(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの気体圧を遠隔で読出および送出するための受動気体センサであって、
中空円筒体と、
軸方向に配向されて外向きに前記中空円筒体の第１の面から延伸している脚部であって、内面とネジ状の外面とを有し、前記脚部へ気体が一部だけ入ることを許す経路を含む脚部と、
前記脚部へ気体が一部だけ入ることを許す経路に隣接する前記脚部内の圧力変換素子と、
前記圧力変換素子に結合されたアンテナであって、前記中空円筒体および前記脚部の内側に位置するアンテナと、を備え、
前記圧力変換素子は、ポーリング装置によって遠隔からポーリングされ、前記ポーリング装置によって駆動され、
前記受動気体センサは、動く構成要素がなく、連続的な圧力監視をしない、
受動気体センサ。
【請求項２】
前記円筒体は、六角形の外形を有する請求項１に記載の受動気体センサ。
【請求項３】
前記ポーリング装置は、ＲＦエネルギーで前記センサを駆動する請求項１に記載の受動気体センサ。
【請求項４】
前記圧力変換素子を持ち、全体が前記脚部内に配設されるプリント回路基板をさらに備える請求項１に記載の受動気体センサ。
【請求項５】
前記中空円筒体には、封止材料が充填される請求項１に記載の受動気体センサ。
【請求項６】
前記センサは、２９００ｐｓｉ（重量ポンド毎平方インチ）まで圧力を読取可能である請求項１に記載の受動気体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年１１月３０日付の米国出願第６１／７３２，１６０号および２０１３年９月３０日付の米国出願第１４／０４１，７５２号からの優先権を主張し、これらの出願の内容は、その全体がここでの言及によって完全に援用される。
【背景技術】
【０００２】
多くの工学的応用において、酸素などの加圧ガスの供給または流れをモニターすることが必要とされる。これは特に医学と航空学の分野に当てはまる。医学的または航空学的な応用のために酸素システムの状態をモニターする現在の装置は、一般には２つのタイプのうちの１つによる。そのようなモニタリングシステムの第１のタイプは、不正確となりやすい空気マイクロメーターの使用に依存するものであり、耐久性も信頼性もない。そのようなシステムの第２のタイプは、空気マイクロメーターより耐久性があって正確だが、多くの応用において法外な値段であって費用効果が薄い電子的なセンサまたはスイッチを使用するものである。
【０００３】
典型的な応用（例えば、航空機気体酸素システム）は、図１に示される通りである。本明細書全体を通じて用語「酸素」は、気体を論じるのに使用されるが、本発明において空気や他のいかなる加圧ガスが用いられてもよいことは理解されるところである。同様の議論は、医療酸素システムまたは他のタイプの酸素システムにも当てはまる。図１に描かれたシステムは、２０００ｐｓｉといった高圧酸素が酸素シリンダー組立体１８に貯められ、シリンダー取付金具２１により固定される。酸素シリンダー組立体１８は、過加圧となった際に機外放出口２５に通じる高圧ホース６を含む。第１の高圧線２０は充填バルブ５に通じ、第２の高圧線２２は圧力変換器１９および圧力監視のための圧力計２へ通じるＴ字型取付具２３と結合する。低圧ホース１７は、低圧スイッチ３を経由して他のシステムに注ぐ。酸素シリンダー組立体の構成要素である調整装置は、動作出力圧を７０ｐｓｉに維持する。システムに残っている酸素量を測定するためにシリンダー内の圧力は圧力計２および圧力変換器１９の双方にモニターされる。さらに、低圧スイッチまたは他の圧力変換器３は、調整された出力をモニターし、最少調整圧力がある限り閉状態のままにする。これらの装置は連続運転状態にあり、圧力変換器１９および低圧スイッチ３は、航空機の作動中はいつでも絶え間なく電力を取る。このように、より正確で従来のシステムより電力消費の少ないシステムおよび方法を提供することは有益であろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、酸素貯留／供給システム内の圧力および／または酸素の流れを測定することにより酸素システムの状態をモニターする受動型ＲＦエネルギーハーベスティング技術の固体センサを利用する。その状態（圧力または流れ）は、整備士または操作者が情報を必要とし、固定式または可搬式の計器読取装置を用いて照会するときに読み取られて示されるにすぎない。受動エネルギー読取装置だけを用いることにより、システムは先行技術のシステムと比べて、より信頼でき、メンテナンスの必要が少なく、エネルギーを節約し、重量と費用の双方を削減できる。
