РЕГУЛИРУЕМАЯ ОПОРА АНТЕННЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК Российский патент 2011 года по МПК H01Q1/08 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее раскрытие относится к устройствам мониторинга управления производственным процессом. Более конкретно, настоящее раскрытие относится к полевому устройству, сконфигурированному для беспроводного взаимодействия с удаленными устройствами в системах управления производственным процессом, приспособленных для применения в суровых условиях окружающей среды.

Для мониторинга функционирования производственных технологических процессов, подобных тем, что происходят на нефтеперегонных заводах, предприятиях химической переработки, предприятиях по переработке бумаги, биотехнологических заводах, фармацевтических заводах, заводах по производству продуктов питания и напитков и т.д., можно использовать электронные полевые устройства (например, технологический передатчик). Технологические передатчики мониторинга промышленных процессов можно применять для измерения одного или более явлений, которые относятся к процессу или способны влиять на процесс. К некоторым явлениям, которые можно измерить в производственных процессах, включающих в себя давление, скорость потока, уровень текучей среды или материала в резервуаре, температуру и вибрацию. Кроме того, такие полевые устройства могут включать в себя электронику, способную анализировать измеряемые данные, относящиеся к одному или более явлениям, диагностическую электронику или другие электронные устройства мониторинга процесса, или даже электронные гидравлические или пневматические активирующие устройства, которые применяют в управлении производственными процессами.

Полевые устройства также могут включать в себя электрические схемы, для взаимодействия через контур управления технологическим процессом с другими устройствами для мониторинга или управления, например, другими полевыми устройствами, ручными инструментами или оборудованием, которые могут располагаться удаленно, например, на пульте управления процессом. Данные, передаваемые через контур управления процессом, могут передаваться в любом аналоговом или цифровом формате. Аналоговые полевые устройства часто соединены с другими устройствами через двухпроводные токовые контуры управления процессом. Например, ряд полевых устройств можно соединить с пультом управления процессом через одиночный двухпроводной токовый контур.

Кроме того, или как вариант, полевые устройства могут иметь встроенные беспроводные коммуникационные технологии, облегчающие взаимодействие с другими удаленно расположенными устройствами для мониторинга и управления. Беспроводные коммуникационные технологии обеспечивают упрощение внедрения полевого устройства потому, что для работы полевых устройств, не зависящих от проводных средств связи, никакие провода не требуются. В беспроводной связи определенного типа антенна крепится к полевому устройству и находится в электрической связи с электронной схемой беспроводной связи, расположенной в полевом устройстве, усиливая передаваемые сигналы.

Обычно полевые устройства, включая в себя технологические передатчики, можно помещать в относительно суровые условия окружающей среды. Теоретически такие суровые условия окружающей среды могут быть опасными, например, для электрических компонентов и/или электрических соединителей полевого устройства, включающие в себя соединения для двухпроводных контуров связи и/или антенн. Например, теоретически технологические передатчики можно устанавливать в местах, где они подвергаются воздействию жидкости, пыли и влажности, и различным промышленным загрязнениям. Некоторые из этих полевых устройств теоретически можно подвергать воздействию коррозионных технологических жидкостей, таких как кислота или основные растворы, которые являются частью конкретных производственных процессов. Такие жидкости могут капать, плескаться или распыляться в зоне полевых измерений. Кроме того, полевые устройства могут подвергаться воздействию других материалов, таких как чистящие агенты. Кроме того, полевые устройства могут подвергаться воздействию электромагнитных волн, которые могут теоретически препятствовать работе электрических компонентов внутри полевого устройства, включающие в себя технологические передатчики и устройства беспроводной связи. Кроме того, полевые устройства могут располагаться в таких условиях эксплуатации, где они могут подвергаться воздействию, например, предельных температур, вибрации, осадков, ультрафиолетовому излучению и ветру.

В виду суровых условий окружающей среды, в которых полевые устройства установлены, и в виду необходимости обеспечить беспроводной сигнал для удаленных устройств в таких условиях окружающей среды, в данной области техники существует постоянная необходимость в конфигурациях корпуса, предусматривающих установку промышленных передатчиков технологических процессов. Такие конфигурации корпуса требуют повышенную прочность по отношению к суровым условиям окружающей среды, включающие в себя подвергание воздействию пыли, жидкости, влажности и электромагнитной энергии. Кроме того, такие устройства должны иметь возможность правильно взаимодействовать с другими беспроводными устройствами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Дискуссия относится к устройствам и способам обеспечения беспроводной связи в системах управления производственными процессами. Более конкретно, дискуссия относится к системам и способам применения вращающейся опоры антенны в таком устройстве.

В одном варианте осуществления рассматривается полевое устройство. Полевое устройство состоит из корпуса, имеющего внешнюю поверхность, внутреннюю поверхность, окружающую основную полость и отверстие, проходящее от основной полости до внешней поверхности. Электрический компонент расположен внутри основной полости корпуса. Антенна находится в электрическом взаимодействии с компонентом. Полевое устройство, дополнительно, включает в себя вращающуюся опору, которая прикреплена к корпусу. Вращающаяся опора имеет канал, который проходит от первого конца до второго конца. Кабель электрически соединяется с электрическим компонентом и антенной. Кабель проходит через, по меньшей мере, часть канала.

