УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ФЕРМЕНТАЦИЕЙ НАТУРАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
DEVICE FOR CONTROLLING FERMENTATION OF NATURAL MATERIAL

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для управления ферментацией натурального материала.
Уровень техники
Более 20 натуральных продуктов (таких как сено, солома, зерновые культуры, хлопчатобумажные ткани и изделия, рыбий жир и торф) предрасположены к самопроизвольному воспламенению или самовозгоранию, происходящему в результате химического процесса, который возникает при нагревании и воспламенении отсыревшего материала.
Наиболее распространенный способ предотвращения самопроизвольного воспламенения заключается в удалении влаги из материала в ходе его естественной сушки. Однако такой способ зачастую является проблематичным, поскольку процесс сушки сильно зависит от погодных условий, если материал оставляют на улице. Некоторые материалы, такие как сено или солома, для полного высыхания требуют нескольких дней, при этом необходимый для этого промежуток времени часто прерывается дождливыми погодными условиями.
Другой способ предотвращения состоит в том, чтобы использовать для удаления влаги электрические сушилки, обеспечивающие циркуляцию нагретого воздуха для испарения влаги. Однако данное электрическое решение не применимо ко всем продуктам (например, к торфу) и является довольно затратным, поскольку оно требует установки специализированной инфраструктуры для данного процесса.
Ферментация, которая вызывает самопроизвольное самовоспламенение, может быть уменьшена или даже предотвращена за счет применения химических веществ. Такие решения носят массовый характер, так как подобные вещества распространяют по всему материалу, независимо от распределения влаги в материале.
При этом для считывания значений температуры и влажности существуют только ручные зонды. Такие зонды не обеспечивают непрерывный контроль во времени и не оказывают какой-либо положительный эффект на процесс ферментации.
Следовательно, существует потребность в более усовершенствованном решении для управления ферментацией натурального материала.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение направлено на то, чтобы предложить улучшенное устройство для управления ферментацией натурального материала.
Согласно одному из аспектов в настоящем изобретении предложено устройство, признаки которого изложены в пункте 1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение позволяет активно управлять процессом ферментации натурального материала, причем может быть обеспечено по меньшей мере одно из следующих преимуществ: могут быть сохранены требуемые свойства и качество натурального материала и/или может быть предотвращено самопроизвольное воспламенение натурального материала.
Краткое описание чертежей
Ниже, исключительно в качестве примера, приведено описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых, в частности, на фиг. 1 и 2 проиллюстрированы примерные варианты осуществления предлагаемого устройства.
Осуществление изобретения
Раскрытые ниже варианты осуществления являются лишь примерами. Хотя в описании в нескольких местах может быть приведена ссылка на некоторый вариант осуществления, это не означает обязательно, что каждая такая ссылка относится к одному и тому же варианту (или вариантам) осуществления, или что признак применим только в отношении единственного варианта осуществления. Отдельные признаки различных вариантов осуществления могут также быть объединены друг с другом для получения других вариантов осуществления настоящего изобретения. Кроме того, слова «содержащий» и «включающий в себя» следует понимать в том смысле, что они не ограничивают раскрытые варианты осуществления наличием только тех признаков, которые были упомянуты, причем такие варианты осуществления могут также иметь признаки/структуры, которые не были точно перечислены.
На фиг. 1 показано устройство 100 для управления ферментацией натурального материала, а на фиг. 2 проиллюстрирована работа устройства 100: работа устройства начинается на этапе 200 и завершается на этапе 210.
Устройство 100 содержит один или более датчиков 102, выполненных с возможностью измерения 202 по меньшей мере одного свойства натурального материала 150.
В одном из примерных вариантов осуществления, натуральный материал 150 представляет собой по меньшей мере один из следующих материалов: сельскохозяйственный продукт, сено, солому, зерно, тюк сена, хлопок, торф.
