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Methods and devices for reducing clock skew in bidirectional clock trees
The present disclosure provides systems and methods for improving operation of integrated circuit device including a logic region, which includes a plurality of logic gates that operate based at least in part on a clock signal to facilitate providing a target function, and a clock tree, which includes a clock switch block that receives a source clock signal from a clock source and a branch communicatively coupled between the clock switch block and the logic region, in which the branch operates to provide the clock signal to the logic region based at least in part on the source clock signal and the branch includes a tunable delay buffer that operates to apply a delay to the clock signal based at least in part on a clock skew expected to be introduced by the branch.
BACKGROUND
The present disclosure generally relates to integrated circuit devices and, more particularly, to clock trees implemented in an integrated circuit device.
Generally, an electronic device or an electrical system may include one or more integrated circuit (IC) devices. To improve operational flexibility, in some instances, an integrated circuit device may be a programmable logic device that is programmable (e.g., configurable) after manufacturing to provide one or more target (e.g., desired) functions, such as a field programmable gate array (FPGA). To facilitate providing a target function, an integrated circuit device may include one or more logic elements (e.g., blocks and/or gates), for example, programmed (e.g., configured) to operate based at least in part on corresponding configuration data.
In some instances, the logic elements in an integrated circuit device may be organized into multiple logic regions, for example, with each logic region providing a target function and/or multiple logic regions cooperating to provide a target function. Thus, in operation, the integrated circuit device may coordinate (e.g., synchronize) operation of multiple logic regions. Since logic elements generally operates based at least in part on a received clock signal, in some instances, the integrated circuit device may coordinate operation of multiple logic regions by supplying the clock signal to corresponding logic elements using a clock tree (e.g., a clock network-on-chip). For example, the clock tree may include multiple branches that each communicates the clock signal through a corresponding logic region.
However, in some instances, a clock signal may become skewed (e.g., time-shifted or phase-shifted) as it is communicated through the clock tree, for example, due to length of the branches and/or stages (e.g., muxes or buffers) along the branches. In fact, likelihood and/or magnitude of clock skew may increase as size of the clock tree increases, variation in length of the branches increases, and/or due to programming of the integrated circuit device. Since operating based at least in part on the clock signal, clock skew may affect operation of the logic elements and, thus, the integrated circuit device, for example, by decreasing operational efficiency and/or increasing operational latency
SUMMARY
A summary of certain embodiments disclosed herein is set forth below. It should be understood that these aspects are presented merely to provide the reader with a brief summary of these certain embodiments and that these aspects are not intended to limit the scope of the present disclosure. Indeed, the present disclosure may encompass a variety of aspects that may not be set forth below.
The present disclosure generally relates to integrated circuit (IC) devices, which may operate to perform one or more target (e.g., desired) functions in an electrical system. To facilitate performing a target function, in some embodiments, an integrated circuit device may include one or more logic elements (e.g., blocks or gates) that operate based at least in part on a received clock signal, for example, to perform a logic operation and/or an arithmetic operation used in providing a combinational function, a sequential function, an arithmetic functions, a logic function, and/or a custom function. Thus, in some embodiments, the integrated circuit device may include a clock tree (e.g., a clock network-on-chip) that communicates a clock signal to various logic elements. However, in some instances, the clock signal may become skewed as it is communicated through the clock tree, thereby affecting operation of the logic elements and, thus, the integrated circuit device.
Accordingly, the present disclosure provides techniques to improve operation (e.g., operational efficiency and/or operational latency) of an integrated circuit device by reducing likelihood of clock skew affecting operation. In some embodiments, an integrated circuit device includes a logic region, which includes a plurality of logic gates that operate based at least in part on a clock signal to facilitate providing a target function, and a clock tree, which includes a clock switch block that receives a source clock signal from a clock source and a branch communicatively coupled between the clock switch block and the logic region, in which the branch operates to provide the clock signal to the logic region based at least in part on the source clock signal and the branch includes a tunable delay buffer that operates to apply a delay to the clock signal based at least in part on a clock skew expected to be introduced by the branch.
Additionally, in some embodiments, a method for controlling operation of an integrated circuit device includes routing, using a clock switch block, a source clock signal to a first branch in a clock tree to enable a first logic region of the integrated circuit device communicatively coupled to the first branch to operate based at least in part on the source clock signal; routing, using the clock switch block, the source clock signal to a second branch in the clock tree to enable a second logic region of the integrated circuit device communicatively coupled to the second branch to operate based at least in part on the source clock signal; receiving, using the clock switch block, a first feedback clock signal from the first branch, in which the first feedback clock signal includes the source clock signal with a first delay introduced by the first branch; receiving, using the clock switch block, a second feedback clock signal form the second branch, in which the second feedback clock signal includes the source clock signal with a second delay introduced by the second branch; and determining, using the clock switch block, skew data indicative of phase variation between the first feedback clock signal and the second feedback clock signal to enable the integrated circuit device to adjust the first delay, the second delay, or both to reduce magnitude of the phase variation.
Furthermore, in some embodiments, a tangible, non-transitory, computer-readable medium stores instructions executable by one or more processors in an electrical system, in which the instructions comprise instruction to determine, using the one or more processors, skew data indicative of difference between a first delay introduced on a source clock signal resulting from routing the source clock signal to a first portion of an integrated circuit device via a clock tree and a second delay introduced on the source clock signal resulting from routing the source clock signal to a second portion of the integrated circuit device via the clock tree; and instruct, using the one or more processors, one or more tunable delay buffers to adjust delay applied to the source clock signal by the clock tree based at least in part on the skew data to facilitate coordinating operation of the first portion of the integrated circuit device and the second portion of the integrated circuit device.