В другом варианте осуществления рассматривается опора антенны для полевого промышленного устройства. Опора антенны включает в себя первую часть, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую первую полость, которая проходит от первого конца к отверстию на внешней поверхности второго конца. Опора антенны, дополнительно, включает в себя вторую часть, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую вторую полость, которая проходит от первого конца к отверстию на внешней поверхности второго конца. Первая и вторая части прикреплены друг к другу по в целом плоской, соединительной поверхности на их первых концах. Соединительная поверхность не перпендикулярна ни одной из внешних поверхностей на вторых концах первой и второй частей.

В еще одном варианте рассматривается способ крепления антенны к полевому промышленному устройству. Способ включает в себя этап крепления вращающейся опоры антенны к корпусу полевого промышленного устройства. Способ дополнительно включает в себя этап обеспечения электрического соединения между антенной и электрическим компонентом, расположенным внутри корпуса. Опора поворачивается относительно корпуса для регулирования положения антенны.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой блок-схему технологического оборудования, иллюстрирующую полевое промышленное устройство, с которым регулируемая опора антенны для промышленных установок, в соответствии с настоящим раскрытием, особенно полезна.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему полевого устройства, изображенного фиг. 1, иллюстрирующую электрическую схему, соединенную с антенной на вращающейся опоре в соответствие с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 3 представляет собой схематический чертеж полевого устройства фиг. 1, иллюстрирующий опору антенны для промышленных установок в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе опоры антенны для промышленных установок фиг. 3.

Фиг. 5 представляет собой поперечный разрез по линии 5-5 полевого устройства фиг. 3.

Фиг. 6 представляет собой увеличенное изображение части поперечного разреза фиг. 5.

Фиг. 7 представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок, включающей в себя рукав, проходящий в часть опоры, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 8 представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок, включающей в себя рукав, проходящий от одного конца опоры антенны до другого ее конца, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 9 представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок, имеющей рукав, проходящий через монтажную опору с образованным в ней пазом в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 10 представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок со встроенным в нее ферритовым элементом, в соответствие с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 11А представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок, имеющей приставку для основания антенны, встроенную в опору в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 11В представляет собой поперечный разрез опоры антенны для промышленных установок, имеющей приставку для основания антенны, при этом токопроводящая часть приставки находится в электрической связи с опорой, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 11С представляет собой увеличенное изображение части опоры антенны для промышленных установок, изображенной на фиг. 11В, подробно показывающее соединение между приставкой и опорой, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 12 представляет собой вид в перспективе полевого устройства фиг. 3 с обтекателем, прикрепленным к опоре антенны в одной ориентации, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 13 представляет собой вид в перспективе полевого устройства фиг. 12 с другой ориентацией опоры антенны.

Фиг. 14 представляет собой вид в перспективе опоры антенны, имеющей в целом прямую конфигурацию, в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

Фиг. 15 представляет собой блок-схему последовательности операций, изображающую способ позиционирования антенны на беспроводном полевом устройстве в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления.

В то время как вышеобозначенные иллюстрации излагают варианты осуществления настоящего изобретения, другие варианты осуществления, некоторые из которых упомянуты в дискуссии, также предполагаемы. Во всех случаях это раскрытие представляет наглядные варианты осуществления способом представления, а не ограничения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящая дискуссия направлена на полевое промышленное устройство, такое как технологический передатчик. Используемая здесь фраза «полевое промышленное устройство» или «полевое устройство» относится к устройству с корпусом для использования в суровых условиях окружающей среды, включающих в себя применение на открытых пространствах. Корпус полевого промышленного устройства настоящего обсуждения герметизируется для защиты содержимого от загрязнений, вызываемых окружающей средой. Кроме того, корпус спроектирован так, что может быть устойчивым к электромагнитным и/или радиочастотным помехам, которые в противном случае могут индуцироваться или проводиться в электрические устройства или схемы, содержащиеся внутри него.

Полевое промышленное устройство такого типа, на который направлена настоящая дискуссия, может иметь беспроводную связь с удаленным устройством. Удаленным устройством может быть любое устройство, расположенное вне конкретного полевого промышленного устройства, о котором идет речь. Например, удаленное устройство может быть ручным устройством или другим полевым промышленным устройством, находящимся в такой же рабочей среде, например, в одном и том же цехе или на общей площадке, или устройство может находиться вне этой рабочей среды, например на пульте управления.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует производственную рабочую среду 10, в которой наглядно применяется полевое промышленное устройство 12. Производственная рабочая среда 10 может быть одной из любого числа производственных рабочих сред, включая, например, изготовление, переработку или множество других применений, в которых полезно отслеживать одно или более явлений и/или управлять конкретным процессом. Полевое промышленное устройство 12, в одном наглядном варианте осуществления, способно измерять одно или более явлений 14 технологического процесса, воздействию которых оно подвергается, и предоставлять сигнал, указывающий состояние данного явления технологического процесса. Типовые примеры явлений 14, воздействию которых можно подвергать полевое промышленное устройство 12, включают в себя температуру, давление, скорость потока жидкости, уровень pH, и т.д. С другой стороны, полевое промышленное устройство 12 может подвергаться воздействию и конфигурироваться для измерения множества явлений 14. Альтернативно, или дополнительно, полевое промышленное устройство 12 может включать в себя управляющее устройство, которое может управлять процессом или частью процесса.

