具有帶有無源rfd接口的傳感器的氧氣系統的制作方法
【專利說明】具有帶有無源RFD接口的傳感器的氧氣系統
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請要求在2012年11月30日提交的美國申請No. 61/732, 160W及在2013年 9月30日提交的美國申請No. 14/041,752的優先權，其全部內容通過引用被并入。
【背景技術】
[0003] 在許多工程應用中，監控壓縮氣體諸如氧氣的供給或流量是必要的。該在醫藥和 航空領域尤其適用。監控醫藥和飛行器應用的氧氣系統的狀態的當前設備通常借助兩種類 型中的一種。此類監控系統的第一種類型依靠可能容易產生錯誤且既不耐用也不可靠的氣 動儀表的使用。此類系統的第二種使用電子傳感器或開關，其可能比氣動儀表更耐用且更 精確，但是其在許多應用中過分昂貴，因此不是經濟有效的。
[0004] 在圖1中說明了典型的應用（例如，飛行器氣態氧氣系統）。雖然術語"氧氣"被 貫穿本文使用W討論氣體，但是，應當理解的是，空氣或任何其他壓縮氣體可W結合本發明 來使用。類似的討論可W應用到醫療氧氣系統或其他類型的氧氣系統。在圖1中描述的系 統中，高壓氧氣（例如2000psi)被儲存在氧氣瓶配件18中，氧氣瓶組件18被瓶安裝支架 21固定。該氧氣瓶組件18包括高壓軟管6,高壓軟管6在過量增壓的情況下通向艙外排 氣出口 25。第一高壓線路20通向注入閥5,而第二高壓線路22與S通接頭23匹配，其中 S通接頭23通向壓力換能器19和用于監控壓力的壓力計2。低壓軟管17經由低壓開關3 供給另一個系統。調節設備維持70psi的運行輸出壓力，該調節設備是氧氣瓶配件的組件。 為了確定系統內剩余氧氣的量，瓶中的壓力由壓力計2和壓力換能器19監控。另外，低壓 開關或另一個壓力換能器3監控調節輸出，并且只要存在最小調節壓力就保持關閉。每當 飛行器運行時，該些設備就連續運轉并且壓力換能器19和低壓開關3不斷地耗費電力。因 此，提供一種比現有系統更精確且耗費更少電力的系統和方法將是有益的。

【發明內容】

[0005] 本發明使用帶有無源RF能量收集技術的固態傳感器，通過測量氧氣儲存/輸送系 統內的氧氣的壓力和/或流量來監控氧氣系統的狀態。該條件（壓力或流量）只有當技工 或操作者需要信息并且使用固定的或便攜式的儀器讀取器進行查詢時才被讀取和呈現。通 過只采用無源能量讀取器，該系統相對于現有技術系統更可靠、需要更少的維護、節能、并 且既減輕重量又降低成本。
[0006] 根據結合附圖的優選實施例的下列詳細描述，本發明的其它特征和優勢將變得更 明顯，其中優選實施例通過示例說明本發明的操作。
【附圖說明】
[0007] 圖1是飛行器中的現有技術壓縮氣體系統的示意圖。
[0008] 圖2是本發明的傳感器的第一實施例的加大透視圖；
[0009] 圖3是圖2的實施例的另一個加大透視圖；
[0010] 圖4是圖2和圖3的實施例的橫截面圖；和
[0011] 圖5是采用圖2的實施例的裝置的加大透視圖。
【具體實施方式】
[0012] 圖2-圖4中示出新的氣體傳感器RF設備100的示例，其用于如關于圖1而描述 的飛行器應用。如圖2-圖4中所示，氣體傳感器RF設備100被設計為經由標準螺紋管件 被安裝到標準調節組件中，從而不需要修改當前設備。例如，兩個氣體傳感器RF壓力感測 設備將被安裝到圖1所描述的系統中。在該氧氣監控系統中，兩個氣體傳感器設備都被設 計為讀取傳感器處的實際氣體壓力。第一氣體傳感器RF設備將被安裝在高壓線路22 (見 圖1)占據的高壓端口內。第二氣體傳感器RF設備會被安裝在任意未使用的低壓端口中， 例如圖1中所示的S通接頭23處。該兩個氣體傳感器RF設備將代替圖1中的低壓開關3 和高壓線路22。
