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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR THE TRANSMISSION OF DATA AND POWER THROUGH A WALL BY MEANS OF STRUCTURE-BORNE NOISE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/093976
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is so transmit data and power through a wall (11) by means of structure-borne noise. Said aim is achieved by injecting noise on the front face (11a) of the wall (11) with the aid of a first sound transducer (12) and extracting the same on the rear face (11b) of the wall (11) with the aid of a second sound transducer (13). At least some of the extracted noise is converted into electrical power by means of a power generating device (15), said electrical power being used for operating a data transmission unit (16) located behind the wall (11). A modulator (18, 22) modulates carrier waves with data (21) that is to be transmitted, said carrier waves being injected into the wall (11) as sound waves and being transmitted through the wall. A demodulator (18, 22) is used for demodulating the transmitted carrier waves that are extracted from the wall (11).

Inventors:
KOPPENHAGEN KAY (DE)
PRECHTEL ULRICH (DE)
SCHALK JOSEF (DE)
SCHMITT NIKOLAUS-PETER (DE)
Application Number:
PCT/DE2005/000403
Publication Date:
October 06, 2005
Filing Date:
March 09, 2005
Export Citation:
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Assignee:
EADS DEUTSCHLAND GMBH (DE)
KOPPENHAGEN KAY (DE)
PRECHTEL ULRICH (DE)
SCHALK JOSEF (DE)
SCHMITT NIKOLAUS-PETER (DE)
International Classes:
H04B11/00; (IPC1-7): H04B11/00
Foreign References:
US6037704A2000-03-14
US5861018A1999-01-19
US5594705A1997-01-14
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand, gekennzeichnet durch die Schritte: Einkoppeln von Schall in eine Wand (11) an deren Vorderseite (11a); Auskoppeln des Schalls an der Rückseite (11 b) der Wand (11 ); Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektri sehe Energie, die zum Betrieb einer hinter der Wand (11 ) gelegenen Daten¬ übertragungseinheit (16) verwendet wird; wobei Trägerwellen mit zu übertragenden Daten (21) moduliert und als Schallwellen in die Wand (11) eingekoppelt werden und anschließend die modulierten Trägerwellen aus der Wand (11 ) ausgekoppelt und demoduliert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellen an der Vorderseite (11 a) der Wand (11 ) moduliert und an der Rückseite (11 b) derWand (11) demoduliert werden, um die Daten (21) von der Vorderseite (11a) derWand (11) zu ihrer Rückseite (11b) zu übertragen.
3. Verfahren nach einem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerwellen an der Rückseite (11b) der Wand (11) moduliert und an der Vorderseite (11a) der Wand (11) demoduliert werden, um von einem Sensor (23) erzeugte Daten von der Rückseite (11 b) der Wand (11 ) zu ihrer Vorder seite (11 a) zu übertragen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der an der Vorderseite (11a) der Wand (11 ) eingekoppelte Schall die Trägerwellen für die Daten umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die aus dem Schall gewonnene elektrische Energie einem Sensor (23) und/oder weiteren hinter der Wand (11 ) gelegenen elektroni¬ schen Bauteilen zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Schall und/oder die Trägerwellen im UltraschallBereich liegen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass für die Übertragung der Daten und die Übertragung der Ener¬ gie getrennte Schallwandler (52, 53, 62, 63) verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass für die Übertragung der Daten und für die Übertragung der Energie dieselben Schallwandler (12, 13) verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgekop¬ pelte Schall in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, von dem mittels FiI terung ein erster Teil abgetrennt und anschließend zur Gewinnung der Daten (21) demoduliert wird, während ein zweiter Teil zur Erzeugung der elektri¬ schen Energie verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein aus dem ausgekoppelten Schall erzeugtes Signal gleich¬ gerichtet und einem Energiespeicher (15b), bevorzugt einem Kondensator, zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten (21 ) dieselbe Schallfrequenz verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten (21) unterschiedliche Schallfrequenzen verwendet werden.
13. Vorrichtung (10; 30; 50) zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand (11 ), gekennzeichnet durch: einen ersten Schallwandler (12; 52; 62) zum Einkoppeln von Schall in eine Vorderseite (11 a) einer Wand (11 ); einen zweiten Schallwandler (13; 53:63) zum Auskoppeln des Schalls an ei¬ ner Rückseite (11b) derWand (11); Mittel (15) zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Datenübertra¬ gungseinheit (16); mindestens einen Modulator (18, 22) zur Modulation von Trägerwellen mit Daten (21), die als Schallwellen durch die Wand (11) zu übertragen sind; und mindestens einen Demodulator (18, 22) zur Demodulation der übertragenen Trägerwellen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (18) an den ersten Schallwandler (12) gekoppelt ist und der Demodulator (22) an den zweiten Schallwandler (13) gekoppelt ist, um die Daten (21) vom ersten Schallwandler (12) zum zweiten Schallwandler (13) zu übertragen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulator (22) an den zweiten Schallwandler (13) gekoppelt ist und der De modulator (18) an den ersten Schallwandler (12) gekoppelt ist, um die Daten (21 ) vom zweiten Schallwandler (13) zum ersten Schallwandler (12) zu übertragen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch ei¬ nen Oszillator (19; 39) zur Erzeugung des Schalls zur Energieübertragung und/oder der Trägerwellen zur Datenübertragung, der an den ersten Schall¬ wandler (12; 52; 62) gekoppelt ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Schalls für die Energieübertragung und zur Erzeu¬ gung der Trägerwellen für die Datenübertragung getrennte Oszillatoren (19, 39) vorgesehen sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, gekennzeichnet durch ei¬ nen Oszillator (24) zur Erzeugung der Trägerwellen, der an den zweiten Schallwandler (13; 63) gekoppelt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (15) zum Umwandeln des Schalls in elektrische Energie einen Gleichrichter (15a) und einen Energiespeicher (15b) umfassen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung von Energie und Daten verschiedene Paare von ersten und zweiten Schallwandlern (52, 53; 62, 63) vorgesehen sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schallwandler (12, 13) sowohl zur Übertragung von Energie als auch zur Übertragung der Daten dienen, wobei Mittel zur Aufspaltung eines elektrischen Signals des zweiten Schalltoandlers (13) vor¬ gesehen sind, um daraus einerseits die elektrische Energie und andererseits die übertragenen Daten (21) zu erzeugen.
Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertra¬ gung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand.

