Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa



Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa
Модуль для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну pifa

 


Владельцы патента RU 2613001:

НТН-СНР РУЛЬМАН (FR)

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам отслеживания и передачи информации о состоянии объекта контроля. Устройство содержит модуль отслеживания амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, антенну PIFA, которая расположена в металлической полости, обращенной наружу и закрытой защитной крышкой из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны. Антенна PIFA содержит излучающий элемент, содержащийся в подложке, содержащей несколько слоев разных материалов. Антенна содержит плоскость заземления, которая сложена вокруг излучающего элемента. Излучающий элемент подключен к разным участкам плоскости заземления конденсаторами. Антенна также содержит линию питания, проходящую от центральной жилы соединителя через круглую полость плоскости заземления. Защитная крышка выполнена из радиопрозрачного материала - из полиэтилена высокой плотности или полиэтилена низкой плотности. Технический результат – повышение механической прочности и надежности конструкции 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к модулю для отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащему антенну PIFA, а также к способу для оптимизации модуля отслеживания.

Контактная направляющая деталь в контексте этой заявки означает любую направляющую деталь, действующую по принципу скольжения или качения для вращательного или линейного направления. Это, в частности, подразумевает подшипники плавного вращения или качения и, в частности, подшипники, заключенные в корпуса подшипников. Это также подразумевает линейные направляющие устройства, в частности, типа, содержащего пластину, вращающуюся на линейной дорожке посредством скольжения пластины, снабженной роликами, катящимися на линейной дорожке. Это также подразумевает линейные подшипники и шариковые гайки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В ряде областей применения, в частности, в отношении общественного транспорта, энергетики или промышленного производства, требования, касающиеся надежности и работоспособности оборудования особенно жесткие. Эти требования приводят к необходимости отслеживать износ элементов этого оборудования и, в частности, контактных направляющих деталей, например, направляющих подшипников вращающихся деталей или подшипников вала генератора переменного тока или вагонных осей.

[0003] Однако эти подшипники имеют чрезвычайно продолжительный срок службы до возникновения повреждения, который может составлять, например, несколько миллиардов оборотов для роликового подшипника, но он может сокращаться в сложных условиях эксплуатации. Отказ роликового подшипника может происходить по различным причинам, в частности, изгиба, износа, трещин, разрывов сепараторов, коррозии или расслаивания, которое представляет собой изменение поверхностей направляющих или катящихся тел, вследствие усталости материала.

[0004] Применительно к железнодорожному транспорту и, в частности, в случае высокоскоростных поездов, в общем случае, именно контроллеры выявляют на основе звука дефектные подшипники. Затем извещение о повреждении передается в отдел обслуживания, который планирует их замену.

[0005] Однако контроллеры не могут отслеживать подшипники ведущих осей (во время движения). Состояние их значительного расслаивания может приводить к разрывам сепараторов, которые могут стать причиной крушения.

[0006] В этом контексте возникает необходимость в устройстве для оперативного обнаружения дефектов подшипников, что позволит планировать операции обслуживания сразу после выявления начала расслаивания.

[0007] В таком случае решение состоит в осуществлении систематического превентивного обслуживания путем регулярного демонтажа подшипников для контроля их состояния.

[0008] Однако основной недостаток такого решения связан с тем фактом, что такое обслуживание приводит к большим убыткам, связанным с простоем, и обеспечивает лишь относительную эффективность, поскольку подавляющее большинство проверяемых таким образом подшипников не имеет дефектов.

[0009] Поэтому непрерывное отслеживание подшипников дает наибольший процент надежности, работоспособности, ремонтопригодности и безопасности оборудования, в частности в отношении работоспособности и надежности.

[0010] Для этого в современной технике известна система, которая относится к автономному модулю отслеживания и измерения физической амплитуды, который предусмотрен на железнодорожных вагонах, способному регистрировать физические параметры качения в форме данных и конфигурировать систему беспроводной связи, снабженную штыревой антенной, с целью передачи собранных данных на радиочастотный терминал, расположенный на стороне дороги.

