ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ, СКВОЗНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, ПРЕДОТВРАЩАЮЩЕЕ ПРОХОЖДЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА, И ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА Российский патент 2009 года по МПК G08C17/02 G01D11/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к диэлектрическому соединителю и предотвращающему прохождение постоянного тока сквозному соединению для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса. Путь прохождения сигналов через соединитель может быть однонаправленным или двунаправленным.

Изобретение также относится к электронной системе для использования в опасной окружающей среде.

Уровень техники

Монтаж промышленных измерительных и контрольных систем, таких как радиолокационная система измерения уровня, зачастую оказывается трудоемким и дорогим. Такие системы в большинстве случаев содержат некоторое число электронных систем, таких как датчики для измерения уровня наполнения, температуры, давления и т.д. Этим электронным системам обычно требуется связь с центральным пультом управления и/или друг с другом. При монтаже таких систем приходится выполнять значительное количество кабельных прокладок. Условия среды нередко бывают неблагоприятными, с возможным присутствием коррозионно-активных или опасных жидкостей, и чтобы обеспечить взрывозащищенную систему, сопряжения кабелей и/или кабельных стенок обычно необходимо герметизировать.

Поскольку, в связи с неблагоприятными условиями среды, затраты на кабельные прокладки оказываются в том же диапазоне, что и затраты на материалы, а иногда даже превышают их, то рассматривалось применение беспроводных систем, однако до сих пор эти системы широко не использовались.

Стоимость необходимых аппаратных средств радиосвязи в последние годы значительно снизилась, и поэтому она не является большим препятствием для широкого использования этих средств, например, в высококачественных промышленных датчиках для измерения уровня, давления, расхода и т.п.

Одна из основных причин, по которым беспроводная связь, несмотря на упомянутое выше уменьшение стоимости аппаратного обеспечения, не распространена более широко, чем это имеет место в производственной среде, заключается в том, что недорогие серийно выпускаемые радиопередатчики и радиоприемники в большинстве случаев не приспособлены для работы в производственной среде. В частности, имеются определенные жесткие требования, предъявляемые к электронике, которая должна использоваться в опасной среде, например там, где возможно наличие взрывоопасных газов в атмосфере. Для характеристики таких сред обычно используется термин «опасный», и чтобы «заставить» электрооборудование уменьшить такую потенциальную опасность, часто применяются специальные правила и нормы.

Таким образом, промышленные беспроводные применения, которые используют обычные решения, в настоящее время, как правило, включают в себя отдельный (взрывозащищенный) корпус, содержащий модем радиосвязи, антенну и кабельные разводки. Соединенные вместе эти вспомогательные устройства для получения блока, подходящего для использования в производственной среде, будут на порядок дороже, чем фактически используемые в настоящее время аппаратные средства радиосвязи.

Таким образом, чтобы сделать использование беспроводной связи между промышленными электронными блоками экономически целесообразным, имеется потребность в недорогом устройстве, которое позволяет использовать недорогие серийно выпускаемые радиоаппаратные средства в производственной среде.

DE 10026033 раскрывает измерительный датчик для использования в опасной окружающей среде. Описанный датчик содержится в герметичном металлическом корпусе. Металлический корпус имеет диэлектрическое окно, через которое высокочастотные сигналы имеют емкостную связь через поверхностные накладки с антенной, находящейся на наружной стороне диэлектрического окна. Формальные требования, касающиеся заключения в корпус, позволяющего удерживать внутренние взрывы, обычно называют требованиями по взрывозащищенности и огнестойкости.

Проблема, с которой сталкиваются при разработке таких устройств с емкостной связью через взрывозащищенный корпус, заключается в том, чтобы получить достаточно сильное сигнальное взаимодействие при сохранении достаточно прочного диэлектрического участка корпуса.

Чтобы получить удовлетворительное отношение сигнал-шум беспроводного сигнала в устройстве, подобном тому устройству, которое раскрывается в DE 10026033, диэлектрическое окно нужно выполнять очень тонким. В результате этого появляется опасность механического разрушения корпуса, которой нельзя пренебрегать. Таким образом, в предложенной конструкции очень трудно обеспечить как механическую прочность, позволяющую удерживать возможные взрывы, так и возможность достаточно хорошей емкостной связи.

Следовательно, существует потребность в устройстве высокочастотной связи для опасной среды, имеющем конструкцию более прочного взрывозащищенного корпуса для оборудования.

Раскрытие изобретения

В связи с вышеупомянутыми и другими недостатками уровня техники главная задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного устройства с изоляцией по постоянному току для сквозного прохождения радиочастотных сигналов через взрывозащищенный корпус, а также электронной системы, использующей такое изолированное по постоянному току сквозное прохождение.

Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы обеспечить более прочное устройство с изоляцией по постоянному току для сквозного прохождения радиочастотных сигналов через взрывозащищенный корпус, а также электронную систему для использования в опасной окружающей среде.

В соответствии с первым аспектом изобретения эти и другие задачи выполняются посредством диэлектрического соединителя для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса, причем указанный соединитель выполнен с возможностью введения уплотненным образом в отверстие корпуса, а также с возможностью приема внутри корпуса, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент подключен к устройству формирования сигналов, и приема снаружи корпуса, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент подключен к устройству приема сигналов, при этом диэлектрический соединитель частично заключает в себе, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов и обеспечивает реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов, когда указанные токопроводящие элементы приняты указанным соединителем.

Под «диэлектрическим соединителем» подразумевается новый тип компонента, который подробно описывается в настоящей заявке. Однако его не следует путать с обычно используемыми электрическими соединителями и предполагать, что он, например, способен проводить ток.

Под «радиочастотными сигналами» следует понимать электромагнитные сигналы на частоте, подходящей для радиосвязи, обычно в диапазоне от приблизительно 10 МГц до нескольких ГГц.

«Устройство формирования сигналов» понимается здесь как устройство, способное формировать радиочастотные сигналы. Таким устройством может быть, например, радиопередатчик или приемопередатчик радиосвязи. В случае приемопередатчика через диэлектрический соединитель может иметь место двунаправленная связь. Подходящие устройства формирования сигнала включают в себя передатчики или приемопередатчики любой из следующих систем: WLAN, Bluetooth, GSM, AMPS, PHS и т.п.

«Устройство приема сигналов» понимается здесь как устройство, способное принимать радиочастотные сигналы, формируемые устройством формирования сигналов. Примерами таких устройств приема сигналов являются различные виды антенн, кабелей и переходных разъемов для использования с кабелями и/или с антеннами. Антенны могут присоединяться к диэлектрическому соединителю данного изобретения непосредственно или же опосредованно, через кабель. Комбинированная возможность присоединения к соединителю или антенне, или кабелю (например, к более удаленной антенне) является особенностью, имеющей практическое значение.

Под словосочетанием «вводится уплотненным образом» подразумевается, что сопряжение между диэлектрическим соединителем и корпусом становится герметичным до такой степени, что корпус, включающий в себя диэлектрический соединитель, может классифицироваться как взрывозащищенный согласно соответствующим нормам.

Под «гальванической развязкой» в настоящей заявке подразумевается токопроводящее разделение, которое предотвращает прохождение постоянного тока через соединение. Более конкретно, гальваническая развязка не только обеспечивает изоляцию по постоянному току, но эффективно останавливает все токи, имеющие частоты в несколько МГц и ниже, позволяя в силу этого проходить только радиочастотным сигналам.