In vielen Fällen ist es notwendig, Daten und Energie durch Wände aus festen Werkstoffen zu übertragen, beispielsweise in geschlossene Behälter, um darin befindliche elektrische Bauteile, insbesondere Sensoren, mit Strom zu versorgen und die Messwerte der Sensoren auszulesen. Jedoch können in explosiven Um¬ gebungen, wie z.B. in Treibstofftanks von Flugzeugen, kaum Drahtdurchführungen für die Daten und für die Stromversorgung in den Wänden vorgesehen werden, da dies er erhöhten Explosionsgefahr führen kann. Auch die Benutzung von Batterien kann zu einer erhöhten Gefahr führen.

Allgemein können Sensoren in geschlossenen Behältern, wie z.B. Tankbehälter, Behälter für chemische Stoffe, Hochdruckbehälter etc., kaum oder nur mit großem Aufwand durch Wände oder Schottwände hindurch konfiguriert und ausgelesen werden. Derartige Behälter, Wände oder Schottwände können beispielsweise aus Metall, Kompositen, CFK, GFK o.a. gefertigt sein.

Bekannterweise können Sensorsignale drahtlos über Hochfrequenz bzw. Funk oder Transponder übertragen werden. Hierbei, insbesondere bei den Transpon- dem, ist es ebenfalls möglich, die zum Betrieb des Sensors oder seines Transmit- ters erforderliche Energie ebenfalls drahtlos zu übertragen. Problematisch bis un¬ möglich ist dieses Verfahren allerdings im Falle nicht Hochfrequenz-transmittanter Materialien, beispielsweise bei dicken Metallplatten. Daher ist es bisher kaum möglich, Daten oder Energie durch geschlossene, insbesondere auch metallische oder HF-absorbierende oder -reflektierende Materialien zu übertragen, besonders in explosionsgefährdeten Bereichen, Hochdruck-Bereichen, Vakuum-Bereichen o.a. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vor¬ richtung anzugeben, mit denen Daten und Energie durch Wände wie beispielswei¬ se Behälter- oder Schottwände, übertragen werden können, wobei auch eine Da¬ ten- und Energieübertragung durch metallische oder auch frequenzabsorbierende odder -reflektierende Materialien möglich sein soll. Weiterhin soll das Verfahren und die Vorrichtung auch in explosionsgefährdeten Bereichen, Hochdruck- Bereichen, Vakuum-Bereichen anwendbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß Patentanspruch 1 und durch die Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß Patentan¬ spruch 13. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung er¬ geben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeich¬ nungen.