DETAILED DESCRIPTION
Generally, an integrated circuit device operates to provide one or more target functions in an electrical system. For example, the target functions may include combinational functions, sequential functions, arithmetic functions, logic functions, and/or custom function. Thus, in some embodiments, an integrated circuit device may operate to process data, analyze data, store data, and/or read data.
To help illustrate, one embodiment of an electrical system10including an integrated circuit device12is shown inFIG. 1. In some embodiments, the electrical system10may be included in an industrial system, a manufacturing system, an automation system, or the like, such as a factory or plant. Additionally, in some embodiments, the electrical system10may be included in an electronic device, such as a handheld computing device, a tablet computing device, a notebook computer, a desktop computer, or the like. Furthermore, in some embodiments, electrical system10may be included in an automotive system, such as an airplane, boat, or car.
Thus, although one integrated circuit device12is depicted, it should be appreciated that this is merely intended to be illustrative and not limiting. In other words, in other embodiments, the electrical system10may include multiple integrated circuit devices12. For example, the electrical system10may include a first integrated circuit12(e.g., central processing unit or graphics processing unit) communicatively coupled with a second integrated circuit12(e.g., random-access memory).
In any case, as depicted, the integrated circuit device12includes a logic element array14, a clock tree16, and a controller18. In some embodiments, the controller18may control operation of the logic element array14and/or the clock tree16. To facilitate controlling operation, the controller18may include a controller processor20and controller memory22. In some embodiments, the controller18may control operation based at least in part on circuit connections (e.g., logic gates) formed in the controller18.
Additionally or alternatively, the controller processor20may execute instructions stored in the controller memory22. Thus, in some embodiments, the controller processor20may include one or more general purpose microprocessors, one or more application specific processors (ASICs), one or more field programmable logic arrays (FPGAs), and/or the like. Additionally, in some embodiments, the controller memory22may include one or more tangible, non-transitory, computer-readable mediums. For example, the controller memory22may include random access memory (RAM), read only memory (ROM), rewritable non-volatile memory, such as flash memory, hard drives, optical discs, and/or the like.
As described above, the integrated circuit device12may operate to perform one or more target functions in the electrical system10. To facilitate providing a target function, the logic element array14may include communicatively coupled logic elements (e.g., blocks or gates) that operate to perform combinational functions, sequential functions, arithmetic functions, logic functions, and/or custom functions. Additionally, in some embodiments, the logic element array14may be divided into one or more logic regions, which each includes one or more logic elements.
To help illustrate, one embodiment of a logic element array14organized into multiple logic regions48is shown inFIG. 2. In particular, the depicted embodiment includes a first logic region48A, a second logic region48B, a third logic region48C, and a fourth logic region48D, which each includes one or more logic elements50. In some embodiments, a logic element50may include one or more muxes, one or more flip-flops, one or more logic gates, one or more logic blocks, one or more look-up-tables, and/or one or more registers.
In some embodiments, the logic element array14may be organized such that different logic regions48operate to perform different target functions. Additionally or alternatively, the logic element array14may be organized such that multiple logic regions48cooperate to perform a target function. Thus, to facilitate proper operation of the integrated circuit device12, operation of different logic regions48may be coordinated (e.g., synchronized) and/or data communication may be provided.
To facilitate data communication, the logic element array14may include input/output circuitry42, input/output pins44, and an internal communication network46(e.g., a network-on-chip). In some embodiments, the input/output circuitry42may facilitate external data communication via the input/output pins44, for example, between the logic element array14and another integrated circuit device12. Additionally, in some embodiments, internal communication network46may facilitate internal data communication, for example, between logic regions48and/or with input/output circuitry42. Thus, in some embodiments, the internal communication network46may include interconnects, such as conductive lines and/or busses. Furthermore, in some embodiments, the internal communication network46may include fixed interconnects and/or programmable interconnects.
Additionally, in some embodiments, the logic elements50and, thus, the logic regions48operate based at least in part on a received clock signal. In particular, operations may be performed based on rising edges and/or falling edges of the received clock signal. Thus, to facilitate coordinating operation of multiple logic regions48, approximately the same clock signal may be communicated to corresponding logic elements50in the logic regions48.
Returning to the integrated circuit device12ofFIG. 1, the clock tree16may facilitate communicating a clock signal to the various logic regions48. To help illustrate, one embodiment of a clock tree16is shown inFIG. 3. In particular, in the depicted embodiment, the clock tree16is a bi-directional H-tree formed using a pre-built clock grid. It should be appreciated that the described embodiment of the clock tree16is merely intended to be illustrative and not limiting. In other words, in other embodiments, the techniques described in the present disclosure may be implement in other clock tree configurations.
With regard to the depicted embodiment, the clock tree16includes clock interconnects63, clock switch blocks64, and tunable delay buffers74(e.g., delay devices). In operation, a clock switch block64may receive a source clock signal from a clock source62, for example, directly from the clock source62and/or via an upstream clock switch block64. Additionally, the clock switch block64may route the source clock through a one or more tunable delay devices74via a block interconnect63and/or to a target logic region48.
In this manner, the clock tree16may route the source clock signal to logic elements50and/or logic regions48in the logic element array14. For example, in the depicted embodiment, the clock tree16includes a first branch60A that may be used to route the source clock signal to the first logic region48A. Additionally, in the depicted embodiment, the clock tree16includes a second branch60B that may be used to route the source clock signal to the fourth logic region48D.
