Пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту

1. Пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, до складу якого входять сенсор, пристрій відображення інформації та джерело живлення, а також корпус із розташованим у ньому блоком зчитування і обробки даних, при цьому сенсор та пристрій відображення інформації зв'язані з блоком зчитування і обробки даних, джерело живлення з'єднано з усіма зазначеними конструктивними елементами пристрою, окрім сенсора, причому зазначений сенсор зв'язаний з блоком зчитування і обробки даних або за допомогою провідної лінії зв'язку, або радіоканалом, джерело живлення виконано або змінного струму, або постійного струму, який відрізняється тим, що до складу пристрою додатково введений блок дистанційного доступу, а до складу блока зчитування і обробки даних додатково введені блок керованого фазообертача, блок U 2 39557 1 3 39557 за найближчий аналог (прототип), є пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, до складу якого входять сенсор, пристрій відображення інформації та джерело живлення, а також корпус із розташованим у ньому блоком зчитування і обробки, при цьому сенсор та пристрій відображення інформації зв'язані з блоком зчитування і обробки даних, джерело живлення з'єднано з усіма зазначеними конструктивними елементами пристрою окрім сенсора, причому зазначений сенсор зв'язаний з блоком зчитування і обробки даних або за допомогою провідної лінії зв'язку, або радіоканалом, джерело живлення виконано або змінного струму, або постійного струму [2]. До недоліків відомого пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який обраний за найближчий аналог (прототип), відноситься те, що при відомому конструктивному виконанні пристрою точність вимірювання фізичних величин пристроєм залежить від рівня заважаючих радіоперешкод та наявної апаратної похибки блока зчитування і обробки даних. Також недоліком відомого пристрою є те, що в процесі роботи немає можливості змінити процедур у обробки даних в пристрої, а сама процедура обробки зводиться до мінімуму, яка залежить від обмежених можливостей блока зчитування. В основу корисної моделі покладена задача шляхом усунення недоліків прототипу забезпечити суттєве зменшення похибки вимірювань фізичних величин методом радіоімпульсного запиту навіть у випадку наявності заважаючих радіоперешкод, можливість обчислення необхідних величин безпосередньо в приладі і передачі їх на віддалений приймач паралельно з пристроєм відображення інформації, а також можливість зміни процедури обробки та/або обчислення даних за вказівкою віддаленого передавача чи за вказівкою вбудованого мікропроцесора. Суть корисної моделі у пристрої вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, до складу якого входять сенсор, пристрій відображення інформації та джерело живлення, а також корпус із розташованим у ньому блоком зчитування і обробки, при цьому сенсор та пристрій відображення інформації зв'язані з блоком зчитування і обробки даних, джерело живлення з'єднано з усіма зазначеними конструктивними елементами пристрою окрім сенсора, причому зазначений сенсор зв'язаний з блоком зчитування і обробки даних або за допомогою провідної лінії зв'язку, або радіоканалом, джерело живлення виконано або змінного струму, або постійного струму, полягає в тому, що до складу пристрою додатково введений блок дистанційного доступу, а до складу блоку зчитування і обробки даних додатково введені блок керованого фазообертача, блок мультиплексора та блок мікропроцесора. Суть корисної моделі полягає і в тому, що блок дистанційного доступу виконано з можливістю як передачі даних на віддалений приймач, так і приймання команд керування від віддаленого передавача. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що блок керованого фазообертача з'єднано з блоком 4 мультиплексора, блок мікропроцесора з'єднано з блоком мультиплексора та блоком керованого фазообертача, блок дистанційного доступу з'єднано зворотним зв'язком з блоком мікропроцесора та провідною лінією зв'язку чи радіоканалом із зазначеними віддаленими приймачем і передавачем, сенсор з'єднано зворотним зв'язком безпосередньо з блоком мультиплексора, а пристрій відображення інформації з'єднано в блоці зчитування і обробки даних безпосередньо з блоком мікропроцесора. Новим в корисній моделі є й те, що у разі виконання пристрою таким, що зв'язок між блоком зчитування і обробки даних та сенсором, а також міжблоком дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем і передавачем забезпечується за допомогою радіоканалу, до складу зазначених сенсору, блоку дистанційного доступу та блоку мультиплексора додатково включено приймально-передавальні антени, а у разі виконання джерела живлення змінного струму, до складу джерела живлення включено додаткові акумулятори. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом показує, що пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, відрізняється тим, що до складу пристрою додатково введений блок дистанційного доступу, а до складу блоку зчитування і обробки даних додатково введені блок керованого фазообертача, блок мультиплексора та блок мікропроцесора, при цьому блок дистанційного доступу виконано з можливістю як передачі даних на віддалений приймач, так і приймання команд керування від віддаленого передавача, причому блок керованого фазообертача з'єднано з блоком мультиплексора, блок мікропроцесора з'єднано з блоком мультиплексора та блоком керованого фазообертача, блок дистанційного доступу з'єднано зворотним зв'язком з блоком мікропроцесора та провідною лінією зв'язку чи радіоканалом із зазначеними віддаленими приймачем і передавачем, сенсор з'єднано зворотним зв'язком безпосередньо з блоком мультиплексора, пристрій відображення інформації з'єднано в блоці зчитування і обробки даних безпосередньо з блоком мікропроцесора, у разі виконання пристрою таким, що зв'язок між блоком зчитування і обробки даних та сенсором, а також між блоком дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем і передавачем забезпечується за допомогою радіоканалу, до складу зазначених сенсору, блоку дистанційного доступ у та блоку мультиплексора додатково включено приймально-передавальні антени, а у разі виконання джерела живлення змінного струму, до складу джерела живлення включено додаткові акумулятори. Таким чином, пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, відповідає критерію корисної моделі «новизна». Суть корисної моделі пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на Фіг.1 показана блок-схема пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, з використанням у складі сенсору, блоку 5 39557 мультиплексора, блоку дистанційного доступ у та передавача приймально-передавальних антен для забезпечення радіозв'язку між відповідними конструктивними елементами зазначеного пристрою, на Фіг.2 показаний варіант конструктивного виконання пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, з використанням провідної лінії зв'язку між відповідними конструктивними елементами зазначеного пристрою, на Фіг.3-4 показані варіанти використання водночас у комплексі як радіозв'язку, так і провідної лінії зв'язку між відповідними конструктивними елементами зазначеного пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється. Пристрій (позиція 1) вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту (як варіант конструктивного виконання - див. блоксхему на Фіг.1 та, відповідно, блок-схеми на Фіг.2-4 - згідно з варіантами конструктивного виконання) містить сенсор (позиція 2), пристрій (позиція 3) відображення інформації та джерело живлення (позиція 4), а також корпус (позиція 5) із розташованим у ньому блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних. Конструктивно сенсор (позиція 2) та пристрій (позиція 3) відображення інформації зв'язані з блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а джерело живлення (позиція 4) з'єднано з усіма зазначеними конструктивними елементами пристрою (позиція 1) окрім сенсора (позиція 2) (див. блок-схеми на Фіг.1-4). Зазначений сенсор (позиція 2) конструктивно зв'язаний з блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних або за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7), або радіоканалом (позиція 8) (див. відповідні схеми на Фіг.14). Конструктивно джерело живлення (позиція 4) виконано або змінного струму (наприклад, 220В 50Гц), або постійного