УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ О КОРРОЗИИ

Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к области анализа параметров материалов, в частности, к измерению уровня коррозии.
Уровень техники.
Известна система обнаружения коррозии стали и способ обнаружения на основе высокочастотной пассивной метки RFID (RU 2685799 C1, опубл. 12.05.2016). В этом источнике раскрыта система (100) измерения коррозии, которая включает датчик (110) коррозии, имеющий выходной сигнал датчика коррозии, зависящий от коррозии вследствие воздействия технологической текучей среды (104). Датчик (106) технологического параметра выдает выходной сигнал о технологическом параметре, зависящий от переменной характеристики текучей среды (104). Измерительная схема (120), соединенная с датчиком (110) коррозии и датчиком (106) технологического параметра, выдает выходной сигнал, зависящий от коррозии, на основе выходного сигнала датчика коррозии и выходного сигнала о технологическом параметре. Технический результат - повышение точности и информативности получаемых данных. Однако в данном источнике не раскрывается использования передатчиков LoRa или IoT, не раскрывается возможности перенастройки параметров измерений датчика.
Известно, выбранное в качестве прототипа решение согласно патенту CN 110849972 A, опубл. 28.02.2020. В этом документе раскрываются система и способ ультразвукового контроля состояния внутренней коррозии трубопровода на основе Интернета вещей. В этом источнике раскрывается ультразвуковая система и способ контроля коррозионных условий внутри трубопровода на основе Интернета вещей. Система содержит блок питания и хранения солнечной энергии, стойку для установки на открытом воздухе и коробочную часть беспроводной рабочей станции, в которой узел хоста для ультразвукового измерения толщины и множество точек мониторинга беспроводным образом образуют часть Интернета вещей, в которой источник солнечной энергии и запоминающая часть содержит солнечную панель из поликристаллического кремния, контроллер солнечной панели, свинцово-кислотную батарею и модуль постоянного тока; стойка для стояния на открытом воздухе и корпус коробки беспроводной рабочей станции содержат корпус коробки для беспроводной рабочей станции, кронштейн обруча корпуса коробки, обруч из нержавеющей стали и кронштейн стойки корпуса; узел главной машины для ультразвукового измерения толщины содержит герметичный корпус главной платы для измерения толщины, многоканальную передающую и приемную коммутационную панель, главную плату для ультразвукового измерения толщины, ультразвуковой зонд, зажим зонда и модуль беспроводной связи; часть Интернета вещей, образованная множеством точек мониторинга, содержит шлюз беспроводной связи. Таким образом, изобретение реализует мониторинг коррозии в реальном времени и обеспечивает оценку износа трубопровода и оценку срока службы. Однако в данном решении не раскрывается, что может осуществляться настройка измерения коррозии по заданному расписанию, что расписание может настраиваться.
Раскрытие полезной модели.
В одном аспекте полезной модели раскрыто устройство для передачи данных о коррозии, содержащее:
- корпус;
- блок приема, выполненный с возможностью приема данных от внешнего датчика;
- блок обработки, выполненный с возможностью получения данных от блока приема, определения уровня коррозии на основании этих данных, командования блоку передачи передать данные об уровне коррозии;
- блок передачи, выполненный с возможностью передачи данных об уровне коррозии внешним устройствам;
- блок питания, выполненный с возможностью передачи электрической энергии на блок приема, блок обработки и блок передачи;
причем
блок приема, блок обработки, блок передачи, блок питания установлены в корпусе и связаны непосредственно или опосредовано посредством линий связи;
блок передачи выполнен с возможностью передачи данных в соответствии с по меньшей мере одним из стандарта связи NB IoT или протокола LoRa,
блок обработки выполнен с возможностью задавать расписание получения данных от блока приема и передачи данных с помощью блока передачи.
