ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ Российский патент 2021 года по МПК G06K7/00 H04B7/15 

Измерительный комплекс параметров среды (далее ИЗКПС), описываемый в заявке, принадлежит к технологии радиочастотной идентификации RFID (Radio Frequency IDentification) давно уже применяемой на рынке. RFID - это современная система беспроводных автономных датчиков, пассивных и активных.

Основное применение предложенного изобретения - контроль параметров среды (температуры, влажности, содержания газа (CH4), (C2H6), (C3H8), (C4H10) и прочих параметров) поверхностей в:

1) Электроэнергетике

2) Топливной промышленности

3) Черной металлургии

4) Цветной металлургии

5) Военной промышленности

6) Космической промышленности

7) Химической и нефтехимической промышленности

8) Машиностроении и металлообработке

9) Лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности

10) Промышленности строительных материалов

11) Легкой промышленности

12) Стекольной и фарфорофаянсовой промышленности

13) Пищевая промышленность

14) Микробиологической промышленности

15) Медицинской промышленности

16) Транспортной и складской логистике.

Типичные области применения включают в себя распределение электроэнергии общего назначения, распределительные устройства промышленного обслуживания, распределение электроэнергии в крупных офисных зданиях, центры обработки данных, удаленно распределенные присоединения основного блока (RMU) к первичной электрической сети и другие сферы, в которых используются металлические и иные поверхности.

Наиболее близким аналогом для заявляемого изобретения является международная заявка WO 2020215161, из которой известен измерительный температурный комплекс, содержащий пленочные радиочастотные пассивные датчики температуры поверхностей RFID-меток, которые принимают сигнал RFID-антенны для опроса температурных RFID-меток, а после принимают от RFID-меток ответный сигнал. В известной международной заявке, чтобы решить проблему экранировки существующим способом, необходимо, каждый объект, оснастить антеннами с проводными коммуникациями, для считывания сигналов температурных меток, что является очень затратным вариантом. Кроме того, имеет место проблема экранирующего заграждения и получение слабого сигнала от RFID-меток.

Предложенный ИЗКПС предназначен для решения данных проблем известного аналога.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в решении проблем обхода экранирующего барьера (как правило, двери) сигналом антенны и ответным сигналом RFID-меток, установленных на контролируемых линиях оборудования. Кроме того, обеспечивается удешевление схемы контроля и увеличения расстояния контроля пассивных RFID-меток; Также дополнительно обеспечивается больший контроль и безопасность всей системы контроля в комплексе ИЗКПС.

Данный технический результат обеспечивается тем, что измерительный комплекс параметров среды включает, по меньшей мере, одну RFID антенну, стационарные и/или мобильные RFID считыватели, передающие полученные данные по сети в программно-аппаратный комплекс, по меньшей мере один групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель, выполненный в виде двух элементов, соединенных между собой электрическим контактом, а также радиочастотные, пассивные датчики, размещенные на пленочных RFID-метках.

Предпочтительно, чтобы групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель включал по меньшей мере один встроенный датчик.

Желательно, чтобы встроенный датчик RFID ретранслятора-усилителя был встроен в каждый из двух элементов RFID ретранслятора-усилителя.

ИЗКПС, в котором один элемент (внешняя сторона) группового пассивного пленочного RFID ретранслятора-усилителя наклеивается на внешней части барьера, а второй элемент (внутренняя сторона) - на внутренней части барьера экранированного объекта, для обхода экранирующего заграждения сигналом антенны и обеспечения доступа к удаленным RFID-меткам.

RFID-метки выполняются в герметичном корпусе, для защиты от погодных условий и различных загрязнителей.

Для снятия параметров используются датчики температуры, влажности, содержания газов (CH4), (C2H6), (C3H8), (C4H10) и прочих параметров среды.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено:

Фиг.1 RFID-метки (на примере датчиков температуры) во взаимодействии с групповыми пассивными, пленочными RFID ретрансляторами-усилителями (далее, RFID ретранслятор-усилитель);

Фиг. 2 полная схема заявляемого ИЗКПС (как пример показан датчик температуры);

Фиг. 3 варианты применения ИЗКПС;

Фиг.4 RFID ретранслятор-усилитель со встроенным в него датчиком (как пример показан датчик температуры);

Фиг. 5 вариант размещения RFID ретранслятора-усилителя;

Фиг.6 пример взаимодействия RFID-антенны с RFID ретрансляторами-усилителями;

Фиг. 7 функциональная схема работы RFID ретранслятора-усилителя со встроенным датчиком (показан как пример датчик температуры);

Фиг. 8 подробная схема работы ИЗКПС.