Additionally, in some embodiments, the clock tree16may route a feedback clock signal from logic elements50and/or logic regions48in the logic element array14to one or more clock switch block64. For example, in the depicted embodiment, the first branch60A may be used to route a first feedback clock signal from the first logic region48A. Additionally, the second branch60B may be used to route a second feedback clock signal from the fourth logic region48D. It should be appreciated that the clock tree16may additionally or alternatively be implemented to include one or more branches60to route the source clock signal to and/or feedback clock signals from other logic regions48(e.g., second logic region48B and/or third logic region48C).
As described above, in some instances, routing clock signals through the clock tree16may introduce clock skew, for example, due to variations in branch length, stages (e.g., muxes or buffers) along the branches, and/or other electrical factors (e.g., process variation). However, as described above, clock skew may affect operation of the logic elements50and, thus, coordination between different logic regions48in an integrated circuit device12. Thus, in some embodiments, operation of one or more tunable delay buffers74along a branch60may be controlled based at least in part on expected clock skew.
To help illustrate, a portion74of the clock tree16is shown inFIG. 4. As depicted, the portion74includes a first clock switch block64A communicatively coupled to a second clock switch block64B via clock interconnects63through a tunable delay device72. Additionally, as depicted, the controller18is communicatively coupled to the tunable delay device72. In this manner, the controller18may instruct the tunable delay buffer72to adjust delay applied on a corresponding clock interconnect63based at least in part on expected clock skew, for example, to implement a phase-locked loop (PLL) and/or a delay-locked loop (DLL).
In some embodiments, a clock switch block64may facilitate determining the clock skew expected to be introduced by a branch60, for example, with reference to clock skew introduced by another branch60. To help illustrate, one embodiment of a clock switch block64is shown inFIG. 5. As depicted, the clock switch block64includes a phase detector76and a clock signal router78. Additionally, as depicted, the clock switch block64receives a reference clock signal80, a feedback clock signal82, and a source clock signal84.
In some embodiments, the source clock signal84may be received from an upstream clock switch block64and/or from the clock source62. For example, with regard toFIG. 4, the second clock switch block64B may receive the source clock signal84from the first clock switch block64A. Additionally, in some embodiments, the feedback clock signal82may be received from a downstream clock switch block64. For example, the first clock switch block64A may receive the feedback clock signal82from the second clock switch block64B.
Returning toFIG. 5, the clock signal router78may determine routing of the source clock signal84and/or the feedback clock signal82. For example, the clock signal router78may determine whether to route the source clock signal84to a downstream clock switch block64or to a corresponding logic region48via a clock signal interface86. In some embodiments, operation of the clock signal router78and/or the logic element array14may be programmable (e.g., configurable), for example, by a programming system.
To help illustrate, one embodiment of a programming system88that may be used to program (e.g., configure) operation of an integrated circuit device12is shown inFIG. 12. In some embodiments, the programming system88may enable programming operation of the integrated circuit device12during semiconductor manufacturing, for example, using mask programming arrangements. Additionally, in some embodiments, the programming system88may enable one-time programming of the integrated circuit device12after manufacture, for example, using fuses and/or antifuses.
Furthermore, in some embodiments, the programming system88may enable dynamically programming (e.g., reprogramming) operation of the integrated circuit device12when the integrated circuit device12is a programmable (e.g., reconfigurable) logic device, such as a field programmable gate array (FPGA). In some embodiments, the integrated circuit device12may be programmed using design software90, such as a version of Quartus by Altera™. Additionally, the design software90may use a compiler92to generate configuration data94, such as a low-level circuit-design kernel program, sometimes known as a program object file.
To program the integrated circuit device12, the configuration data94may be stored, for example, in configuration memory52shown inFIG. 2. In some embodiments, the configuration memory52may be implemented as random-access-memory (RAM) cells. Since these RAM cells are loaded with configuration data during programming, they are sometimes referred to as configuration RAM cells (CRAM). Based at least in part on the configuration data, control signals may be generated to control operation96of the integrated circuit device12.
For example, based at least in part on target function configuration data, a control signal may be applied to the gate of a metal-oxide-semiconductor (e.g., logic element50) to control operation in a manner that facilitates implementing a corresponding target function. In some embodiments, based at least in part on data routing configuration data, a control signal may be supplied to the internal communication network46to control data routing in a manner that facilitate implementing a corresponding target data routing configuration. Additionally or alternatively, based at least in part on clock routing configuration data, a control signal may be supplied to the clock switch blocks64to control clock signal routing in a manner that facilitates implementing a corresponding clock routing configuration (e.g., implementation of branches60in the clock tree16).
In some instances, programming (e.g., reprogramming) an integrated circuit device12to adjust operation and/or configuration of the clock tree16may affect electrical factors. For example, reprogramming a branch60from a first routing configuration to a second routing configuration may affect branch length and/or stages (e.g., muxes or buffers) along the branch60. Thus, in such instances, programming (e.g., reprogramming) the integrated circuit device12may further increase likelihood and/or magnitude of clock skew introduced by a clock tree16.
To facilitate reducing likelihood of clock skew affecting operation of the integrated circuit device12, returning toFIG. 5, the phase detector76may determine skew (e.g., phase-shift or time-shift) data based at least in part on the feedback clock signal82and the reference clock signal80. As described above, in some embodiments, clock skew expected to be introduced by one branch60may be determined with reference to clock skew introduced by another branch60in the clock tree16. In other words, in such embodiments, the reference clock signal80may be received from a different branch60compared to the feedback clock signal82. For example, with regard toFIG. 3, the central clock switch block64C may receive a first feedback signal82from the first branch60A and a second feedback signal82from the second branch60B. Thus, to determine clock skew on the second branch60B, the central clock switch block64C may use the first feedback signal82as the reference clock signal80. In other embodiments, the reference clock signal80may be predetermined, for example, by time shifting and/or phase shifting the source clock signal84.