В одном из примерных вариантов осуществления, указанное по меньшей мере одно свойство представляет собой по меньшей мере одно из следующих свойств: температуру натурального материала 150, влажность натурального материала 150, показатель рН натурального материала 150.
В одном из примерных вариантов осуществления, датчик 102 представляет собой измерительный преобразователь, обеспечивающий обнаружение энергии одного вида (например, температуры) и преобразование ее в другой вид (например, напряжение электрического сигнала). Если датчик 102 измеряет 202 свойство натурального материала 150, то он создает значение 130, отражающее величину данного свойства.
Устройство 100 также содержит контейнер 104, выполненный с возможностью вмещения химического реактивного вещества 106, уменьшающего или ограничивающего процесс ферментации натурального материала 150.
В одном из примерных вариантов осуществления, контейнер 104 представляет собой резервуар для химического реактивного вещества 106 в виде текучей среды.
В одном из примерных вариантов осуществления, химическое реактивное вещество 106 представляет собой по меньшей мере одно из следующих веществ: карбонат калия, карбонат натрия, пропионовую кислоту, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, диацетат натрия, безводный аммиак, соль сернистой кислоты, сорбат калия. Кроме того, возможно также применение других химических реактивных веществ, уменьшающих или ограничивающих процесс ферментации натурального материала 150.
Устройство 100 также содержит клапан 108, соединенный с контейнером 104. С помощью клапана 108, можно регулировать поток химического реактивного вещества (в виде текучей среды, то есть газа, жидкости, псевдоожиженного материала или суспензии) и направлять его путем открытия/закрытия различных выходных каналов контейнера 104.
В одном из примерных вариантов осуществления, контейнер 104 находится под давлением, причем открытие клапана 108 вызывает проникновение химического реактивного вещества в натуральный материал 150 под действием давления.
В одном из примерных вариантов осуществления, контейнер 104 расположен над клапаном 108, причем открытие клапана 108 вызывает проникновение химического реактивного агента 106 в натуральный материал 150 под действием силы тяжести.
В одном из примерных вариантов осуществления, клапан 108 соединен с насосом, причем открытие клапана 108 вызывает проникновение химического реактивного вещества 106 в натуральный материал 150 за счет откачивающего действия насоса.
В одном из примерных вариантов осуществления, клапан 108 соединен с соплом, посредством которого можно управлять направлением или характеристиками потока текучей среды: для увеличения скорости потока, или рассеивания текучей среды и обеспечения, например, ее более равномерного распределения.
Устройство 100 также содержит контроллер 110, соединенный с возможностью связи с одним или более датчиками 102, функционально соединенный с клапаном 108 и выполненный с возможностью обработки 204 измеренного по меньшей мере одного свойства 130 натурального материала 150, причем, если результат обработки удовлетворяет 206 («Да») предварительно заданному условию, то он управляет 132, 208 клапаном 108 для его открытия так, чтобы обеспечить выпуск химического реактивного вещества 106 в натуральный материал 150 для ограничения процесса ферментации натурального материала 150.
В одном из примерных вариантов осуществления, при конкретных условиях, заданных типом натурального материала 150 и его поведением во времени, осуществляют запуск клапана 108 контейнера 104. Такое предварительно заданное условие может относиться к одному или более измеренным свойствам: например, температуре и/или влажности, и/или показателю рН (кислотность/щелочность).
Таким образом, устройство 100 осуществляет активное управление процессом ферментации натурального материала 150, в результате чего удается сохранить требуемые свойства и качество натурального материала 150, и/или предотвратить самопроизвольное воспламенение натурального материала 150. Соответственно, устройство 100 удовлетворяет потребность в контроле изменений свойств натуральных продуктов 150 с течением времени для получения данных о развитии и эволюции возможного процесса ферментации, а также в активном управлении этим процессом ферментации для предотвращения риска самопроизвольного воспламенения. Кроме того, управление процессом ферментации натурального материала 150 обеспечит сохранение его свойств и качества. Фактически, для любых натуральных материалов 150, подверженных сильной ферментации, будет наблюдаться снижение их значения.
