DE102009043637A1 - Data transmission system for wireless data transmission between transmitting device and receiving device, has X-ray source provided with carbon nanotube emitter in transmitting device - Google Patents

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Abstract

The data transmission system has an X-ray source (9) provided with a carbon nanotube emitter in a transmitting device. An X-ray detector (6) is provided in a receiving device. The transmitting device produces rapid pulsed X-rays, where the receiving device has a photodiode with scintillator. Independent claims are also included for the following: (1) a method for wireless data transmission between a transmitting device and a receiving device; and (2) a hollow space operating system two devices, where former device is formed as pipe crawler.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Hohlraumbetriebssystem mit einem innerhalb eines Hohlraums betreibbaren ersten Gerät und einem außerhalb des Hohlraums betreibbaren zweiten Gerät.The invention relates to a data transmission system for wireless data transmission between a transmitting device and a receiving device. Furthermore, the invention relates to a method for wireless data transmission between a transmitting device and a receiving device. In addition, the invention relates to a cavity operating system with a first device operable within a cavity and a second device operable outside the cavity.

Die Übertragung von Daten zwischen verschiedenen Geräten ist aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. PCs kommunizieren per Netzwerkkabel mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten miteinander. Dabei werden elektrische Spannungswerte zur Übertragung der digitalen Werte 0 und 1 verwendet. Benötigt man höhere Datenübertragungsraten werden Lichtwellenleiter verwendet. Ein Laser sendet moduliertes Licht in eine Glasfaser so dass sich die Daten per Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. In der Empfangsstelle wandelt eine Photodiode die optischen Signale in elektrische Signale um.The transfer of data between different devices is an indispensable part of daily life. PCs communicate with each other via network cable at unimaginable speeds. Electrical voltage values are used to transmit the digital values 0 and 1. If higher data transmission rates are required, optical fibers are used. A laser transmits modulated light into a glass fiber so that the data propagates at the speed of light. In the receiving station, a photodiode converts the optical signals into electrical signals.

Aus der Offenlegungsschrift EP 0 651 596 A1 ist ein Röntgen-Impuls-Generator zur Erzeugung von gepulster Röntgenstrahlung bekannt.From the publication EP 0 651 596 A1 For example, an X-ray pulse generator for generating pulsed X-radiation is known.

Aus der Patentschrift US 6,456,691 B2 ist ein Röntgenstrahlenerzeuger mit einem Carbon-Nanotube-Emitter (CNT-Emitter) bekannt.From the patent US 6,456,691 B2 For example, an X-ray generator with a carbon nanotube emitter (CNT emitter) is known.

Es gibt aber Anforderungen, bei denen sich zwischen Sender und Empfänger ein massives Material befindet. Man denke dabei als Ausführungsbeispiel an eine Ölpipeline. In der Pipeline fährt ein Roboter, der die Inspektion der Pipeline durchführt. Der Roboter soll autark in der Pipeline fahren. Parallel zu dem Roboter fährt außerhalb ein Fahrzeug die Pipeline entlang. Dieses soll Stellen markieren, an denen die Pipeline beschädigt ist.However, there are requirements in which a massive material is located between transmitter and receiver. As an example, consider an oil pipeline. In the pipeline, a robot drives to inspect the pipeline. The robot should drive autonomously in the pipeline. A vehicle drives along the pipeline outside the robot in parallel with the robot. This should mark places where the pipeline is damaged.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Datenübertragungssystem zu schaffen, bei dem auch eine drahtlose Signalübertragung durch elektromagnetische Strahlung schirmende Hindernisse ermöglicht wird.An object of the present invention is to provide a data transmission system which also enables wireless signal transmission by electromagnetic radiation shielding obstacles.

Diese Aufgabe wird durch ein Datenübertragungssystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a data transmission system with the features according to claim 1.