[0011] Однако основной недостаток использования штыревой антенны связан с надежностью такой системы. Действительно, в основном металлическое окружение, в котором находится эта штыревая антенна, может стать причиной существенной опасности неточности этой антенны.

Кроме того, установлено, что такая антенна не обладает достаточной надежностью с точки зрения механической прочности, чтобы выдерживать возможное воздействие, связанное с ударом щебня.

Действительно, часто бывает так, что, в холодную погоду и во время снегопада, щебень, расположенный на стороне дороги и погруженный в снег или лед, вылетает при прохождении между вагонами.

[0012] В современной технике известен такой модуль отслеживания физических амплитуд с помощью антенн других типов, например патч-антенн, печатных дипольных антенн или печатных щелевых антенн.

Однако такие антенны также очень чувствительны к металлическому окружению, которое может мешать их работе вследствие частого несоответствия.

Кроме того, трудно изменять размер этих антенн для включения их в автономный модуль отслеживания и измерения физической амплитуды, который предусмотрен в железнодорожных вагонах, поскольку, помимо несоответствия, ограничение по размеру является непосредственной причиной снижения коэффициента усиления этих антенн.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Изобретение призвано преодолевать все или часть вышеупомянутых недостатков уровня техники и, в частности, обеспечивать средство, позволяющее отслеживать контактную направляющую деталь, например, подшипник, заключенный в корпус подшипника, по устойчивой линии беспроводной связи малой дальности.

[0014] Изобретение предлагает решение, обладающее преимуществом дешевизны и отсутствия необходимости вмешательства, поскольку, например, в случае подшипника, заключенного в корпусе роликового подшипника, заключенном в буксу вагонной оси, не требуется изменение буксы оси, избегая, например, платы стоимости повторной регистрации.

[0015] С этой целью аспект изобретения относится к модулю для отслеживания по меньшей мере одной физической амплитудной характеристики контактной направляющей детали, причем упомянутый модуль содержит антенну PIFA, заключенную в металлическую полость, обращенную наружу и закрытую защитной крышкой, выполненной из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, причем упомянутая антенна PIFA содержит излучающий элемент, содержащийся в подложке, содержащей несколько слоев разных материалов.

[0016] Согласно конкретным вариантам осуществления:

- модуль отслеживания содержит часть, где располагается упомянутая металлическая полость;

- антенна PIFA закреплена на металлической опоре, содержащейся в металлической полости;

- антенна PIFA содержит плоскость заземления, которая сложена вокруг излучающего элемента;

- плоскость заземления содержит секции линии 20, 19, 22, 27 и 17;

- излучающий элемент 21 подключен к разным секциям линии 19, 27, 22, 20 и 17 плоскости заземления конденсаторами C1, C2, C3, C4 и C5;

- антенна PIFA содержит секцию линии 24 питания идущую от центральной жилы соединителя 10, один из концов которой входит в круглую полость 28 секции линии 22 плоскости заземления;

- механизм снабжения подключен к упомянутой антенне PIFA с помощью соединителя типа, выбранного из любого одного из следующих элементов: SMA (акроним SubMiniature version A (субминиатюрная версия А)), UMP или UFL;

- излучающий элемент 21 подключен к секции линии 24 питания;

- антенна PIFA содержит переменный конденсатор, параллельно подключенный к антенне PIFA между центральной жилой соединителя 10 и плоскостью заземления;

- защитная крышка, выполненная из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, выполнена из материала, выбранного из одного из следующих семейств: ПЭВП (полиэтилена высокой плотности) или ПЭНП (полиэтилена низкой плотности);

- подложка состоит из слоя первого материала между двумя слоями второго материала;

- первый материал принадлежит семейству ПЭВП и второй материал принадлежит семейству ПТФЭ;

- вторым материалом является Arlon - "зарегистрированный товарный знак" 25N;

- антенна имеет максимальный коэффициент усиления на резонансной частоте 868 МГц;

- антенна имеет следующие размеры:

- высота, т.е. толщина антенны PIFA, составляет от 4 мм до 20 мм;

- длина от 40 до 60 мм;

- ширина от 18 до 20 мм.