«Реактивной связью» в контексте настоящей заявки может быть либо только емкостная связь, только индуктивная связь, либо комбинация емкостной и индуктивной связи. Негальваническая радиочастотная связь, по большей части, емкостная, но может представлять собой комбинацию емкостной и индуктивной связи. С помощью надлежащей комбинации емкостной и индуктивной связи можно получить достаточно сильную связь, несмотря на то, что диэлектрические материалы имеют довольно большую толщину (например, способные выдерживать давление, возникающее в связи со взрывами).

Через диэлектрический соединитель, соответствующий первому аспекту настоящего изобретения, можно осуществить прохождение сигнала с изоляцией по постоянному току между внутренней стороной и наружной стороной взрывозащищенного корпуса. Благодаря этой изоляции по постоянному току в опасной окружающей среде могут быть использованы стандартные типы устройств формирования сигналов, возможно, без необходимости повторной сертификации устройств, в которых используется этот диэлектрический соединитель. Благодаря возможности использования стандартных серийно выпускаемых устройств формирования сигналов общая стоимость материалов и монтажа промышленных электронных блоков может быть значительно уменьшена.

При использовании в настоящем документе термина «опасная среда» имеется в виду, в частности, окружающая среда, в атмосфере которой присутствуют взрывоопасные газы.

Под выражением «сквозное прохождение с изоляцией по постоянному току» здесь следует понимать сквозное прохождение, эффективно предотвращающее передачу сигналов, имеющих частоты от 0 Гц до нескольких МГц. Для связи обычно используется небольшая емкость (в большинстве практических случаев, несколько пФ) и, таким образом, эффективно предотвращает сквозное прохождение любой электрической мощности за исключением радиосигналов. При использовании во взрывозащищенном электрооборудовании эта небольшая мощность упрощает использование соединения, которое рассматривается как аварийно-безопасное (при определенной толщине, такой как 1 мм и т.п.); она обеспечивает также улучшенную защиту от электрических перенапряжений, возникающих во время гроз, и т.п.

Благодаря конструкции диэлектрического соединителя, при которой, по меньшей мере, один из токопроводящих элементов частично введен в соединитель, может быть получена сильная реактивная связь посредством создаваемого соединителем сквозного прохождения, даже если диэлектрический соединитель изготавливается с такой толщиной, что реактивная связь между участками поверхности на соединителе будет совершенно недостаточной.

Таким образом, сочетание сильной реактивной связи и безопасной эксплуатации в опасных средах становится возможным благодаря диэлектрическому соединителю, соответствующему настоящему изобретению.

В соответствии с одним вариантом осуществления диэлектрического соединителя настоящего изобретения соединитель выполнен с возможностью приема указанного, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и указанного, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы как внутренний, так и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель.

Благодаря конструкции диэлектрического соединителя, при которой и внутренний, и наружный токопроводящие элементы оказываются частично введенными в соединитель, внутри соединителя может возникнуть реактивная связь. Соединитель может быть приспособлен для того, чтобы принимать внутренний и наружный токопроводящие элементы посредством введения по одной линии, благодаря чему концы токопроводящих элементов могут быть обращены друг к другу, и между этими концами может иметь место реактивная связь. Более предпочтительно, чтобы соединитель быль приспособлен для того, чтобы принимать внутренний и наружный токопроводящие элементы, по существу, в параллельных направлениях введения и с таким смещением, чтобы участки вставленных внутреннего и наружного токопроводящих элементов перекрывались в направлении, параллельном направлениям введения.

Благодаря этому наложению может быть получена сильная реактивная связь. Фактически, сила реактивной связи между внутренним и наружным токопроводящими элементами может быть в значительной степени независимой от физической толщины (в осевом направлении отверстия в корпусе) диэлектрического соединителя. Таким образом, диэлектрический соединитель в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть разработан для сильной реактивной связи без необходимости ослабления механической прочности взрывозащищенного корпуса, включающего диэлектрический соединитель.

Кроме того, по меньшей мере, частично введенный токопроводящий элемент может быть введен более чем на 20 процентов и менее чем на 80 процентов размера указанного соединителя в направлении введения, чтобы в одно и то же время получить и достаточную механическую прочность, и силу реактивной связи.

В соответствии с другим вариантом осуществления диэлектрического соединителя настоящего изобретения соединитель может иметь такую конструкцию, которая позволяет осуществлять резонансную связь между, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

В этой резонансной связи емкостная и индуктивная связи совместно регулируются так, что в результате дают значительно более эффективную связь на резонансной частоте и на близких к ней частотах. Более конкретно, термин «резонансная частота» часто используется для случая, когда выбираются резонансные контуры или связанные с длиной волны отрезки с некоторыми соответствующими длинами (λ/4, λ/2, и т.д.).

Таким образом, благодаря этой конструкции в пределах установленного частотного диапазона можно получить еще более сильную связь. Другими словами, благодаря резонансу становится возможным избирательно усиливать сигналы определенных длин волн. Это дополнительное усиление может использоваться, например, для того, чтобы расширить производственные допуски, обеспечить еще большую механическую прочность или полосовую фильтрацию выходящих (и входящих) сигналов с тем, чтобы уменьшить помехи.

Это резонансная связь может быть получена посредством выполнения диэлектрического соединителя с возможностью приема, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения и чтобы обеспечить наложение между токопроводящими элементами в направлении, параллельном направлениям введения.

Соответственно, электрическая длина частичного наложения, по существу, соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов.

«Электрическая длина» зависит от того, какой материал проходят электромагнитные сигналы. Электрическая длина получается путем внесения поправки в физическую длину с использованием относительной диэлектрической проницаемости согласно следующей зависимости:

Благодаря конструкции диэлектрического соединителя, при которой электрическая длина частичного наложения становится равной λ/4, удается получить резонирующую конструкцию. С помощью этой конструкции усиливаются электромагнитные сигналы, имеющие длины волн в районе λ.

Эта резонирующая структура резонирует также при 3λ/4, 5λ/4 и т.п. Следовательно, электрическая длина наложения может составлять:

λ/4+nλ/2, n=0, 1, 2, ….

Столь высокие порядки резонанса могут применяться, например, для разработки диэлектрического соединителя для высокочастотных сигналов или для множества полос радиочастот. В последнем случае диэлектрическому соединителю в соответствии с настоящим вариантом осуществления можно придать конструкцию, позволяющую поддерживать резонанс на двух или большем количестве частот в различных радиочастотных диапазонах. Цепи могут быть изменены так, чтобы позволить частотным диапазонам относиться друг к другу любым образом, а не только, как целые числа.

Кроме того, диэлектрическому соединителю можно придать конструкцию, позволяющую принимать несколько внутренних и/или наружных токопроводящих элементов. Это может быть полезно, например, для получения резонанса с помощью более короткого наложения, чем это имеет место в случае с одной парой внутренних и наружных токопроводящих элементов. Помимо этого, с помощью подключения нескольких устройств приема сигналов через диэлектрический соединитель к соответствующим входным портам на устройстве формирования сигналов можно осуществить так называемое разветвление. Благодаря этому можно постоянно контролировать силу сигнала на входных портах, и может быть выбран тот порт, который в данный момент имеет наилучшее отношение сигнал-шум.