струму (наприклад, 27В, 12В). Конструктивно до складу пристрою (позиція 1) вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту додатково введений блок (позиція 9) дистанційного доступу, а до складу блоку (позиція 6) зчитування і обробки даних додатково введені блок (позиція 10) керованого фазообертача, блок (позиція 11) мультиплексора та блок (позиція 12) мікропроцесора (див. блок-схему на Фіг.1-2). При цьому блок (позиція 9) дистанційного доступу виконано з можливістю як передачі даних на віддалений приймач (позиція 13), так і приймання команд керування від віддаленого передавача (позиція 14) (див. блок-схему на Фіг.1-4). Конструктивно та технологічно блок (позиція 10) керованого фазообертача з'єднано з блоком (позиція 11) мультиплексора, блок (позиція 12) мікропроцесора з'єднано з блоком (позиція 11) мультиплексора та з блоком (позиція 10) керованого фазообертача. Конструктивно та технологічно блок (позиція 9) дистанційного доступу з'єднано зворотним зв'язком з блоком (позиція 12) мікропроцесора та провідною лінією зв'язку (позиція 7) чи радіоканалом (позиція 8) із зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14) (див. відповідні блок-схеми на Фіг.1-4). Сенсор (позиція 2) конструктивно з'єднано зворот 6 ним зв'язком безпосередньо з блоком (позиція 11) мультиплексора, а пристрій (позиція 3) відображення інформації з'єднано в блоці (позиція 6) зчитування і обробки даних безпосередньо з блоком (позиція 12) мікропроцесора (див. блок-схеми на Фіг.1-2). У разі конструктивного виконання пристрою (позиція 1) таким, що зв'язок між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних та сенсором (позиція 2), а також між блоком (позиція 9) дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14) забезпечується за допомогою радіоканалу (позиція 8), до складу зазначених сенсору (позиція 2), блоку (позиція 9) дистанційного доступу та блоку (позиція 11) мультиплексора додатково включено приймально-передавальні антени (позиція 15) (див. відповідні блок-схеми на Фіг.1-4). У разі конструктивного виконання джерела живлення (позиція 4) змінного струму, до складу зазначеного джерела живлення (позиція 4) включено додаткові акумулятори (позиція 16) (див. блок-схему на Фіг.1-2). Пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, працює (експлуатується) таким чином (у відповідності до блок-схем, показаних на Фіг.1-4). Попередньо виготовляють сенсор (позиція 2). При цьому сенсор (позиція 2) конструктивно і технологічно виконують/виготовляють таким, що використовує той чи інший фізичний принцип роботи (наприклад, сенсор на поверхневих акустичних хвиля х). При цьому усі варіанти конструктивного виконання сенсору (позиція 2) повинні забезпечити підвищення чутливості сенсору (позиція 2) та точності виміру ним параметрів речовини. Паралельно виготовляють: корпус (позиція 5), пристрій (позиція 3) відображення інформації, джерело живлення (позиція 4), блок (позиція 6) зчитування і обробки даних (з блоком (позиція 10) керованого фазообертача, блоком (позиція 11) мультиплексора та з блоком (позиція 12) мікропроцесора), блок (позиція 9) дистанційного доступу, віддалений приймач (позиція 13), віддалений передавач (позиція 14), приймально-передавальні антени (позиція 15) та акумулятори (позиція 16). При цьому блок (позиція 9) дистанційного доступу виконують з можливістю як передачі даних на віддалений приймач (позиція 13), так і приймання команд керування від віддаленого передавача (позиція 14). Конструктивно пристрій вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, виконують принаймні у чотирьох варіантах, де: 1) - з'єднання (зв'язок) між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, між блоком (позиція 11) мультиплексора та сенсором (позиція 2), а також між блоком (позиція 9) дистанційного доступ у і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14) забезпечується за допомогою радіоканалу (позиція 8); 2) - з'єднання (зв'язок) між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, між блоком (позиція 11) мультиплексора та сенсором (позиція 7 39557 2), між блоком (позиція 9) дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14), а також між пристроєм (позиція 3) відображення