В дополнительных аспектах полезной модели раскрыто, что котором расписание получения данных от блока приема и расписание передачи данных с помощью блока передачи отличаются друг от друга, причем блок обработки чаще получает данные от блока приема, чем передает через блок передачи; блок обработки выполнен с возможностью командовать блоку передачи передавать данные по мере накопления заранее заданного объема данных об уровне коррозии; блок обработки выполнен с возможностью задавать расписание получения данных от блока приема в зависимости от скорости коррозии; блок обработки выполнен с возможностью принимать команды для задания расписания от по меньшей мере одного из органов управления, расположенных на корпусе, или подключаемого внешнего устройства; корпус является герметичным; блок приема выполнен с возможностью принимать данные от внешнего датчика в цифровой форме; блок приема выполнен с возможностью принимать данные от внешнего датчика в аналоговой форме, устройство для передачи данных о коррозии дополнительно содержит АЦП для оцифровки и дальнейшей обработки данных в блоке обработки; блок обработки выполнен с возможностью приема от внешнего устройства управляющих сигналов, определяющих расписание получения данных от блока приема и передачи данных с помощью блока передачи.
Основной задачей, решаемой заявленной полезной моделью, является создание автономного устройства для измерения параметров коррозии и передачи этих данных внешним системам контроля.
Сущность полезной модели заключается в том, что разработано автономное устройство, которое согласно заданным настройкам принимает сигналы от датчика коррозии, обрабатывает их, определяет параметры коррозии и беспроводным образом передает данные о коррозии внешней системе.
Технический результат, достигаемый решением, заключается в расширение арсенала технических средств, расширении функциональных возможностей, увеличении времени автономной работы устройства.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 схематично показывает внешний вид устройства.
Фиг. 2 показывает блок-схему устройства.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель представляет собой конструктивно единое размещенное в корпусе устройство, состоящее из преобразователя сигнала, получаемого от электрода коррозии; микропроцессорного устройства, содержащего программу для обработки сигнала от преобразователя сигнала и для отправки измеренного значения беспроводному передатчику; беспроводного передатчика; источника питания. Функциональное назначение предложенного устройства - передача сигналов о коррозии контролируемого объекта.
На фиг. 1 показаны виды устройства спереди, слева, справа, сверху без крышки и аксонометрический вид.
На фиг. 1 показана антенна 1, связанная с электронными блоками заявленного устройства с помощью разъема антенны 2, электронные блоки устройства также связаны с датчиком коррозии (не показан на фиг. 1), через гермоввод 3 проводов датчика, корпус 4 содержит все электронные блоки, к нему прикреплена антенна 1 и гермоввод 3.
На фиг. 2 показана блок-схема варианта осуществления заявленного устройства. Функционально устройство состоит из блока 201 приема сигнала от датчика коррозии; блока 202 обработки, выполненного с возможностью получать данные из блока 201 приема, обрабатывать их, на основании обработки определять уровень коррозии контролируемого объекта; блока 203 питания, выполненного с возможностью подавать питание на блок 202 обработки блок 201 приема сигнала, блок 204 передачи; блока 204 передачи, выполненного с возможностью беспроводным образом передавать данные об определенном уровне коррозии к внешним системам сбора информации.
Упомянутые блоки расположены в едином корпусе, связаны друг с другом линиями связи. Блок 203 питания связан с другими блоками линиями связи, передающими по меньшей мере электроэнергию. Блок 201 приема, блок 202 обработки, блок 204 передачи связаны друг с другом линиями связи, передающими информационные сигналы. Линии связи могут передавать как аналоговый, так и цифровой сигнал. Блок 201 приема связан с блоком 204 передачи опосредовано (через блок 202 обработки), блок 202 обработки связан с другими блоками непосредственно.
Функциональные блоки не всегда являются физическими блоками. Интегральная схема с микропроцессором и АЦП, реализующая в основном функциональность блока 202 обработки, может частично или полностью реализовывать функциональность блока 201 приема. Если в эту интегральную схему встроен передатчик сигнала, то она выполняет функциональность блока 204 передачи.
Работа предложенного устройства.