One embodiment of a process98for determining expected clock skew and adjusting operation of a clock tree16accordingly is described inFIG. 7. Generally, the process98includes determining a reference clock signal (process block100), determining a feedback clock signal (process block102), determining skew data (process block104), and adjusting operation of a tunable delay buffer based at least in part on the skew data (process block106). In some embodiments, the process98may be implemented based on circuit connections formed in one or more clock switch blocks64and/or the controller18. Additionally or alternatively, in some embodiments, the process98may be implemented by executing instructions stored in a tangible, non-transitory, computer-readable medium, such as the controller memory22, using a processor, such as the controller processor20.
Accordingly, in some embodiments, a clock switch device64may determine a reference clock signal80(process block100) and determine a feedback clock signal82(process block102). In some embodiments, the feedback clock signal82determined may correspond with the branch60for which expected clock skew is to be determined. Additionally, in some embodiments, the reference clock signal80may be the feedback clock signal82corresponding with another branch60in the clock tree16.
As described above, a clock switch block64may receive feedback clock signals82from downstream clock switch blocks64. For example, with regard toFIG. 3, a central clock switch block64C may receive a first feedback signal82from the first branch60A and a second feedback signal82from the second branch60B. As described above, the feedback signal80used as the reference clock signal80may be determined based at least in part on branch60for which the expected clock skew is to be determined. For example, to determine expected clock skew associated with the second branch60B, the central clock switch block64C may use the first feedback clock signal82as the reference clock signal80. On the other hand, to determine expected clock skew associated with the first branch60A, the central clock switch block64C may use the second feedback clock signal82as the reference clock signal80.
Additionally, in some embodiments, more than two branches60may be implemented in a clock tree16. For example, the central clock switch block64C may potentially route the source clock signal84through four different branches60and, thus, potentially receive four feedback signals82. Thus, in some embodiments, a clock switch block64may include a first mux to select which clock signal is input to the phase detector76as the reference clock signal80and a second mux to select which clock signal is input to the phase detector76as the feedback clock signal82.
Based at least in part on the feedback clock signal82and the reference clock signal80, the phase detector76in the clock switch block64may determine skew (e.g., time-shift or phase-shift) data (process block104). In some embodiments, the skew data may indicate whether the feedback clock signal82is leading or lagging the reference clock signal80. Additionally, in some embodiments, the clock skew data may indicate magnitude (e.g., duration, time period, or phase angle) of variation between the feedback clock signal82and the reference clock signal80.
Thus, in some embodiments, the phase detector76may determine the skew data by comparing the feedback clock signal82and the reference clock signal80. For example, the phase detector76may determine the skew data based at least in part whether a rising edge on the reference clock signal80lead or lags a corresponding (e.g., closest in time) rising edge on the feedback clock signal82and duration between the rising edge on the reference clock signal80and the corresponding rising edge on the feedback block signal82. Additionally or alternatively, the phase detector76may determine the skew data based at least in part whether a falling edge on the reference clock signal80lead or lags a corresponding (e.g., closest in time) falling edge on the feedback clock signal82and duration between the falling edge on the reference clock signal80and the corresponding falling edge on the feedback block signal82.
Based at least in part on the skew data, the controller18may instruct one or more tunable delay buffers72to adjust applied delay (process block106). In some embodiments, the controller18may receive the skew data from the clock switch block64and communicate control signals (e.g., commands) to a tunable delay buffer72indicating amount of delay that should be applied to subsequently communicated source clock signals84. In this manner, operation of the tunable delay buffers72may be controlled to reduce likelihood and/or magnitude of variation in clock skew introduced by different branches60, which may improve operation of the integrated circuit device12, for example, by facilitating coordinated operation of multiple logic regions48with improved operational efficiency and/or reduced operational latency.
To help illustrate, timing diagrams108describing clock signals received by a clock switch block64are shown inFIG. 8. In particular, a first timing diagram108A includes a first waveform110representative of a reference clock signal80. Additionally, a second timing diagram108B includes a second waveform112representative of a first feedback clock signal82and a third timing diagram108C includes a third waveform114representative of a second feedback clock signal82.
Based on the rising edges and/or falling edges of first waveform110and the second waveform112, the clock switch block64may determine skew data that indicates that the first feedback clock signal82leads the reference clock signal80by approximately one-eighth of the clock cycle (T). As such, based at least in part on the skew data, the controller18may instruct one or more tunable delay buffers74on a corresponding branch60to increase delay applied to subsequently communicated source clock signals84such that the resulting first feedback clock signal82is expected to be delayed an additional one-eighth of the clock cycle (T). Additionally or alternatively, the controller18may instruct one or more tunable delay buffers74on a corresponding branch60to reduce delay applied to subsequently communicated source clock signals84such that the resulting first feedback clock signal82is expected to be advanced seven-eighths of the clock cycle (T).
Additionally, based on the rising edges and/or falling edges of first waveform110and the third waveform114, the clock switch block64may determine skew data that indicates that the second feedback clock signal82lags the reference clock signal80by approximately one-eighth of the clock cycle (T). As such, based at least in part on the skew data, the controller18may instruct one or more tunable delay buffers74on a corresponding branch60to increase delay applied to subsequently communicated source clock signals84such that the resulting first feedback clock signal82is expected to be delayed an additional seven-eighths of the clock cycle (T). Additionally or alternatively, the controller18may instruct one or more tunable delay buffers74on the corresponding branch60to reduce delay applied to subsequently communicated source clock signals84such that the resulting first feedback clock signal82is expected to be advanced one-eighth of the clock cycle (T).