інформації та блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, безпосередньо з блоком (позиція 12) мікропроцесора, забезпечується за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7), наприклад, електричної, оптоволоконної тощо; 3) - з'єднання (зв'язок) між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, між блоком (позиція 11) мультиплексора та сенсором (позиція 2) забезпечується за допомогою радіоканалу (позиція 8), а між блоком (позиція 9) дистанційного доступ у і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14) забезпечується за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7), при цьому з'єднання (зв'язок) між пристроєм (позиція 3) відображення інформації та блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, безпосередньо з блоком (позиція 12) мікропроцесора, передбачається забезпечувати за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7); 4) - з'єднання (зв'язок) між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, між блоком (позиція 11) мультиплексора та сенсором (позиція 2) забезпечується за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7), а між блоком (позиція 9) дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14) забезпечується за допомогою радіоканалу (позиція 8), при цьому з'єднання (зв'язок) між пристроєм (позиція 3) відображення інформації та блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, безпосередньо з блоком (позиція 12) мікропроцесора, передбачається забезпечувати за допомогою провідної лінії зв'язку (позиція 7). У разі використання радіоканалу (позиція 8) між зазначеними конструктивними елементами пристрою (позиція 1), до складу сенсору (позиція 2), блоку (позиція 11) мультиплексора, блоку (позиція 9) дистанційного доступу та передавача (позиція 14) вводять приймально-передавальну антену (позиція 15) (див. відповідні блок-схеми на Фіг.1-4). Також можливі зміни в конструкції зазначеного пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, якщо блок живлення (позиція 4) виконують змінного струму. Для запобігання відсутності живлення (при застосуванні змінного струму, наприклад, 220В 50Гц) встановлюють у корпусі (позиція 5) додаткові акумулятори (позиція 16), які постійно підзаряджаються від блоку живлення (позиція 4) змінного струму, а в разі відсутності зазначеного живлення, підживлюють всі електричні складові пристрою (позиція 1). Тим самим пристрій (позиція 1) може працювати автономно. По закінченню виготовлення конструктивних елементів пристрою (позиція 1), здійснюють заходи щодо його збирання (у відповідності до блоксхеми, представленої на Фіг.1 та блок-схем на Фіг.2-4 - як варіанти конструктивного виконання пристрою) та того чи іншого варіанту конструктивного виконання, які передбачають або викорис 8 тання провідної лінії зв'язку (позиція 7), або радіоканалу (позиція 8). Зібраний (у відповідності до блок-схем, представлених на Фіг.1 та на Фіг.2-4 - як варіанти конструктивного виконання пристрою) пристрій (позиція 1) вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, працює таким чином. Блок (позиція 12) мікропроцесора видає серію команд: блоку (позиція 6) зчитування і обробки даних сформувати радіоімпульс запиту визначеної часової протяжності, блоку (позиція 10) керованого фазообертача встановити одне з N визначених значень фази імпульсу запиту Yn , де Yn=n´360°/N, n=1, 2, 3…N; N³4, а блоку (позиція 11) мультиплексора перейти в режим випромінювання радіоімпульсу до сенсора (позиція 2). Через визначений проміжок часу після завершення імпульсу запиту блок (позиція 12) мікропроцесора видає наступну серію команд: блоку (позиція 11) мультиплексора перейти в режим прийому радіоімпульсів відгуку сенсора (позиція 2), а блоку (позиція 6) зчитування і обробки даних - виміряти фазу кожного окремого радіоімпульсів відгуку. Тим самим усувається вплив параметрів каналу зв'язку на результати вимірювання. Після цього блок (позиція 6) мікропроцесора обчислює різність фаз між кожною з пар радіоімпульсів відгуку і запам'ятовує їх. Ця послідовність дій виконується N раз поспіль. Таким чином в тимчасовій пам'яті блоку (позиція 12) мікропроцесора знаходиться N значень результатів вимірів, проведених