Если результат обработки не будет удовлетворять 206 («Нет») предварительно заданному условию, то работа 202 устройства запускается повторно.
В одном из примерных вариантов осуществления, клапан 108 может быть закрыт после введения лишь части хранящегося химического реактивного вещества 106, после чего работа 202 устройства может быть запущена повторно.
Решение об обеспечении открытия контейнера 104 может быть принято либо на уровне устройства 100, либо на уровне системы (=устройства 100, взаимодействующего с внешним объектом 160).
В одном из вариантов осуществления, контроллер 110 выполнен так, что результат обработки удовлетворяет предварительно заданному условию (на этапах 204 и 206 «Да»), если контроллер 110 в автономном режиме обнаруживает, что указанное по меньшей мере одно свойство соответствует предварительно заданному пороговому значению. Под «автономным режимом» понимают, что контроллер 110 независимо выполняет проверку на этапе 206.
В альтернативном примерном варианте осуществления, устройство 100 дополнительно содержит приемопередающую радиостанцию 112, при этом контроллер 110 выполнен так, что результат обработки удовлетворяет предварительно заданному условию («Да» на этапах 204 и 206), если, в ответ на передачу 212 измеренного по меньшей мере одного свойства посредством приемопередающей радиостанции 112 во внешний объект 160, из внешнего объекта 160 посредством приемопередающей радиостанции 112 происходит прием индикатора 134 о том, что предварительно заданное условие удовлетворено.
В одном из примерных вариантов осуществления, контроллер 110 представляет собой простой пороговый детектор, реализованный с помощью подходящих электронных средств, выполненных с возможностью обнаружения того, удовлетворяет ли по меньшей мере одно измеренное свойство предварительно заданному условию (за счет достижения, например, предварительно заданного порогового значения).
В альтернативном примерном варианте осуществления, контроллер 110 представляет собой процессор, то есть, устройство, способное обрабатывать данные.
Неисчерпывающий список технологий реализации процессора 110 включает в себя, помимо прочего: логические компоненты, стандартные интегральные схемы, специализированные интегральные схемы (ASIC, от англ. Application-Specific Integrated Circuits), однокристальную систему (SoC, от англ. System-On-A-Chip), стандартные продукты специализированного применения (ASSP, от англ. Application-Specific Standard Products), микропроцессоры, микроконтроллеры, процессоры обработки цифровых сигналов, специализированные компьютерные микросхемы, программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA, от англ. Field-Programmable Gate Arrays), и другие подходящие электронные структуры.
В одном из примерных вариантов осуществления, процессор 110 может быть реализован в виде микропроцессора, выполняющего функции центрального процессора (ЦП) на интегральной схеме. ЦП представляет собой логическую машину, исполняющую компьютерный программный код, реализующий функциональные возможности 204, 206, 208. Компьютерный программный код может быть закодирован в виде компьютерной программы с использованием языка программирования, который может представлять собой язык программирования высокого уровня, такой как С или Java, или язык программирования низкого уровня, такой как язык машинных кодов, или ассемблер. ЦП может содержать набор регистров, арифметико-логическое устройство (АЛУ) и блок управления (БУ). Блок управления управляется последовательностью компьютерного программного кода, переданного в ЦП из (рабочей) памяти. Блок управления может содержать заданное количество микроинструкций для базовых операций. Реализация микроинструкций может меняться, в зависимости от конструкции ЦП. Микропроцессор 110 может иметь операционную систему (выделенную операционную систему встроенной системы, операционную систему, работающую в реальном масштабе времени, или даже операционную систему общего назначения), которая может предоставлять компьютерный программный код системным службам.
В одном из примерных вариантов осуществления, функциональные возможности процессора 110 могут быть созданы с помощью подходящего языка описания аппаратных средств (такого как Verilog или VHDL) и преобразованы в таблицу на уровне логических вентилей (описывающую стандартные ячейки и электрические соединения между ними), причем после дополнительных фаз микросхема, реализующая процессор, память и код процессора 110, может быть изготовлена с помощью фотомасок, описывающих электрическую схему.
