专利名称：用于工艺壳体的天线垫圈的制作方法
用于工艺壳体的天线垫圈本申请要求2008年3月26日提交的美国专利申请No.12/079,314的优先权，在 此以参见的方式引入其公开内容。
背景技术：
RFI D标签和其它电子设备例如Bluetooth和Zigbee设备的使用已经变得非常流
行，特别是用于管理器材，尤其是用于库存管理。例如，RFID标签的使用允许监测生产 线和通过供应链的器材和零件的移动。为了进一步说明该概念，生产实体可以在零件进入生产设备时将RFID标签粘附 于零件。这些零件随后被插入生产流程中，与其它零件一起形成子组件，并最终形成成 品。RFID标签的使用允许生产实体内的人员跟踪特定零件在整个生产过程中的移动。它 还允许该实体能够识别包括任何具体组件或成品的特定零件。另外，RFID标签的使用也已在医药行业中被提倡。在2004年2月，美国联邦 药物管理局发出了一份报告来提倡使用RFID标签以标识和监测药物。这是一种尝试以提 供来源并限制假冒处方药物流入市场并供给消费者。自其引入到现在，RFID标签已经用于许多应用，例如识别和提供用于过滤器产 品中的过程控制的信息。1997年授予Den Dekker的美国专利5,674,381公开了使用“电 子标签”来用于过滤设备和可更换的过滤器组件。具体来说，该专利公开了具有电子标 签的过滤器，该电子标签具有读/写存储器和相关的过滤设备，该过滤设备具有响应于 标签的读出装置。电子标签适于计算和存储可更换过滤器的实际操作时间。过滤设备适 于基于该实时数而允许使用或拒绝过滤器。该专利还公开了可以使用电子标签来存储关 于可更换过滤器的识别信息。2005年公开的Baker等的美国专利申请公开物US2005/0205658公开了过程装备 跟踪系统。该系统包括使RFID标签用于过程装备。描述的RFID标签能够存储“至少一 个可跟踪事件”。该可跟踪事件被列举为清洁日期和批量处理日期。该公开物还公开了 可以连接于PC或互联网的RFID读出器，这里存在过程装备数据库。该数据库包含多个 可跟踪事件并能够供给信息以可用来确定“基于累积数据的过程装备的服务寿命”。该 申请包括使用这种类型的系统具有多种过程装备，例如阀、泵、过滤器和紫外线灯。除了 RFID标签，过滤元件中也可以包含其它电子设备。Jornitz等提交并在2004 年公开的另一个美国专利申请公开物No.2004/0256328公开了用于监测过滤装置的完整性 的设备和方法。该公开物描述了使用含有在线存储芯片和通讯设备的过滤器，与过滤器的壳体 一起使用。过滤器壳体用作监测和完整性测试器。该申请还公开使用一系列步骤来确保 用于多圈壳体的过滤元件的完整性。这些步骤包括询问存储元件以验证正在使用的过滤 器的类型、其极限数据和其生产发放数据。越来越多的其它电子设备例如传感器，包括压力传感器、温度传感器和浓度传 感器，已经添加到过滤元件中以进一步扩展这些设备的性能。共同待决的美国专利申请公开物No.2007/0240578、2007/0243113和2007/0240492都描述了另外的电子设备，其
能够添加到过滤元件中来改善系统性能和实用性。但是，尽管添加先进的电子设备到过滤元件的能力和愿望在快速增加，仍然存 在有显著的缺陷。例如，对不锈钢(或其它金属)壳体内的电子设备发出有效通讯仍然存 在问题。在一些情况下，仅能通过使用允许无线传输通过的替代壳体材料(例如塑料)， 或通过在壳体中引入无线信号能够通过的小窗口来实现通讯。在另一些情况下，导线被 供入壳体到达各种零件。因此，需要一种与壳体组件内的设备进行通讯的更可靠、侵入性最小的方法。
发明内容