- излучающий элемент имеет прямоугольную поверхность;

- упомянутая контактная направляющая деталь является подшипником, заключенным в корпусе подшипника, и

- упомянутая часть выбрана из одного из следующих элементов: теплоотвода или крышки.

[0017] Изобретение дополнительно относится к способу для оптимизации модуля для отслеживания по меньшей мере одной физической амплитудной характеристики контактной направляющей детали, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых:

- интегрируют антенну PIFA в металлическую полость упомянутого модуля отслеживания, обращенного наружу и закрытого защитной крышкой, выполненной из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, и

- конфигурируют упомянутую антенну PIFA, содержащую сложенную плоскость заземления вокруг излучающего элемента, содержащегося в подложке, содержащей несколько слоев разных материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0018] Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидными при прочтении следующего ниже описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

- фиг. 1 - вид в разрезе модуля отслеживания согласно варианту осуществления изобретения;

- фиг. 2 - вид четырех разных моделей металлической полости;

- фиг. 3A-3B - вид сбоку антенны PIFA;

- фиг. 4 - вид сверху антенны PIFA;

- фиг. 5 - график, показывающий коэффициент отражения в зависимости от частоты антенны PIFA, расположенной в металлической полости;

- фиг. 6 - два графика, демонстрирующие коэффициент отражения в зависимости от частоты антенны PIFA, расположенной в металлической полости, с защитной крышкой выполненной из ПЭНП (полиэтилена низкой плотности) или без нее, и

- фиг. 7 - электрическая схема антенны PIFA согласно варианту осуществления этого изобретения.

[0019] Для большей ясности, аналогичные или идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на всех фигурах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0020] Это изобретение включает в себя все технические характеристики модуля 1 отслеживания контактной направляющей детали, описанного во французских патентных заявках №№ FR1155993, FR1155994 и FR1155995.

[0021] В этом варианте осуществления изобретения, рассматриваемой контактной направляющей деталью является подшипник, заключенный в корпус роликового подшипника, заключенный в буксу вагонной оси, но этот конкретный вариант осуществления не обязательно носит ограничительный характер.

[0022] На фиг. 1 показан модуль 1 отслеживания, по меньшей мере, одной физической амплитудной характеристики контактной направляющей детали, например, подшипника, заключенного в корпус подшипника, состоящий из нескольких технологических сборочных блоков, описанных во французских патентных заявках №№ FR1155993, FR1155994 и FR1155995, и, в частности, блока для передачи диагностики состояния подшипника.

[0023] Этот блок для передачи диагностики состояния подшипника заключает в себе всю техническую структуру, позволяющую интегрировать передающую антенну в модуль отслеживания и подключать его к электронному модулю передачи (беспроводным узлам датчиков) через радиочастоту с низким потреблением.

[0024] Этот модуль 1 отслеживания содержит антенну 5 PIFA, содержащуюся в металлической полости 2, обращенной наружу и закрытой защитной крышкой 4 из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, по меньшей мере, в частотном диапазоне, соответствующем максимальному коэффициенту усиления антенны 5 PIFA (планарной инвертированной F-антенны).

[0025] Благодаря этой защитной крышке 4 антенна 5 PIFA защищена, в частности, если модуль отслеживания располагается в опасной среде, например вагонной тележке.

Эта защитная крышка 4 антенны 5 PIFA состоит из материала типа ПЭ (полиэтилена), и имеет толщину по меньшей мере 3 мм.

В частности, этот материал является, например, ПЭНП (полиэтилен низкой плотности), относительная диэлектрическая проницаемость которого εr=2,10 и коэффициент диэлектрических потерь tanδ=1,7⋅10-3 для частоты 869 МГц.

Преимущество ПЭ как высокой (ВП), так и низкой (НП) плотности состоит в его хорошей деформационной характеристике без ухудшения под действием удара. Кроме того, ПЭ имеет очень хорошие электромагнитные свойства на частоте 868 МГц. Хотя, напротив, полимеры типа Plexiglas "зарегистрированный товарный знак", армированные стекловолокном, хрупки и разбиваются под действием удара.

Альтернативно, материалом, содержащим защитную крышку 4 антенны 5 PIFA, может быть ПЭВП, более жесткий, чем ПЭНП, и, кроме того, имеющий очень хорошие диэлектрические характеристики.

[0026] Металлическая полость 2 располагается в части этого модуля отслеживания. Эта часть может относиться, например, к крышке или теплоотводу.

[0027] В этом варианте осуществления эта часть относится, без ограничения, к теплоотводу 3 с ребрами из алюминиевого сплава.

[0028] В случае, когда эта часть относится к теплоотводу 3, антенна PIFA этого модуля 1 отслеживания специально адаптирована к массе металла, образованной этим теплоотводом 3.

Кроме того, интеграция антенны 5 PIFA в металлическую полость 2 является оптимальной интеграцией, поскольку она осуществляется в верхней части, теплоотводе 3, и поэтому верхняя часть, которая отделена от крышки буксы оси, потенциального источника расстройки антенны.

Кроме того, заметим, что в металлической полости антенна 5 PIFA защищена от внешней среды, тем не менее, сохраняя способность оптимального излучения на приемник, например, радиочастотный терминал, расположенный на стороне дороги, находящейся на сравнительно небольшом расстоянии, около десяти метров.

[0029] На фиг. 2 показаны интеграция и крепление антенны PIFA в металлической полости 2 с использованием представления четырех разных моделей 11, 12, 13, 14 этой металлической полости 2.

[0030] Конкретные конфигурации осуществляются в металлической полости 2 для обеспечения оптимального крепления антенны 5 PIFA, поскольку, согласно ее расположению в металлической полости, антенна 5 PIFA не излучает одинаково.

[0031] Для крепления антенны 5 PIFA в металлической полости 2, предусмотрена металлическая опора 6, содержащая центральное приспособление 9.

[0032] Это центральное приспособление 9 предназначено принимать соединители 10, когда, в ходе установки антенны 5, антенна 5 PIFA размещается и затем скользит в металлическую полость 2, пока участок плоскости 20 заземления не придет в контакт с металлической опорой 6, и боковая сторона антенны 5 PIFA, соседствующая с этой плоскостью 20 заземления, не расположится напротив угла 8 и без контакта с этим углом 8 металлической полости 2. После этого антенна PIFA прикрепляется непосредственно к задней опоре, например, с использованием крепежного средства, например, клея.

Кроме того, следует понимать, что центральное приспособление 9 необходимо, в частности, для соединения кабеля для ограничения крутящих усилий на соединителях.

[0033] С другой стороны, механизм снабжения содержит переменный конденсатор, что позволяет оптимизировать настройку антенны PIFA на нужную частоту в ходе установки антенны PIFA в металлическую полость.

[0034] Этот переменный конденсатор (варикап) параллельно подключен к антенне 5, между центральной жилой соединителя 10 и плоскостью заземления.

[0035] Переменный конденсатор позволяет, с учетом точности расположения в такой полости, что непосредственно влияет на качество настройки в ходе установки антенны, регулировать эту антенну 5 PIFA по частоте для достижения оптимального коэффициента усиления при передаче на нужной частоте: 868 МГц.

[0036] На фиг. 3A, 3B и 7 показан вид сбоку антенны 5 PIFA, и на фиг. 4 показан вид сверху этой антенны 5.

[0037] Эта антенна PIFA содержит планарный прямоугольный излучающий элемент 21 и плоскость заземления, которая сложена вокруг излучающего элемента для уменьшения физического размера антенны 5.

[0038] Согласно варианту осуществления плоскость заземления имеет электрическую длину, которая выбирается для обеспечения резонанса на частоте 868 МГц. Эта плоскость заземления состоит из первого участка 20, левого бокового участка 19, сложенного участка над излучающим элементом 22, правого бокового участка 27 и возврата плоскости заземления, реализованного участком 17.

[0039] Этот излучающий элемент 21 подключен к разным участкам 20, 19, 22, 27 и 17, которые образуют эту повернутую плоскость заземления, следующими конденсаторами:

- C1 между секцией линии 24 питания и участком боковой плоскости 19 заземления. Этот конденсатор вносит свой вклад, в первой степени, в электрический импеданс антенны (50 Ом);

- C2 между излучающим элементом 21 и участком боковой плоскости заземления 27;

- C3 между излучающим элементом 21 и участком относительно возврата плоскости заземления 17;

- C4 между излучающим элементом 21 и участком плоскости заземления 22, и

- C5 между излучающим элементом 21 и участком плоскости 20 заземления.

