本发明涉及一种改进的接收电路和通信装置。
背景技术：
下述的通信装置是已知的，其中，在接纳于外壳内部的控制衬底与设置于外壳的外部的装置之间可进行无线通信。作为涉及这样的通信装置的已有技术，包括有在专利文献1中公开的技术。
专利文献1中公开的那样的通信装置属于假定在危险场所处使用的情况的类型。危险场所指指下述的场所，其中，在普通工厂等处，具有爆炸性气体与空气混合，产生大于等于爆炸下限的危险气氛的危险。假定危险场所处的使用的通信装置必须要求适合于本质安全防爆要求(jisc60079)。
对于用于危险场所的通信装置，限制电感值和电容，以便适合于本质安全防爆条件。可在电路内部而使用的上限的电感值依赖于电流，上限的电容值依赖于电压。由此，通过增加电阻器的电阻值，增加齐纳二极管的额定值，进行电流、电压的限制，但是如果考虑满足本质安全防爆要求的值，则具有接收的灵敏度降低的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：jp2009－054940号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
本发明的课题在于提供可保持接收灵敏度且满足防爆要求的接收电路和通信装置。
用于解决课题的技术方案
本发明的接收电路的特征在于，该接收电路包括：
天线电路，该天线电路由天线和电容器构成；
由齐纳二极管和电阻器构成的第一、第二限幅电路；
电子电路，
其中，上述天线电路的一端和上述电子电路的一端经由上述第一限幅电路而连接，上述天线电路的另一端与上述电子电路的另一端经由上述第二限幅电路而连接；
上述天线电路中的上述电容器设置于第一、第二限幅电路侧；
上述第一、第二限幅电路中的上述电阻器设置在电子电路侧。
本发明的通信装置的特征在于，包括上述的接收电路。
发明的效果
按照本发明，可提供一种可保持接收灵敏度且满足防爆要求的接收电路和通信装置。
附图说明
图1为示意性地表示使用本发明的实施方式的检测装置(通信装置)的工厂装置状态收集系统的图；
图2为图1所示的检测装置的截面图和平面图；
图3为表示图2所示的检测装置的接收电路的第一实施方式的图；
图4为表示图2所示的检测装置的接收电路的第二实施方式的图；
图5为表示图2所示的检测装置的接收电路的第二实施方式中的与便携终端的可通信距离的测定值和通信结果的图。
具体实施方式
下面参考附图而描述本发明的实施方式。
参考图1。图1表示石油化工厂中的工厂设备状态收集系统1。石化厂非常大。为此，检测装置(通信装置)10检测每个装置，并且数据存储管理装置5管理已检测到的信息。
更具体地进行说明。多个检测装置10通过安装在工厂内的各装置上而配置在危险场所da中。由这些检测装置10检测到的信息经由中继器3或直接发送至网络构筑装置4，并发送至数据存储管理装置5。工厂的管理人员可以使用未示出的笔记本个人计算机(管理终端)来确认存储在数据存储管理装置5中的信息。
尽管在图1中示出了三个检测装置10，但是检测装置10的数量可以是四个或更多，或者可以是一个或两个。
对于检测装置10检测到的状态，列举有温度、振动等。当识别出状态异常时，管理人员将作业人员引导至已经检测到异常的检测装置10，以确认该状态。
参考图2。在进行已经发生异常的装置的维修等的作业之后，作业人员将平板终端之类的便携终端6(通信装置6)置于检测装置10之上，进行通信，以便将作业完成发送到数据存储管理装置5。便携终端6与检测装置10之间的通信可采用近距离的无线通信，例如，由iso/iec14443定义的rfid(射频标识符)标准、由iso/iec18092定义的nfc(近场通信)标准等。例如，通过近距离无线通信，从便携终端6而写入到检测装置10中的作业内容从检测装置10经由中继器3、或从检测装置10而直接地发送至网络构筑装置4，进一步从网络构筑装置4发送给数据存储管理装置5。另外，便携终端6可以在安装检测装置10时通过近距离无线通信，将认证信息、动作条件等的各种信息写入检测装置10中。