Полевое промышленное устройство 12 наглядно включает в себя корпус 20, в который помещен преобразователь (26, показанный на фиг. 2). Преобразователь 26, способен предоставлять сигнал, указывающий на явление 14, воздействию которого он подвергается. Кроме того, полевое промышленное устройство 12 включает в себя антенну 18, соединенную с корпусом 20. Антенна 18 находится в электрической связи с удаленным электрическим устройством 16 и может посылать и принимать сигналы, передаваемые между электрическим компонентом 16 полевого промышленного устройства 12 и удаленным электрическим устройством 16.

Фиг. 2 представляет собой функциональную блок-схему, иллюстрирующую полевое устройство 12 более подробно в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления. Полевое устройство 12 включает в себя модуль 22 питания, подающий питание другим компонентам внутри полевого устройства 12. Модуль 22 питания может использовать любую приемлемую технологию, позволяющую предоставлять соответствующие уровни электрического сигнала различным устройствам, внутри полевого устройства 12. Например, в модуле 22 питания для генерации электричества от разницы температур можно применять известные термоэлектрические устройства, использующие эффект Пельтье, включающие в себя, но не ограничивающие, термоэлектрические диоды, твердотельные генераторы и полупроводниковые термоэлектрогенераторы. С другой стороны, силовой модуль 22 питания может включать в себя элемент солнечной батареи. Можно использовать и другие типы модулей питания, например, батареи. Например, вместо встроенного модуля 22 питания сигнал мощности к полевому устройству 12 может подавать наружный источник питания (не показан).

Кроме того, полевое устройство 12 наглядно включает в себя контроллер 24 и устройство 28 беспроводной связи 28, расположенные внутри корпуса 20 вместе с преобразователем 26. Модуль 22 питания наглядно обеспечивает питанием каждый из котроллера 24, преобразователя 26 и устройства 28 беспроводной связи. Как обсуждалось выше, преобразователь 26, в одном варианте осуществления, сконфигурирован для измерения явления, воздействию которого он подвергается. Альтернативно преобразователь 26 может генерировать выходной сигнал для управления наружным компонентом (не показан). Контроллер 24 связан с преобразователем 26 для отправления и/или получения сигналов к/от преобразователя 26. Кроме того, контроллер 24 предоставляет сигналы устройству 28 беспроводной связи, которое в свою очередь способно передавать информацию удаленным устройствам.

Устройство 28 беспроводной связи может передавать информацию о процессе, так же как и информацию об устройстве. В зависимости от применения, устройство 28 беспроводной связи можно адаптировать к осуществлению связи в соответствии с любым походящим протоколом беспроводной связи, включающим в себя, но не является ограничением, беспроводные сетевые технологии (например, IEEE 802,11b точки беспроводного доступа и устройства беспроводных сетей, созданные Linksys of Irvine, California), сотовые или цифровые сетевые технологии (такие, как Microburst® компании Aeris Communications Inc. из San Jose, California), ультраширокополосную оптическую систему в свободном пространстве, Глобальную Систему мобильной связи (GSM), общую служба пакетной радиосвязи (GPRS), множественный доступ с разделением кодов (CDMA), технологию размытого спектра, технологию оптической связи в ИК диапазоне, SMS (службу коротких сообщений/текстовых сообщений) или любые другие подходящие беспроводные технологии. Кроме того, можно применить известную технологию столкновения данных так, чтобы множество блоков могли существовать вместе внутри беспроводной зоны действия одного в другом. Для предупреждения такого столкновения можно использовать множество различных радио-частотных каналов и/или технологии расширения спектра.

Устройство 28 беспроводной связи также может включать в себя преобразователи для множества способов беспроводной связи. Например, основную беспроводную связь можно выполнить, используя относительно удаленные виды связи, например, как GSM или GPRS , тогда как для технического персонала или операторов около узла можно выполнить вспомогательный или дополнительный вид связи, используя, например, IEEE 802.11b или Bluetooth.

Некоторые модули беспроводной связи могут включать в себя схемы, которые могут взаимодействовать с Глобальной системой навигации (GPS). GPS может успешно применяться в полевом устройстве 12 для мобильных устройств, делая возможным нахождение отдельного полевого устройства 12 в удаленном местоположении. При этом также можно использовать обнаружение местоположения, основанное на других методиках.