Durch die Verwendung von Röntgenstrahlung zur drahtlosen Signalübertragung ist es möglich, Hindernisse bei der Datenübertragung zu überwinden, die bei der Verwendung optischer oder elektromagnetischer Signalträger nicht überwunden werden könnten. Beispielsweise lässt sich mit dem Datenübertragungssystem gemäß der Erfindung eine drahtlose Datenübertragung zwischen einem ersten Gerät, das sich innerhalb eines von einer metallischen Hülle gebildeten Hohlraums befindet, und einem zweiten Gerät, das sich außerhalb eines von der metallischen Hülle gebildeten Hohlraums befindet, erreichen. Die beiden Geräte bilden ein ”Hohlraumbetriebssystem” im Sinne der Erfindung, da eines der Geräte zum Betrieb innerhalb des Hohlraums geeignet ist. Weist beispielsweise das zweite Gerät als Sendeeinrichtung einen Röntgengenerator zur Erzeugung schnell gepulster Röntgenstrahlung und das erste Gerät einen Röntgendetektor zum Empfang schnell gepulster Röntgenstrahlung auf, so können Daten von dem außerhalb des Hohlraums befindlichen Gerät zu dem in dem Hohlraum befindlichen Gerät übertragen werden. Selbstverständlich ist bei entsprechender Ausbildung der Sende- und Empfangseinrichtungen der ersten und zweiten Geräte auch die umgekehrte Übertragungsrichtung oder eine bidirektionale Datenübertragung möglich.By using X-ray for wireless signal transmission, it is possible to overcome obstacles in data transmission that could not be overcome using optical or electromagnetic signal carriers. For example, with the data transmission system according to the invention, wireless data transmission between a first device located within a cavity formed by a metallic shell and a second device located outside a cavity formed by the metallic shell can be achieved. The two devices form a "cavity operating system" within the meaning of the invention, since one of the devices is suitable for operation within the cavity. If, for example, the second device has an X-ray generator for generating rapidly pulsed X-radiation as the transmitting device and the first device has an X-ray detector for receiving rapidly pulsed X-ray radiation, data can be transmitted from the device located outside the cavity to the device located in the cavity. Of course, with appropriate training of the transmitting and receiving devices of the first and second devices and the reverse transmission direction or a bidirectional data transmission possible.

Die Erfindung ist insbesondere bei der Untersuchung, Reinigung oder Reparatur von Kesseln oder Pipelines aus Eisen, Stahl etc von Vorteil, da sich damit Daten von bzw. zu dem eingeschlossenen Gerät übertragen lassen. Röntgenstrahlung mit einer Energie von beispielsweise 140–250 keV kann Edelstahl mit einigen mm Dicke durchdringen.The invention is particularly advantageous in the examination, cleaning or repair of boilers or pipelines made of iron, steel, etc., since data can be transferred from or to the enclosed device. X-rays with an energy of 140-250 keV, for example, can penetrate stainless steel with a thickness of a few mm.

Zur Signalerzeugung wird die Röntgenquelle vorzugsweise schnell ein- und ausgeschaltet. Ebenso wäre es möglich, zur Erzeugung von Datensignalen die Energie der von der Röntgen quelle erzeugten Strahlung zu variieren. Im Zusammenhang mit einer digitalen Signalübertragung wird insbesondere eine schnell gepulste Röntgenstrahlung erzeugt.For signal generation, the x-ray source is preferably switched on and off quickly. It would also be possible to vary the energy generated by the X-ray source to generate data signals. In connection with a digital signal transmission in particular a fast pulsed X-radiation is generated.

Bei der Erzeugung schnell geschalteter, insbesondere gepulster Röntgenstrahlung bietet sich vorteilhaft die Verwendung von Röntgenquellen mit Carbon-Nonotube-(CNT-)Emittern an. Diese können innerhalb weniger μs Strom emittieren. Es sind damit Röntgenquellen mit Stehanoden, Rotationsanoden oder Drehkolbenanoden realisierbar, aber auch sehr einfach aufgebaute Systeme mit Transmissionsanoden. Allgemein lassen sich Röntgenquellen mit CNT-Emittern sehr kompakt und Kostengünstig herstellen.When producing rapidly switched, in particular pulsed X-radiation, it is advantageous to use X-ray sources with carbon nonotube (CNT) emitters. These can emit electricity within a few μs. There are thus X-ray sources with Stehanoden, rotary anodes or rotary anodes realizable, but also very simple systems with transmission anodes. In general, X-ray sources with CNT emitters can be made very compact and cost-effective.

Als Röntgenstrahlendetektor ist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere eine Photodiode mit Szintillator gut geeignet, die die Röntgenstrahlung zunächst in Licht und anschließend in elektrische Signale umwandelt. Solche Photodioden sind Stand der Technik. Sie werden beispielsweise von der Firma Hamamatsu hergestellt.As an X-ray detector is in connection with the invention, in particular, a photodiode with scintillator well suited, which first converts the X-rays into light and then into electrical signals. Such photodiodes are state of the art. They are produced for example by the company Hamamatsu.

Bei Röntgenimpulsen mit einer Impulsdauer < 10 μs sind damit Datenübertragungsraten > 100 kHz realisierbar. Verglichen mit LAN-Netzwerken sind diese Datenübertragungsraten zwar klein, für viele Anwendungen aber dennoch ausreichend. z. B. könnte eine Anwendung sein, einen Roboter in einer Pipeline, einen sog. ”Rohrkrabbler”, exakt zu einem externen Gerät, z. B. einem Fahrzeug, zu positionieren. Für die dafür erforderlichen Datenübertragungsraten ist das erfindungsgemäße Datenübertragungssystem sehr gut geeignet. Insbesondere im Zusammenhang mit der exakten Positionierung eines Rohrkrabblers ist die gleichzeitige Verwendung mehrerer Röntgendetektoren von Vorteil. Diese können beispielsweise als 4-Quadrandensensor oder als lineares Photodiodenarray angeordnet sein. Durch die Auswertung, welcher bzw. welche der Röntgendetektoren augenblicklich von der gesendeten Röntgenstrahlung getroffen werden, ist eine exakte Positionierung des Rohrkrabblers gegenüber dem externen Gerät möglich.For X-ray pulses with a pulse duration <10 μs, data transmission rates are therefore> 100 kHz can be realized. While these data rates are small compared to LAN networks, they are still sufficient for many applications. z. B. could be an application, a robot in a pipeline, a so-called. "Rohrkrabbler", exactly to an external device, eg. As a vehicle to position. The data transmission system according to the invention is very well suited for the data transmission rates required for this purpose. In particular, in connection with the exact positioning of a Rohrkrabblers the simultaneous use of multiple X-ray detectors is beneficial. These can be arranged, for example, as a 4-quadrant sensor or as a linear photodiode array. By evaluating which or which of the X-ray detectors are instantaneously struck by the transmitted X-radiation, an exact positioning of the pipe crawler with respect to the external device is possible.

Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die Figur ein System zur Untersuchung einer Pipeline.The invention will be explained in more detail with reference to the following embodiment. The figure shows a system for investigating a pipeline.