Vorteile und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfah¬ ren genannt werden, gelten auch für die Vorrichtung, ebenso wie Vorteile und De¬ tails der Vorrichtung auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand umfasst die Schritte: Einkoppeln von Schall in eine Wand an deren Vorderseite; Auskoppeln des Schalls an der Rückseite der Wand; Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie, die zum Betrieb einer hinter der Wand gelegenen Datenübertragungsein- heit verwendet wird; wobei Trägerwellen mit zu übertragenden Daten moduliert und als Schallwellen in die Wand eingekoppelt werden und anschließend die mo¬ dulierten Trägerwellen aus derWand ausgekoppelt und demoduliert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Daten und Energie durch feste Wände hindurch z.B. in geschlossene Behälter zu übertragen, beispielswei¬ se um hinter der Wand gelegene Sensoren mit Strom zu versorgen und deren Messwerte zu erhalten. Dabei kann insbesondere auch eine Übertragung durch Wände oder Schottwände erfolgen, die aus nicht HF-transmittanten Materialien gefertigt sind, beispielsweise aus Metall. Auch explosionsgefährdete Bereiche, Hochdruck-Bereiche, Vakuum-Bereiche o.a. können durch feste Wände hindurch mit Energie versorgt werden, ohne dass eine Erhöhung der Explosionsgefahr durch Daten oder Energieübertragung erfolgt.

Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Trägerwelien an der Vorderseite der Wand moduliert und an der Rückseite der Wand demoduliert, um die Daten von der Vorderseite derWand zu ihrer Rückseite zu übertragen. Da¬ durch kann beispielsweise ein hinter der Wand gelegener Sensor mit einem Da- tenstrom konfiguriert werden.

Es können auch die Trägerwellen an der Rückseite der Wand moduliert und an der Vorderseite der Wand demoduliert werden, um beispielsweise von einem Sensor erzeugte Daten von der Rückseite der Wand zu ihrer Vorderseite zu über- tragen. Dadurch können insbesondere Sensoren im Innenraum von Treibstoff¬ tanks, beispielsweise Füllmengen-Sensoren, insbesondere bei Flugzeugen, aus¬ gelesen werden und ihre Sensordaten außerhalb des Tanks weiterverarbeitet werden.

Vorteilhafterweise bildet der an der Vorderseite der Wand eingekoppelte Schall die Trägerwellen für die Daten bzw. umfasst die Trägerwellen für die Daten. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Schallwandler als Sender oder Senderempfänger not¬ wendig ist, wodurch Bauteile, Bauraum und Gewicht eingespart werden können.

Vorteilhafterweise wird die aus dem Schall gewonnene elektrische Energie einem Sensor und/oder weiteren hinter derWand gelegenen elektronischen Bauteilen zugeführt.

Bevorzugt liegt der Schall und/oder die Trägerwellen im Ultraschall-Bereich. Da- durch ergibt sich eine besonders verlustfreie und effiziente Daten- und Energie¬ übertragung. Für die Übertragung der Daten und die Übertragung der Energie können auch ge¬ trennte Schallwandler verwendet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Schallwandler besser angepasst werden können und der elektrische Aufwand verringert wird.

Vorteilhaft wird der ausgekoppelte Schall in ein elektrisches Signal umgewandelt, von dem mittels Filterung ein erster Teil abgetrennt und anschließend zur Gewin¬ nung der Daten demoduliert wird, während ein zweiter Teil zur Erzeugung der e- lektrischen Energie verwendet wird. Dadurch kann die Daten- und Energieübertra- gung auf einem einzigen Übertragungspfad durch die Wand hindurch erfolgen, wobei auf der Rückseite der Wand bzw. im Innenraum des Behälters nur ein Schallwandler notwendig ist.

Vorteilhafterweise wird ein aus dem ausgekoppelten Schall erzeugtes Signal gleichgerichtet und einem Energiespeicher zugeführt, beispielsweise einem Kon¬ densator. Dadurch kann aus der gewonnenen Energie beispielsweise die Versor¬ gungsspannung für die Elektronik gebildet werden.

Bevorzugt wird für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten dieselbe Schallfrequenz verwendet. Dadurch können Bauteile, wie beispielsweise Schallwandler, Oszillatoren, o.a. eingespart werden und somit der Bedarf an E- nergie, Bauraum, Gewicht u.a. herabgesetzt werden.

Alternativ dazu können für die Übertragung der Energie und für die Übertragung der Daten unterschiedliche Schallfrequenzen verwendet werden. Dadurch können die Energieversorgung durch die Wand einerseits und die Übertragung der Daten andererseits getrennt voneinander optimiert werden, insbesondere kann eine ver¬ besserte Anpassung an die jeweils vorliegenden Umgebungsbedingungen erfol¬ gen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Übertra¬ gung von Daten und Energie mittels Körperschall durch eine Wand geschaffen, umfassend: einen ersten Schallwandler zum Einkoppeln von Schall in eine Vor- derseite einer Wand; einen zweiten Schallwandler zum Auskoppeln des Schalls an einer Rückseite der Wand; Mittel zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Da¬ tenübertragungseinheit; mindestens einen Modulator zur Modulation von Träger- wellen mit Daten, die als Schallwellen durch die Wand zu übertragen sind; und mindestens einen Demodulator zur Demodulation der übertragenen Trägerwellen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können Daten und/oder Energie mittels Körperschall durch Wände verschiedenster Materialien hindurch übertragen wer- den, insbesondere in Innenräume von Behältern wie beispielsweise Kraftstoffbe¬ hälter, durch Schottwände hindurch oder auch in explosionsgefährdete Bereiche, Hochdruck-Bereiche, usw.