Полевое устройство 12 наглядно включает в себя возможность осуществлять беспроводную связь. Кроме того, полевое устройство 12 может включать в себя, а может и не нуждаться, возможность осуществлять связь через протокол проводной связи с другими удаленными устройствами, например другими полевыми устройствами, дисплеями и другими устройствами для мониторинга или управления. Проводная связь может быть предпочтительна, если требуется связь полевого устройства 12 с другими устройствами, не имеющими беспроводной связи. В этом случае, полевое устройство 12 может быть оборудовано так, чтобы осуществлять связь, например, с устройствами через двухпроводной контур процесса (не показано). Примеры контуров управления процессом, которые могут быть встроены, включают в себя аналоговую 4-20 mA связь, смешанные протоколы, включающие в себя и аналоговую, и цифровую связь, такую как протокол связи НАRТ (магистральный адресуемый удаленный датчик) стандарт (HART®), так же как полностью цифровой протокол, такой как стандарт FOUNDATION^TM Fieldbus.

Фиг. 3 иллюстрирует часть полевого промышленного устройства 100, описанного выше типа, в соответствие с одним наглядным вариантом осуществления. Полевое устройство 100 включает в себя корпус 102, который создает оболочку таким компонентам, как электрические устройства, обсуждаемые выше. В одном варианте осуществления, корпус 102 выполнен из такого высокопрочного материала, как нержавеющая сталь, алюминий или другого подходящего материала. Корпус 102 можно прикрепить к одному или более сенсорных устройств (не показано), предназначенных подвергаться воздействию, например, жидкости, газов или других материалов с целью измерения конкретных явлений. Каждое сенсорное устройство наглядно обеспечивает сигнал к электрическим компонентам в корпусе 102. Такие электрические компоненты наглядно адаптированы для определения измерения, основанного на сигналах, предоставляющихся сенсорными устройствами.

В противном случае или дополнительно, к корпусу 102 можно прикрепить активационное устройство (не показано), находящееся в электрической связи с электрическими компонентами, расположенными в корпусе 102. Электрические компоненты в корпусе 102 могут наглядно предоставлять сигнал для управления активационным устройством, которое в свою очередь может управлять аспектами конкретного процесса. Следует учитывать, что дискретный компонент, прикрепленный к корпусу 102, может обеспечивать функцию обнаружения и функцию активации, не выходя за границы описания.

Типичный корпус, показанный на фиг. 3, включает в себя три порта 104, 106 и 108, к которым может быть присоединено устройство обнаружения и/или устройство активации. Таким образом, корпус 102 можно наглядно соединять с устройством обнаружения и/или устройством активации в различных ориентациях. Порты 104, 106 и 108 показаны и подробно описаны частично для того, чтобы показать ориентацию корпуса 102 на различных фигурах, которые являются частью настоящего описания. В корпусе 102 можно применять любую конфигурация портов и это описание не намерено ограничивать компоновку портов в корпусе 102 полевого устройства 100 никоим образом. Кроме того, полевое устройство 100 имеет вращающуюся опору 110 антенны, прикрепленную к корпусу 102. Кроме того, следует учесть, что несмотря на то, что фиг. 3 иллюстрирует корпус 102, прикрепленный к одному или более устройств обнаружения и/или активации, устройство обнаружения и/или активации может располагаться в корпусе 102, не выходя за границы описания.

Фиг. 4 показывает вид в перспективе вращающейся опоры 110 антенны в соответствии с одним наглядным вариантом осуществления. Вращающаяся опора 110 включает в себя тело 112, которое в одном наглядном варианте осуществления выполнено из полимерного материала, хотя можно использовать и другие подходящие материалы, используя такие электропроводные материалы, как, например, алюминий. Тело 112 наглядно включает в себя верхнюю часть 111 и нижнюю часть 113. Верхняя часть 111 и нижняя часть 113, в одном наглядном варианте осуществления, соединены или прикреплены друг к другу по наклонной соединительной поверхности 115. Следует учесть, что тогда как описано, что верхняя часть 111 и нижняя часть 113 соединены друг с другом, или прикреплены друг к другу, эти части, верхнюю 111 и нижнюю 113, можно выполнить из целого, неделимого куска материала. Верхняя часть 111 и нижняя часть 113 наглядно соединены друг с другом вдоль их концов. Наклонная поверхность 115 наклонена относительно общего направления верхней части 111 и нижней части 113. В одном наглядном варианте верхняя часть 111 и нижняя часть 113 проходят от наклонной поверхности 115 под углом около 45 градусов относительно друг друга.

Тело 112 включает в себя канал 120, который проходит от отверстия 122 на верхней части 111 до отверстия 118 на нижней части 113. В силу того, что верхняя часть 111 и нижняя часть 113 показаны наклоненными относительно друг друга, канал 120 наглядно представляет собой угловой путь от отверстия 118 до отверстия 122. Вращающаяся опора 110 наглядно включает в себя пару канавок 130 и 132, которые выступают по периметру нижней части 113 корпуса 112. Каждая канавка 130 и 132 сконфигурирована для приема уплотняющего устройства, которое будет обсуждаться более подробно ниже.