本发明最小化了现有技术的问题，其公开了用于将无线通讯和任选的电能提供 给壳体组件的内部的方法和设备。在一个实施例中，天线模制在垫圈材料例如硅内以被完全包封。该垫圈用作壳 体组件的两个可分离部分例如上部和下部壳体之间的密封件。垫圈优选包括至少一个支 撑臂，其将天线保持向壳体的中部以最小化来自金属壳体的干扰。在某些实施例中，使 用多个支撑臂。在优选实施例中，使用偶极天线来与壳体内包含的电子部件(例如集成 在过滤元件中)通讯。在另一些实施例中，感应垫圈包封在垫圈中。交流通过该线圈以产生变化的磁 场，其随后用于在物理隔开的零件例如过滤元件中产生电能。该线圈可以位于垫圈的内 圆周附近，或者可以位于壳体内的任何地方。在某些实施例中，模制有多个环来对应壳 体内的多个过滤元件。
图1示出了可以用于本发明的代表性不锈钢壳体；图2示出了本发明的第一实施例；图3示出了图2实施例的侧视图；图4示出了本发明的第二实施例；以及图5示出了本发明的第三实施例。
具体实施例方式图1示出了用于药品和其它流体的过滤的传统的不锈钢壳体组件。在传统的系 统中，壳体组件100被分成两部分上部壳体110和下部壳体120。下部壳体120通常 被固定到位，因为它包含至单元的管路和电连接。未过滤的流体通过入口管道130进入 下部壳体120，过滤后的材料通过出口管道140离开下部壳体120。传统上使用不锈钢制造这些壳体。但是，也可以使用其它金属。在另一个实施 例中，也可以模制塑料材料来形成壳体零件。一个或多个过滤器元件可以安装在下部壳体中。在安装这些元件以后，上部壳 体110定位在下部壳体之上并被固定就位。传统上使用紧固件150例如金属夹将这两部 分保持在一起。
为了确保上下壳体之间的正确密封，通常使用垫圈160例如O形环。在多数情 况下，该垫圈160为环形或环状的。该垫圈160由生物兼容材料构成，其能够容忍壳体 内达到的温度。另外，该材料也必须有足够的弹性以形成空气和流体密封。在优选实施 例中，硅基材料被模制成所需形状。该垫圈160随后被置于上部壳体110和下部壳体120 之间。该垫圈160提供在壳体的内部和外部之间传送信号的机会，而不会损害系统的
完整性。在图2所示的实施例中，一个或多个电缆(未示出)，例如导线，被模制进垫圈 200中。垫圈200优选使用双模制工艺制造以确保电缆被完全包封在垫圈材料中。这些 电缆终止于天线210，优选为偶极天线。该天线210还模制成被完全包封在垫圈材料200 内。在特定的实施例中，天线210位于或邻近由环状垫圈限定的圆心，以最小化来自不 锈钢壳体的干涉。虽然图2示出的天线210被单个支撑臂220保持到位，本发明并不受 到如此限制。例如，支撑臂220可以在其两端连接于垫圈220。在特定实施例中，支撑 臂220横过垫圈200的直径。在另一个实施例中，多个支撑臂220，优选等距隔开，从环 状垫圈200延伸至圆心，从而类似辐条。支撑臂220可以由垫圈200使用的硅基材料构 成，或者可以是能够忍受壳体组件内的温度的热塑料。电缆通常被埋置在单个支撑臂的 长度上以到达天线。另外的支撑臂220通常仅是机械支撑件并且不具有电功能。图3示出了图2的实施例的侧视图，显示的是使用状态。垫圈200位于上部壳 体110和下部壳体120之间。天线210从垫圈200伸入壳体。垫圈200的反端优选终止 于连接器230。该连接器230随后可以连接于各种外部零件。如上所述，天线210和电缆被模制在垫圈材料中来保护其隔离于外部环境。电 缆的反端在壳体组件的外侧离开垫圈200。电缆可以终止于直接位于垫圈之上或之中的连 接器内。该连接器随后可以通过缆线或线束来匹配于外部零件，例如用于监测壳体组件 的内部状态的设备。或者，电缆可以作为能够直接插入外部零件的一组(一或多个)导 线或缆线而离开垫圈200。所用的具体输出构造取决于具体的实施并且可以包括上述实施 例或任何其它合适的手段。在另一个实施例中，电缆终止于与垫圈隔开的连接器中，如 图3所示。操作时，具有通讯能力以及优选存储和计算能力的外部设备通过连接机构例如 缆线和/或连接器连接于垫圈200 (并因此连接于天线)。在优选实施例中，偶极天线用 于垫圈内，如图3所示。外部设备将信息和询问通过包封在垫圈内的天线传到壳体组件 的内部。以类似的方式，内壳组件内的信息通过相同的天线从过滤元件重新得到。