По меньшей мере, один из внутренних и наружных токопроводящих элементов может дополнительно иметь непрямолинейное продолжение в области диэлектрического соединителя. С помощью создания, по меньшей мере, частичного наложения внутренних и наружных токопроводящих элементов в непрямолинейных формах, таких как любая из следующих форм: зигзаг, меандр, спираль, резонанс может быть получен и при наложении, меньшем, чем при резонансе с перекрывающимися прямолинейными токопроводящими элементами. По меньшей мере, частично непрямолинейные токопроводящие элементы могут быть особенно полезны при разработке диэлектрического соединителя, предназначенного для использования с более низкими частотами, например, в диапазоне 400 МГц. Благодаря применению, по меньшей мере, частично непрямолинейных токопроводящих элементов может быть выполнен более компактный диэлектрический соединитель.

Резонансная связь может быть получена также посредством диэлектрического соединителя, содержащего промежуточный элемент связи для осуществления резонансной связи между, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

Диэлектрический соединитель предпочтительно может быть выполнен с возможностью приема, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения, причем промежуточный элемент связи встроен в указанный соединитель, а резонансная связь осуществляется посредством наложений в направлении, параллельном указанным направлениям введения, между каждым из указанных токопроводящих элементов и промежуточным элементом связи.

«Промежуточным элементом связи» является элемент связи, который способен емкостным образом ретранслировать сигналы от внутреннего токопроводящего элемента на наружный токопроводящий элемент. Промежуточным элементом связи обычно может быть металлический резонатор, встроенный в диэлектрический резонатор.

Благодаря встраиванию промежуточного элемента связи в диэлектрический соединитель в связи между внутренним и наружным токопроводящими элементами может быть получена электрическая симметрия, в силу чего облегчается электрическое согласование диэлектрического соединителя, а производственные и монтажные допуски расширяются.

Промежуточный элемент связи может иметь непрямолинейное продолжение в области соединителя. В случаях, когда промежуточный элемент связи сформирован в виде металлического резонатора, общая длина резонатора, в силу этого, может быть уменьшена по сравнению со случаем использования прямолинейного металлического участка.

Встроенный промежуточный элемент связи может содержать непрямолинейный проводник, предпочтительно удерживаемый диэлектрическим материалом. Например, непрямолинейный проводник может быть сформирован в виде спирали, которая может быть заполнена диэлектриком с тем, чтобы поддерживать стабильность давления, требуемого для испытаний и сертификации по взрывозащищенности диэлектрического соединителя или промышленного электронного оборудования, содержащего диэлектрический соединитель.

Диэлектрический соединитель может быть выполнен с возможностью подключения, по меньшей мере, к одному из следующих устройств: антенне, кабелю и переходному разъему, причем в указанный переходной разъем вставляется либо антенна, либо кабель, либо оба указанных устройства одновременно.

Чтобы диэлектрический соединитель мог использоваться как можно в более широком диапазоне применений, предпочтительно, чтобы диэлектрический соединитель допускал выбор элемента приема сигналов и после монтажа или же, в качестве альтернативы, возможность не устанавливать вообще никакого элемента приема сигналов.

Антенна может присоединяться к диэлектрическому соединителю напрямую или же может подключаться через кабель с установкой антенны в положении с лучшими условиями передачи/приема.

Соединитель предпочтительно снабжен, по существу, плоскими концевыми поверхностями, обращенными к внутренней и наружной частям корпуса. Промежуточный участок, находящийся между концевыми участками, предпочтительно имеет форму, соответствующую отверстию корпуса, в котором он должен располагаться, например он может быть в поперечном сечении, по существу, круглым. Следовательно, предпочтительно, чтобы соединитель имел, по существу, цилиндрическую форму.

В соответствии со вторым аспектом изобретения описанная выше задача и другие задачи изобретения выполняются с помощью электронной системы для использования в опасной окружающей среде, содержащей устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов, причем устройство формирования сигналов расположено внутри взрывозащищенного корпуса; устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса; диэлектрический соединитель, выполненный с возможностью введения уплотненным образом в отверстие корпуса; по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, расположенный внутри корпуса и соединяющий устройство формирования сигналов и диэлектрический соединитель, и по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, расположенный снаружи корпуса и соединяющий устройство приема сигналов и диэлектрический соединитель, причем, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов частично введен в указанный соединитель, и обеспечены реактивная связь и гальваническая развязка между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

«Электронной системой» здесь может быть электронная система, которая может быть пригодна для использования в производственной среде и особенно в опасной среде.

Примеры таких систем включают различные типы чувствительных систем для измерения, например, уровня, температуры, давления, потока и т.п.; системы управления, например, для контролирования технологических параметров; и релейные системы для передачи данных на другие производственные системы и от этих систем, что позволяет разрабатывать их конструктивно безопасными.

В частности, электронной системой может быть измерительная система для измерения уровня наполнения в резервуаре, содержащая, по меньшей мере, один чувствительный элемент, который имеет конструкцию, позволяющую превращать измеренный физический параметр в соответствующие сенсорные электрические сигналы, а устройство формирования сигналов имеет конструкцию, позволяющую формировать радиочастотные сигналы, соответствующие сенсорным сигналам.

Такой измерительной системой может быть, например, радиолокационная система измерения уровня.

Под «резервуаром» здесь следует понимать любой вид емкости, используемой для хранения материала в течение более или менее продолжительного времени. Примерами резервуаров могут быть наземные контейнеры, резервуары на танкерных судах, передвижные грузовые резервуары, технологические емкости, используемые в химической и технологической отраслях, и т.п.

Материалы, хранимые или содержащиеся в резервуарах, могут представлять собой любой вид твердого, жидкого или газообразного вещества.

Вышеупомянутый «чувствительный элемент» может представлять собой любой вид элемента, способного преобразовывать физический параметр в электрический сигнал, непосредственно или опосредованно.

Посредством электронной системы, соответствующей второму аспекту настоящего изобретения, осуществляется беспроводная связь между электронными системами, такими как системы радиолокационного измерения уровня, системы измерения температуры, системы измерения давления и системы измерения расхода, и между электронными системами и одной или несколькими системами управления. Система управления тоже может представлять собой электронную систему.

Дополнительные эффекты, аналогичные тем, которые были описаны выше в соответствии с первым аспектом изобретения, достигаются и с помощью второго аспекта настоящего изобретения.

В соответствии с одним вариантом осуществления электронной системы, соответствующей второму аспекту настоящего изобретения, устройство приема сигналов выполнено, по меньшей мере, в виде одного из следующих устройств: четвертьволновой гибкой штыревой антенны, полуволновой гибкой штыревой антенны, рамочной антенны и антенны типа PIFA (Planar Inverted-F Antenna, планарная F-образная антенна).

Тип антенны PIFA подразумевает плоскую антенну в виде перевернутой буквы F, и ее варианты хорошо подходят для низкопрофильных антенн. Рамочная антенна имеет, в широком смысле слова, форму рамки, и как рамочная, так и PIFA-антенна, в отличие от указанных гибких штыревых антенн, могут быть глухозаземленными, что представляется важным в целях улучшения сопротивления перенапряжению.

В соответствии с одним вариантом осуществления электронной системы, соответствующей второму аспекту настоящего изобретения, устройство приема сигналов выполнено с возможностью защиты электронной системы от перенапряжения.

Перенапряжение может возникнуть, например, в результате разряда молнии вблизи устройства приема сигналов, такого как антенна. Благодаря вышеупомянутой конфигурации устройства приема сигналов электронная система может быть защищена от перенапряжения, в силу чего безопасность в опасной среде возрастает.

Устройство приема сигналов может быть заземлено, например, посредством присоединения к корпусу, при условии, что корпус выполнен из металла, что часто бывает во взрывозащищенных вариантах применения. При присоединении к корпусу устройство приема сигналов может представлять собой, например, PIFA-антенну с подходящей конфигурацией.