В верхней части 111 вращающейся опоры 110 также наглядно имеется резьбовая часть 124. Резьбовая часть 124 выполнена с возможностью контактирования с крышкой, например обтекателем (не показан на фиг. 4), который рассматривается более подробно ниже. В верхней части 111 на конце резьбовой части 124, которая находится ближе к нижней части 113 корпуса 112, выполнена канавка 128. На тело 112 можно установить уплотняющий элемент (не показан на фиг. 4), например уплотнительное кольцо так, чтобы оно вставлялось в канавку 128. Таким образом, когда крышка прикреплена к вращающейся опоре 110, уплотняющий элемент, расположенный в канавке 128, может обеспечивать герметичность, не допуская попадание влаги, грязи или других веществ в канал 120 вращающейся опоры 110.

Фиг. 5 и фиг. 6 иллюстрируют поперечное сечение полевого устройства 100, изображенного на фиг. 3. На фиг. 5 (а в увеличенном виде на фиг. 6) вращающаяся опора 110 показана расположенной в отверстии 114, которое проходит от наружной поверхности 103 корпуса 102 через корпус 102, обеспечивая доступ к основной полости 117. Основная полость 117 ограничивается внутренней поверхностью 105 корпуса 102. Электрические компоненты, описанные выше относительно фиг. 2, включающие в себя модуль 22 питания, контроллер 24, преобразователь 26 и устройство 28 беспроводной связи, наглядно расположены внутри основной полости 117. Антенну (не показана на фиг. 5 и 6) можно присоединить к вращающейся опоре 10 или устанавливать рядом с ней. Между антенной и электрическими компонентами можно выполнить соединение, например, коаксиальным кабелем (не показан на фиг. 5-6), который проходит во вращающуюся опору 110 из основной полости 117. Коаксиальный кабель соединен с антенной внутри или снаружи вращающейся опоры антенны 110. Между электрическими компонентами внутри основной полости 117 и антенной могут применяться и другие соединительные средства, не выходя за пределы и сущность обсуждаемых вариантов осуществления.

В соответствии с одним вариантом осуществления, в части корпуса 102, которая определяет отверстие 114, выполняется паз 116. Паз 116 наглядно проходит по периметру отверстия 114. Вращающаяся опора 110 наглядно показана с уплотняющими элементами 134 и 136, расположенными в канавках 130 и 132 соответственно. В одном наглядном варианте осуществления уплотняющие элементы 134 и 136 представляют собой уплотнительные кольца, хотя могут использоваться другие устройства. В канавку 130 вместо уплотняющего элемента 134, или в дополнение к нему можно установить, например, предохранительное кольцо или зажим. Вращающаяся опора 110 расположена внутри отверстия 114 так, что уплотняющий элемент 134 (или предохранительное кольцо, или зажим) контактирует и с канавкой 130 и с пазом 116. Альтернативно или дополнительно, для удержания опоры антенны 110 в нужном направлении можно применить стопорный винт или один или более фиксаторов (не показаны).

Контакт уплотняющего элемента 134 с канавкой 130 и пазом 116 обеспечивает удерживающую силу, которая удерживает вращающуюся опору 110 внутри отверстия 114. Кроме того, вращающаяся опора 110 способна поворачиваться внутри отверстия 114 вокруг оси 126. Ввиду того, что канал 120 наклонен, поворот вращающейся опоры 110 вокруг оси изменяет ориентацию антенны, прикрепленной к вращающейся опоре 110. Это позволяет располагать антенну по желанию. Более того, контакт уплотняющего элемента 134, канавки 130 и паза 116 обеспечивает удерживающую силу, достаточную для того, чтобы не допустить вращение опоры 110 до тех пор, пока к вращающейся опоре 110 не приложена внешняя сила. Уплотняющий элемент 136 обеспечивает защиту от посторонних предметов, поступающих в основную полость 117 корпуса 102 через отверстие 114, в то же время позволяет вращение опоры 110.

Как обсуждалось выше, тело 112 опоры 110 наглядно выполнено из полимерного материала. Таким образом, канал 120 наглядно окружен таким материалом. Фиг. 7-9 показывают альтернативные варианты осуществления опоры 110. Опора 140 включает в себя тело 112 с рукавом 142, который наглядно вставлен в нижнюю часть 113 тела 112, но не выходит за пределы части канала 120. Рукав 142 наглядно изготовлен из материала, отличного от того, из которого изготовлено тело 112. В качестве одного наглядного примера, рукав изготовлен из алюминия, хотя для его изготовления можно применить множество различных материалов. Рукав 142 наглядно впрессован в тело 112, хотя альтернативно рукав 142 можно вставить в тело 112 после отливки корпуса 112. В одном варианте осуществления рукав 142 включает в себя вывод 144, который проходит в тело 112 для того, чтобы обеспечить удерживающую силу, гарантирующую удерживание рукава 142 внутри тела 112. Рукав 142 придает опоре 140 дополнительную прочность. Кроме того, что как показано рукав 142 может проходить в нижнюю часть 113, он может проходить в тело 112 на любое расстояние. В качестве примера опора 150 включает рукав 152, который проходит через весь канал 120 от отверстия 118 до отверстия 122. Опора 150 выполнена из такого материала, как алюминий, который обеспечивает прочность для оказания сопротивления нагрузками или нагрузкам, связанным с ударами, которые могут вызваться силой, прилагаемой к антенне, установленной на опору 150.