在壳 体组件内部和设备之间传送的这类信息在性质上可以不同。信息例如温度、压力、制造 商ID数码、操作时间、执行的消毒循环的数量等，可以在设备和壳体组件之间传递。该 清单只是可以被传递的信息类型的示例，并非代表完整的清单。天线的使用确保了外部设备与壳体内的任何设备之间的通讯。这些设备可以包 括压力传感器、温度传感器、浓度传感器、RFID标签、具有通讯能力的存储元件等。另 外，这些设备可以包含多种功能。例如，过滤器元件可以具有嵌置压力传感器，能够存 储压力读数的存储元件，以及将存储的信息传给外部环境的通讯能力。存储设备通常是 电子存储设备，例如RAM，DRAM, EPROM, Flash ROM或其它合适的设备。或者，这些设备可以不具有存储元件并仅能转送实时信息。在一些应用中，这些通讯设备可以嵌置在过滤器元件中，如上所述。在另一些 应用中，通讯设备可以连接于壳体。例如，多个温度传感器可以连接于壳体以允许监测 壳体内各点的内部温度。所用的通讯协议可以不同并且本发明不要求特定的格式。例如，可以使用 rfid。或者，Bluetooth 、Zipbee 、Wifi (包括802.1 la/b/g)都行。另外， 以上未列举的其它无线协议也是可行的并且在本发明的范围之内。这种构造的好处是显而易见的。以前，必须拆卸壳体组件来检查其中的零件状 况。这种拆卸耗时并且降低效率。通过能够在组件内现场进行通讯，当需要维修时才需 拆卸组件，从而减少了停工时间。以上的说明提到了在壳体组件中的上下壳体之间存在垫圈，但本发明并不受到 如此限制。例如，所描述类型的垫圈可以被引入在壳体的任何两个可分离部分之间。例 如，在某些实施例中，垫圈在顶部排气口和顶部排气管之间。在该实施例中，可以将本 发明的垫圈插在这两个可分离部分之间。壳体的两个可分离部分会合的任何位置可以用 于插入该垫圈。此外，以上的说明提到了过滤器壳体含有用于过滤介质的一个或多个过滤器。 但是，本发明并不仅仅限制于这种应用。其它壳体，例如高压釜壳体也是可行的。高压 釜壳体用于消毒过滤器元件，但实际上并非用于过滤介质。外部监测高压釜内的信息例 如内部温度会非常重要。其可以通过本发明提供的通讯机制而发生。此外，壳体内含有 的设备类型不受限制。虽然以上的说明提到了过滤元件，但是本发明还适用于具有包含 在壳体内的电子零件的任何设备。例如，安装在高压釜壳体中的一次性零件如管和反应 袋也可以通过本发明进行通讯。以上的说明公开了纯通讯链路例如偶极天线。但是，本发明不仅限于组件和外 部环境之间的通讯。在另一个实施例中，垫圈还用于提供用在壳体组件内的电源。众所周知，可以利用感应来给没有物理连接的设备提供电力。通常，线圈被缠 绕数次并且其中通过交流。这种交流产生围绕线圈变化的磁场。随后可以使用与第一线 圈物理隔开且远离的第二线圈来将该变化的磁场转换回交流。过滤元件随后可以使用该 交流来为其集成电子部件供电。利用这种技术，本发明任选给壳体组件内的设备例如小 型过滤器元件供应感应电力。在一个实施例中，如图4所示，沿环状垫圈的内圆周设有 一个大的感应环500。电路围绕垫圈多次，更多数量的绕组感应更大的磁场。该实施例 对壳体组件内的正常流体流提供最小的妨碍。该感应环500可以是垫圈160的一体部分 以使垫圈160适应其常规功能，并且具有足够的宽度以伸入壳体组件足够深来用作感应 环500。在另一个实施例中，感应环500是垫圈内的较小的同心圆。在这种情况下，导 线从外部环境通过垫圈到达该环。电流优选通过外部电源(未示出)被供给环500。在 一个实施例中，使用壳体组件外部的连接器510来连接于电源。这允许快速的连接和断 开。或者，导线可以从环50离开，其随后连接于外部缆线或电源。但是，其它实施例也是可行的。例如，在具有多个过滤元件的壳体组件中，垫 圈材料可以成型为形成邻近各过滤元件的感应环，如图5所示。在该实施例中，壳体组 件400内设置有3个过滤元件410。