Электронная система, соответствующая второму аспекту настоящего изобретения, имеет диэлектрический соединитель, который выполнен с возможностью работы с множеством устройств приема сигналов.

Использование беспроводной передачи является весьма регулируемым и ограниченным рядом строго определенных частотных диапазонов. Эти диапазоны могут быть разными для различных регионов или стран. Путем оснащения электронной системы согласно второму аспекту изобретения диэлектрическим соединителем, способным работать с несколькими различными устройствами приема сигналов, такими как антенны, электронная система может быть приспособлена для различных частотных диапазонов, следовательно, для продажи и использования на различных рынках. Помимо этого, как упоминалось в связи с первым аспектом настоящего изобретения, удается осуществить разветвление.

В соответствии с третьим аспектом изобретения описанная выше задача и другие задачи изобретения выполняются с помощью сквозного соединения, предотвращающего прохождение постоянного тока, для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса, причем сквозное соединение содержит, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, присоединенный внутри корпуса к диэлектрическому соединительному элементу, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству формирования сигналов, и, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, присоединенный снаружи корпуса к диэлектрическому соединительному элементу, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству приема сигналов, при этом сквозное соединение выполнено с возможностью осуществления резонансной связи между указанными токопроводящими элементами через диэлектрический соединительный элемент, обеспечивая тем самым резонансную реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

«Диэлектрический соединительный элемент» представляет собой диэлектрический элемент, который соединен с внутренним и наружным токопроводящими элементам, выполненными либо в виде поверхностных накладок, либо выполненными с возможностью введения в диэлектрический соединительный элемент, как это описано в связи с первым аспектом настоящего изобретения. Диэлектрический соединительный элемент может быть неотъемлемой частью диэлектрического корпуса, или в виде окошка или заглушки. Окошко или заглушка в этом случае будут с уплотнением размещаться в отверстии во взрывозащищенном корпусе.

Посредством резонансной связи в пределах заданного частотного диапазона можно получить сильную реактивную связь. Таким образом, становится возможным через резонанс избирательно усиливать сигналы конкретных длин волн. Благодаря этому усилению толщина диэлектрического соединительного элемента (в направлении сквозного соединения, т.е. перпендикулярно стенке корпуса) может быть увеличена, а следовательно, может быть увеличена и механическая прочность корпуса, включающего в себя сквозное соединение.

Сквозное соединение, соответствующее настоящему аспекту изобретения, особенно полезно для применений, в которых взрывозащищенный корпус не металлический, а, например, пластиковый.

Как упоминалось ранее, резонансное соединение может быть также использовано, например, для полосовой фильтрации выходящих (и входящих) сигналов, с тем чтобы уменьшить помехи.

Резонансная связь может быть осуществлена с помощью наложения токопроводящих элементов, причем наложение является перпендикулярным направлению сквозного соединения, предотвращающего прохождение постоянного тока.

Один способ получения резонансной связи заключается в том, чтобы установить внутренний и наружный токопроводящие элементы на диэлектрическом соединительном элементе так, чтобы образовалось соответствующее наложение. Как описано ранее в отношении первого аспекта настоящего изобретения, подходящая длина наложения составляет четверть длины волны радиочастотных сигналов или некоторых кратных ей величин, как описано выше.

Другой способ получения резонансной связи заключается в том, чтобы расположить промежуточный элемент связи так, чтобы осуществить резонансную связь между внутренним и наружным токопроводящими элементами.

В соответствии с одним вариантом осуществления предотвращающего прохождение постоянного тока сквозного соединения, которое соответствует третьему аспекту изобретения, в сквозное соединение может быть встроен промежуточный элемент связи, а указанная резонансная связь осуществляется посредством первой реактивной связи в направлении сквозного соединения между внутренним токопроводящим элементом и промежуточным элементом связи и второй реактивной связи в направлении сквозного соединения между промежуточным элементом связи и наружным токопроводящим элементом.

Как правило, промежуточный элемент связи может быть встроен в диэлектрический соединительный элемент, так что он находится между внутренним и наружным токопроводящими элементами. Промежуточный элемент связи может быть, например, отрезком сплошного металла длиной λ/2, представляющего собой спиральную, зигзагообразную или меандрообразную линию с тем, чтобы уменьшить длину промежуточного элемента связи (λ/2 в политетрафторэтилене составляет приблизительно 100 и 40 мм соответственно при 1 ГГц и 2,5 ГГц). Одним из подходящих видов промежуточного элемента связи может быть спираль, имеющая несколько витков и пластины на концах. Спираль может быть заполнена диэлектрическим материалом с тем, чтобы поддерживать стабильность давления, необходимую для испытаний на взрывозащищенность.

Благодаря встроенному промежуточному элементу связи диэлектрический соединительный элемент может быть выполнен более тонким и прочным, а весь взрывозащищенный корпус может быть сделан более жестким. В качестве альтернативы или в виде комбинации, эффект промежуточного элемента связи может быть использован для того, чтобы улучшить качество сигнала, уменьшить мощность передачи или/и расширить выбор возможной радиопередающей аппаратуры.

Как уже упоминалось выше в контексте первого аспекта изобретения, сквозное соединение может быть подключено также к нескольким различным устройствам приема сигналов.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения, описанные выше задачи и другие задачи изобретения выполняются с помощью электронной системы для использования в опасной окружающей среде, содержащей устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов, причем устройство формирования сигналов расположено внутри взрывозащищенного корпуса; устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса; сквозное соединение, предотвращающее прохождение постоянного тока, содержащее, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, установленный внутри корпуса на диэлектрическом соединительном элементе, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент подключен к устройству формирования сигналов, и, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, установленный снаружи корпуса на диэлектрическом элементе связи, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент подключен к устройству приема сигналов, при этом сквозное соединение выполнено с возможностью осуществления резонансной связи между указанными токопроводящими элементами через диэлектрический соединительный элемент, обеспечивая тем самым резонансную реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

Посредством электронной системы, соответствующей четвертому аспекту настоящего изобретения, осуществляется беспроводная связь между электронными системами, такими как блоки радиолокационного измерения уровня, блоки измерения температуры, блоки измерения давления и блоки измерения расхода, а также между электронными системами и одним или несколькими блоками управления. Блок управления также может представлять собой электронную систему.

Дополнительные эффекты, аналогичные тем, которые были описаны выше, в соответствии с другими аспектами изобретения, достигаются и с помощью четвертого аспекта настоящего изобретения.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусматривается система радиолокационного измерения уровня для определения уровня наполнения заполняющим материалом в контейнере, содержащая передатчик для передачи измерительных сигналов к поверхности заполняющего материала; приемник для приема отраженных сигналов из контейнера, причем приемник имеет устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов и расположенное внутри контейнера; схему обработки для расчета на основе отраженных микроволновых сигналов расстояния до находящегося в контейнере вещества с отражающей поверхностью, причем схема обработки подключена к устройству приема сигналов, расположенному снаружи контейнера; диэлектрический соединитель, введенный уплотненным образом в отверстие в указанном контейнере; по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, расположенный внутри контейнера и соединяющий устройство формирования сигналов с диэлектрическим соединителем; и, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, расположенный снаружи контейнера и соединяющий устройство приема сигналов с диэлектрическим соединителем; причем, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов частично введен в указанный соединитель, при этом обеспечена реактивная связь и гальваническая развязка между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

Посредством этого аспекта можно получить преимущества, аналогичные тем, которые обсуждались выше в связи с другими аспектами изобретения. В одном из вариантов осуществления передатчик выполнен с возможностью излучения непрерывных сигналов, причем схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе сдвига фаз между принятым отраженным сигналом и эталонным сигналом. В соответствии с другим вариантом осуществления, передатчик выполнен с возможностью излучения импульсных сигналов, причем схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе промежутка времени между излучением импульсного сигнала и приемом отражения указанного сигнала.