Более того, тогда как показано, что рукав 142 определяет канал 120, когда вставляется или располагается внутри вращающейся опоры 110, в альтернативных вариантах рукав или другие усиливающие элементы могут впрессовываться во вращающуюся опору или присоединить к нему в других положениях. Например, в полимерных материалах, из которых образована вращающаяся опора, могут содержаться структурные усиления. В другом варианте усиливающие элементы могут определять часть или всю внешнюю поверхность 103 корпуса 112.

На фиг. 9 можно видеть, что опора 160 включает в себя рукав 162, который также проходит через канал 120 от отверстия 118 до отверстия 122. Кроме того, в рукаве 162 имеется выполненный в нем паз 164. Рукав 162, описанный выше, можно выполнять из такого материала, как алюминий. Рукав 142 наглядно выполнен из прямой трубы. Изогнуть прямую трубу на такой угол может быть трудно. Выполнение такого рельефа, как паз 164, облегчает изготовление рукава 162.

Фиг. 10 показывает опору 170 в соответствии с еще одним вариантом осуществления. Опора 170 включает в себя ферритовый элемент 172, который впрессован в тело 112 опоры 170. Ферритовый элемент 172 наглядно представляет собой деталь цилиндрической формы, в которой по центру выполнено отверстие 174. Ферритовый элемент 172 преимущественно обеспечивает фильтрацию электрических помех, которые могут проводиться или возбуждаться, например, в кабеле, который проходит в канале 120. Ферритовый элемент 172 может быть любого подходящего размера. Кроме того, альтернативно, ферритовый элемент 172 преимущественно может содержаться в других опорах, например в опоре 140. Тогда как показано, что ферритовый элемент впрессован в тело 112 опоры 140, его (ферритовый элемент) можно вставить в канал 120 или закрепить в нем, используя различные конструкции или способы.

Фиг. 11А показывает опору 180 в соответствии с еще одним вариантом осуществления. Опора 180 включает в себя тело 112. Как обсуждалось выше, тело 112 может быть выполнено из множества различных материалов. В этом конкретном варианте осуществления, тело 112 наглядно выполнено из неэлектропроводного материала. Опора 180 включает в себя печатную плату или узел 184 печатной платы, который расположен в отверстии 122 тела 112. Для подключения антенны к печатной плате 184 прикреплен соединитель 186. В одном наглядном варианте осуществления соединитель 186 представляет собой сверхминиатюрный соединитель версии А (SMA).

Печатная плата 184 наглядно включает в себя слой электропроводного материала 188, нанесенного на печатную плату 184. Электропроводный материал 188 может быть размещен на любой или на обеих основных поверхностях печатной платы 184, как показано на фиг. 11А. Печатная плата 184 может включать в себя фильтрующую схему, например фильтрующий компонент 185, обеспечивающий снижение помех сигналов, получаемых от антенны или подаваемых на антенну. Кабель 182, имеющий соединительное устройство 187, наглядно прикреплен к соединителю 189, для обеспечения соединения между антенной и электроникой, расположенной внутри основной полости (117, показанной на фиг. 5).

В одном наглядном варианте осуществления кабель 183 прикреплен к электропроводному слою 188 и включает в себя соединитель 181, который сконфигурирован для крепления к корпусу 102. Кабель 183 может быть любой длины для того, чтобы его можно было установить на корпус 102 в подходящем положении. На фигуре показан разрыв кабеля 183 для того, чтобы показать, что длина кабеля 183 может меняться, делая возможным крепление кабеля 183 к корпусу 102 в любом месте. Таким образом, слой электропроводного материала 188 находится в электрической связи с корпусом 102, когда кабель 183 прикреплен к корпусу 102. Фильтрующие компоненты 185 наглядно расположены между электропроводным слоем 188 и любым проводником, прикрепленным к антенне. Таким образом, сигнал от антенны фильтруется, снижая электрические шумы, которые могут индуцироваться в антенне.

Фиг. 11В-С показывают опору 190 в соответствии с другим наглядным вариантом осуществления. Опора 190 включает в себя тело 112, выполненное из электропроводного материала. Опора 190 дополнительно включает в себя печатную плату или узел 192 печатной платы, который расположен в отверстии 122 тела 112. Узел 192 печатной платы имеет электропроводный слой 194 материала, который проходит по краю 196 узла 192 печатной платы. Узел 192 печатной платы наглядно прикреплен к телу 112 опоры 190, например, при помощи полного соединения 198, сформированного между электропроводным слоем 194 и телом 112. Паяное соединение 198 обеспечивает соединение между телом 112 и узлом 192 печатной платы. Паяное соединение 198 обеспечивает электропроводный путь между электропроводным слоем 192 и телом 112.

Как обсуждалось выше, тело 112 в наглядном варианте осуществления выполнено из электропроводного материала. Следовательно, когда тело 112 прикреплено к корпусу 102, электропроводный слой 194 находится в электрической связи с корпусом 102. Фильтрующий компонент 185, расположенный между соединителем 186 и электропроводным слоем 192, обеспечивает фильтрацию, снижая электрические шумы, которые могут индуцироваться в антенне.