因此，垫圈420模制成在其中具有三个相应的环430，优选与壳体400内的过滤元件410的位置在空间上对准。各环430产生感应场，其由相 关过滤器中的相应线圈接收并被转换回电能。该电能随后用于运行过滤元件中的电子部 件和其它电路驻件。这种构造允许过滤器包含更多的先进电路并因此增加外部设备可获得的数据量 和其内容的丰富性。虽然提出了两个实施例，但本发明不受到如此限制。感应环可以放 置在壳体内的任何位置。此外，环的数量不受限制，这些环的尺寸也没有任何限制。例 如，大环可以模制在垫圈中，或也可以使用一个或多个小环。环可以是环状密封件的一 部分，或可以是专门为此添加的额外部分。此外，环的尺寸无需相同。环也可以具有所 需数量的绕组以产生所需的场。如前所述，产生感应磁场需要利用环中的交流。该电流源设置在壳体组件外 侧。如关于天线连接的描述，至垫圈的电源连接可以是位于垫圈外侧上的连接器。或 者，一个或多个导线可以离开垫圈并直接连接于电源。在一个实施例中，使用同轴缆 线，其中正负导体被分开以形成环。如上所述，壳体组件外侧的电源电缆的具体构造取 决于具体的实施。使用这种垫圈允许用户经济地更新其装备的能力。传统不锈钢壳体组件的用户 仅需与小型过滤元件一起使用本发明的垫圈来实现这些嵌置电子部件的好处。没有必要 翻新或更换现有的壳体组件，这通常会是非常昂贵的。本发明还最小化了壳体组件周围和附近的杂乱布线。如前所述，垫圈可以具有 一个或多个连接器，数据通讯和电力通过连接器传送。因此，单组导线或缆线连接于垫 圈来执行所有的所需功能。此外，在这些情况中，当需要打开壳体组件时，单元的拆卸 变得很简单。可以从垫圈断开缆线，拆下上部壳体，并可以随后取下垫圈。无需多个线 束，由此进一步简化了该新颖垫圈的使用。
权利要求
1.用于具有至少两个可分离部分的壳体组件的设备，包括a.垫圈，包括适于形成所述部分之间的密封件的弹性材料；b.位于所述壳体内的天线；和c.嵌置在所述垫圈内的电缆，将所述天线电连接于所述壳体组件的外部。
2.权利要求1的设备，还包括至少一个支撑臂，所述天线连接于所述支撑臂。
3.权利要求2的设备，其中所述垫圈为环形，所述天线位于所述密封件的中心。
4.权利要求1的设备，还包括位于所述壳体组件外部的连接器，所述电缆电连接于所 述连接器。
5.权利要求1的设备，还包括位于所述壳体组件内的圆线圈，和嵌置在所述垫圈内的 第二电缆，将所述线圈电连接于所述壳体组件的外部。
6.权利要求5的设备，其中所述圆线圈和所述垫圈形成同心圆。
7.权利要求5的设备，其中所述垫圈的一部分延伸在所述壳体组件内，所述线圈嵌置 在所述垫圈的所述内部中。
8.权利要求5的设备，其中所述壳体组件适于包含至少一个过滤元件，所述线圈位于 所述壳体组件内以围绕所述过滤元件。
9.权利要求1的设备，其中所述两个可分离部分包括上部和下部壳体。
10.权利要求1的设备，还包括位于所述壳体组件内的装置，所述装置适于与所述天 线进行无线通讯。
11.权利要求10的设备，其中所述装置还包括传感器。
12.权利要求10的设备，其中所述装置还包括过滤元件。
13.权利要求10的设备，其中所述装置包括存储元件。
14.与具有至少两个可分离部分的壳体组件内的装置进行通讯的方法，包括a.提供在所述部分之间的垫圈以使所述垫圈的一部分形成所述可分离部分之间的密 封件；b.将电缆嵌置在所述垫圈中；c.提供在所述壳体组件内的天线，所述天线通过所述电缆连接于所述壳体组件的外部；d.提供位于所述壳体外部的第二装置，具有通讯能力；e.将所述第二装置连接于所述电缆；以及f.通过所述天线将信息从所述第二装置传送至所述壳体内的所述装置。
15.权利要求14的方法，还包括a.提供在所述壳体组件内的圆线圈，通过嵌置在所述垫圈中的第二电缆连接于所述 壳体组件的外部；b.用交流激励所述线圈以在所述壳体组件内产生变化的磁场；以及c.在所述壳体内的所述装置中提供第二线圈，适于将所述磁场转变成电能。
16.权利要求14的方法，其中所述传送利用无线协议。