В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусматривается радиолокационная система измерения уровня для определения уровня наполнения заполняющим материалом в контейнере, содержащая передатчик для передачи измерительных сигналов к поверхности заполняющего материала; приемник для приема отраженных сигналов из контейнера, причем приемник имеет устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов и расположенное внутри контейнера; схему обработки для расчета на основе отраженных микроволновых сигналов расстояния до находящегося в контейнере вещества с отражающей поверхностью, причем схема обработки подключена к устройству приема сигналов, расположенному снаружи контейнера; диэлектрический соединитель, введенный уплотненным образом в отверстие в указанном контейнере; по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, присоединенный внутри корпуса к диэлектрическому соединителю, причем, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент подключен к устройству формирования сигналов; и, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, присоединенный снаружи корпуса к диэлектрическому соединителю, причем, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент подключен к устройству приема сигналов; причем диэлектрический соединитель выполнен с возможностью осуществления резонансной связи между указанными токопроводящими элементами, обеспечивая тем самым резонансную реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

Посредством этого аспекта можно получить преимущества, аналогичные тем, которые обсуждались выше в связи с другими аспектами изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера будут более подробно описаны эти и другие аспекты настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, показывающие предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. На чертежах:

Фиг.1 представляет собой схематичную иллюстрацию примера применения настоящего изобретения.

Фиг.2а-b схематично представляют поперечные сечения двух вариантов осуществления электронной системы, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.3а-с схематично представляют поперечные сечения первого варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего различные конфигурации устройств приема сигналов.

Фиг.4 схематично представляет поперечное сечение второго варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего два внутренних токопроводящих элемента.

Фиг.5 схематично представляет поперечное сечение третьего варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего непрямолинейный внутренний и наружный токопроводящие элементы.

Фиг.6а схематично представляет поперечное сечение первого примера четвертого варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего множество устройств приема сигналов, рассчитанных на различные радиочастотные диапазоны.

Фиг.6b схематично представляет поперечное сечение второго примера четвертого варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего множество устройств приема сигналов, предназначенных для того, чтобы улучшить прием сигналов посредством разветвления.

Фиг.7 схематично представляет поперечное сечение пятого варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего промежуточный элемент связи, встроенный в соединитель.

Фигуры 8а-b схематично представляют поперечные сечения первого варианта осуществления сквозного соединения, предотвращающего прохождение постоянного тока, соответствующего настоящему изобретению и имеющего различные конфигурации устройства приема сигналов.

Фиг.9 схематично представляет поперечное сечение второго варианта осуществления сквозного соединения, предотвращающего прохождение постоянного тока, имеющего промежуточный элемент связи, встроенный в соединитель.

Осуществление изобретения

В последующем настоящее изобретение описывается посредством системы радиолокационного измерения уровня. Следует отметить, что это никоим образом не ограничивает объем изобретения, которое в равной степени применимо и ко многим другим электронным системам.

В настоящем описании одинаковые ссылочные порядковые номера обозначают соответствующие или подобные конструкции или компоненты.

На фиг.1 показан пример применения для электронных систем, соответствующих настоящему изобретению. Здесь показана наземная система 1 радиолокационного измерения уровня, содержащая три резервуара 2а-с. Каждый из резервуаров оборудован системой замеров, содержащей три электронных системы в виде радиолокационных измерителей 3а-с уровня, блока 4а-с измерения температуры и блока 5а-с индикации. В этом случае, как это проиллюстрировано на чертеже, блоки 3а-с радиолокационного измерения уровня выполнены с возможностью осуществлять двунаправленную беспроводную связь с центральным управляющим блоком 6 и друг с другом для беспроводного приема от блока 4b измерений температуры и для беспроводной передачи на блоки 5а-с индикации. При использовании обычных электронных блоков эта структура потребовала бы заметного количества кабельных прокладок. Это особенно справедливо для показанного применения, поскольку оно является наружным применением, которое может быть связано с довольно большими расстояниями между электронными блоками и между такими блоками и центральным управляющим блоком 6. Однако благодаря использованию беспроводной передачи эти проблемы облегчаются.

На фиг.2а-b показаны первый и второй вариант осуществления электронной системы 10 для использования в опасной окружающей среде. Эти варианты осуществления в равной мере применимы для второго и четвертого аспектов настоящего изобретения.

В соответствии с первым вариантом осуществления, показанном на фиг.2а, чувствительный элемент 11 имеет конструкцию, которая позволяет преобразовать измеренный физический параметр (в данном случае, расстояние) в соответствующие электрические сигналы датчика, которые передаются дальше на устройство 12 формирования сигнала в виде приемопередатчика радиосвязи, который выполнен с возможностью формировать радиочастотные сигналы, соответствующие сигналам датчика. Приемопередатчик 12 радиосвязи содержится во взрывобезопасном корпусе 13, и сигналы, формируемые приемопередатчиком 12 радиосвязи, передаются через корпус 13, через сквозное соединение 14 с изоляцией по постоянному току, на устройство 15 приема сигналов в виде гибкой штыревой антенны. Сквозное соединение 14 с изоляцией по постоянному току может быть предусмотрено либо в виде диэлектрического соединителя, соответствующего первому аспекту настоящего изобретения, либо в виде сквозного соединения, предотвращающего прохождение постоянного тока, соответствующего третьему аспекту настоящего изобретения.

В соответствии со вторым вариантом осуществления, показанным на фиг.2b, чувствительный элемент 11 первого варианта осуществления заменяется несколькими кабелями 16а-с, по которым данные от нескольких чувствительных элементов или других электронных систем могут быть получены устройством формирования сигнала. Например, кабели могут быть присоединены к радиолокационному измерителю уровня, блоку измерения температуры и блоку измерения давления (эти блоки на чертеже не показаны). Данные от этих блоков, по меньшей мере, некоторые из которых могут быть выполнены по существу безопасными, передаются по беспроводной связи вышеописанным способом, например, в центральный управляющий блок 6.

На фиг.3а-с схематично показаны поперечные сечения первого варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего различные конфигурации устройства приема сигналов.

На фиг.3а показан диэлектрический соединитель 20 в виде заглушки, плотно вставляемой в отверстие во взрывобезопасном металлическом корпусе 21. Соединитель 20 снабжен двумя полостями или карманами 22а-b, которые выполнены так, чтобы принимать токопроводящие элементы, имеющие подходящую форму. В этом примере внутренняя полость 22а заполнена внутренним токопроводящим элементом 23а, тогда как наружная полость 22b - пустая. В этой конфигурации электронная система, имеющая соединитель 20, подготовлена для взрывобезопасной беспроводной связи, но никакого устройства приема сигнала не установлено. Показанная конфигурация является стандартной конфигурацией, подходящей для соединителя 20 в электронной системе, предназначенной либо для проводной связи, либо для беспроводной связи. Подходящим материалом для диэлектрического соединителя 20 является соответствующий пластиковый материал (типа политетрафторэтилена, ПТФЭ, или полифениленсульфида, ПФС), который используется для взрывозащищенных уплотнений (требующих хорошей химической и термической стойкости). Диаметр пластиковой заглушки, образующей диэлектрический соединитель, должен быть достаточным для того, чтобы обеспечить заданное изоляционное расстояние (обычно, по меньшей мере, 1 мм) между внутренним и наружным токопроводящими элементами. Следовательно, вероятным наружным диаметром является 10-30 мм при диаметре токопроводящих элементов в диапазоне 1-3 мм. Токопроводящие элементы формируются в виде штыревых контактов, изготавливаемых из сплошного металла. Предпочтительно, чтобы изоляционное расстояние между токопроводящими элементами (в данном случае, штыревыми контактами) было достаточно большим с учетом правил по защите от взрыва посредством конструктивной безопасности. Такое минимальное расстояние обычно составляет 1 мм исходя из самых худших производственных допусков.