【０００５】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の動作を例として示している以下の好適な態様の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】航空機内の加圧ガスシステムの先行技術を示す概略図である。
【図２】本発明のセンサの第１の実施態様を示す上方からの斜視図である。
【図３】図２の実施態様における他の上方からの斜視図である。
【図４】図２および図３の実施態様における断面図である。
【図５】図２の実施態様を用いた装置を示す上方からの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図２〜４には、図１について記載されたような航空機に応用するための新規の気体センサＲＦ装置１００の例が示される。図２〜４に示されるように、気体センサＲＦ装置１００は、標準のネジ状取付具を介して標準の制御コンポーネント内に取り付けられるように設計されるので、現在の設備を改変する必要はない。例えば、２つの気体センサＲＦ圧力検知装置が図１に示されるシステム内に取り付けられる。この酸素監視システムにおいては、両方の気体センサ装置が実際の気体圧力をセンサにて読み取るように設計される。第１の気体センサＲＦ装置は、高圧線２２（図１参照）が使用する高圧ポートに取り付けられる。第２の気体センサＲＦ装置は、図１に示されるようなＴ字型取付具２３などのいずれかの未使用低圧ポートに取り付けられてもよい。これら２つの気体センサＲＦ装置は、図１の低圧スイッチ３および高圧線２２に取って代わるであろう。
【０００８】
図２は、六角形状筐体１１０を有する気体センサ圧力読取装置１００を示すが、他の形状の構成も可能である。どのような多角形の構成でも機能するため、ここでいう用語「円筒状」は、六角形状だけでなく八角形や他の多角形を含む構成の広範囲の数を記述するのに用いてもよい。また、円筒状は円形状を含んでもよく、その場合、好ましくは外面がギザギザ状であり、または、ユーザに掴ませてセンサを回転させるためのいくつかのネジ山を含む。六角形状の利点は、標準のソケットまたはレンチで容易に取り付けられて除去できる点である。六角形状筐体１１０の側面１１２上で外向きに突き出た脚部１１４は、軸方向に配向されるとともに、そこに配置された圧力変換素子１１６を含む。脚部１１４は、好ましくは外側がネジ状であり、感知素子１１６が存在する開口先端部１１８を含む。外側の脚部１１４が圧力システムに挿通される場合、脚部１１４はシステムの内部圧力に晒され、これによりタンク／線／システム内部の圧力を測定することができる。感知素子１１６は、好ましくは、例えば環境発電ＲＦエネルギーを用いた遠隔読取装置により受動的に駆動されるプリント回路基板１２０の一部である。回路基板１２０は、脚部の内部および六角形状筐体１１０の周囲を通過する閉ループを形成するアンテナ１２２に結合される。図３および４は、アンテナ１２２と、筐体１１０内の回路基板１２０の位置を示す。筐体内部の残り部分には、アンテナと回路基板を湿気、埃、残屑から保護する封止材料１２４が充填される。図４は、六角形状筐体の内部におけるアンテナ１２２および封止材料１２４を示す。
【０００９】
図５は、酸素タンク２００上に取り付けられた２つの気体センサＲＦ装置１００を示す。この配置においては、図１でいう構成要素２，３，１９，２２，２３は除去されている。気体センサＲＦ装置１００は、好ましくは、情報を保持して携帯式または固定式のデータ受信装置などの遠隔受信装置へ送信するためにＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−６などのコーディングプロトコルを用いる。センサ読取装置は、整備士または操作者へ利用させるデータを生成するために気体センサＲＦ装置にポーリングする。センサ読取装置（不図示）は、固定式でも携帯式でもよく、操作者の命令により開始され、または、選択された時間間隔で電子的に作動される。読取装置は、好ましくは、酸素供給がアクセスできないまたはアクセス困難な領域でデータ交換を可能にする無線接続を用いてセンサ１００を遠隔で読み取る。そして、読取装置は、その値を表示し、保持し、または送信し、これにより整備士または操作者は酸素貯留システムの状況または状態を評価する。携帯式読取装置は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００−６に準拠する受動ＲＦ情報を読み取ることができる市販品を含んでもよい。これらの読取装置は、好ましくは、携帯式の装置が採用されることで一つの読取装置が複数のセンサを務め得る場合、または、固定式の読取装置への電力が供給されないであろう保守状況において、利用される。あるいは、不動位置に適すること以外は携帯式の読取装置に似た固定式の読取装置もまた用いられてもよい。エネルギーを保持または環境発電する二重の電源付きの読取装置もまた用いられてもよいが、必要なときに発電に自動で切り替えられてもよい。