While the embodiments set forth in the present disclosure may be susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments have been shown by way of example in the drawings and have been described in detail herein. However, it may be understood that the disclosure is not intended to be limited to the particular forms disclosed. The disclosure is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the disclosure as defined by the following appended claims. |
NOVEL FIBER-OPTIC PRESSURE SENSOR CONFIGURATIONS
A miniature pressure sensor has been designed based on an optical fiber with fiber bragg grating (FBG). The fiber can be attached to a portion of tubing by co-extrusion, braiding, gluing, or other equivalent methods, where the portion of tubing is flexible and a first side is exposed to the fluid/gas being measured (Pm) and a second side is exposed to a reference pressure (Pref).
FIELD
The disclosure relates generally to pressure sensors. The disclosure relates specifically to fiber-optic pressure sensors.
BACKGROUND
Current devices measure pressure and meet the small size catheter crossing profile requirements, but these are generally based on microelectromechanical systems (MEMS) or Fabry-Perot sensing interferometer optical systems. Both of these technologies have their own set of limitations.
MEMS sensors are known to have drift (zero offset) related problems over time and are affected by electro-magnetic interference (EMI) such as produced by MRI machines and electrocautery equipment. Silicon based microelectromechanical (MEMs) sensor manufacturing processes face various size, complexity, and configuration limitations.
The Fabry-Perot sensors are not affected by EMI but have offset or zero shifts due to changes in the curvature of the optic fiber which effect pressure readings from the sensor since these types of sensors work on the basis of quantity of reflected light.
Catheters based on microelectromechanical systems or Fabry-Perot sensing interferometer optical systems are vulnerable to 1) drift-related problems and electro-magnetic interference and 2) offset or zero shifts that affect pressure readings from the sensors, respectively.
It would therefore be advantageous to have an alternative to MEMs-based and Fabry-Perot sensors.
SUMMARY
An embodiment of the disclosure is a pressure sensing device comprising an optical fiber attached to a portion of a tubing; wherein the optical fiber comprises fiber bragg grating; wherein the optical fiber is present in the tubing; wherein a first side of the optical fiber in the interior of the tubing is exposed to a medium to be measured; wherein a second side of the optical fiber in the interior of the tubing is exposed to a reference pressure; and wherein the optical fiber is co-extruded with the tubing. In an embodiment, the tubing is a catheter. In an embodiment, an outer diameter of the catheter is between 150 micrometers and 6 millimeters. In an embodiment, an outer diameter of the catheter is between 0.5 French to 18 French. In an embodiment, an outer diameter of the catheter is between 1 French and 3 French. In an embodiment, an outer diameter of the catheter is between 300 and 1000 micrometers. In an embodiment, the optical fiber is supported by supports. In an embodiment, the supports are formed in place. In an embodiment, the supports are not integral to the tubing. In an embodiment, the supports are attached by another component. In an embodiment, the supports are attached by epoxy. In an embodiment, the optical fiber is comprised of plastic. In an embodiment, the optical fiber is comprised of glass. In an embodiment, the tubing is comprised of a polymer. In an embodiment, the tubing comprises multiple lumens. In an embodiment, the tubing comprises a guidewire. In an embodiment, the pressure sensing device is compatible with MRI measurements. In an embodiment, the optical fiber is between 20 and 125 micrometers in diameter. In an embodiment, the flexible portion of tubing comprises multiple fibers. In an embodiment, the optical fiber comprises multiple fiber bragg gratings. In an embodiment, the pressure sensing device further comprises one or more temperature sensors. In an embodiment, the one or more temperature sensors are based on FBG. In an embodiment, the one or more temperature sensors are located on the same optical fiber. In an embodiment, one end of the tubing is attached to a connector. In an embodiment, at least one optical fiber is present. In an embodiment, greater than one optical fiber is present. In an embodiment, there is a catenary line effect. In an embodiment, a structure is added to overcome the catenary line effect.
An embodiment of the disclosure is a method of measuring pressure comprising inserting the pressure sensing device of claim1into a portion of a patient and measuring a pressure within the portion of the patient. In an embodiment, the tubing is a catheter.
An embodiment of the disclosure is a method of manufacture comprising co-extruding the optical fiber with the tubing; wherein the fiber is present within the tubing; cutting the optical fiber and the tubing into a section of a pre-determined length; and utilizing the pre-determined length of optical fiber within tubing to form a pressure sensing device. In an embodiment, the tubing is a catheter. In an embodiment, a location of the fiber bragg grating is marked. In an embodiment, the pre-determined length is between 100 and 4000 mm In an embodiment, the pre-determined length of optical fiber is in an IV line, medical tube, or medical catheter. In an embodiment, the pre-determined length is between 70 cm and 400 cm. In an embodiment, the optical fiber and tubing are cut by a laser. In an embodiment, the optical fiber comprises fiber bragg grating. In an embodiment, tower bragg grating can be used.
The foregoing has outlined rather broadly the features of the present disclosure in order that the detailed description that follows may be better understood. Additional features and advantages of the disclosure will be described hereinafter, which form the subject of the claims.
DETAILED DESCRIPTION
The particulars shown herein are by way of example and for purposes of illustrative discussion of the preferred embodiments of the present disclosure only and are presented in the cause of providing what is believed to be the most useful and readily understood description of the principles and conceptual aspects of various embodiments of the disclosure. In this regard, no attempt is made to show structural details of the disclosure in more detail than is necessary for the fundamental understanding of the disclosure, the description taken with the drawings making apparent to those skilled in the art how the several forms of the disclosure may be embodied in practice.