На фиг.3b показан диэлектрический соединитель 20 по фиг.3а, имеющий наружный токопроводящий элемент 23b, вставленный в наружную полость 22b. Наружный токопроводящий элемент 23b присоединяется к устройству 24 приема сигналов в виде антенны, которая вполне может быть предусмотрена в виде гибкой штыревой антенны. Для того чтобы получить устойчивую емкостную связь между внутренним токопроводящим элементом 23а и наружным токопроводящим элементом 23b, предусматривается наложение в направлении, параллельном направлениям введения токопроводящих элементов 23а-b. Длина L₁ наложения выбирается так, чтобы получить резонанс на частоте радиочастотных сигналов, излучаемых через внутренний токопроводящий элемент 23а. Обычно эта длина L₁ выбирается так, что электрическая длина наложения соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов. Например, в диапазоне 0,8-1 ГГц (в котором находятся некоторые интересные с коммерческой точки зрения полосы частот) L₁ в ПТФЭ приблизительно равна 55 мм. При большем частотном диапазоне (2-2,5 ГГц, в котором находятся некоторые WLAN/беспроводные сети передачи данных и полоса американской системы GSM) длина будет меньше, чем половина от вышеупомянутой величины.

На фиг.3с предусматривается элемент приема сигналов в виде кабельного соединителя 25 для соединения коаксиального кабеля (не показан). Этот кабель может выводиться на антенну, расположенную в другом месте, имеющем более хорошие условия приема, или, в качестве альтернативы, на другую электронную систему, такую как центральный управляющий блок 6.

На фиг.4 схематично показано поперечное сечение второго варианта осуществления диэлектрического соединителя, соответствующего настоящему изобретению и имеющего два внутренних токопроводящих элемента. В соответствии с этим вторым примером один внутренний токопроводящий элемент 23а по фиг.3а-с заменен двумя внутренними токопроводящими элементами 30а-b, которые вводятся в диэлектрический соединитель 20 по обе стороны внутреннего токопроводящего элемента 23b с наложением L₂. Благодаря такому расположению резонансная связь может быть получена со значительно более коротким наложением. Обычно, с учетом того, что остальные соответствующие размеры, по существу, одинаковы, наложение L₂ в этом случае может быть выполнено равным приблизительно половине длины наложения L₁ в первом примере.

Описание третьего варианта осуществления диэлектрического соединителя 20, соответствующего настоящему изобретению, теперь приводится со ссылкой на фиг.5. В соответствии с этим вариантом осуществления предусматриваются частично непрямолинейные внутренний и наружный токопроводящие элементы 40а-b. Благодаря приданию этим токопроводящим элементам 40а-b подходящей формы (такой как катушка или спираль) путем уменьшения скорости распространения и, таким образом, длины волны волновода четвертьволновое связное наложение L_S может быть выполнено в 2-3 раза короче, чем наложение L₁ для одной пары прямолинейных токопроводящих элементов.

На фиг.6а схематично показан первый пример четвертого варианта осуществления диэлектрического соединителя 20, соответствующего изобретению. Этот соединитель 20 предназначен для того, чтобы воспринимать два различных радиочастотных диапазона посредством обеспечения двух пар внутренних 50а, 51а и наружных 50b, 51b токопроводящих элементов. Между каждой парой 50а-b и 51а-b имеется соответствующее наложение L_f1, L_f2. Наложение L_f1 между первой парой токопроводящих элементов 50а-b предназначено для того, чтобы осуществить четвертьволновую связь для сигналов с частотой f1, тогда как наложение L_f2 между второй парой токопроводящих элементов 51а-b предназначено для того, чтобы осуществить четвертьволновую связь для сигналов с частотой f2. Оба внутренних токопроводящих элемента 50а, 51а подключены к устройству формирования сигналов (не показано), а каждый из наружных токопроводящих элементов 50b, 51b подключается к соответственно выполненному устройству приема сигналов в виде гибких штыревых антенн 53, 54. Эти гибкие штыревые антенны могут быть выполнены, например, в виде гибких штыревых антенн λ/4 или гибких штыревых антенн λ/2. На чертежах длины этих антенн показаны увеличенными.

На фиг.6b схематично показан второй пример четвертого варианта осуществления диэлектрического соединителя 20, соответствующего изобретению. Этот соединитель 20 рассчитан на то, чтобы воспринимать два параллельных канала для одного радиочастотного диапазона посредством обеспечения двух пар внутренних токопроводящих элементов 55а, 56а и наружных токопроводящих элементов 55b, 56b. Между каждой парой 55а-b и 56а-b имеется наложение L₁. Чтобы осуществить так называемое разветвление, к каждому из наружных токопроводящих элементов 55b и 56b присоединяются похожие или одинаковые устройства 57, 58 приема сигналов. Разветвление достигается здесь с помощью присоединения двух антенн 57, 58 через соединитель 20 к двум входным портам на устройстве формирования сигналов (не показано). Посредством этого может постоянно контролироваться мощность сигнала на входных портах и может выбираться порт, имеющий в данный момент лучшее отношение сигнал-шум.

Далее, со ссылкой на фиг.7 описан пятый вариант осуществления диэлектрического соединителя 20, соответствующего настоящему изобретению. Здесь показан диэлектрический соединитель 20, имеющий пару из внутреннего токопроводящего элемента 60а и наружного токопроводящего элемента 60b, введенных в соединитель вдоль одной линии, параллельной оси соединителя. Параллельно токопроводящим элементам 60а-b встроен промежуточный элемент 61 связи в виде заполненной диэлектриком спирали. В соответствии с этим вариантом осуществления резонансная связь от внутреннего токопроводящего элемента 60а через промежуточный элемент 61 связи на наружный токопроводящий элемент 60b осуществляется через промежуточный элемент 61 связи и наложения L_i, которые имеют надлежащим образом подобранные размеры.

На фиг.8а-b схематично показаны поперечные сечения двух примеров первого варианта осуществления сквозного соединения 70, предотвращающего прохождение постоянного тока, которое соответствует настоящему изобретению и имеет различные конфигурации устройства приема сигналов.

На фиг.8а показан первый пример сквозного соединения 70, предотвращающего прохождение постоянного тока через диэлектрический взрывозащищенный корпус 71, имеющего пару из внутреннего 72а и наружного 72b токопроводящих элементов в виде накладок на противоположные стороны диэлектрического элемента 73 связи, который в этом случае образует неотъемлемую часть корпуса 71. Для того чтобы получить резонансную связь между внутренним токопроводящим элементом 72а и наружным токопроводящим элементом 72b, предусматривается наложение L_o. Длина наложения L_o определяется способом, подобным тому способу, который описан выше в связи с первым вариантом осуществления диэлектрического соединителя. С наружным токопроводящим элементом 72b соединено устройство 74 приема сигналов в виде антенны с подходящим размерами.

