (de) Programmier- und pruefvorrichtung
EP3380852B1 (de) Induktiver strommesswandler

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase