[发明专利]介电连接器、直流绝缘直通连接和电子系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于将来自置于防爆外壳内的信号发生装置的射频信号耦合到置于所述外壳外的信号接收装置的介电连接器以及直流绝缘直通连接。通过所述连接器的信号通道可以是单向的或者双向的。

本发明还涉及在危险环境中使用的电子系统。

背景技术

工业测量和监视系统，比如雷达液位计系统的安装通常既费时，费用又高。这样的系统通常包含许多电子系统，例如测量装料高度、温度、压力等的传感器。这些电子系统一般需要与中央控制单元通信和/或相互通信。从而在安装这样的系统的过程中，必须铺设大量的电缆。环境通常恶劣，可能具有腐蚀性或危险性流体，电缆和/或电缆-壁界面一般需要被密封，以便形成防爆系统。

由于环境恶劣，敷设电缆的成本通常和材料成本一样高，有时甚至更大，因此自然想到使用无线系统，不过迄今为止，无线系统未得到广泛使用。

近年来，必需的无线电硬件的成本显著降低，从而无线电硬件的成本本身不再是将高级工业传感器广泛用于测量液位、压力、流量等的巨大障碍。

尽管前面提及的硬件成本的降低，但是无线通信不比它在工业环境中那样更普及的主要原因之一在于这些低成本、批量生产的无线电发射器和接收器通常并不适合于用在工业环境中。具体地说，对于将用在危险环境，例如气氛中可能存在爆炸气体的环境中的电子设备具有某些苛刻的要求。按照惯例，术语“危险”用于表征这样的环境，特殊的规定和条例通常用于使电子设备降低这样的潜在危险。

于是，使用目前的常规解决方案的工业无线应用一般包括一个独立的(防爆)箱，所述防爆箱包含无线电调制解调器，天线和电缆敷设。合并起来，用于实现适合于工业环境的单元的这些辅助装置将比实际的主动无线电硬件贵一个数量级。

为了能够经济上可行地在工业电子单元之间使用无线通信，需要一种允许在工业环境中使用廉价的批量生产的无线电硬件的廉价装置。

DE 10026033公开一种供在危险环境中使用的测量变换器。所公开的变换器包含在压力密闭的金属外壳中。金属外壳具有介质窗口，通过所述介质窗口，高频信号通过表面拼片(patch)与位于介质窗口外面的天线电容耦合。按照惯例，能够遏制内部爆炸的封装的正规要求被称为防爆或防火。

当设计这种通过防爆外壳的电容耦合装置时遇到的一个问题是在使外壳的介质部分保持足够强的时候，获得足够强的信号耦合。

在如DE 10026033中公开的那种装置中，需要使介质窗口非常薄，以便获得令人满意的无线信号的信噪比。从而，出现不可忽视的外壳的力学破坏的风险。从而，所提出的这种设计很难既达到遏制可能的爆炸的机械强度，又能够实现足够良好的电容耦合。

从而，需要一种用于危险环境的能够构成更坚固的防爆设备外壳的高频耦合装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷和其它缺陷，本发明的目的是提供用于通过防爆外壳的射频信号的直流绝缘馈通的改进装置，以及利用这种直流绝缘馈通的电子系统。

本发明的另一目的是实现用于通过防爆设备外壳的射频信号的直流绝缘馈通的更坚固装置，以及供在危险环境中使用的更坚固的电子系统。

按照本发明的第一方面，这些及其它目的由使射频信号从布置在防爆外壳内的信号发生装置耦合到布置在所述外壳外的信号接收装置的介电连接器实现，其中所述连接器被配置成密封地插入外壳中的开口中，并且适合于从所述外壳的内部接纳至少一个内部传导构件，所述至少一个内部传导构件与信号发生装置连接，从所述外壳的外部接纳至少一个外部传导构件，所述至少一个外部传导构件与信号接收装置连接，其中所述连接器部分封闭至少一个传导构件，其中当所述连接器接纳所述传导构件时，所述连接器提供信号发生装置和信号接收装置之间的电抗耦合和电隔离。

“介电连接器”指的是本申请中详细公开的一种新型组件。但是，不要与常规使用的电连接器混淆，并且并不意味着该组件应是导电的。

“射频信号”应被理解为适合于无线电通信的频率，一般约10MHz到几个GHz的频率下的电磁信号。

这里，“信号发生装置”应被理解成能够产生射频信号的装置。例如，这样的装置可以是无线电发射器或无线电收发器。就无线电收发器来说，通过介电连接器可进行双向通信。适当的信号发生装置包括用于WLAN、蓝牙、GSM、AMPS、PHS等任意之一的发射器或收发器。