Фиг. 12 и 13 иллюстрируют полевое устройство 300 в соответствие с одним наглядным вариантом осуществления. Полевое устройство 300 включает в себя корпус 102 с вращающейся опорой 110 антенны, прикрепленной к корпусу 102. К опоре 110 прикреплен обтекатель 302. В одном наглядном варианте осуществления обтекатель 302 прикреплен к опоре 110 с помощью резьбового соединения (124, показанного на фиг. 4), расположенного на опоре 110. Вращающаяся опора 110, показанная на фиг. 12, ориентирована так, что обтекатель 302 проходит вдоль оси 304, проходящей через отверстия 104 и 106. На фиг. 13 вращающаяся опора ориентирована так, что обтекатель 302 проходит, в целом по нормали, к оси 304. Следует учесть, что опора 110 не ограничивается этими двумя положениями, а может быть расположена в любом положении, как нужно для того, чтобы гарантировать правильную ориентацию, в зависимости от ориентации установленного полевого устройства 300. Обтекатель 302 обеспечивает защиту от неблагоприятного воздействия окружающей среды для антенны (не показано), расположенной внутри обтекателя 302. Уплотняющий элемент 129 расположен вокруг канавки 128 (показано на фиг. 6), обеспечивая дополнительную герметизацию.

Фиг. 14 показывает опору 200 антенны в соответствии с другим наглядным вариантом осуществления. Опора 200 антенны показана в поперечном разрезе и, в одном наглядном варианте осуществления, в целом симметрична относительно оси, по которой выполнен поперечный разрез. Опора 200 антенны прикреплена к корпусу 202 полевого устройства 204. Опора 200 антенны включает в себя тело 206 с каналом 208, который проходит от первого конца 210 до второго конца 212 тела 206. Опора 200 антенны наглядно выполнена из материалов такого же типа, как и обсуждаемые прежде варианты осуществления. Кроме того, хоть на фиг. 14 и не показано, опора 200 может альтернативно включать в себя рукав показанного на фиг. 10 типа, ферритовый элемент показанного на фиг. 10 типа и/или соединитель показанного на фиг. 11 типа.

Опора 200 антенны проходит в отверстие 218, выполненное в корпусе 202. Опора включает в себя тело 206, которое наглядно имеет канал 208, проходящий от первого отверстия 210 до второго отверстия 212. Канал 208 сконфигурирован для приема кабеля или другого устройства, обеспечивающего соединение между электрическими компонентами (не показано на фиг. 14) и антенной (также не показано на фиг. 14), которое соединено с опорой 200 антенны. Опора 200 антенны включает в себя пару канавок 214 и 220. Канавка 214 сконфигурирована для приема уплотняющего элемента 216, который в одном наглядном варианте осуществления представляет собой уплотнительное кольцо, входит в часть опоры 200 антенны, определяющую канавку 214, и в часть корпуса, определяющую периметр отверстия 218. Кроме того, хомут 222 сконфигурирован так, что входит в нижнюю часть 226 тела 206. Хомут 222 входит в нижнюю часть 226 и корпус 202, обеспечивая удерживающую силу, поддерживающую контакт опоры 200 антенны с корпусом 202. Тело 206 также включает в себя резьбу 224, расположенную на верхней части 228 тела 206. Обтекатель (на фиг. 14 не показан), или другое устройство, может присоединяться к опоре 200 антенны с помощью резьбы 224, обеспечивая защиту антенны и любых компонентов, расположенных внутри основной полости 230 в корпусе 202 от неблагоприятного воздействия окружающей среды.

Опора 200 антенны, как показано на фиг. 14, выполнена с возможностью вращения относительно корпуса 202. Однако, в отличие от канала 120 в предыдущих вариантах осуществления канал 208 в целом линейный по его форме от первого отверстия 210 до второго отверстия 212, и, в целом, совмещен с осью, вокруг которой может вращаться опора антенны. Таким образом, поворот опоры 200 антенны обычно не изменяет ориентации антенны относительно корпуса 202.

Фиг.15 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ 400 применения полевого устройства 300 (показанного на фиг. 12-13), имеющего опору 110 антенны. На этапе 402 опора 110 антенны прикрепляется к корпусу 102. Антенна (не показана на фиг. 12-13) соединена с электроникой, расположенной внутри корпуса 102, как представлено этапом 404. Антенна может закрываться крышкой, например обтекателем 302. Антенну можно крепить к вращающейся опоре, располагая ее внутри вращающейся опоры 110 антенны, или располагая ее вне вращающейся опоры 110 антенны. Например, антенну можно крепить к обтекателю. В таком случае в нужную ориентацию антенну устанавливают поворотом вращающейся опоры 110 антенны, как показано в блоке 406. Вращающаяся опора 110 может поворачиваться в любое положение. В одном наглядном варианте осуществления вращающаяся опора 110 имеет бесконечное число позиций в диапазоне ее допустимых вращений. Пределы вращения могут быть неограниченными или наоборот могут ограничиваться, задавая полный угол вращения.