[0040] Этот излучающий элемент 21 располагается над участком плоскости 20 заземления и подключен к механизму снабжения, состоящему из линии 24 питания и соединителя 10.

[0041] Согласно фиг. 7 линия 24 питания и излучающий элемент 21 образуют "плюсовой" полюс этой антенны PIFA и представлены двумя катушками L1 и L2 индуктивности и двумя последовательно соединенными резисторами rc1 и rc2.

[0042] Эти резисторы rc1 и rc2 позволяют регулировать потери, обусловленные эффектом Джоуля вследствие природы проводника, который, в этом неограничительном варианте осуществления, выполнен из меди.

[0043] Катушки L1 и L2 индуктивности демонстрируют индукционный эффект компонентов излучающего элемента 21 и линии 24 питания, и вносят свой вклад в импеданс, "наблюдаемый" соединителем 10.

[0044] Механизм снабжения соответствует модулю радиопередачи, который позволяет передавать информацию, поступающую от модуля отслеживания.

[0045] Первый конец секции линии 24 питания приходит из центральной жилы соединителя 10, например, типа SMA, и второй конец входит в круглую полость 28 линейной секции 22 плоскости заземления при минимальном круговом расстоянии около 1 мм. Эта роль секции линии 24 питания состоит в механической поддержке излучающего элемента 21.

[0046] Плоскость заземления включает в себя сложенный участок 22 параллельный участку плоскости 20 заземления, таким образом, чтобы уменьшить размер антенны 5 PIFA, одновременно сохраняя ту же самую электрическую длину. Эта электрическая длина выбирается для обеспечения резонанса антенны на частоте 868 МГц.

[0047] Этот параллельный участок 22 оказывает емкостной эффект на входной импеданс антенны 5 PIFA, и вносит свой вклад совместно с индуктивностью L1 и L2 во входной импеданс, наблюдаемый соединителем 10.

[0048] Сложенный участок 22 содержит возврат плоскости заземления, соответствующий секции линии 17. Длина этой секции линии 17 является переменной регулировки для настройки антенны 5 PIFA по частоте т.е. центрирования радиочастоты на 868 МГц и минимальной амплитуде коэффициента S11 отражения этой антенны PIFA.

Эта переменная является главной переменной регулировки, которая позволяет точно регулировать антенну 5. Задача состоит в том, чтобы обеспечить электрический импеданс 50 Ом и минимизировать значение коэффициента S11 отражения до нужной частоты (868 МГц). Следовательно, коэффициент передачи достигает максимума.

[0049] Принцип работы антенны таков: электрическая мощность излучающего элемента приводит к возникновению электрических токов в этом элементе, которые, посредством индуктивной и емкостной связи со сложенной плоскостью заземления и индукционного эффекта, приводит к возбуждению поверхностных токов этой плоскости заземления. Излучение этой антенны является полусферическим на стороне A, но также на стороне B (но с меньшей амплитудой). Эта антенна излучает, в основном, в сторону A (расположенную напротив защитной стенки), но также через свою конструкцию назад (в сторону B).

[0050] Заметим, что изменение параметров, которые определяют размеры антенны PIFA, позволяют оптимально конфигурировать ее.

[0051] Как таковые, три из этих параметров, определяющие размеры антенны PIFA, показаны на фиг. 3A и имеют следующие характеристики:

- параметр 25, он соответствует расстоянию между линией питания и боковой поверхностью плоскости 19 заземления. Это расстояние определяет, в первой степени, входной импеданс антенны. Для адаптации, он должен составлять 50 Ом;

- параметр 26, он соответствует расстоянию между излучающим элементом 21 и участком 27 плоскости заземления. Это расстояние также вносит вклад во входной импеданс антенны, но оказывает меньшее влияние, чем параметр 25.