[0013] 圖2示出具有六邊形輪廓外殼110的氣體傳感器壓力讀取器100,然而其他輪廓配 置是可能的。由于任何多邊形配置都將會起作用，所W本文中的術語"圓柱形"可W被用于 描述包括六邊形輪廓W及八邊形和其他多邊形的廣泛數量的配置。圓柱形也可W包括圓形 輪廓，其外表面將優選為有凸邊的或包括一些脊，從而允許使用者抓住并且旋轉傳感器。六 邊形形狀的優點是可W通過標準套筒或扳手被輕易地被安裝和移除。在六邊形外殼110的 側面112上，向外突出的桿114被軸向對齊，并且包括設置在其中的壓力感測元件116。該 桿114優選外部是螺紋的并且包括開口遠端118,感測元件116。位于該開口遠端118中。 當外部桿114被螺旋進入壓力系統時，桿114被暴露于系統的內部壓力，使得其可W確定罐 體/線路/系統內的壓力。感測元件116優選地是印刷電路板120的一部分，其被遠程讀 取器例用諸如收集的RF能量來無源地供電。電路板120被禪連到穿過桿的內部且圍繞六 邊形外殼110形成的閉合回路的天線122。圖3和4說明外殼110內的天線122W及電路 板120的位置。外殼內部的剩余部分被填充保護天線和電路板避免潮濕、塵±和雜物的封 裝材料124。圖4說明了六邊形外殼的內部中的天線122和封裝材料124。
[0014] 圖5說明安裝在氧氣罐200上的兩個氣體傳感器RF設備100。在該布置中，圖1 中的組件2、3、19、22和23被移除。氣體傳感器RF設備100優選地利用編碼協議（例如 IS0/IEC18000-6)來將信息存儲并且傳輸到遠程接收設備（例如手持或固定數據接收設 備）。傳感器讀取器輪詢氣體傳感器RF設備，W使數據對于技工或操作者可用。傳感器讀 取器（未示出）既可W是固定的也可是便攜式的，并且由使用者的命令啟動或在選擇的時 間間隔電氣開動。讀取器優選地使用無線連接遠程讀取傳感器100,允許氧氣供給可能達不 到或難W達到的地方的數據交換。然后讀取器顯示、存儲、或傳輸數值，W便技工或操作者 評估氧氣存儲系統的狀態或狀況。便攜式讀取器可W包括能夠讀取遵循IS0/IEC18000-6 的無源RF信息的商業上可用的那些讀取器。當便攜式設備可被使用W使得一個讀取器可 W服務多個傳感器時或在固定讀取器的電力不可用的維修環境中，該些讀取器被優選地使 用。可替換地，除了固定存儲器適用于固定地點之外，固定讀取器也可W類似于便攜式讀取 器那樣被使用。帶有雙電源的讀取器也可W被使用，其使用存儲或收集的能量，但是當需要 時也能夠自動地切換到所產生的電力。
[0015] 相對于現有技術的氣體監控系統的方法，本發明存在眾多優點。重要的主要優點 是儀器中能耗的降低和節約。本發明的氣體傳感器RF設備是由讀取器供電的無源元件。讀 取器使用電池或收集的電能，所W它們通常不需要系統產生的或線路電力來操作。而且，來 自相關讀取器的電力僅在發生實際讀取的周期期間被間歇地使用。因此，在系統上的電耗 最小。
[0016] 本發明的另一個優點是；標準波登管壓力計容易受到與濕度和灰塵有關的問題的 影響，并且在窄的溫度范圍內有效運行。該些壓力計可能被沖擊和振動輕易地損壞，且缺乏 電子設計的精確度和精密度。相反地，本發明沒有移動部件，除了在進行讀取的周期期間W 外不消耗電力，因此可靠的多。
[0017]利用本發明，技工或技術員可W在不給系統供電的情況下精確地確定氧氣存儲系 統內的剩余氧氣容量的狀態。利用無線的實施例，當氧氣瓶因為不需要直接接近而處于不 容易接近的位置時，技工可W輕易地進行讀取。因為系統沒有電線或電纜，所W更條理且電 線被損壞或破壞的機會更小，進一步增強了系統的可靠性。而且，直接在源頭處借助氣體傳 感器RF設備讀取壓力，不需要針對可能使讀取復雜化或使測量系統的真實狀態出錯的溫 度影響做出調整。傳感器RF設備讀取當前的實際值。