Das erfindungsgemäße Pipeline-Untersuchungssystem umfasst einen zum Betrieb innerhalb einer Pipeline 1 geeigneten Rohrkrabbler 2, der eine mobile Basiseinheit 3, eine Kamera 4, eine Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 5 und einen Röntgendetektor 6 umfasst. Ferner umfasst das Pipeline-Untersuchungssystem ein außerhalb der Pipeline befindliches Begleitfahrzeug 7 mit einer mobilen Basiseinheit 8, durch das der Rohrkrabbler 2 gesteuert werden kann. Die drahtlose Datenübertragung zwischen dem Rohrkrabbler 2 und dem Begleitfahrzeug 7 erfolgt durch schnell gepulste Röntgenstrahlung, die von einer mit der Basiseinheit 8 verbundenen Röntgenquelle 9 erzeugt wird. Die Steuerung der Röntgenquelle 9 erfolgt über eine Steuereinheit 10. Ferner umfasst das Begleitfahrzeug 7 ein User-Interface, z. B. Bildschirm und Tastatur (nicht dargestellt), zur Bedienung durch eine Person.The inventive pipeline inspection system includes one for operation within a pipeline 1 suitable pipe crawler 2 , which is a mobile base unit 3 , a camera 4 , a signal processing and control unit 5 and an X-ray detector 6 includes. Further, the pipeline inspection system includes an off-line escort vehicle 7 with a mobile base unit 8th through which the pipe crawler 2 can be controlled. The wireless data transfer between the pipe crawler 2 and the support vehicle 7 is done by fast pulsed X-rays coming from one with the base unit 8th connected X-ray source 9 is produced. The control of the X-ray source 9 via a control unit 10 , Furthermore, the escort vehicle includes 7 a user interface, eg. B. screen and keyboard (not shown), for operation by a person.

Durch das Begleitfahrzeug 7 lassen sich bestimmte Funktionen des Rohrkrabblers 2 steuern. Hierzu wird durch die Steuereinheit 10 ein Steuersignal generiert und durch die Röntgenquelle 9 in eine entsprechende Folge schnell gepulster Röntgenstrahlung gewandelt. Zum schnellen Schalten der Röntgenstrahlung weist die Röntgenstrahlenquelle 9 vorteilhaft einen Carbon-Nanotube-(CNT-)Emitter auf. Die Energie der erzeugten Röntgenimpulse wird so eingestellt, dass die Röntgenimpulse die Wandung der Pipeline 1 durchdringen können.By the escort vehicle 7 can be certain functions of the Rohrkrabblers 2 Taxes. This is done by the control unit 10 generates a control signal and through the X-ray source 9 converted into a corresponding sequence of fast pulsed X-rays. For fast switching of the X-ray radiation, the X-ray source 9 advantageously a carbon nanotube (CNT) emitter. The energy of the generated x-ray pulses is adjusted so that the x-ray pulses are the wall of the pipeline 1 can penetrate.

Zum Empfang der von dem Begleitfahrzeug 7 abgegebenen Steuersignale weist der Rohrkrabbler 2 einen Röntgendetektor 6 auf. Dieser enthält mehrere linear nebeneinander angeordnete und großflächig ausgebildete Photodioden mit darauf befindlichen Szintillatoren. Die Szintillatoren wandeln die empfangenen Röntgenimpulse in Lichtimpulse und die Photodioden die Lichtimpulse in elektrische Impulse um, die schließlich der Signalverarbeitungs- und Steuereinheit 5 zugeführt werden. Durch die Steuersignale kann beispielsweise der Rohrkrabbler 2 in Bewegung gesetzt und angehalten oder seine Bewegungsrichtung geändert werden. Weiterhin kann dadurch die Kamera 4 geschwenkt werden. Durch die Verwendung mehrerer nebeneinander angeordneter Photodioden und eine Auswertung der von den einzelnen Photodioden erzeugten Signale ist ferner eine genaue Positionierung des Rohrkrabblers 2 gegenüber dem Begleitfahrzeug 7 möglich.To receive the from the support vehicle 7 issued control signals, the Rohrkrabbler 2 an x-ray detector 6 on. This contains a plurality of linearly arranged juxtaposed and large-area photodiodes with scintillators located thereon. The scintillators convert the received X-ray pulses into light pulses and the photodiodes convert the light pulses into electrical impulses, which ultimately are the signal processing and control unit 5 be supplied. By the control signals, for example, the Rohrkrabbler 2 be set in motion and stopped or its direction of movement changed. Furthermore, this may cause the camera 4 be panned. By using a plurality of juxtaposed photodiodes and an evaluation of the signals generated by the individual photodiodes is also a precise positioning of the Rohrkrabblers 2 opposite the accompanying vehicle 7 possible.