Заявленное устройство для измерения и передачи данных о коррозии работает следующим образом: блок 201 приема снимает сигналы от электродов внешнего сенсора коррозии, при необходимости преобразует их в цифровой вид, и передает на блок 202 обработки, который обрабатывает их, вычисляя уровень коррозии объекта, в котором установлен датчик коррозии, затем блок 202 обработки передает данные об уровне коррозии на блок 204 передачи и командует ему осуществить беспроводную передачу данных о коррозии на внешнюю систему сбора информации.
Работа заявленного устройства обеспечивается благодаря наличию блока 203 питания, который подает электрический ток на блок 201 приема, блок 202 обработки, блок 204 передачи. Блок питания представляет собой по меньшей мере одно из батареи или аккумулятора.
Блок 202 обработки управляет приемом сигналов от блока 201 приема согласно предварительно заданному расписанию, причем это расписание может задаваться оператором, с использованием внешних средств настройки, подключаемых к блоку 202 обработки через выделенный для этого разъем. В частности, настройка может осуществляться посредством подключения ноутбука, компьютера, телефона или иного подходящего средства к заявленному устройству через USB-разъем. Такая настройка может обеспечить оптимальную по энергопотреблению работу заявленного устройства, что обеспечивается оптимальной частотой включения для получения и отправки данных о коррозии.
В одном из вариантов осуществления блок 202 обработки полностью управляет процессом измерения коррозии: включает и выключает питание на блоке 201 приема, в случае аналогового датчика регулирует напряжение, подаваемое на электроды датчика, и вычисляет параметры коррозии по принимаемому напряжению и измеренному току через жидкость в трубе, в которой установлен датчик, в случае поступления цифрового сигнала по протоколу RS485 инициирует команду запроса данных и принимает ответ через блок 201 приема.
Для сохранения энергии блока 203 питания в одном варианте осуществления блок 202 обработки принимает данные от блока 201 приема согласно одному расписанию, сохраняет эти данные в памяти, а инициирует передачу данных об уровне коррозии объекта согласно другому расписанию или по мере накопления заранее определенного объема данных в памяти. В другом варианте расписание приема и передачи данных совпадает.
Вариант осуществления полезной модели
В одном из вариантов осуществления блок 201 приема реализован на базе по меньшей мере одного из цифрового приемника, получающего сигналы, например, по протоколу стандарта связи RS485, или аналогового приемника с АЦП (аналого-цифровым преобразователем), который принимает аналоговые сигналы от датчика, оцифровывает их и передает на блок 202 обработки.
Блок 202 обработки реализован на базе по меньшей мере одного из микропроцессора, процессора, микроконтроллера, контроллера, специализированной интегральной схемы. Блок 201 приема функционально связан с блоком 202 обработки посредством линии связи, в частности, шины данных.
В одном варианте осуществления в устройстве используется блок 204 передачи реализованный в виде NB IoT модема, который работает в выделенном диапазоне частот, например, В3, В7 или В20, мощность его выходного сигнала составляет около 23 дБм. В другом варианте используется LoRa модем с диапазоном частот 850-930 МГц и мощностью выходного сигнала - около 25 мВт. Блок 204 передачи функционально связан с блоком 202 обработки посредством линии связи, в частности, шины данных.
Стандарт связи NB IoT (Narrow Band Internet of Things) известен специалистам в данной области техники, реализация блока 204 передачи на основе этого стандарта является задачей, решаемой стандартными средствами, известными специалистам в данной области техники.
Протокол LoRa (Long Range), используемый в сетях LPWAN, также хорошо известен специалистам в данной области техники, реализация блока 204 передачи с использованием этого протокола является задачей, решаемой стандартными средствами, известными специалистам в данной области техники.
В одном варианте осуществления в качестве блока 203 питания используются две батареи типа ER26500M, обеспечивающие напряжение питания 3,6 В. Блок 203 питания функционально связан с блоком 201 приема, блоком 202 обработки, блоком 204 передачи посредством линий передачи электрической энергии.