Vorteilhafterweise ist der Modulator an den ersten Schallwandler und der Demo- dulator an den zweiten Schallwandler gekoppelt, um die Daten vom ersten Schallwandler zum zweiten Schallwandler zu übertragen. Dadurch können bei¬ spielsweise Konfigurationsdaten für einen Sensor, der hinter der Wand liegt, zum Sensor übertragen werden, bei gleichzeitiger Energieversorgung des Sensors mit dem übertragenden Schall.

Der Modulator kann aber auch an den zweiten Schallwandler gekoppelt sein, wo¬ bei der Demodulator an den ersten Schallwandler gekoppelt ist, um Daten vom zweiten Schallwandler zum ersten Schallwandler zu übertragen. Dadurch ist es möglich, insbesondere Daten von Sensoren, die hinter der Wand liegen und Messwerte aufnehmen, durch die Wand hindurch zu übertragen, um sie dort wei¬ terverarbeiten bzw. anzeigen zu können.

Vorteilhaft ist ein Oszillator zur Erzeugung des Schalls zur Energieübertragung und/oder der Schallwellen zur Datenübertragung an den ersten Schallwandler ge- koppelt. Dadurch kann der Schallwandler entweder nur mit dem Schall zur Ener¬ gieübertragung beaufschlagt werden, oder er kann zusätzlich mit den Trägerwel¬ len zur Datenübertragung beaufschlagt werden. Dabei kann der- Schall zur Ener¬ gieübertragung auch die Trägerwellen umfassen, wobei die Trägerwellen und der Schall zur Energieübertragung von gleicher oder unterschiedlicher Frequenz sein können.

Zur Erzeugung des Schalls für die Energieübertragung und zur Erzeugung der Trägerwellen für die Datenübertragung können zwei getrennte Oszillatoren vorge¬ sehen sein. Damit können Trägerwellen und Schallwellen zur Energieübertragung getrennt voneinander erzeugt und eingestellt werden, was die Konfigurations- und Anpassungsmöglichkeiten zur Optimierung erhöht.

Vorteilhafterweise ist ein Oszillator zur Erzeugung der Trägerwellen vorgesehen, der an den zweiten Schallwandler gekoppelt ist. Dadurch kann der Schallwandler auf der Rückseite der Wand mit Trägerschallwellen beaufschlagt werden, die mit Daten moduliert sind, um die Daten von der Rückseite der Wand zur Vorderseite zu übertragen.

Bevorzugt umfassen die Mittel zum Umwandeln des Schalls in elektrische Energie einen Gleichrichter und einen Energiespeicher. Dadurch kann auf besonders ef¬ fektive Weise aus dem Schall elektrische Energie gewonnen und über einen län¬ geren Zeitraum Energieverbrauchern zur Verfügung gestellt werden.

Insbesondere können zur Übertragung von Energie und Daten verschiedene Paa¬ re von ersten und zweiten Schallwandlern vorgesehen sein. Dadurch kann die Übertragung von Energie einerseits und die Übertragung von Daten andererseits auf zwei unterschiedlichen Schallübertragungspfaden erfolgen, was verbesserte Anpassungsmöglichkeiten je nach den Erfordernissen vor Ort zur Folge hat.

Der zweite Schallwandler kann beispielsweise sowohl zur Übertragung von Ener¬ gie als auch zur Übertragung der Daten dienen, wobei insbesondere Mittel zur Aufspaltung eines elektrischen Signals des zweiten Schallwandlers vorgesehen sind, um daraus einerseits die elektrische Energie und andererseits die übertrage¬ nen Daten zu erzeugen. Dadurch können insbesondere elektronische Bauteile eingespart werden, was einen geringeren Energieverbrauch bewirkt. Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Figuren beschrieben, in denen

Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt, wobei zwei getrennte Os¬ zillatoren zur Energieübertragung und zur Datenübertragung vorgesehen sind; und

Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch als Blockschaltbild zeigt, bei der die Datenübertra¬ gung und die Energieübertragung auf zwei getrennten Übertragungspfaden erfolgt.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist. Die Vorrichtung 10 ist an eine Wand 11 gekoppelt und umfasst einen ersten Schallwandler 12, der an einer Vorderseite 11 a der Wand 11 angeordnet ist, um Schall in die Wand 11 einzukoppeln. Ein zweiter Schallwandler 13 ist in dem hier gezeigten Betriebszustand an der Rückseite 11b derWand 11 angeordnet und dient zum Auskoppeln des Schalls. Eine Signalleitung 14a verbindet den zweiten Schallwandler 13 mit einer Energieerzeugungseinrichtung 15, die zum Umwandeln von zumindest einem Teil des ausgekoppelten Schalls in elektrische Energie zur Energieversorgung einer Datenübertragungseinheit 16 dient. Zu diesem Zweck ist die Energieerzeugungseinrichtung 15 durch eine Versorgungsleitung 17 mit der Datenübertragungseinheit 16 verbunden.