- параметр 23, он соответствует длине участка 17 плоскости заземления. Эта длина составляет главную переменную регулировки, которая позволяет точно регулировать антенну по частоте. Задача, предпочтительно, состоит в получении электрического импеданса 50 Ом и минимизации значения коэффициента S11 отражения до нужной частоты (868 МГц). Следовательно, коэффициент пропускания достигает максимума.

[0052] Излучающий элемент 21 содержится в подложке, содержащей несколько слоев 15, 16 разных материалов. Этот излучающий элемент 21 относится к меди, толщина которой равна 35 мкм.

[0053] В частности, эта подложка состоит из слоя 16 первого материала толщиной 3,2 мм между двумя слоями 15 второго материала толщиной 800 мкм каждый.

[0054] В уровне техники известно, что антенна PIFA не содержит материала, отличного от металла, и подложки, образованной воздухом.

[0055] Использование, в контексте этого изобретения, материалов, отличных от воздуха, электромагнитными характеристиками которых являются диэлектрическая проницаемость εr и магнитная проницаемость μr, позволяют уменьшить физический размер антенны.

[0056] Подложка, согласно изобретению, содержит стопку, по меньшей мере, двух диэлектрических материалов, различной толщины и с разными комплексными значениями диэлектрической проницаемости на частоте 868 МГц.

[0057] Согласно варианту осуществления изобретения первый материал принадлежит семейству ПЭВП (полиэтилена высокой плотности), и второй материал принадлежит семейству ПТФЭ (политетрафторэтилена).

В этом варианте осуществления, первым материалом является инертный пластик, и второй материал соответствует Arlon "зарегистрированный товарный знак" 25N.

ПЭВП имеет относительную диэлектрическую проницаемость εr=2,16, и коэффициент диэлектрических потерь tanδ=1⋅10-3 на частоте 868 МГц.

[0058] Этот подбор материалов является очень хорошим компромиссом в отношении стоимости и доступности материалов.

[0059] Преимущество, связанное с использованием такой подложки, содержащей несколько слоев 15, 16 разных материалов, связано с тем фактом, что это позволяет уменьшить физический размер антенны. Кроме того, другое преимущество этой подложки дополнительно относится к тому факту, что она обеспечивает оптимальное механическое сопротивление излучающего элемента на регулируемом расстоянии от плоскости заземления.

[0060] Заметим, в частности, что другое определение размеров этой антенны 5 PIFA также возможно благодаря использованию подложки, состоящей из 100% Arlon "зарегистрированный товарный знак" или 100% PEHB.

[0061] Кроме того, оба таких материала, используемых в подложке, имеют очень хорошие электромагнитные характеристики на частоте 868 МГц (желаемых рабочих частотах антенны): с потерями менее 5⋅10-3.

[0062] Без ограничения, размеры антенны PIFA указаны в нижеприведенной таблице 1.

Таблица 1
Характеристики антенны PIFA
Описание размеры (мм)
Hpifa высота антенны PIFA 4,8
Lpifa длина антенны PIFA 41
Lcf длина излучающего элемента 38
Dcf толщина слоя, выполненного из ПТФЭ (Arlon "зарегистрированный товарный знак" 25N) 0,8
Dcap толщина слоя, выполненного из ПТФЭ (Arlon "зарегистрированный товарный знак" 25N) 0,8
Wcap ширина зарядной емкости 2,1
Wpifa ширина антенны PIFA 18
Wcf ширина излучающего элемента 16
X Короткое замыкание и точка мощности (адаптированные к 50 Ом) 0,6

В контексте создания этой антенны PIFA значения в этой таблице, относительно характеристик этой антенны, могут изменяться согласно производственному допуску, который может составлять до нескольких десятков миллиметров.

[0063] Соединители 10 антенны 5 PIFA позволяют подключать ее к механизму снабжения и к электронному модулю передачи (беспроводным узлам датчиков).

[0064] Это соответствует соединителю 10 адаптированному к 50 Ом, который может относиться к типу SMA 10 (акроним SubMiniature version A (субминиатюрная версия А)), UMP 10 или UFL 10.