Die gezeigte Erfindung ermöglicht es, drahtlos Daten durch ein elektromagnetische Strahlung schirmendes Gehäuse zu senden.The invention shown makes it possible to wirelessly transmit data through an electromagnetic radiation shielding housing.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0651596 A1 [0003] EP 0651596 A1 [0003]
  • US 6456691 B2 [0004] US 6456691 B2 [0004]

Claims (11)

Datenübertragungssystem zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung, wobei die Sendeeinrichtung eine schnell schaltbare Röntgenquelle (9) und die Empfangseinrichtung einen Röntgendetektor (6) umfasst.Data transmission system for wireless data transmission between a transmitting device and a receiving device, wherein the transmitting device is a rapidly switchable X-ray source ( 9 ) and the receiving device an X-ray detector ( 6 ). Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Röntgenquelle (9) einen Carbon-Nanotube-Emitter umfasst.Data transmission system according to claim 1, wherein the X-ray source ( 9 ) comprises a carbon nanotube emitter. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Sendeeinrichtung schnell gepulste Röntgenstrahlung erzeugt.The data transmission system of claim 1, wherein the transmitter generates fast pulsed x-ray radiation. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Empfangseinrichtung wenigstens eine Photodiode mit Szintillator umfasst.Data transmission system according to one of claims 1 to 3, wherein the receiving device comprises at least one photodiode with scintillator. Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einer Sendeeinrichtung und einer Empfangseinrichtung, wobei von der Sendeeinrichtung ein Datensignal in Form schnell gepulster Röntgenstrahlung erzeugt und abgegeben wird und von der Empfangseinrichtung die von der Sendeeinrichtung abgegebene, schnell gepulste Röntgenstrahlung empfangen und in ein elektrisches Datensignal gewandelt wird.Method for wireless data transmission between a transmitting device and a receiving device, wherein the transmitting device generates and delivers a data signal in the form of rapidly pulsed X-radiation and receives from the receiving device the rapidly pulsed X-radiation emitted by the transmitting device and converted into an electrical data signal. Hohlraumbetriebssystem mit einem innerhalb eines Hohlraums betreibbaren ersten Gerät und einem außerhalb des Hohlraums betreibbaren zweiten Gerät, umfassend ein Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Datenübertragung zwischen dem ersten Gerät und dem zweiten Gerät.A cavity operating system having a first device operable within a cavity and a second device operable outside the cavity, comprising a data transfer system according to any one of claims 1 to 4 for data transfer between the first device and the second device. Hohlraumbetriebssystem nach Anspruch 6, ausgebildet zur Untersuchung und/oder Reinigung und/oder Reparatur des Hohlraumes.A void operating system according to claim 6, adapted for the examination and / or cleaning and / or repair of the cavity. Hohlraumbetriebssystem nach Anspruch 6, oder 7, wobei das erste Gerät als Rohrkrabbler (2) ausgebildet ist.A void system according to claim 6 or 7, wherein the first device is a pipe crawler ( 2 ) is trained. Hohlraumbetriebssystem nach einem der Ansprüche 6, bis 8, wobei das zweite Gerät die schnell schaltbaren Röntgenquelle (9) und das erste Gerät den Röntgendetektor (6) umfasst.A void system according to any one of claims 6 to 8, wherein the second device is the fast-switching x-ray source ( 9 ) and the first device the X-ray detector ( 6 ). Rohrkrabbler (2) mit einem Röntgendetektor zum Empfang schnell gepulster Röntgenstrahlung.Pipe Crawler ( 2 ) with an X-ray detector for receiving rapidly pulsed X-radiation. Rohrkrabbler (2), insbesondere Rohrkrabbler (2) nach Anspruch 10, mit einer Röntgenquelle zum Senden schnell gepulster Röntgenstrahlung.Pipe Crawler ( 2 ), in particular pipe crawler ( 2 ) according to claim 10, comprising an X-ray source for transmitting fast pulsed X-radiation.
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