图2的(a)表示检测装置10的截面图，图2的(b)表示检测装置10的平面图。检测装置10的主要结构元件包括金属的外壳11；开设在该外壳11中的开口部43中的窗部件50；固定于外壳11上的控制衬底14；与控制衬底14连接的辅助衬底60；安装在辅助衬底60上的电子电路63；柔性印刷电路衬底61，该柔性印刷电路衬底61与辅助衬底60连接，以接近窗部件50的底面的方式设置，进行近距离无线通信；通信模块16，该通信模块16安装于控制衬底14上；传感器70，该传感器70与控制衬底14连接，检测装置的状态；传感器连接器21，该传感器连接器21通过电缆21a而将控制衬底14连接至传感器70；电池模块80，该电池模块80由电池等构成，其向控制衬底14供给电力；电池连接器22，该电池连接器22经由电缆22a，将控制衬底14与电池模块80连接；通信天线23，该通信天线23设置于外壳11的顶面上；连接器24，该连接器24经由缆线24a，将控制衬底14与通信天线23连接；连接器25，该连接器25将缆线21a和传感器70的连接器71连接；连接器62，该连接器62经由缆线62a，将柔性印刷电路衬底61和辅助衬底60连接。从检测装置10的中心开始的通信天线23的方向为x轴的正方向，在将通信天线23放置在x轴的正方向上时的从检测装置10的中心的进深方向为y轴的正方向，检测装置10的上下方向上侧为z轴的正方向。
外壳11由设置在下部且上部开口的第一分隔体30、以及叠置在第一分隔体30上的第二分隔体40构成。该第一分割体30和第二分割体40通过在图中没有示出的螺栓和螺母而紧固。根据需要，对外壳11的表面进行涂漆等的表面处理。
控制衬底14采用多层印刷电路衬底。控制衬底14通过螺钉26而固定在第二分割体40的内面上。控制衬底14接地。也可在控制衬底14上设置发光元件，该发光元件通过控制衬底14而进行亮灯、时亮时灭、熄灭的切换。
通信模块16例如由电路形成，该电路包括至少一个处理器(例如，中央处理单元(cpu))、至少一个专用集成电路(asic)和/或至少一个现场可编程门阵列(fpga)等的至少一个半导体集成电路，并且可以执行图1所示的检测装置10的功能的至少一部分。通信模块16以设定的间隔自动地启动，具有下述的功能，即，将通过传感器70检测的信息、从便携终端6而通过近距离无线通信而输入的信息经由通信天线23发送到中继器3和网络构筑装置4。
第一分割体30由从底部观看时呈大致矩形形状的底部31和从底部31的每个边缘而升高的下部侧壁部32构成。
底部31的一部分向下方而突出，以形成接纳连接器25的连接器收纳部33。
下部侧壁部32接地。
第二分割体40由从平面看呈大致矩形形状的盖部41和从盖部41的每个边缘而下降的上部侧壁部42构成。
在盖41的中央处，开设有大致矩形的开口部43。在从平面看的开口部43的面积设定在1600mm2以下。邻近开口部43而开设安装通信天线23的天线安装孔(在图中未示出)。
上部侧壁部42与下部侧壁部32连接。
窗部件50按照封闭第二分隔体40的开口部43的方式设置。窗构件50的原材料由具有电绝缘性且透过用于近距离无线通信的无线电波或磁性的树脂制成。
辅助衬底60采用多层印刷电路衬底。辅助衬底60具有电子电路63。辅助衬底60通过间隔件27、btob(板对板)连接器28和29连接到控制衬底14。
辅助衬底60通过电缆62a和连接器62，连接到具有天线64(参照图3)的柔性印刷电路衬底61。由于柔性印刷电路衬底61具有挠性，所以布置的自由度高。天线64可以更靠近窗部件50，可以确保高的通信性。
还参考图3的接收电路65的第一实施例。检测装置10包括用于与便携终端6进行近距离无线通信的接收电路65。接收电路65由电子电路63、天线电路66以及第一、第二限幅电路67和68构成。天线电路66的电容器c，第一、第二限幅电路67和68以及电子电路63安装在辅助衬底60上，天线电路66的天线64安装在柔性印刷电路衬底61上。
电子电路63例如由集成电路(ic)形成，并且通过与便携终端6的近距离无线通信或通过连接器28和29的来自控制板14的电力的供给而启动，它具有存储从通信模块16或便携终端6而输入的信息的功能、将已存储的信息发送到通信模块16或便携终端6的功能。
天线64是用于与便携终端6进行近距离无线通信的天线。天线64由通过具有导电性的材料，形成在柔性印刷电路衬底61上的布图天线或线圈形成。
天线电路66的电容器c用于调整天线64的谐振频率，其容量根据近距离无线通信的频率而确定。