Все устройство размещено в пластиковом корпусе размерами 160×80×56 мм, который имеет степень защиты IP64, разъемы для подключения представляют собой клеммные колодки. Герметичный корпус, герметичный ввод для линии передачи сигнала от датчика коррозии, герметичный вывод для линии передачи сигнала к антенне обеспечивают надежную работу заявленного устройства на открытом воздухе.
В одном варианте осуществления блок 202 обработки выполнен с возможностью задавать параметры получения данных от блока 201 приема и параметры передачи данных с помощью блока 204 передачи. В частности, блок 202 обработки выполнен с возможностью задавать расписание получения и передачи данных. На корпусе устройства для этих целей могут быть предусмотрены органы управления либо входной разъем (например, микро USB) для подключения внешнего устройства, которое настраивает соответствующим образом работу блока 202 обработки.
В одном варианте осуществления блок 202 обработки выполнен с возможностью задавать время получения данных в зависимости от скорости коррозии. Если на основании предыдущих данных о коррозии было определено, что скорость коррозии ниже предварительно заданного порога, то частота опроса датчика коррозии уменьшается, если в ходе измерений определяется, что скорость коррозии превышает предварительно заданный порог, то частота опроса датчика увеличивается, что позволяет тратить меньше энергии блока 203 питания и увеличивает время работы заявленного устройства до смены блока 203 питания.
Варианты осуществления не ограничиваются описанными здесь вариантами осуществления, специалисту в области техники на основе информации, изложенной в описании, и знаний уровня техники станут очевидны и другие варианты осуществления полезной модели, не выходящие за пределы сущности и объема данной полезной модели.
Под блоком в данной заявке понимается функциональный элемент, реализованный стандартными, известными для специалиста в данной области техники средствами. Блок, осуществляющий функциональное назначение, связанное с механическими действиями, представляет собой механический блок, реализованный на основе приводов, шестерен, передач, валов и т.п., блок, осуществляющий функциональное назначение, связанное с обработкой электрического сигнала, представляет собой электронный блок, реализованный на основе микросхем, радиоэлектронных компонентов и т.п.
Под функциональной связью элементов следует понимать связь, обеспечивающую корректное взаимодействие этих элементов друг с другом и реализацию той или иной функциональности элементов. Частными примерами функциональной связи может быть связь с возможностью обмена информацией, связь с возможностью передачи электрического тока, связь с возможностью передачи механического движения, связь с возможностью передачи света, звука, электромагнитных или механических колебаний и т.д. Конкретный вид функциональной связи определяется характером взаимодействия упомянутых элементов, и, если не указано иное, обеспечивается широко известными средствами, используя широко известные в технике принципы.
Упомянутые линии связи, если не указано иное, являются стандартными, известными специалистам линиями связи, материальная реализация которых не требует творческих усилий. Линией связи может быть провод, набор проводов, шина, беспроводная линия связи (радиочастотная, инфракрасная, ультразвуковая и т.д.). Протоколы связи по линиям связи известны специалистам и не упоминаются отдельно.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключают множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Элементы предложенного устройства находятся в общем корпусе, связаны друг с другом конструктивно и функционально посредством монтажных (сборочных) операций.
В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блоков на чертежах, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность полезной модели не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления полезной модели могут быть использованы любые программные и аппаратные средства известные в уровне техники. Так аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютер либо комбинации вышеозначенного.
Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что, когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных.
Несмотря на то, что примерные варианты осуществления были подробно описаны и показаны на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такие варианты осуществления являются лишь иллюстративными и не предназначены ограничивать более широкую полезная модель, и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показанными и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Элементы устройства могут быть выполнены из любого подходящего материала, например, - не с целью ограничения, - из железа, алюминия, меди, нержавеющей стали, титана, углеродных волоконных композитных материалов, пластика и т.п. Эти составные части могут быть изготовлены с использованием способов, известных обычным специалистам в данной области, включая, лишь в качестве примера, механическую обработку на станках и литье по выплавляемой модели.