ИЗКПС использует элементы инфраструктуры чтения информации - RFID антенны, стационарные или мобильные RFID считыватели и соответствующий программно-аппаратный комплекс для передачи и получения данных. Как RFID-антенн, так и стационарных или мобильных RFID считывателей используется то количество, которое обеспечивает функционирование ИЗКПС. Данные средства не претерпевают каких-либо серьезных изменений, в связи с чем описываются в общем виде. Схема с использованием существующих элементов показана на Фиг. 2.

Заявляемый ИЗКПС включает (Фиг.1): радиочастотные, пассивные датчики (температуры, влажности, содержания газа (CH4), (C2H6), (C3H8), (C4H10) и прочих параметров среды), размещенные на пленочных RFID-метках, минимально зависимых от внешней среды за счет специального герметичного теплоизоляционного слоя. В заявленном ИЗКПС для массового и дешевого выпуска температурных RFID-меток применяются пассивные, пленочные RFID-метки. Пассивный беспроводной RFID датчик, предназначен как для контроля параметров электрического оборудования, так и для других сфер применения, указанных в заявке. Пленочные, пассивные RFID-метки выполняются в герметичном теплоизоляционном корпусе, для защиты от погодных условий и различных загрязнителей.

А также RFID ретранслятор-усилитель, для усиления сигналов от RFID-считывателя и от RFID-меток и передачу информации от RFID антенны к RFID-меткам, и получения от них ответного сигнала о параметрах контролируемого объекта, который передают обратно на RFID антенну, для подготовки программно-аппаратным комплексом, информации о снятых параметрах, для обслуживающего персонала (информация может просматриваться как на стационарных компьютерах и ноутбуках так и на смартфонах, планшетах персонала и прочих устройствах).

ИЗКПС предназначен для решения следующих проблем, которые не могут обеспечить существующие RFID системы по измерению параметров, без больших денежных затрат:

Проблема экранировки мест контроля в применяемой области техники. Ввиду того что большое количество оборудования, в котором необходимо измерять параметры устанавливается в металлических шкафах, ящиках и сооружениях Фиг.3. Чтобы решить эту проблему предложенное изобретение для входа в экранированное пространство, использует RFID ретранслятор-усилитель, преимущественно, со встроенным датчиком температуры (датчики могут быть различного назначения - влажности, содержания газа (CH4), (C2H6), (C3H8), (C4H10) и прочих параметров среды), (Фиг.4), который устанавливается с внешней и внутренней части барьера любого экранированного объекта. Конструктивно он выполнен в виде двух элементов, соединенных между собой электрическим контактом. При этом один элемент (внешняя сторона) наклеивается на внешней части барьера, а второй элемент (внутренняя сторона) на внутренней части барьера (Фиг.5).

Проблема удешевления схемы контроля и увеличения расстояния контроля, пассивных RFID-меток, решается с помощью применения RFID ретрансляторов-усилителей, где на одно помещение требуется ограниченное количество антенн, как правило одна-две на помещение (Фиг.6). RFID ретрансляторы-усилители, устанавливаются на контролируемом оборудовании и выполняют 2 задачи:

1. Принимают сигнал RFID антенны для опроса датчиков, размещенных на RFID-метках, установленных, внутри экранированного оборудования. После этого RFID ретрансляторы-усилители принимают от RFID-метки ответный сигнал и передают его на RFID антенну;

2. По специальному сигналу RFID антенны, считывается информация о параметрах среды с датчика RFID ретранслятора-усилителя.

Для целей эффективного взаимодействия RFID ретранслятора-усилителя, RFID антенны и RFID считывателя учитывается их количество и взаимное расположение в пространстве. Наилучшее по дальности и качеству считывание будет происходить в том случае, если поляризация антенны RFID считывателя полностью совпадает с поляризацией антенны RFID ретранслятора-усилителя.

Функциональная схема работы RFID-ретранслятора-усилителя.

RFID ретранслятор-усилитель, со встроенным датчиком, является пассивным ретранслятором для связи с:

пассивными датчиками поверхностей RFID-меток;

для связи с RFID антенной считывателя.

В состав RFID ретранслятора-усилителя (Фиг.7) входит по меньшей мере один датчик (1). Для контроля параметров с помощью датчика (1) ретранслятора, считыватель отправляет сигнал опроса (2) на RFID ретранслятор-усилитель. Сигнал запитывает антенну (8), чип (7) и датчик (1) RFID ретранслятора-усилителя. Передатчик чипа (7) RFID ретранслятора-усилителя, отправляет сигнал с информацией о текущих параметрах в считыватель (9). Для контроля параметров с помощью RFID-меток, антенна (8) RFID ретранслятора-усилителя запитывается радиочастотным сигналом считывателя (3) и ретранслируя (4) сигнал, запитывает антенны установленных, пассивных RFID-меток с датчиками параметров среды, при этом RFID метки считывают параметры среды и передают сигнал с информацией (5), на RFID ретранслятор-усилитель, который усиливает сигнал и передает его на считыватель (6).