As used herein, the term “atraumatic” means and refers to a medical device or procedure causing a minimal tissue injury.
As used herein, the term “neutral axis” means and refers to the axis in the cross-section of the catheter shaft along which there are no longitudinal stresses and/or strains.
As used herein, the term “French” means and refers to the size of a catheter equal to 3 times the diameter in millimeters.
The manufacturing processes for silicon based microelectromechanical (MEMs) have various size, complexity, and configuration limitations. The sensors disclosed herein are alternatives to MEMs. The following are issues to consider when designing a pressure sensor.Temperature compensation is likely needed to measure pressure accurately.Strain due to bending/deflecting must be minimized to measure pressure accurately; various methods to reduce strain are placing a sensor on the neutral axis, increasing the stiffness of the exterior tubing by reinforcement of an insert/sleeve, and floating/cantilevered placement of the sensor.Permeability of the material separating reference pressure and measured pressure may cause drift during equalization if reference pressure is sealed. Further, volume changes to the reference pressure must be minimized if reference pressure is sealed. A method to overcome theses is to utilize a vent to atmospheric pressure as reference pressure.
In an embodiment, concerns regarding sensors include temperature compensation, strain caused by bending, and permeability. A bend in blood vessels can cause pressure on the catheter.
In fiber bragg grating (FBG) fiber optic systems, the shift within the spectra of the reflected light is observed and quantified in order to determine the physical event to which the sensor is subjected. FBG fiber optic systems do not measure the quantity of reflected light to determine a physical event.
An optical fiber is known to have relatively good tensile strength but can be compromised when bent to small radii. Therefore, the catheter design can leverage the tensile strength to contribute to the overall strength of the catheter while protecting the fiber from small bending radii. In an embodiment, the optical fiber is comprised of glass or plastic. In an embodiment, data is transmitted through the optical fiber. Catheter can be constructed by inserting the fiber through a thick-walled polymeric tube to both provide protection for the fiber and increase the diameter to that which is comparable to the size of the sensor housing and of the finished catheter diameter.
A miniature pressure sensor has been designed based on an optical fiber with fiber bragg grating (FBG). The fiber can be attached to a portion of tubing by co-extrusion, braiding, gluing, or other equivalent methods, where the portion/wall is flexible and a first side is exposed to the fluid/gas being measured (Pm) and a second side is exposed to a reference pressure (Pref). In an embodiment, the fiber can be glued to the tubing after extrusion. In an embodiment, the fiber is on the interior of the tubing. In an embodiment, the fiber is on the exterior wall of the tubing. The reference pressure can be a vacuum, atmospheric pressure, or other pressure. The pressure differential between the two (measurement (Pm) and reference (Pref) sides) creates a strain on the portion of tubing and fiber. The strain on the FBG can be measured by light interrogation (light sent down the fiber is reflected/refracted based on the strain at the FBG and causes a wavelength shift); this correlates with the pressure differential and can be used as a pressure sensor. In an embodiment, the FBG sensor is sensitive to strain of 1 microstrain. In an embodiment, the FBG sensor is sensitive to 0.1 mmHg pressure differential between Pmand Pref. Other embodiments use sensors with different ranges such as strain of one billionth of an inch or one-thousandth of an inch.
Pmis the measured pressure. Prefis the reference pressure. ΔP correlates to the strain on the wall.FIG. 19. The Prefprovides a control for temperature. The ΔP subtracts out any temperature effect as it would be equal on Pmand Pref. In an embodiment, Prefis vented to atmosphere to that the sensor self-compensates for elevation change. In an embodiment, Prefcan be atmospheric pressure or a vacuum.
In an embodiment, the device will be co-extruded. In an embodiment, the co-extrusion can be performed by medical tubing manufacturers. Materials and dimensions that are capable of being manufactured can be used simulate strain and calculate accuracy and sensitivity. A prototype with FBG fiber glued onto an extruded tube can be used to measure accuracy and sensitivity.
In an embodiment, the integral pressure sensor can be manufactured more affordably than current pressure sensors. In an embodiment, the sensor can be extruded simultaneously with the catheter. In an embodiment, multiple materials can be co-extruded at the same time. In an embodiment, a length of catheter co-extruded with the sensor is formed and cut into sections. In an embodiment, the sections are 100-4000 mm In an embodiment, a laser cuts the catheter into sections. In an embodiment, the co-extruded catheter and sensor are present on a spool before being cut into sections. In an embodiment, the laser is programmed to make the cuts automatically. In an embodiment, the cuts are based upon the location of the FBGs. In an embodiment, the locations of the FBG can be marked on the fiber. In an embodiment, the laser is programmed to locate the FBG with a vision system. In an embodiment, one end of the catheter is not laser cut. In an embodiment, a connector can be mounted on the proximal end of the catheter.
In an embodiment, the sensor can be slid into the catheter tube. In an embodiment, one end of the catheter can be left open. In an embodiment, fluid can be allowed to flow in and out of the catheter.