[0065] В этом варианте осуществления соединители 10 антенны PIFA относятся к низкопрофильным соединителям, а следовательно, к типу UMP или UFL. Такие соединители позволяют получить улучшенную интеграцию антенны 5 PIFA в металлическую полость 2 благодаря их малому размеру.

[0066] Преимущество этой антенны 5 PIFA в том, что она имеет всенаправленные свойства со значениями коэффициента усиления, достаточными для обеспечения адекватной производительности с распространениями внутрь металлической полости, с учетом значений выходной мощности и чувствительности в приеме устройств радиосвязи малой дальности.

[0067] Как таковая, антенна 5 PIFA имеет возможность принимать вертикально, а также горизонтально поляризованные электромагнитные волны, что является весомым преимуществом во внутренних средах, где деполяризация является преобладающим явлением, и выбор поляризации затруднен, что может иметь место в металлической полости 2.

[0068] Согласно фиг. 5 антенна 5 PIFA, прикрепленная к металлической полости 2, имеет максимальный коэффициент усиления на резонансной частоте 868 МГц, с полосой 8 МГц. В случае необходимости, резонансную частоту можно увеличить для смещения использования защитной крышки 4.

[0069] Как таковая, фиг. 6 показывает влияние защитной крышки 4, выполненной из ПЭНП толщиной 3,2 мм, расположенной напротив передающей антенны PIFA, прикрепленной к внутренней поверхности металлической полости 2. Таким образом, эта антенна PIFA излучает на частоте 868 МГц.

[0070] Таким образом, следует понимать, что эту резонансную частоту можно смещать, добавляя диэлектрический материал напротив антенны PIFA (5).

[0071] Например, добавление 3 мм FR4 с относительной диэлектрической проницаемостью εr=4,5, на переднюю поверхность защитной крышки ПЭНП приводит к сдвигу частоты, т.е. изменению частоты излучения от 878 МГц до 868 МГц.

[0072] Аналогичный результат можно получить, выбирая защитную крышку с диэлектрической проницаемостью, которая выше, чем у текущего ПЭНП, или более существенную толщину защиты.

[0073] Аналогично, эффекты, способные изменять полосу, можно получить, изменяя толщину антенны 5 PIFA.

[0074] Эта антенна PIFA собирается согласно следующим этапам:

- нанесение проводящих материалов на подложку 15, 16, относящихся к участкам плоскости 20 и 22 заземления плоскости заземления на горизонтальных боковых поверхностях;

- сверление материалов 15 и 16 подложки, позволяющее реализовать линии 24 до металлизации;

- формирование стопки разных слоев материалов подложки;

- плакирование и прессование проводящих материалов, образующих плоскости заземления и излучающий элемент, на вертикальных боковых поверхностях антенны PIFA, и

- металлизация просверленного отверстия подложки, что позволяет реализовать линию 24, и

- приваривание соединителя 10 к секции линии 20 плоскости заземления.

[0075] В этом варианте осуществления этого изобретения регулировку антенны по частоте можно осуществлять итерационно с использованием этапов измерения частоты антенны в полости и коррекции, осуществляемой варикапом.

1. Модуль для отслеживания по меньшей мере одной физической амплитудной характеристики состояния контактной направляющей детали, содержащий антенну PIFA, отличающийся тем, что упомянутая антенна PIFA (5) прикреплена к металлической опоре (6), причем антенна PIFA и упомянутая металлическая опора (6) содержатся в металлической полости (2), обращенной наружу и закрытой защитной крышкой (4) из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, причем упомянутая антенна PIFA (5) содержит излучающий элемент (21), содержащийся в подложке, содержащей несколько слоев отличного материала.

2. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что модуль отслеживания содержит часть (3), в которой располагается упомянутая металлическая полость (2).

3. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая антенна PIFA (5) содержит плоскость заземления, которая сложена вокруг излучающего элемента.

4. Модуль отслеживания по п. 3, отличающийся тем, что плоскость заземления содержит участки (20), (19), (22), (27) и (17).

5. Модуль отслеживания по п. 4, отличающийся тем, что излучающий элемент (21) подключен к разным участкам (19), (27), (22), (20) и (17) плоскости заземления конденсаторами C1, C2, C3, C4 и C5.