[0018] 對于飛行器應用的尤其重要的另一個優點是；系統的重量的減輕。當使用圖1中 所示的應用時，具備當前技術的系統與使用傳感器RF設備的系統的估計凈重對比：
[0019]
[0022] 本發明的原型示出設備可使用RF能量從遠程讀取器讀取高達2900psi，并且速率 在0. 51pm到6001pm之間。該設備可W被用于飛行器系統、醫療系統、治療系統W及臨床系 統。作為替換的實施例，傳感器可W是混合供電系統，其中電力源被用作RF讀取器供應能 量的備用。
[0023] 本發明也簡化了系統的安裝和替換/拆卸。通過到系統較少的連接，氧氣瓶組件 的拆卸更容易。本發明消除了對連接或斷開連接的電力電纜的需求，并且具有可能導致泄 露問題的更少的泄露路徑。本發明的又一優點是其監控實際流量，即，其采取流速的直接讀 數來檢測異常操作、泄露、或操作趨勢。而且，在沒有到測試單元的直接連接的情況下，流速 和壓力的直接讀數簡化了測試設置，并且使數據的收集受收集方式影響較小。
[0024] 前述說明書和圖表旨在作為示例性而非排他性的。本領域的普通技術人員將認識 到對所述的描述的各種修改，并且本發明旨在包含所有此類修改。
[0025] 根據結合附圖的優選實施例的下列詳細描述，本發明的其它特征和優勢將變得更 明顯，其中優選實施例通過示例說明本發明的操作。
【主權項】
1. 一種用于遠程讀取和傳輸系統的氣壓的無源供電氣體傳感器，包括： 中空的圓柱形主體； 軸向對齊并且從所述中空的圓柱形主體的第一表面向外延伸的桿，所述桿具有內表面 和螺紋外表面； 在所述桿內的壓力感測元件； 耦連到所述壓力感測元件的天線，其中所述天線位于所述中空的圓柱形主體和所述桿 內；以及 其中所述壓力感測設備被輪詢設備遠程地輪詢，并且由所述輪詢設備供電。2. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，其中所述圓柱形主體具有六邊形輪 廓。3. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，其中所述輪詢設備使用RF能量為所述 傳感器供電。4. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，進一步包括承載所述壓力感測元件的 印刷電路板。5. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，其中所述中空的圓柱形主體被填充封 裝材料。6. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，其中所述傳感器能夠讀取高達 2900psi的壓力。7. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，其中所述傳感器能夠讀取高達6001pm 的流速。8. 根據權利要求1所述的無源供電氣體傳感器，進一步包括自包含備用電源。
【專利摘要】一種用于遠程讀取和傳輸系統氣壓的無源供電氣體傳感器，包括中空的圓柱形主體、軸向對齊并從中空的圓柱形主體的第一表面向外延伸的桿、桿內的壓力感測元件，以及耦連到壓力感測元件的天線，其中該天線位于中空的圓柱形主體和桿內。壓力感測設備被輪詢設備遠程輪詢，并且由輪詢設備供電。
【IPC分類】G01L19/08, G01L19/14
【公開號】CN104969051
【申請號】CN201380062450
【發明人】C·理查森, W·內倫
【申請人】Be 航天公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2013年10月31日
【公告號】CA2893266A1, EP2926105A1, US20140150561, WO2014085021A1