In an embodiment, the catheter can be made rigid by adding a rigid material to the interior or exterior of the catheter via an insert, sleeve, and/or braid. In an embodiment, epoxy can be used to make the catheter rigid. In an embodiment, nylon can be used to make the catheter rigid. In an embodiment, the main body and the flexible portion containing the fiber of the catheter can be made of the same material. In an embodiment, the body and the flexible portion of the catheter can be made of different materials. In an embodiment, the catheter can be comprised of nylon, polyurethane, polyethylene, PTFE, polyimide, PVC, nitinol, silicone, thermoplastic elastomer (TPE), PEEK, Pebas, and others. In an embodiment, the catheter is comprised of silicone. In an embodiment, the catheter is comprised of polydimethylsiloxane (PDMS). In an embodiment, there is no silicon in the sensor and catheter. In an embodiment, the catheter body is made of nylon. In an embodiment, the nylon is nylon12. In an embodiment, the flexible portion can be made of an elastomer. In an embodiment, the flexible portion can be made of an elastomer including but not limited to at least one of nitrile, rubber, neoprene, silicone, viton, PVC, TPE/TPU, EVA, and PEBA.. In an embodiment, the components of the catheter and sensor are not metal. In an embodiment, the components of the catheter and sensor are non-ferric and are therefore MRI compatible. In an embodiment, the catheter is sterile.
In an embodiment, multiple lumens are present in the co-extruded catheter and sensor. In an embodiment, there are 2 lumens. In an embodiment, there are 1-6 lumens present in the catheter. In an embodiment, lumens can be present within other lumens.
In an embodiment, openings can be cut into the catheter at specific locations. In an embodiment, the openings are laser cut. In an embodiment, the flexible portion can be fixed to one or more bridges at various locations. In an embodiment, the one or more bridges provide support to the membrane. In an embodiment, an insert can be used to create bridges and provide stiffness.FIG. 19.
In an embodiment, the manufacture will remove the cladding from a fiber optic fiber. In an embodiment, the manufacture can make the FBG and add cladding over the FBG. In an embodiment, the cladding is comprised of glass. In an embodiment, the cladding is comprised of suitable materials other than glass. Suitable materials will be readily understood by one of ordinary skill in the art.
In an embodiment, the flexible portion in which the sensor is located is comprised of a flexible polymer. In an embodiment, the flexible polymer is an elastomer. Suitable materials will be readily understood by one of ordinary skill in the art.
Smaller fibers provide better sensitivity. In an embodiment, the optical fiber is 20-125 mm in diameter. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is greater than 125 micrometers. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is 125 micrometers. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is 80 micrometers. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is 40 micrometers. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is 60 micrometers. In an embodiment, the diameter of the optical fiber is between 1 and 40 micrometers.
Linearity over the pressure range is generally required for an accurate sensor. Depending on the pressure range, the fiber could be pre-tensioned. In an embodiment, the fiber is pre-tensioned during co-extrusion. In an embodiment, a support material is coextruded with the fiber to create tension on the fiber during bending. In an embodiment, a support material is co-extruded with the fiber to create compression on the fiber during bending.
In an embodiment, the catheter can have an outer diameter (OD) of 350 micrometers. In an embodiment, the OD of the catheter can be between 150 micrometers and 6 millimeters. In an embodiment, the OD of the catheter can be between 300 micrometers and 1 millimeter. In an embodiment, the ID of the catheter can be between 0.000001 micrometers and 100 micrometers. In an embodiment, the catheter can have an inner diameter (ID) of 25 micrometers. In an embodiment, the ID of the catheter can be between 12 micrometers and 3 millimeters. In an embodiment, the ID of the catheter can be between 25 micrometers and 650 micrometers. In an embodiment, the catheter is smaller than one French (333 micrometers). Appropriate ID and OD are design characteristics that will readily understood by one of ordinary skill in the art.
In an embodiment, there is a concern regarding bending of the sensor. In an embodiment, the concern can be addressed by keeping the fiber close to a neutral axis. In an embodiment, the material comprising the catheter is stiff so that the catheter does not bend. In an embodiment, there is a metal sleeve on the catheter. In an embodiment, the sensor or catheter can be floated in another device.
In an embodiment, the catheter is used for a right heart catheterization (Swan-Ganz). In an embodiment, the sensor can be used on all Swan-Ganz catheters. In an embodiment, the sensor can be integrated into any type of catheter. In an embodiment, the sensor is present in a right heart catheter. In an embodiment, the sensor is present in a pulmonary catheter. In an embodiment, the sensor can be placed in a medical device other than a catheter. In an embodiment, the device is a circulatory assist device, intraortic balloon pump, pressure enabled guidewire, needletip device, or others. In an embodiment, the sensor can be integrated into any pressure sensing device.
In an embodiment, the sensor can have an internal support. In an embodiment, the support will be provided by rigid material. In an embodiment, the support will be at both ends of the sensor. In an embodiment, the support material will be thermoplastic. In an embodiment, the support material will be nylon, stainless steel, nitinol, titanium, epoxy, PEEK, LCP, PPS, acrylic, and others. However, suitable materials are a matter of design characteristic that will be readily understood by one of ordinary skill in the art.
In an embodiment, there can be two sensors in line. In an embodiment, there can be more than two sensors in line.
In an embodiment, the ends of the catheter are not sealed. In an embodiment, blood can flow through the catheter. In an embodiment, the ends of the catheter are sealed. In an embodiment, only one end of the catheter is sealed. In an embodiment, the cutaway portion is sealed. In an embodiment, the cutaway portion is not sealed. In an embodiment, a two-part sealant can be used such as silicone or epoxy. Examples of biocompatible sealants include, but are not limited to those qualified under USP class VI or ISO 10993 testing. However, other embodiments may use other sealants not qualified by these standards.