Наличие собственного датчика в RFID ретрансляторе-усилителе позволяет ИЗКПС контролировать не только информацию с датчика, но и разницу параметров между датчиком в RFID ретрансляторе-усилителе и датчиком в RFID-метках. Программно-аппаратный комплекс контролирует любые заданные параметры, в том числе допустимые и/или заданные пороги, отправляя сигнал предупреждения на компьютер оператора при превышении заданного порога и/или на мобильные телефоны обслуживающего персонала. Наличие собственного датчика на RFID ретрансляторе-усилителе обеспечивает больший контроль и безопасность всей системе контроля в комплексе ИЗКПС.

Ниже представлена более подробная блок-схема работы на примере одного RFID ретранслятора-усилителя с двумя датчиками и множеством RFID-меток (Фиг. 8).

Приемо-передающая антенна RFID считывателя опрашивает RFID ретранслятор-усилитель (8), сигнал с антенны RFID ретранслятора-усилителя, расположенной с внешней стороны барьера (преимущественно, дверь), передается на антенну ретранслятора-усилителя, расположенную с внутренней стороны барьера, которая передает сигнал на пассивные датчики, размещенные на RFID-метках, установленных на контролируемом оборудовании. Сигнал ответивших меток передается на антенну ретранслятора-усилителя, расположенную с внутренней стороны барьера, и далее передается через антенну, ретранслятора-усилителя расположенную с внешней стороны барьера, на RFID антенну считывателя. Управление работой RFID ретранслятора-усилителя осуществляет встроенный в него ЧИП. При опросе датчика (датчиков), установленного (ых) на RFID ретрансляторе-усилителе, приемо-передающая RFID антенна считывателя опрашивает RFID ретранслятор-усилитель, ЧИП получает команду на считывание параметров с одного или нескольких датчиков, считанные параметры среды поступают на антенну, расположенную с внешней стороны барьера, и далее поступают на приемо-передающую RFID антенну считывателя. Происходит контрольный съем данных параметров среды с оборудования, на котором установлен ретранслятор-усилитель.

Таким образом, предложенное изобретение решает проблему обхода экранирующего барьера. Кроме того, обеспечивается удешевление схемы контроля и увеличения расстояния контроля пассивных RFID-меток. Также дополнительно обеспечивается больший контроль и безопасность всей системы контроля в комплексе ИЗКПС.

Измерительный комплекс параметров среды (далее ИЗКПС), описываемый в заявке, принадлежит к технологии радиочастотной идентификации RFID (Radio Frequency IDentification), давно уже применяемой на рынке. ИЗКПС включает по меньшей мере одну RFID антенну, стационарные и/или мобильные RFID считыватели, передающие полученные данные по сети в программно-аппаратный комплекс, по меньшей мере один групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель, выполненный в виде двух элементов, соединенных между собой электрическим контактом, а также радиочастотные пассивные датчики параметров внешней среды, размещенные на пленочных RFID-метках. Групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель включает по меньшей мере один встроенный датчик. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в решении проблем обхода экранирующего барьера (как правило, двери) сигналом антенны и ответным сигналом RFID-меток, установленных на контролируемом оборудовании и электросетевых коммуникациях. Кроме того, обеспечивается удешевление схемы контроля и увеличения расстояния контроля пассивных RFID-меток. Также дополнительно обеспечивается больший контроль и безопасность всей системы контроля в комплексе ИЗКПС. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Измерительный комплекс параметров среды (ИЗКПС), характеризующийся тем, что включает, по меньшей мере, одну RFID антенну, стационарные и/или мобильные RFID-считыватели, передающие полученные данные по сети в программно-аппаратный комплекс, по меньшей мере один групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель, выполненный в виде двух элементов, соединенных между собой электрическим контактом, а также радиочастотные пассивные датчики, размещенные на пленочных RFID-метках, при этом групповой пассивный пленочный RFID ретранслятор-усилитель включает, по меньшей мере, один встроенный датчик.

2. ИЗКПС по п.1, характеризующийся тем, что встроенный датчик RFID ретранслятора-усилителя встраивается в каждый из двух элементов RFID ретранслятора-усилителя.

3. ИЗКПС по п.1, характеризующийся тем, что один элемент группового пассивного пленочного RFID ретранслятора-усилителя наклеивается на внешней части барьера, а второй элемент - на внутренней части барьера экранированного объекта, для обхода экранирующего заграждения сигналом антенны и обеспечения доступа к удаленным RFID-меткам.

4. ИЗКПС по п.1, характеризующийся тем, что RFID-метки выполняются в герметичном теплоизоляционном корпусе для защиты от погодных условий и различных загрязнителей.

5. ИЗКПС по п.1, характеризующийся тем, что для снятия параметров используются датчики температуры, влажности, содержания газа (CH₄), (C₂H₆), (C₃H₈), (C₄H₁₀) и прочих параметров среды.