17.权利要求16的方法，其中所述无线协议包括RFID。
18.权利要求16的方法，其中所述无线协议包括Zigbee 。
19.权利要求16的方法，其中所述无线协议包括BlueTooth 。
20.权利要求16的方法，其中所述无线协议包括Wifi 。
21.权利要求14的方法，其中所述装置包括无线通讯装置。
22.权利要求21的方法，其中所述装置包括存储元件。
23.权利要求21的方法，其中所述装置包括传感器。
24.权利要求21的方法，其中所述装置包括过滤元件。
25.用于具有至少两个可分离部分的壳体组件的设备，包括a.垫圈，包括适于形成所述部分之间的密封件的弹性材料；b.位于所述壳体内的线圈，适于接收交流以产生变化的磁场；和c.电缆，嵌置在所述垫圈内，将所述线圈电连接于所述壳体组件的外部。
26.权利要求25的设备，其中所述垫圈的一部分延伸在所述壳体组件内，所述线圈嵌 置在所述垫圈的所述内部中。
27.权利要求25的设备，其中所述壳体组件适于包含至少一个过滤元件，所述线圈位 于所述壳体组件内以围绕所述过滤元件。
28.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件外部的连接器，所述电缆电连接于 所述连接器。
29.权利要求25的设备，其中所述线圈和所述垫圈形成同心圆。
30.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件内的天线，和嵌置在所述垫圈内的 第二电缆，将所述天线电连接于所述壳体组件的外部。
31.权利要求25的设备，其中所述可分离部分包括上部和下部壳体。
32.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件内的装置，其中所述装置包括无线 通讯装置。
33.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件内的装置，其中所述装置还包括传感器。
34.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件内的装置，其中所述装置还包括过 滤元件。
35.权利要求25的设备，还包括位于所述壳体组件内的装置，其中所述装置包括存储 元件。
36.对具有至少两个可分离部分的壳体组件内的装置供电的方法，包括a.提供在所述部分之间的垫圈以使所述垫圈的一部分形成所述可分离部分之间的密 封件；b.将电缆嵌置在所述垫圈中；c.提供在所述壳体组件内的圆线圈，通过所述电缆连接于所述壳体组件的外部；d.用交流激励所述线圈以在所述壳体组件内产生变化的磁场；以及e.在所述壳体内的所述装置中提供第二线圈，适于将所述磁场转变成电能。
37.权利要求36的方法，其中所述线圈定位成围绕所述装置。
38.权利要求36的方法，其中所述装置包括无线通讯装置。
39.权利要求36的方法，其中所述装置包括存储元件。
40.权利要求36的方法，其中所述装置包括传感器。
41.权利要求36的方法，其中所述装置包括过滤元件。
全文摘要
公开了用于将无线通讯和任选的电能提供给壳体组件的内部的方法和设备。在一个实施例中，天线模制在垫圈材料例如硅内以被完全包封。垫圈优选包括至少一个支撑臂，其将天线保持向壳体的中部以最小化来自金属壳体的干扰。在另一些实施例中，感应垫圈包封在垫圈中。交流通过该线圈以产生变化的磁场，其随后用于在物理隔开的零件例如过滤元件中产生电能。该线圈可以位于垫圈的内圆周附近，或者可以位于壳体内的任何地方。在某些实施例中，模制有多个环来对应壳体内的多个过滤元件。
文档编号G08B13/14GK102016939SQ200980110732
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月13日 优先权日2008年3月26日
发明者A·布尔克, M·约恩斯 申请人:米利波尔有限公司