在第一、第二限幅电路67和68中，电阻器r1和r2分别串联于布线l1和l2上(为每条布线而提供一个电阻器)。电阻器r1和r2用作限流元件，其限制从布线l1和l2而提供给接收电路65的电流。此外，在布线l1和l2上，齐纳二极管z11、z21并联于天线电路66的电容器c与电阻器r1和r2之间(为每个布线而提供一个齐纳二极管)。在齐纳二极管z11、z21中，负极与布线l1和l2连接，正极接地。齐纳二极管z11、z21用作限压元件，其限制从布线l1和l2而施加到接收电路65的电压。由此，对于本质安全防爆要求来说，可满足不应用计数故障的概念的保护等级。
参照图4的接收电路65的第二实施方式。在第一、第二限幅电路67和68中，电阻器r1和r2分别串联于布线l1和l2上(为每条布线而提供一个电阻器)。电阻器r1和r2用作限流元件，其限制从线l1和l2而提供给接收电路65的电流。此外，在布线l1和l2上，两个齐纳二极管并联于天线电路66的电容器c与电阻器r1和r2之间。即，齐纳二极管z11、z12与布线l1并联，齐纳二极管z21、z22与布线l2并联连接(每个布线设置两个齐纳二极管)。在齐纳二极管z11、z12、z21和z22中，负极与布线l1和l2连接，正极接地。齐纳二极管z11、z12、z21和z22的齐纳电压基本相同，但是由于具有参差不齐，故不一致。因此，齐纳二极管z11、z12之一以及z21、z22之一用作限制从布线l1和l2施加到接收电路65的电压的限压元件。齐纳二极管z11和z12中的另一个以及z21和z22中的另一个不用作限压元件，并且用于冗余。这样，对于本质安全防爆要求，可以满足所有保护等级。
在第一实施方式和第二实施方式中，第一、第二限幅电路67和68的齐纳二极管的寄生电容可以为30pf或更小，并且电阻器的电阻值可以为51ω。由此，可以在保持接收灵敏度的同时，满足本质安全防爆要求。
在本质安全防爆要求中，决定可以与电路中施加的电压而使用的电容值，可以通过使用齐纳二极管的齐纳电压而限制从外部电路流入的电力，来确定该电压。然而，由于齐纳二极管的寄生电容用作低通滤波器，所以天线64的接收信号衰减，并且通信性能(接收灵敏度)降低。因此，发现齐纳二极管的寄生电容最好足够小，并且在本发明中，其为30pf或更小。
在本质安全防爆要求中，决定可以与电路中施加的电流而使用的电感值，可以通过使用电阻器限制从外部电路流入的电力，来确定电流。然而，当电阻值增加时，接收灵敏度降低，并且当电阻值减小时，流过电路的电流增加，从而难以满足本质安全防爆要求。因此，本发明发现，在保持接收灵敏度的同时，满足本质安全防爆要求的电阻值为51ω。
参考图5的第二实施方式中的检测装置10与便携终端6之间的可通信距离的测量值和通信结果。当天线64的中心为x＝0mm，y＝0mm，第二分割体40的盖部41和窗部件50的上表面为z＝0mm时，测定检测装置10与便携终端6之间在z方向上的可通信距离、与通信结果。如图所示，当便携终端6位于天线64的中心时，可通信距离最长，并且可以进行通信。即使当便携终端6在x方向和y方向上偏移时，尽管可通信距离短，但是仍可以进行通信。
如上所述，第二实施方式中的第一、第二限幅电路67和68的齐纳二极管z11、z12中的另一个以及z21、z22中的另一个不用作限压元件，而用于冗余。因此，当寄生电容足够小时，在动作中的第一、第二限幅电路67和68中不包括齐纳二极管z11和z12中的另一个以及z21和z22中的另一个。因此，图5所示的可通信距离和通信结果也可适用于第一实施方式。
另外，在第一实施方式中，天线电路66、第一限幅电路67和第二限幅电路68包括布线部区域，该布线区域中的布线l1和l2的布线宽度可大于等于2mm。例如，在第一实施方式中，布线部区域la1设置在辅助衬底60上的天线电路66的电容器c与第一限幅电路67的齐纳二极管z11之间，布线部区域la2设置在天线电路66的电容器c和第二限幅电路68的齐纳二极管z21之间。因此，针对本质安全防爆要求，可以认为在天线电路66的电容器c与第一、第二限幅电路67和68的齐纳二极管z11和z21之间的布线没有断开。因此，确定施加到电容器c的电压值，可以评估电容。