Варианты, рассмотренные выше, предоставляют важные преимущества. Рассмотренные выше опоры обеспечивают легкий способ поворота антенны в правильное положение, в том состоянии, которое установлено ориентацией конкретного полевого устройства. Кроме того, опоры обеспечивают герметизацию внутренней полости полевого устройства. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления выполняют усиленные рукава, при необходимости, придающие дополнительную прочность. Антенны можно располагать внутри крышки или крепить прямо к опоре.

Несмотря на то что настоящее описание сфокусировано на наглядных вариантах осуществления, специалисты в данной области техники знают, что в форме и деталях можно выполнить изменения, не отступая от сущности и объема описания.

Изобретение относится к устройствам мониторинга управления производственным процессом, в частности к полевому устройству для беспроводного взаимодействия с удаленными устройствами, приспособленными для применения в суровых условиях окружающей среды. Технический результат состоит в повышении прочности и надежности. Полевое устройство (100), включающее в себя корпус (102), имеющий внешнюю поверхность (103) и внутреннюю поверхность (105), окружающую основную полость (117). Кроме того, корпус (102) включает в себя отверстие (114), выходящее из основной полости (117) к внешней поверхности (103). Электрический компонент (28) расположен внутри основной полости (117) корпуса. Антенна (18) электрически соединяется с электрическими компонентами (28). Кроме того, полевое устройство (100) включает в себя вращающуюся опору (110), прикрепленную к корпусу (102). Опора (110) имеет канал (120), проходящий от первого конца (118) до второго конца (122) опоры. Кабель (182) электрически соединен с электрическим компонентом (28) и антенной (18), причем кабель (182) проходит через, по меньшей мере, часть канала (120). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Полевое устройство, содержащее:
корпус, имеющий внешнюю поверхность, внутреннюю поверхность, окружающую основную полость, и отверстие, проходящее из основной полости до внешней поверхности;
электрический компонент, расположенный внутри основной полости корпуса;
антенну, находящуюся в электрической связи с электрическим компонентом;
вращающуюся опору, прикрепленную к корпусу и имеющую канал, проходящий от первого конца до второго конца;
кабель, электрически соединенный с электрическим компонентом и антенной; и
при этом кабель проходит через, по меньшей мере, часть канала;
причем часть вращающейся опоры состоит из полимерного материала, при этом вращающаяся опора дополнительно содержит в целом полый рукав, изготовленный из электропроводного материала, при этом рукав расположен внутри и прикреплен к, по меньшей мере, части канала.

2. Полевое устройство по п.1, в котором рукав проходит от первого конца до второго конца канала.

3. Полевое устройство по п.1, в котором рукав имеет паз, выполненный в нем между первым концом и вторым концом.

4. Полевое устройство по п.1, в котором вращающаяся опора имеет первую часть и вторую часть, причем первая часть выполнена с возможностью установки в отверстие.

5. Полевое устройство по п.4, в котором первая часть расположена под углом относительно второй части.

6. Полевое устройство по п.5, в котором первая часть расположена под углом примерно 45° относительно второй части.

7. Полевое устройство по п.6, дополнительно содержащее:
уплотняющий элемент, прикрепленный к первой части вращающейся опоры; и
в котором корпус включает в себя деталь, прилегающую к отверстию, и в котором уплотняющий элемент расположен так, чтобы вступать в контакт с деталью, когда вращающаяся опора крепится к корпусу.

8. Полевое устройство по п.1, дополнительно содержащее:
печатную плату, расположенную, по меньшей мере, частично внутри вращающейся опоры;
соединитель, прикрепленный к печатной плате; причем антенна соединена с соединителем.

9. Полевое устройство по п.8, дополнительно содержащее
фильтрующий компонент, расположенный на печатной плате.

10. Полевое устройство по п.1, дополнительно содержащее
ферритовый элемент, соединенный с вращающейся опорой, причем ферритовый элемент установлен так, чтобы вмещать и окружать часть кабеля.

11. Полевое устройство по п.1, дополнительно содержащее
крышку, прикрепленную к вращающейся опоре, при этом, по меньшей мере, часть антенны расположена внутри крышки.

12. Опора антенны для полевого промышленного устройства, содержащая:
первую часть, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую первый сегмент внутреннего канала, который проходит от первого конца к отверстию на внешней поверхности второго конца; и
вторую часть, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, определяющую второй сегмент внутреннего канала, имеющего связь с первым сегментом, который проходит от первого конца к отверстию на внешней поверхности второго конца; и
причем первая и вторая части прикреплены друг другу по в целом плоской соединительной поверхности на их первых концах, причем соединительная поверхность не перпендикулярна ни одной из внешних поверхностей на вторых концах первой и второй частей.

13. Опора антенны по п.12, в которой первая и вторая части представляют собой первую и вторую части, выходящие друг от друга по в целом плоской соединительной поверхности под углом примерно 45°.

14. Опора антенны по п.12, дополнительно содержащая
в целом полый рукав, прикрепленный ко второму сегменту и расположенный внутри второго сегмента внутреннего канала.

15. Опора антенны по п.14, в которой, по меньшей мере, часть полого рукава проходит в первый сегмент внутреннего канала.