з різними початковими фазами імпульсу запиту. Це дає можливість в подальших розрахунках не тільки значно послабити апаратні похибки системи вимірювання фази в блоці (позиція 6) зчитування і обробки даних, а й значно послабити вплив заважаючих радіоперешкод, які можуть бути присутні на вході у блок (позиція 11) мультиплексора. Наявність блоку (позиція 11) мультиплексора між блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних і сенсором (позиція 2) дозволяє використовувати єдиний канал зв'язку між сенсором (позиція 2) і блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних. Це має особливе значення у випадку, коли зв'язок зазначених пристроїв здійснюється по радіоканалу (позиція 8). В інших варіантах конструктивного виконання пристрою (позиція 1) застосовують провідну лінію зв'язку (позиція 7) між сенсором (позиція 2) і блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, або інші варіанти застосування водночас у комплексі провідної лінії зв'язку (позиція 7) та радіоканалу (позиція 8) між відповідними конструктивними елементами пристрою (позиція 1), а саме, між: - блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, між блоком (позиція 11) мультиплексора та сенсором (позиція 2); - пристроєм (позиція 3) відображення інформації та блоком (позиція 6) зчитування і обробки даних, а саме, безпосередньо з блоком (позиція 12) мікропроцесора; - блоком (позиція 9) дистанційного доступ у і зазначеними віддаленими приймачем (позиція 13) і передавачем (позиція 14). 9 39557 Далі блок (позиція 12) мікропроцесора проводить необхідні розрахунки на основі N результатів попередніх вимірів, одночасно реалізуючи операцію усереднення для зменшення похибки вимірювання при обчисленні необхідних даних. Обчислені таким чином дані виводяться на пристрій (позиція 3) відображення інформації, запам'ятовуються при необхідності в енергонезалежній пам'яті блока (позиція 12) мікропроцесора та можуть бути передані блоком (позиція 9) дистанційного доступу на віддалений приймач (позиція 13). Також за допомогою блока (позиція 9) дистанційного доступу можна отримати з віддаленого приймача (позиція 13) та віддаленого передавача (позиція 14) подальші команди або вказівки на обрахунки. Після цього процес вимірів і обчислень продовжується. У випадку тимчасової відсутності живлення від джерела (позиція 4) змінного струму, система автоматично переходить на живлення від акумуляторів (позиція 16). Якщо акумулятори (позиція 16) знаходяться на межі виснаження, а живлення від джерела (позиція 4) змінного струму не відновлено, блок (позиція 12) мікропроцесора записує до енергонезалежної пам'яті результати останніх вимірів та час цієї події, та вимикає пристрій (позиція 1). Після появи живлення від джерела (позиція 4) змінного струму система переключається на нього, а крім того заряджає акумулятори (позиція 16) не припиняючи вимірів. 10 Підвищення ефективності застосування пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається шляхом введення до складу пристрою блоку дистанційного доступ у, а до складу блоку зчитування і обробки даних - блоку керованого фазообертача, блоку мультиплексора та блоку мікропроцесора. Підвищення ефективності застосування пристрою вимірювання фізичних величин з використанням радіоімпульсного запиту, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається також й шляхом використання для взаємозв'язку між блоком зчитування і обробки даних, а саме, між блоком мультиплексора та сенсором, а також між блоком дистанційного доступу і зазначеними віддаленими приймачем і передавачем або провідної лінії зв'язку, або радіоканалу, що дозволить дистанційно вимірювати необхідні параметри речовини - наприклад, тиск, температуру, перепад тиску, витрати речовини. Джерела інформації: 1. A. Pohl, A. Springer, L. Reindl, F. Seifert, and R. Weigel, «New applications of wirelessly interrogable passive SAW sensors», in Proc. MTT-S, Baltimore, MD, pp.503-506, 98 - аналог. 2. Патент США №7140261 «Acoustic wave flow sensor», Виданий 28.11.2006р., МПК 7 G01L11/0011/04, G01N29/00-29/28 - прототип. 11 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 39557 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601