Der erste Schallwandler 12 ist in dem hier gezeigten Beispiel mit einem Modulator 18 elektrisch verbunden, der zur Modulation von Trägerwellen mit Daten dient, die durch die Wand 11 zu übertragen sind. Zu diesem Zweck ist ein Oszillator 19 zur Erzeugung der Trägerwellen an den Modulator 18 angeschlossen. Weiterhin ist eine Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 mit dem Modulator 18 verbunden, um ei¬ nen Datenstrom 21 an den Modulator 18 zur weiteren Übertragung zu liefern.

Der zweite Schal Iwandler 13 zum Auskoppeln des Schalls an der Rückseite 11b der Wand 11 ist über eine Signalleitung 14b, die aus der Signalleitung 14a ab¬ zweigt, mit einem Demodulator 22 elektrisch verbunden. Der Demodulator dient zur Demodulation der übertragenen und in elektrische Signale umgewandelten Trägerwellen, um daraus die Daten bzw. den Datenstrom 21 zurückzugewinnen. An den Demodulator 22 ist ebenfalls eine Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 an- geschlossen, beispielsweise in Form eines Sensors. Der Sensor kann z.B. ein Füllstandssensor sein, der mit dem durch die Wand 11 übertragenen Datenstrom 21 konfiguriert wird.

Der Demodulator 22 kann gleichzeitig auch als Modulator bzw. Modula- tor/Demodulator oder als reiner Modulator ausgestaltet sein. Daran angeschlossen ist in dem hier gezeigten Beispiel ein weiterer Oszillator 24. In diesem Fall kann die Datenübertragung in entgegengesetzter Richtung erfolgen, d.h. es werden vom Oszillator 24 Trägerwellen erzeugt, die mit Hilfe des Modulators bzw. Modula- tor/Demodulators 22 mit Daten des Sensors 23 moduliert werden und mit dem zweiten Schallwandler 13 als modulierte Trägerwellen durch die Wand 11 hin¬ durch zum ersten Schallwandler 12 übertragen werden.

Im Fall der Datenübertragung von der Rückseite 11b der Wand 11 zu deren Vor¬ derseite 11a ist der Modulator 18 als Demodulator bzw. als Modulator/- Demodulator ausgestaltet, um das vom ersten Schallwandler 12 erhaltene Signal zu demodulieren und die mit den Trägerwellen übertragenen Daten, z.B. die Daten des Sensors 23, zurückzugewinnen. Die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 dient in diesem Fall zur Ausgabe der Daten zum Zweck der Weiterverarbeitung.

Der Modulator/Demodulator 22, der Oszillator 24 und die Dateneingabe-/- ausgabeeinheit 23 oder Teile dieser Elemente bilden die Datenübertragungsein¬ heit 16, die über die Versorgungsleitung 17 mit Energie von der Energieerzeu¬ gungseinrichtung 15 versorgt wird. Mit der hier dargestellten Vorrichtung ist demnach die Übertragung von Energie durch Schall von der Vorderseite 11a zur Rückseite 11b derWand möglich, und gleichzeitig eine Übertragung von Daten durch die Wand 11 , entweder in dersel- ben Richtung oder entgegengesetzt zur Richtun der Energieübertragung. Die An¬ ordnung der Modulatoren bzw. Demodulatoren und der Dateneingabe-/- ausgabeeinheit 20 bzw. 24 ist dabei variabel gestaltbar.

Nachfolgend wird die Funktionsweise und das Verfahren anhand der in Figur 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben:

Bei dem Verfahren, das mit der Vorrichtung 10 durchgeführt wird, wird Körper¬ schall, zur Energieübertragung und zur Datenübertragung verwendet, beispiels¬ weise im Ultraschallbereich. Dazu wird auf der Außenseite 11 a der Wand 11 , die beispielsweise einen mit Sensoren versehenen Behälter umschließt, mit dem Os¬ zillator 19 und dem ersten Schallwandler 12 Schall erzeugt. Der Oszillator 19 und der erste Schallwandler 12 bilden einen Sender für Schall.