В одном из примерных вариантов осуществления, процессор 110 реализован в виде микроконтроллера, который представляет собой встроенный компьютер на однокристальной интегральной схеме, содержащей ядро процессора, память и программируемые периферийные устройства ввода/выводы (например, для управления клапаном 108). В одном из примерных вариантов осуществления, такой микроконтроллер 110 может также содержать встроенную приемопередающую радиостанцию 112.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 100 дополнительно содержит радиопередатчик 112, а контроллер 110 выполнен с возможностью передачи данных 136 во внешний объект 160, причем данные 136 включают в себя один или более из следующего: измеренное по меньшей мере одно свойство, информацию о работе устройства 100, предупреждение, относящееся к аварийное ситуации.
В одном из примерных вариантов осуществления, радиопередатчик/ приемопередающая радиостанция 112 использует низкие частоты диапазона, отведенного для промышленных, научных и медицинских целей (например, помимо прочего, 13,56 МГц, 26-28 МГц, 430-435 МГц, 860-930 МГц, 2,45 ГГц или 5,8 ГГц) для более качественного проникновения радиочастот внутрь отсыревшего материала. Антенна модуля 112 радиосвязи может быть выполнена так, чтобы соответствовать цепи радиосвязи и испускать лучи в возможной отсыревшей окружающей среде.
В одном из примерных вариантов осуществления, приемопередающая радиостанция 112 реализована в виде сотовой приемопередающей радиостанции и/или не сотовой приемопередающей радиостанции. В одном из примерных вариантов осуществления, сотовая приемопередающая радиостанция 112 может быть функционально совместимой с различными беспроводными стандартными/ нестандартными/специализированными сотовыми сетями радиосвязи, такими как любая сеть мобильной связи, которая может быть соединена с проводной сетью, например, Интернет.
rd
В одном из примерных вариантов осуществления, беспроводная сеть связи представляет собой любую сеть мобильной связи, независимо от поколения (например, 2-го поколения (2G), 3-го поколения (3G), 4-го поколения (4G), поколения «Beyond 4G», 5-го поколения (5G) и т.д.), например, глобальную систему мобильной связи (GSM, от англ. Global System for Mobile communications), общую службу пакетной радиопередачи (GPRS, от англ. General Packet Radio Service), усовершенствованную общую службу пакетной радиопередачи (EGPRS, от англ. Enhanced GPRS), широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов (WCDMA, от англ. Wideband Code Division Multiple Access), универсальную систему мобильной связи (UMTS, от англ. Universal Mobile Telephone System), проект партнерства третьего поколения (3GPP, от англ. The 3 Generation Partnership Project), международные мобильные телекоммуникации (IMT, от англ. International Mobile Telecommunications), стандарт «Долгосрочное развитие сетей связи» (LTE, от англ. Long Term Evolution; LTE-A (усовершенствованная технология LTE)), технологию широкополосного доступа в микроволновом диапазоне (WiMAX, от англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) для мобильных устройств и другие радиосистемы (в их существующих формах и/или в их усовершенствованных версиях).
В одном из примерных вариантов осуществления, сеть связи поддерживает применение модуля идентификации абонента (SIM, от англ. Subscriber Identity Module), который может представлять собой интегральную схему, в которой хранятся данные абонента, представляющие собой информацию, характерную для конкретной сети и используемую для аутентификации и идентификации абонента в сотовой сети. Модуль идентификации абонента может быть встроен в съемную SIM-карту. Следовательно, устройство 100 может содержать SIM-карту (и считыватель SIM-карт). Альтернативно, устройство 100 может содержать виртуальную или программную SIM-карту.
В одном из примерных вариантов осуществления, беспроводная сеть связи содержит беспроводную локальную сеть (WLAN, от англ. Wireless Local Area Network), беспроводную точку доступа, или точку доступа, причем все они могут обеспечить доступ в Интернет для устройства 100 за счет применения роутера, подключенного к линии к поставщику услуг Интернет.