此外，在第二实施方式中，天线电路66、第一限幅电路67和第二限幅电路68包括布线部区域，该布线区域中的布线l1和l2的布线宽度可大于等于2mm。比如，在第二实施方式中，布线部区域la1设置在辅助衬底60上的天线电路66的电容器c与第一限幅电路67的齐纳二极管z11和z12之间，布线部区域la2设置在天线电路66的电容器c和第二限制电路68的齐纳二极管z21、z22之间。因此，针对本质安全防爆要求，可以认为天线电路66的电容器c与第一、第二限幅电路67和68的齐纳二极管z11、z12和z21、z22之间的布线没有被切断。因此，确定施加到电容器c的电压值，并且可以评估电容。
上述本发明具有以下效果。
检测装置10的接收电路65包括：天线电路66，其由天线64和电容器c构成；第一、第二限幅电路67和68，其由齐纳二极管z11和z21以及电阻器r1和r2构成；以及电子电路63。天线电路66的一端和电子电路63的一端经由第一限幅电路67而连接，天线电路66的另一端和电子电路63的另一端经由第二限幅电路68而连接。由此，可以满足不应用计数故障的概念的保护等级，并且可以提供高的本质安全防爆性能。
接收电路65的第一、第二限幅电路67和68可以并联齐纳二极管z11、z12以及齐纳二极管z21、z22。据此，可以满足所有的保护等级，可以提供更高的本质安全的防爆性能。
接收电路65的第一、第二限幅电路67和68可以将齐纳二极管z11、z12、z21和z22的寄生电容设置为30pf或更小，可使电阻器r1和r2的电阻值为51ω。据此，既可以提供接收灵敏度，又可以提供较高的本质安全防爆性能。
接收电路65的天线电路66以及第一限幅电路67和第二限幅电路68包括配线部区域，在该配线部区域，配线l1和l2的配线宽度可大于等于2mm。据此，可以认为，电容器c与齐纳二极管z11、z12、z21、z22之间的布线没有切断。据此，可以评估电容值是否在上限内，并且可以提供高的本质安全防爆性能。
尽管以本发明的通信装置用在石油化工厂中的场合为例子而进行了说明，但是本发明的通信装置也可以用在其他的危险场所。对于危险场所，列举有比如，液化石油气加气站、隧道开挖现场、火力发电厂和油漆厂等。
另外，以检测装置为例描述了通信装置，但是通信装置不限于检测装置，而是可以应用于其他装置，只要该装置与外壳外部的装置进行无线通信即可。
即，只要实现本发明的功能和效果，本发明不限于上述实施方式。例如，窗部件和辅助衬底可以与第二分隔体一体地设置，控制衬底可以固定到第一分隔体上。
产业上的应用可能性
本发明的接收电路和通信装置适合用作在石油化工厂中使用的检测装置。
标号的说明：
标号6表示便携终端(通信装置)；
标号10表示检测装置(通信装置)；
标号11表示外壳；
标号14表示控制衬底；
标号30表示第1分割体；
标号40表示第2分割体；
标号41表示盖部；
标号50表示窗部件；
标号60表示辅助衬底；
标号61表示柔性印刷电路衬底；
标号63表示电子电路；
标号64表示天线；
标号65表示接收器电路；
标号66表示天线电路
标号67、68表示限幅电路；
标号80表示电池模块；
符号c表示电容器；
符号da表示危险场所；
符号l1、l2表示布线；
符号la1、la2表示布线部区域
符号r1、r2表示电阻(限流元件)；
符号z11、z12、z21、z22表示齐纳二极管(限压元件)。
1.一种接收电路，其特征在于该接收电路包括：
天线电路，该天线电路由天线和电容器构成，
由齐纳二极管和电阻器构成的第一、第二限幅电路；
电子电路，其中，
上述天线电路的一端和该电子电路的一端经由上述第一限幅电路而连接，上述天线电路的另一端与上述电子电路的另一端经由上述第二限幅电路而连接，
上述天线电路中的上述电容器设置于第一、第二限幅电路侧；
上述第一、第二限幅电路中的上述电阻器设置在电子电路侧。
2.根据权利要求1所述的接收电路，其特征在于，在第一、第二限幅电路中，两个上述齐纳二极管并联。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的接收电路，其特征在于，在第一、第二限制电路中，上述齐纳二极管的寄生电容为30pf以下，上述电阻器的电阻值为51ω。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的接收电路，其特征在于，上述天线电路与上述第一、第二限幅电路包括布线区域；
上述布线区域以2mm以上的布线宽度而连接。
5.一种通信装置，其特征在于，该通信装置包括根据权利要求1至4中的任一项所述的接收电路。
技术总结