Optional kann der Schall mit einem von außen nach innen zu den Sensoren zu übertragenden Datenstrom moduliert sein. Der Datenstrom 21 dient beispielswei¬ se zur Konfigurierung der Sensoren bzw. des Sensors 23 im Innenraum des Be¬ hälters und wird durch die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 20 und den Modulator 18 aufgebracht, so dass er durch Trägerwellen transportiert wird.

Mit dem zweiten Schallwandler 13 an der Innenseite 11 b der Wand 11 , der bei¬ spielsweise ein Mikrofon ist, wird der Schall empfangen und in elektrische Signale gewandelt. Der zweite Schallwandler 13 bildet somit einen Empfänger. Das durch den zweiten Schallwandler 13 gebildete elektrische Signal kann nun zur Energie¬ versorgung von elektronischen Bauteilen, die beispielsweise im Innenraum des Behälters liegen, wie auch gleichzeitig zur Datenübertragung verwendet werden.

Die mit der Energie versorgten Bauteile können z.B. der Empfänger, angeschlos¬ sene Sensoren, usw. sein. Zu diesem Zweck wird das elektrische Signal auf der Signalleitung 14a zur Energieerzeugungseinrichtung 15 geführt, in der das Signal mit einem Gleichrichter 15a gleichgerichtet und anschließend einem Kondensator 15b zugeführt wird, der einen Energiespeicher bildet.

Im Falle der gleichzeitigen Übertragung von Daten kann das Datensignal ggf. durch entsprechende Filterung vor der Gleichrichtung abgegriffen werden. Zu die¬ sem Zweck generiert ein Zweig der Elektronik des innerhalb des Behälters ange¬ ordneten Sensors 23 aus der Energie, die von der Energieerzeugungseinrichtung 15 geliefert wird, die Versorgungsspannung für die Elektronik, während ein zweiter Zweig erforderlichenfalls die übertragenen Daten herausfiltert und sie zur Anwen¬ dung zur Verfügung stellt.

Die Datenübertragung ist insbesondere aber auch in entgegengesetzter Richtung möglich, beispielsweise zur Übertragung der vom Sensor 23 aufgenommenen Messwerte nach außen. Dazu wird die Elektronik innerhalb des Behälters bzw. hinter der Wand 11 durch den ersten Zweig mit Energie versorgt. Dieser arbeitet nun in nach außen gerichteter Übertragungsrichtung als Sender und moduliert die vom Sensor 23 erzeugten Daten einer Schallträgerfrequenz auf. Der Schall wird dann durch den Werkstoff des Behälters bzw. der Wand 11 wieder nach außen übertragen. Somit handelt es sich in diesem Fall um einen Sendeempfänger an der Rückseite der Wand 11. Außerhalb des Behälters werden die Daten herausge¬ filtert und zur Anwendung. zur Verfügung gestellt. Eine Energiegewinnung außer¬ halb des Behälters könnte in analoger Weise ebenfalls erfolgen, falls dies in be¬ stimmten Anwendungsfällen erforderlich ist.

In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform wird nur ein einziges Paar von Schallwandlern 12, 13 verwendet, d.h. die Übertragung der Energie und der Daten erfolgt auf einem einzigen Übertragungspfad durch den Werkstoff der Wand 11 , die beispielsweise die Wandung eines geschlossenen Behälters ist. Dabei wird bevorzugt eine einzige Trägerfrequenz benutzt.

Figur 2 zeigt ein weiteres Blockschaltbild, das eine Vorrichtung 30 zur Daten- und Energieübertragung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform darstellt. Dabei sind Elemente mit gleicher oder ähnlicher Funktion oder Wirkungsweise wie bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit denselben Bezugszeichen wir in Figur 1 gekennzeichnet.

Bei der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung 30 sind außerhalb des Behälters bzw. vor der Wand 11 zwei voneinander getrennte Oszillatoren vorgesehen, nämlich der Oszillator 19 und zusätzlich ein Oszillator 39. Der Oszillator 39 ist ebenfalls elekt¬ risch mit dem ersten Schallwandler 12 verbunden, um die Energie bzw. Schall¬ energie zur Übertragung durch die Wand 11 hindurch zu erzeugen. Dagegen wird der Oszillator 19, der wie im oben beschriebenen Beispiel von Figur 1 über den Modulator 18 mit dem ersten Schallwandler 12 elektrisch verbunden ist, zur Modu¬ lation und/oder Demodulation des Datenstroms 21 benutzt. Die erzeugten Signale werden überlagert und mit Hilfe des ersten Schallwandlers 12 durch den Werkstoff derWand 11 übertragen.