В одном из примерных вариантов осуществления, не сотовая приемопередающая радиостанция 112 может использовать беспроводную технологию ближнего действия, стандарт Bluetooth, стандарт Bluetooth с низким электропотреблением, стандарт беспроводной локальной сети (WLAN), стандарт Wi-Fi (или WiFi), стандарт IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) 802.11 или его усовершенствованную версию (IEEE 802.11ас и т.д.), например, специализированную технологию радиосвязи ближнего действия.
Ячейки обеспечивают дальность действия радиосвязи на широкой географической территории, тем самым, обеспечивая ситуацию, когда физическое расстояние между устройством 100 и внешним устройством 160 может быть достаточно небольшим, то есть, устройство 100 может быть расположено в той же самой ячейке, что и внешний объект 160, или довольно существенным, то есть устройство 100 не расположено в той же самой ячейке, что и внешний объект 160. На практике, расстояние между устройством 100 и внешним объектом 160 может состоять от нескольких метров до тысяч километров. Однако типовое расстояние может варьироваться от десятков метров до километров или нескольких сотен километров. Представим следующий сценарий, например: устройства 100 находятся внутри тюков сена в амбаре, а внешний объект 160 находится в офисе фермера 168.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 100 дополнительно содержит память 114, а контроллер 110 дополнительно выполнен с возможностью сохранения данных 138 в памяти 114.
Понятие «память» 114 относится к устройству, которое способно хранить данные во время работы (=рабочая память) или постоянно (=энергонезависимая память). Рабочая память и энергонезависимая память могут быть реализованы в виде оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (ДЗУПВ), статического запоминающего устройства с произвольной выборкой (СЗУПВ), флэш-памяти, полупроводникового накопителя (ППН), программируемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ), подходящего полупроводника, или любого другого средства реализации электрической памяти компьютера.
В одном из примерных вариантов осуществления, внешний объект 160 может содержать единственный объект или множество сообщающихся объектов. В одном из примерных вариантов осуществления, внешний объект 160 содержит внешний считыватель, базовую станцию или, в более общем смысле, узел 162 сети для передачи данных наблюдения. Узел 162 может передавать данные либо напрямую в устройство 166 конечного пользователя, либо через сервер 164. Альтернативно, внешний объект 160 может содержать только сервер 164 и/или устройство 166 пользователя. Роль узла 162 и/или сервера 164 заключается в том, чтобы управлять множеством устройств 100, функционирующих на местах.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 166 пользователя может содержать устройство связи конечного пользователя 168. Неисчерпывающий список типов устройств 166 связи включает в себя следующие устройства: умные часы, мобильный телефон, смартфон, планшетный компьютер, смартфон с очень большим экраном, мобильное вычислительное устройство общего назначения, компьютер, портативный компьютер. В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 166 связи представляет собой готовое к использованию вычислительное устройство общего назначения, а не специально разработанное проприетарное оборудование, в результате чего затраты на исследовательские работы и разработку будут ниже, поскольку разработать, реализовать и протестировать необходимо только специализированное программное обеспечение (а не аппаратные средства). Устройство 166 связи может использовать подходящую операционную систему, такую как, например, iOS, Android или Windows Phone. В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 166 пользователя выполняет специфичное программное приложение, которое используется для управления устройством 100.
В одном из примерных вариантов осуществления, серверное устройство 164 реализует веб-сервис пользователя, обеспечивающий услуги пользователю 168 (например, за счет приема информации из устройства 100 и предоставления информации в устройство 166 пользователя).