【００１０】
本発明には、従来技術の気体監視システムの方法に優る多数の利点がある。重要な主たる利点は、計器における消費電力の削減および保存にある。本発明の気体センサＲＦ装置は、読取装置により電力を供給される受動素子である。その読取装置は、バッテリーまたは環境発電を用いるので、動作のためのシステム発電または送電を通常は必要としない。さらに、連携する読取装置からの電力は断続的に利用され、実際の読み取りが起こっている期間にだけ利用される。したがって、システム上の電力排出は最低限である。
【００１１】
本発明の他の利点は、標準的なブルドン管圧力計が湿気や埃に関連する問題に対して敏感であって、狭い温度範囲で効果的に作用することである。これらの圧力計は、衝撃や振動によりダメージを受けやすく、正確さや電子機器の精密さを欠く。反対に、本発明は動く部品がなく、読取がなされる期間以外は電力を取らないため、はるかに信頼できる。
【００１２】
本発明を用いることにより、整備士または技術者はシステムを起動することなしに酸素貯留システム内の残りの酸素容量の状態を正確に測定できる。直接アクセスが不要なためにアクセス容易でない位置に気体シリンダーが設けられている場合、無線の態様を用いることによって整備士は読取を実行しやすい。システムは電線やケーブルが不要であるため、電線を損傷させたり壊したりするような混乱や機会はより少なく、システムの信頼性をより高める。さらに、ソースから直接的に気圧を読み取る気体センサＲＦ装置を用いることにより、システムの本当の状態を測定するにあたって、読取を複雑にしたりまたはエラーの原因となり得る温度の影響に対する調整が不要である。センサＲＦ装置は、現在の実測値を読み取る。
【００１３】
航空機の用途で特に重要な他の利点は、システムの重量の削減である。図１に示される例を用いる場合、現行技術によるシステムの推定正味重量を、センサＲＦ装置を用いたシステムと比較する。
【００１４】
図１のシステム 重量
変換器                  １５０グラム
Ｌ．Ｐ．スイッチ        １２０グラム
ＨＰ線                  ３６グラム
バルクヘッドＴ型継手    １５８グラム
圧力計（ブルドン）      ５４グラム
合計                    ５１８グラム
センサＲＦ装置をもつ図１のシステム
センサＲＦＨＰ          ３５グラム
センサＲＦＬＰ          ３５グラム
固定式の読取装置        ２８０グラム
合計                    ３５０グラム
正味重量削減
合計                    −１６８グラム
【００１５】
本発明の試作品では、この装置により、遠隔の読取装置からのＲＦエネルギーを用いて２９００ｐｓｉまでの圧力と０．５１ｐｍと６００１ｐｍの間の流量を読み取り得ることを示す。この装置は、航空機システム、医療システム、治療システム、臨床システムに使用できる。別の態様としては、センサはハイブリッドパワーシステムであってもよく、その場合、その電源が、エネルギー供給されるＲＦ読取装置へのバックアップとして用いられる。
【００１６】
また、本発明はシステムの設置や交換／除去を簡素化する。システムへの接続がより少ないため、酸素シリンダー組立体の除去ははるかに簡単である。本発明は、抜き差しが必要な電気ケーブルをなくし、漏電の問題を引き起こし得る漏れ経路をより少なくする。さらに、本発明の他の利点は、実際の流れをモニターしている点であり、すなわち異常動作や漏れ、あるいは動作傾向を検出するために流量の直接読取を行っている点である。また、試験中のユニットへの直接接続なしに流量および圧力を直接読み取ることは、試験のセットアップを簡素化するとともに、データ収集について収集の手段による影響を低減することになる。
【００１７】
上記の説明および図は、代表的であることを意図するが限定的ではない。示された実施態様の説明に対する様々な変形例と、本発明はそのような変形例を包含することは当業者に理解されるところである。
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、本発明の動作を例として示している以下の好適な態様の詳細な説明および添付の図面から明らかになるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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