На фиг.8b показан второй пример сквозного соединения 70, предотвращающего прохождение постоянного тока, который соответствует первому варианту осуществления. Здесь антенна 74 по фиг 8а заменена кабельным соединителем 75 для присоединения коаксиального кабеля (не показан). Этот кабель может выводиться на антенну, расположенную в месте с более хорошими условиями приема, или, в качестве альтернативы, на другую электронную систему, такую как центральный управляющий блок 6.

На фиг.9 схематично показано поперечное сечение второго варианта осуществления сквозного соединения 70, предотвращающего прохождение постоянного тока, в котором промежуточный элемент 80 связи встроен в заглушку 81, образующую сквозное соединение 70. Внутренний токопроводящий элемент 82а и наружный токопроводящий элемент 82b предусматриваются в виде пластин на внутренней и наружной поверхностях заглушки 81. Промежуточный элемент 80 связи может быть образован в виде спирали, имеющей несколько витков, и пластин, присоединяемых на концах. Размеры спирали выбираются так, чтобы воспроизвести λ/2-резонатор. Предпочтительно, чтобы спираль была заполнена диэлектрическим материалом, чтобы поддерживать устойчивость давления, необходимую для испытания на взрывозащищенность. В соответствии с этим вариантом осуществления резонансная связь от внутреннего токопроводящего элемента 82а через промежуточный элемент 80 связи на наружный токопроводящий элемент 82b осуществляется через промежуточный элемент 80 связи, который имеет подходящие размеры.

Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение никоим образом не ограничивается вышеописанными предпочтительными вариантами. Напротив, в объеме прилагаемой формулы изобретения возможны многие модификации и изменения. Например, сквозное соединение 70, предотвращающее прохождение постоянного тока, и электронная система, соответствующие настоящему изобретению, могут использоваться и в некоторых других областях, таких как мониторинг и управление технологическим процессом. Более того, измерительные системы могут включать в себя несколько различных систем, таких как системы измерения давления, системы измерения расхода и т.п. Кроме того, могут быть другие количества внутренних и наружных токопроводящих элементов, отличающиеся от тех, которые имеются в примерах, представленных в настоящем описании. Примеры применимых частотных диапазонов включают в себя, главным образом, регулируемые правительством полосы, доступные для гражданского применения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к диэлектрическому соединителю и предотвращающему прохождение постоянного тока сквозному соединению для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса. Путь прохождения сигналов через соединитель может быть однонаправленным или двунаправленным. Техническим результатом изобретения является обеспечение через взрывозащищенный корпус сильного сигнального взаимодействия при сохранении прочного диэлектрического участка корпуса. Соединитель имеет конструкцию, при которой он вставляется уплотненным образом в отверстие корпуса, и выполнен с возможностью приема внутри корпуса, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента, а также приема снаружи корпуса, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента. По меньшей мере, один из токопроводящих элементов частично введен в соединитель, и между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов обеспечивается реактивная (емкостная и/или индуктивная) связь и гальваническая развязка. 6 н. и 36 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Диэлектрический соединитель для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса, причем указанный соединитель выполнен с возможностью введения уплотненным образом в отверстие корпуса, а также с возможностью приема внутри корпуса, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству формирования сигналов, и приема снаружи корпуса, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству приема сигналов, при этом диэлектрический соединитель частично заключает в себе, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов и обеспечивает реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов, когда указанные токопроводящие элементы приняты указанным соединителем.

2. Диэлектрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью приема указанного, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и указанного, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы как внутренний, так и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель.

3. Диэлектрический соединитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный, по меньшей мере, частично введенный токопроводящий элемент введен более чем на 20% и менее чем на 80% размера указанного соединителя в направлении введения.

4. Диэлектрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью осуществления резонансной связи, по меньшей мере, между одним внутренним токопроводящим элементом и, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

5. Диэлектрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью приема указанного, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и указанного, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения, причем указанная резонансная связь осуществляется посредством наложения между указанными токопроводящими элементами в направлении, параллельном направлениям введения.

6. Диэлектрический соединитель по п.5, отличающийся тем, что электрическая длина указанного наложения, по существу, соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов.

7. Диэлектрический соединитель по п.5 или 6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов имеет непрямолинейное продолжение внутри соединителя.

8. Диэлектрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что содержит промежуточный элемент связи для осуществления резонансной связи между указанным, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и указанным, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

9. Диэлектрический соединитель по п.8, отличающийся тем, что выполнен с возможностью приема указанного, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и указанного, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения, причем промежуточный элемент связи встроен в указанный соединитель, а резонансная связь осуществляется посредством наложений в направлении, параллельном указанным направлениям введения, между каждым из указанных токопроводящих элементов и промежуточным элементом связи.

10. Диэлектрический соединитель по п.8, отличающийся тем, что промежуточный элемент связи имеет непрямолинейное продолжение.

11. Диэлектрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью подключения, по меньшей мере, к одному из следующих устройств: антенне, кабелю и переходному разъему, причем в указанный переходной разъем вставляется либо антенна, либо кабель, либо оба указанных устройства одновременно.

12. Электронная система для использования в опасной окружающей среде, содержащая
устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов, причем устройство формирования сигналов расположено внутри взрывозащищенного корпуса;
устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса;
диэлектрический соединитель, выполненный с возможностью введения уплотненным образом в отверстие корпуса;
по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, расположенный внутри корпуса и соединяющий устройство формирования сигналов и диэлектрический соединитель, и
по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, расположенный снаружи корпуса и соединяющий устройство приема сигналов и диэлектрический соединитель,
причем, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов частично введен в указанный соединитель, и обеспечены реактивная связь и гальваническая развязка между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

13. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что диэлектрический соединитель выполнен с возможностью осуществления резонансной связи между, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

14. Электронная система по п.12 или 13, отличающаяся тем, что диэлектрический соединитель выполнен с возможностью приема, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в указанный соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения, причем резонансная связь осуществляется посредством наложения между указанными токопроводящими элементами в направлении, параллельном направлениям введения.

15. Электронная система по п.14, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов имеет непрямолинейное продолжение в области соединителя.

16. Электронная система по п.14, отличающаяся тем, что электрическая длина указанного наложения, по существу, соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов.

17. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что диэлектрический соединитель выполнен с возможностью приема, по меньшей мере, одного внутреннего токопроводящего элемента и, по меньшей мере, одного наружного токопроводящего элемента таким образом, чтобы внутренний и наружный токопроводящие элементы были частично введены в диэлектрический соединитель, по существу, в параллельных направлениях введения, причем в диэлектрический соединитель встроен промежуточный элемент связи, а резонансная связь осуществляется посредством наложений в направлении, параллельном направлениям введения, между каждым из указанных токопроводящих элементов и промежуточным элементом связи.

18. Электронная система по п.17, отличающаяся тем, что промежуточный элемент связи выполнен непрямолинейным.

19. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что указанный соединитель выполнен с возможностью подключения, по меньшей мере, к одному из следующих устройств: антенне, кабелю и переходному разъему, причем в указанный переходной разъем вставляется либо антенна, либо кабель, либо оба указанных устройства одновременно.

20. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что указанное устройство приема сигналов выполнено, по меньшей мере, в виде одного из следующих устройств: четвертьволновой гибкой штыревой антенны, полуволновой гибкой штыревой антенны, рамочной антенны и антенны типа PIFA.

21. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что указанное устройство приема сигналов выполнено с возможностью защиты указанной электронной системы от перенапряжения.

22. Электронная система по п.12, отличающаяся тем, что указанный соединитель выполнен с возможностью работы с множеством устройств приема сигналов.

23. Сквозное соединение, предотвращающее прохождение постоянного тока, для передачи радиочастотных сигналов от устройства формирования сигналов, расположенного внутри взрывозащищенного корпуса, на устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса, причем сквозное соединение содержит
по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, присоединенный внутри корпуса к диэлектрическому соединительному элементу, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству формирования сигналов, и
по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, присоединенный снаружи корпуса к диэлектрическому соединительному элементу, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент выполнен с возможностью подключения к устройству приема сигналов,
при этом сквозное соединение выполнено с возможностью осуществления резонансной связи между указанными токопроводящими элементами через диэлектрический соединительный элемент, обеспечивая тем самым резонансную реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

24. Сквозное соединение по п.23, отличающееся тем, что резонансная связь осуществляется посредством наложения указанных токопроводящих элементов, причем наложение является перпендикулярным направлению сквозного соединения.

25. Сквозное соединение по п.24, отличающееся тем, что электрическая длина указанного наложения, по существу, соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов.

26. Сквозное соединение по п.23 или 24, отличающееся тем, что содержит промежуточный элемент связи для осуществления резонансной связи между указанным, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и указанным, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

27. Сквозное соединение по п.26, отличающееся тем, что промежуточный элемент связи встроен в сквозное соединение, а резонансная связь осуществляется посредством первой реактивной связи в направлении сквозного соединения между внутренним токопроводящим элементом и промежуточным элементом связи, и второй реактивной связи в направлении сквозного соединения между промежуточным элементом связи и наружным токопроводящим элементом.

28. Сквозное соединение по п.23, отличающееся тем, что выполнено с возможностью подключения, по меньшей мере, к одному из следующих устройств:
антенне, кабелю и переходному разъему, причем в указанный переходной разъем вставляется либо антенна, либо кабель, либо оба указанных устройства одновременно.

29. Электронная система для использования в опасной окружающей среде, содержащая
устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов, причем устройство формирования сигналов расположено внутри взрывозащищенного корпуса;
устройство приема сигналов, расположенное снаружи корпуса;
сквозное соединение, предотвращающее прохождение постоянного тока, содержащее
по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, установленный внутри корпуса на диэлектрическом соединительном элементе, причем указанный, по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент подключен к устройству формирования сигналов, и
по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, установленный снаружи корпуса на диэлектрическом соединительном элементе, причем указанный, по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент подключен к устройству приема сигналов, при этом сквозное соединение выполнено с возможностью осуществления резонансной связи между указанными токопроводящими элементами через диэлектрический соединительный элемент, обеспечивая тем самым резонансную реактивную связь и гальваническую развязку между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

30. Электронная система по п.29, отличающаяся тем, что резонансная связь осуществляется посредством наложения, перпендикулярного направлению сквозного соединения между указанными токопроводящими элементами, причем электрическая длина указанного наложения, по существу, соответствует четверти длины волны радиочастотных сигналов.

31. Электронная система по п.28 или 29, отличающаяся тем, что сквозное соединение содержит промежуточный элемент связи для осуществления резонансной связи между указанным, по меньшей мере, одним внутренним токопроводящим элементом и указанным, по меньшей мере, одним наружным токопроводящим элементом.

32. Электронная система по п.31, отличающаяся тем, что промежуточный элемент связи встроен в сквозное соединение, а резонансная связь осуществляется посредством первой реактивной связи в направлении сквозного соединения между внутренним токопроводящим элементом и промежуточным элементом связи, и второй реактивной связи в направлении сквозного соединения между промежуточным элементом связи и наружным токопроводящим элементом.

33. Электронная система по п.29, отличающаяся тем, что сквозное соединение выполнено с возможностью подключения к одному из следующих устройств: антенне, кабелю и переходному разъему, причем в указанный переходной разъем вставляется либо антенна, либо кабель, либо оба указанных устройства.

34. Электронная система по п.29, отличающаяся тем, что устройство приема сигналов выполнено в виде, по меньшей мере, одного из следующих устройств:
четвертьволновой гибкой штыревой антенны, полуволновой гибкой штыревой антенны, рамочной антенны и антенны типа PIFA.

35. Электронная система по п.29, отличающаяся тем, что устройство приема сигналов выполнено с возможностью защиты электронной системы от перенапряжения.

36. Электронная система по п.29, отличающаяся тем, что сквозное соединение выполнено с возможностью работы с множеством устройств приема сигналов.

37. Радиолокационная система измерения уровня для определения уровня наполнения заполняющим материалом в контейнере, содержащая
передатчик для передачи измерительных сигналов к поверхности заполняющего материала;
приемник для приема отраженных сигналов из контейнера, причем приемник имеет устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов и расположенное внутри контейнера;
схему обработки для расчета на основе отраженных микроволновых сигналов расстояния до находящегося в контейнере вещества с отражающей поверхностью, причем схема обработки подключена к устройству приема сигналов, расположенному снаружи контейнера; диэлектрический соединитель, введенный уплотненным образом в отверстие в указанном контейнере;
по меньшей мере, один внутренний токопроводящий элемент, расположенный внутри контейнера и соединяющий устройство формирования сигналов с диэлектрическим соединителем; и
по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, расположенный снаружи контейнера и соединяющий устройство приема сигналов с диэлектрическим соединителем;
причем, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов частично введен в указанный соединитель, при этом обеспечена реактивная связь и гальваническая развязка между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

38. Система по п.37, отличающаяся тем, что передатчик выполнен с возможностью излучения непрерывных сигналов, причем схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе сдвига фаз между принятым отраженным сигналом и эталонным сигналом.

39. Система по п.37, отличающаяся тем, что передатчик выполнен с возможностью излучения импульсных сигналов, причем схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе промежутка времени между излучением импульсного сигнала и приемом отражения указанного сигнала.

40. Радиолокационная система измерения уровня для определения уровня наполнения заполняющим материалом в контейнере, содержащая
передатчик для передачи измерительных сигналов к поверхности заполняющего материала;
приемник для приема отраженных сигналов из контейнера, причем приемник имеет устройство формирования сигналов, выполненное с возможностью формирования радиочастотных сигналов и расположенное внутри контейнера;
схему обработки для расчета на основе отраженных микроволновых сигналов расстояния до находящегося в контейнере вещества с отражающей поверхностью, причем схема обработки подключена к устройству приема сигналов, расположенному снаружи контейнера;
диэлектрический соединитель, введенный уплотненным образом в отверстие в указанном контейнере;
по меньшей мере, один наружный токопроводящий элемент, расположенный снаружи контейнера и соединяющий устройство приема сигналов с диэлектрическим соединителем;
причем, по меньшей мере, один из указанных токопроводящих элементов частично введен в указанный соединитель, при этом обеспечена реактивная связь и гальваническая развязка между устройством формирования сигналов и устройством приема сигналов.

41. Радиолокационная система по п.40, отличающаяся тем, что передатчик выполнен с возможностью излучения непрерывных сигналов, а схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе сдвига фаз между принятым отраженным сигналом и эталонным сигналом.

42. Радиолокационная система по п.40, отличающаяся тем, что передатчик выполнен с возможностью излучения импульсных сигналов, а схема обработки выполнена с возможностью расчета расстояний на основе промежутка времени между излучением импульсного сигнала и приемом отражения указанного сигнала.