В одном из примерных вариантов осуществления, серверное устройство 164 может быть реализовано посредством подходящего вычислительного ресурса или комбинации различных вычислительных ресурсов. В одном из примерных вариантов осуществления, вычислительный ресурс 164 может быть реализован в виде единственного серверного компьютера или кластера компьютеров. Сервер является частью вычислительной модели клиент/сервер, выполняющей функцию распределенной прикладной системы, которая разделяет задачи или направления деятельности между поставщиком ресурса или услуги, называемым «сервер», и инициатором услуги, называемым «клиент». Сервер 164 может обслуживать несколько устройств 100 и устройств 166 пользователя. Серверный компьютер 164 может представлять собой хост-компьютер, выполняющий одну или более программ сервера, которые делятся своими ресурсами с клиентами 100, 166. Клиент 100, 166 может запросить функции или контент службы из сервера 164. Кроме того, клиент 100, 166 может начать сеанс связи с сервером 164, ожидающим входящие запросы.
В одном из примерных вариантов осуществления, серверное устройство 164 может также функционировать в соответствии с моделью облачных вычислений, по меньшей мере частично. Очевидно, что помимо этих примерных вариантов осуществления серверного устройства 164, для реализации аппаратного и программного обеспечения возможно применение других подходящих вычислительных архитектур. Следовательно, помимо функционирования в соответствии с клиентской/серверной архитектурой, также может быть использована технология оперативной доставки информации (технология «push»). Согласно технологии оперативной доставки информации, запрос на транзакцию инициируется серверным устройством 164, причем в соответствии с технологией оперативной доставки информации запрос информации инициируется клиентом 100, 166.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 100 выполнено с возможностью вставки в натуральный материал 150 так, что устройство 100 дополнительно содержит автономный источник 118 энергии, предназначенный для подачи электрической энергии в устройство 100, и водонепроницаемый кожух 116, вмещающий в себя устройство 100.
В одном из примерных вариантов осуществления, кожух 116 изготовлен из синтетической пластмассы. Данный материал представляет собой, помимо прочего, акрилонитрилбутадиенстирол (АБС-сополимер), полиэтилентерефталат (ПЭТ), полиуретан, поликарбонат, полиимид, который не предрасположен к окислению при контакте с отсыревшим материалом. Кожух 100 является водонепроницаемым. Кожух 116 может также быть пыленепроницаемым и удароустойчивым. Кожух 116 может иметь любую подходящую форму. Кожух 116 может быть изготовлен из флуоресцентного или хорошо заметного материала для возможности его распознавания.
В одном из примерных вариантов осуществления, автономный или независимый источник 118 энергии может представлять собой аккумуляторную батарею, преобразующую сохраненную химическую энергию в электрическую энергию. Аккумуляторная батарея 118 может быть перезаряжаемой. В одном из вариантов осуществления, устройство 100 может содержать интерфейс электропитания для приема электрической энергии и зарядки батареи 118. Интерфейс электропитания может обеспечить подключение устройства 100 к сетевому электричеству, к зарядному соединителю в транспортном средстве, или к какому-либо другому источнику энергии, позволяющему зарядить батарею 118. В дополнение или вместо батареи 118, устройство 100 может содержать другой переносной источник энергии, например, фотоэлемент, преобразующий энергию света непосредственно в электричество посредством фотоэлектрического эффекта, или топливный элемент, преобразующий химическую энергию топлива в электричество посредством химической реакции с кислородом или другим окисляющим веществом.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 100 может работать в энергосберегающем режиме для включения/выключения датчиков во время/после истечения периода измерения.
В одном из примерных вариантов осуществления, каждому устройству 100 присвоен уникальный идентификатор, который также может быть использован во время связи 134, 136 с внешним объектом 160. Таким образом, посредством внешнего объекта 160 можно легко управлять множеством устройств 100.
В одном из примерных вариантов осуществления, устройство 100 представляет собой зонд, который вставляется внутрь натурального материала 150 во время сбора или хранения.
Специалисту в данной области техники следует понимать, что, с усовершенствованием технологий, концепция настоящего изобретения может быть реализована различными способами. Настоящее изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются примерными вариантами осуществления, раскрытыми выше, а могут быть изменены без выхода за пределы объема защиты, заданного формулой изобретения.