An der Rückseite 11b der Wand 11 ist der zweite Schallwandler 13 angeordnet, der wie in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 über die Signalleitungen 14a und 14b einerseits mit der Energieerzeugungseinrichtung 15 verbunden ist, und ande¬ rerseits der Datenübertragungseinheit 16, die den Modulator und/oder Demodula- tor 22, den Sensor 23 und den Oszillator 24 umfasst.

Der zweite Schallwandler 13 erzeugt aus dem durch die Wand 11 übertragenen Schall elektrische Signale, aus denen mit Hilfe der Energieerzeugungseinrichtung 15 Versorgungsenergie für die weitere Elektronik erzeugt wird.

Für den Fall, dass zusätzlich zur Sehallenergie auch Daten durch die Wand 11 vom ersten Schallwandler 12 zum zweiten Schallwandler 13 übertragen werden, werden die Daten aus dem vom zweiten Schallwandler 13 erzeugten elektrischen Signal herausgefiltert. Das elektrische Signal wird über die Signalleitung 14b dem Modulator/Demodulator 22 zugeführt, der die Trägerfrequenz für die Daten demo¬ duliert und anschließend die Daten an die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 bzw. den Sensor übergibt. Für den Fall, dass Daten in entgegengesetzter Richtung durch die Wand 11 über¬ tragen werden, nämlich vom zweiten Schallwandler 13 zum ersten Schallwandler 12, wird durch den Oszillator 24 eine Trägerfrequenz erzeugt, die durch den Modulator/Demodulator 22 mit Daten der Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23 moduliert wird. Anschließend wird das modulierte Signal über die Signalleitung 14b an den zweiten Schallwandler 13 geliefert, der aus dem elektrischen Signal Schall erzeugt und durch die Wand 11 hindurch zum ersten Schallwandler 12 überträgt. Die Schallwandler 12, 13 können beispielsweise nach dem piezoelektrischen Prin- zip arbeiten und insbesondere als Mikrofon und/oder Lautsprecher ausgestaltet sein.

Bei der Vorrichtung 30 wird insbesondere eine erste Trägerfrequenz zur Energie¬ übertragung verwendet und eine zweite Frequenz zur Datenübertragung. Beide Signale werden mit einem einzigen Paar von Schallwandlern 12, 13 übertragen, die z.B. Ultraschallwandler sind.

Figur 3 zeigt eine weitere Vorrichtung 50 zur Übertragung von Daten und Energie mittels Körperschall gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform als Block- schaltplan. Auch hier sind Elemente mit gleicher Funktion oder Wirkungsweise wie bei den vorhergehenden Beispielen mit denselben Bezugszeichen gekennzeich¬ net.

Mit der Vorrichtung 50 ist eine vollständige Trennung der Energie- und Datenüber- tragung durch Verwendung von zwei Übertragungsstrecken möglich. Dabei wird die erste Übertragungsstrecke für die Energieübertragung durch die Schallwandler 52, 53 gebildet, die sich an der Außenseite 11a bzw. der Innenseite 11b der Wand 11 befinden. Die zweite Übertragungsstrecke für die Datenübertragung wird durch das zweite Paar von Schallwandlern 62, 63 gebildet, die sich ebenfalls an der Au- ßenseite 11 a bzw. der Innenseite 11 b der Wand 11 befinden.

Der Oszillator 39 dient ausschließlich dazu, die Frequenz für die Schallübertra¬ gung zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist er elektrisch an den ersten Schallwandler 52 gekoppelt, der die elektrische Energie in Schallenergie umwandelt und die Schallenergie durch die Wand 11 an den zweiten Schallwandler 53 überträgt. Der zweite Schallwandler 53 wandelt den empfangenen Schall in ein elektrisches Sig¬ nal um, das auf der Signalleitung 14a zur Energieerzeugungseinrichtung 15 über- tragen wird, welche die Versorgungsenergie für die weiteren Bauteile liefert, ins¬ besondere für die Datenübertragungseinheit 16.

Zur Datenübertragung auf der zweiten Übertragungsstrecke von der Außenseite 11 a zur Innenseite 11 b der Wand erzeugt der zweite Oszillator 19 mit Hilfe des Modulators/Demodulators 18 und des daran gekoppelten ersten Schallwandlers 62 Trägerwellen, die mit Daten moduliert sind und durch die Wand 11 hindurch zum zweiten Schallwandler 63 übertragen werden. Vom zweiten Schallwandler 63 wird ein elektrisches Signal erzeugt, das die Daten enthält, und über die Signallei¬ tung 14b zur Datenübertragungseinheit 16 geliefert. Dort erfolgt die Demodulation der Trägerfrequenz mit Hilfe' des Modulators/Demodulators 22 und die Übergabe der Daten an die Dateneingabe-/-ausgabeeinheit 23, die als Sensor ausgestaltet ist. Der Sensor kann somit durch die empfangenen Daten konfiguriert werden.