6. Модуль отслеживания по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая антенна PIFA (5) содержит линию (24) питания, идущую от центральной жилы соединителя (10), один из концов которой входит в круглую полость(28) секции линии (22) плоскости заземления.

7. Модуль отслеживания по п. 4, отличающийся тем, что излучающий элемент (21) подключен к линии (24) питания.

8. Модуль отслеживания по п. 7, отличающийся тем, что механизм снабжения подключен к упомянутой антенне PIFA (5) с помощью соединителя (10) типа, выбранного из любого одного из следующих элементов: SMA (акроним SubMiniature version A (субминиатюрная версия А)), UMP или UFL.

9. Модуль отслеживания по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая антенна PIFA (5) содержит переменный конденсатор, параллельно подключенный к антенне PIFA (5), между центральной жилой соединителя (10) и плоскостью заземления.

10. Модуль отслеживания по п. 9, отличающийся тем, что защитная крышка (4) из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, выполнена из материала, выбранного из одного из следующих семейств: ПЭВП (полиэтилена высокой плотности) или ПЭНП (полиэтилена низкой плотности).

11. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что подложка состоит из слоя (16) первого материала между двумя слоями (15) второго материала.

12. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что первый материал принадлежит семейству ПЭВП и второй материал принадлежит семейству ПТФЭ.

13. Модуль отслеживания по п. 11, отличающийся тем, что вторым материалом является Arlon - "зарегистрированный товарный знак" 25N.

14. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что антенна PIFA (5) имеет максимальный коэффициент усиления на резонансной частоте 868 МГц.

15. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что антенна PIFA (5) имеет следующие размеры:

- высоту от 4 мм до 20 мм;

- длину от 40 мм до 60 мм;

- ширину от 18 мм до 20 мм.

16. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что излучающий элемент (21) имеет прямоугольную поверхность.

17. Модуль отслеживания по п. 2, отличающийся тем, что упомянутая часть (3) выбрана из одного из следующих элементов: теплоотвода или крышки.

18. Модуль отслеживания по п. 1, отличающийся тем, что упомянутой контактной направляющей деталью является подшипник, заключенный в корпус подшипника.

19. Способ оптимизации модуля для отслеживания по меньшей мере одной физической амплитудной характеристики контактной направляющей детали, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:

- интегрируют антенну PIFA (5) в металлическую полость (2) упомянутого модуля отслеживания, обращенную наружу и закрытую защитной крышкой (4) из прозрачного материала, пропускающего электромагнитные волны, причем упомянутая антенна PIFA (5) прикреплена к металлической опоре (6), содержащейся в упомянутой металлической полости (2), и

- конфигурируют упомянутую антенну PIFA (5), содержащую плоскость заземления, которая сложена вокруг излучающего элемента, содержащегося в подложке, содержащей несколько слоев отличного материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к метрологии, в частности к средствам измерения крутильных колебаний валопроводов. Система мониторинга крутильных колебаний содержит измерительные информационные элементы, выполненные в виде зубцов расположенного на валу зубчатого диска, информационный элемент отметчика оборотов, выполненный в виде дополнительного диска с одиночным зубцом или с одиночной впадиной, неподвижные бесконтактные датчики, а также аппаратно-программный блок.

Изобретение относится к акустике, в частности к способам остронаправленного приема звука. Способ остронаправленного приема звуковых волн, в котором прием осуществляют четырьмя микрофонами, расположенными на жесткой линейной основе.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при эксплуатации и ремонте энергетических турбоагрегатов. Система диагностирования технического состояния контролируемого вала или валопровода содержит закрепленные на валу два контактных датчика абсолютной вибрации и по меньшей мере одно устройство согласования сигналов указанных датчиков, подключенное к считывающему устройству.

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды. .

Изобретение относится к области измерения механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям вибрации с помощью пьезодатчиков (акселерометров) в экстремальных условиях эксплуатации - при больших и быстрых изменениях температур среды, в которой установлен датчик.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях свойств различных материалов с помощью крутильного маятника с расчетом частоты и затухания свободных колебаний.

Изобретение относится к измерению механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.
Наверх