Für den Fall der Übertragung von Daten in entgegengesetzter Richtung, nämlich vom zweiten Schallwandler 63 zum ersten Schallwandler 62 erzeugt die Daten¬ übertragungseinheit 16 wie oben bereits beschrieben mit Hilfe des zweiten Schallwandlers 63 eine mit Daten modulierte Trägerschallfrequenz, die durch die Wand 11 hindurch zum ersten Schallwandler 62 übertragen wird. In diesem Fall erfolgt mit dem Modulator/Demodulator 22 die Modulation und mit dem Modula- tor/Demodulator 18, der an den ersten Schallwandler 62 elektrisch gekoppelt ist, die Demodulation und Ausgabe der Daten an der Dateneingabe-Aausgabeeinheit 20.

Es wird bei der Vorrichtung 50 eine erste Trägerfrequenz zur Energieübertragung benutzt und eine zweite, unterschiedliche Trägerfrequenz zur Datenübertragung. Übertragen werden beide Signale jeweils durch ein Paar von Ultraschallwandlern 52, 53, bzw. 62, 63. Auf diese Weise lässt sich der gegenseitige Einfluss minimie¬ ren. Die Energieübertragung wie auch die Datenübertragung muss nicht zwangsläufig kombiniert eingesetzt werden, sondern es können im Falle einer anderweitigen Energieversorgung des im Behälter angebrachten Sensors auch lediglich Daten übertragen werden. Im Falle anderweitiger oder nicht erforderlicher Datenübertra¬ gung kann auch lediglich Energie übertragen werden.

Zusammengefasst dient das erfindungsgemäße Verfahren zur Übertragung von Energie sowie erforderlichenfalls zugleich von Datensignalen durch Behälter und/oder Schottwände hindurch, wobei die zu übertragende Energie und ggf. Da¬ tensignale mittels Schall, vorzugsweise Ultraschall durch eine Feststellwand über¬ tragen werden. Dazu sind auf der einen Seite der Wand mindestens ein Schall¬ sender und auf der jeweils anderen Seite der Wand mindestens ein Schallemp¬ fänger so angeordnet, dass der durch den Sender erzeugte Schall in die Wand eingekoppelt und von dort zum Empfänger ausgekoppelt wird, wobei ggf. zu über¬ tragende Signale dem Schall im Sender oder Sendeempfänger auf- und auf der anderen Seite demoduliert werden. Insbesondere erfolgt aber auch eine Energie¬ versorgung des Empfängers oder Sendeempfängers, welche im Behälter oder hinter der Schottwand angeordnet ist, in dem dort Schallsignale in elektrische E- nergie umgewandelt werden, die nach Gleichrichtung einer Speichereinheit, bei¬ spielsweise einem Kondensator zugeführt wird. Die Speichereinheit stellt die be¬ nötigte elektrische Energie dem im Behälter oder hinter der Schottwand befindli¬ chen Empfänger oder Sendeempfänger zur Verfügung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient die Vorrichtung zur Durchfüh¬ rung des Verfahrens und weist die folgenden Merkmale auf: Auf der Innenseite eines Behälters oder auf einer Seite einer Schottwand ist ein Sendeempfänger angebracht, welcher von einem auf der Außenseite des Behälters respektive der anderen Seite der Schottwand angebrachten Schallsensor mit Energie und/oder mit Daten versorgt wird, wobei der Schallsender aus einem Modulator und Schall¬ erzeuger, der Empfänger aus einem Schallwandler, Gleichrichter und/oder ggf. Demodulator besteht, wobei zumindest ein Teil des empfangenen Signals in elekt¬ rische Energie umgewandelt und nach Gleichrichtung einem Kondensator o.a. Energiespeicher zugeführt wird, welcher den Empfänger sowie ggf. hiermit ver¬ bünde Sensoren o.a. mit Energie versorgt.

Auf der Innenseite des Behälters oder auf einer Seite einer Schottwand kann ein Schallsender und ein Schallempfänger angebracht sein, wobei der Schallempfän¬ ger Energie und ggf. Daten gewinnt,. die Energie jedoch zusätzlich einem Daten¬ sender zugeführt wird. Der Datensender überträgt ggf. ebenfalls über Ultraschall Daten nach außen, respektive auf die andere Schottwandseite, welche dort mittels eines Datenempfängers aufgenommen werden. Die Daten können ggf. ebenso im Behälter bzw. auf der relevanten Schottwandseite angeordneten Sensoren oder anderen Einheiten zugeführt werden.

Die Erfindung kann bei vielfältigen Anwendungen eingesetzt werden, insbesonde¬ re auch im Bereich von Transpondern, Bluetooth-Schnittstellen, Mikrowellen- Resonatoren usw.