In an embodiment, the catheter can be implanted short-term for less than 24 hours or less than 30 days. Durations of time for short term could be a few minutes to a few days, such as 0.1 minute to 7 days or 1 minute to 5 days or 5 minutes to 3 days or 1 hour to 1 day. In an embodiment, the catheter can be implanted long-term. In an embodiment, the catheter can be implanted greater than 30 days. Durations of time for long term could be a few days to permanently, such as one day to permanent or 7 days to 3 years or 2 weeks to 1 year or 1 month to 6 months.
In an embodiment, the catheter is a vent catheter. In an embodiment, the catheter is a left heart vent catheter.
FIG. 1depicts a cross-sectional view of a catheter pressure sensor (100,110,120,130).
The pressure sensor disclosed compensates for thermal effects and mechanical strain. The pressure sensor can expose one side of the flexible portion to the measurement medium. The pressure sensor can isolate the measurement medium from the reference pressure side of the flexible portion. As an integrated configuration, the pressure sensor can be within another catheter as a miniature pressure sensor that is integral to the catheter while retaining catheter functionality.
Thermal and Mechanical Strain
All sources of strain on the FBG effect the measurement; sources of strain such as thermal or mechanical strain can interfere with the accuracy of a pressure sensor. In an embodiment, another portion of the fiber with a second FBG can serve as a temperature sensor for temperature compensation to overcome interference. Further, other options are available to resist mechanical strain.
In one configuration, the fiber may be located on the neutral axis, which experiences minimal strain during bending of the catheter. In one embodiment, there can be a rigid portion(s) to resist bending strain; several embodiments are listed below.
Rigid Portions to Resist Bending/Deflect Strain.
2. Braided or reinforced catheter tubing, either along the entire length or portion of the length.FIG. 3. (300,310,320,330)
4. Interior insert of metal/plastic/ceramic or other rigid material. In this embodiment, biocompatibility is not necessary.FIG. 5. (500,510,520),530)
5. Formed in place epoxy or other similar material applied to the exterior or interior.
In another configuration, the sensor can be “floating” or cantilever within a housing where the housing would experience the bending/deflecting strain.
Access to Measurement Medium and Isolation of Reference Pressure and Measurement Medium
2. Lumen or tubing allowing Gas/Fluid access to one side.
3. Plug or cap separating the two sections.FIG. 7. (700,710,720,730,770) Attachment (Fiber to Flexible Portion) Methods
2. Glued in place (designed with alignment features such as a notch, hole, lip, etc.).FIG. 9. (900,910,920,930,980)
3. Snap in place (designed with lip or trough features that mechanically hold fiber in place).FIG. 10. (1000,1010,1020,1030,1090)
4. Assembled in place (designed to fit between two or more components).FIG. 11. (1100,1110,1120,1165,1175)
Cross Section Profiles
1. Neutral Axis configurations
3. Integrated within a catheter
In an embodiment, there can be a guidewire lumen. In an embodiment, the guidewire is present in the measurement medium lumen. In an embodiment, the guidewire is present in a separate lumen.FIG. 17. (1700,1710,1720,1730) In an embodiment, there is a guide wire lumen present in the wall of the catheter.FIG. 23. (2300,2310,2320,2330,2340,2355)
FIG. 18(1800,1810,1811,1830) depicts displacement of the fiber attached to a flexible portion separating the measurement and reference sides.
FIG. 19(1910,1981,1982) depicts a flexible portion separating the measurement and reference sides and attached to supports.
FIG. 20(2000,2030,2060) depicts a catheter pressure sensor with a cutaway portion.
FIG. 21(2100,2111,2112,2113,2130,2141,2142,2143,2144,2181,2182,2183) depicts a catheter pressure sensor with multiple lumens with optical fibers attached to supports.
A catheter pressure sensor in which the fiber is layered in after the membrane.FIG. 22. (2200,2210,2230,2285,2295)
FIG. 23depicts a catheter pressure sensor in which a guidewire lumen is present in the tubing wall and an optical fiber is present in a lumen.
Advantages
3. The miniature and simplified pressure sensor can be incorporated into many catheters of various function, without compromising function; faster and easier to measure pressure with a “built in” sensor. This eliminates the need to prepare fluid filled column or to deploy a second pressure measurement device.
4. The neutral Axis configuration reduces or eliminates mechanical strain.
5. Rigid/Semi-Rigid reinforcement reduces or eliminates mechanical strain and may increase pressure induced strain on FBG for increased sensitivity.
In an embodiment, the miniature FBG-based pressure sensor is a non-metallic pressure sensor for MRI safety or other magnetic/electric field compatible applications In an embodiment, the main body of the tubing or housing reduces/eliminates bending strain effects on the FBG portion(s) of the fiber. The pressure sensor can be used within electric/magnetic fields (such as those found in MRIs, electrocautery, cardiac pacing leads, electromagnetic pumps/motors, among others) without the interference typical of MEMs sensors.
Integrated pressure sensor in single or multi-lumen catheters, such as Multi-Lumen Access Catheters, Balloon Wedge Catheters, among others allows quicker/easier diagnostic pressure measurement during procedures while utilizing the basic function of the catheter. As stated above, this removes the need to prepare a fluid filled column or deploy a second device to measure pressure while catheterized.
These configurations can replace catheter pressure sensor technology for medical applications and improve upon applications requiring accurate measurements in the presence of electronic/magnetic fields. The integrated design improves existing catheters by eliminating the step of fluid filled preparation or secondary sensor deployment.
The device provides miniaturization through a simplified design. This design eliminates many of the extra layers, materials, and complexity required to create strain on a fiber and resist mechanical strain. It may be possible to use continuous manufacturing by co-extrusion of the fiber and tubing to significantly reduce cost.
The pressure sensors have a small size, low cost, and high accuracy for medical applications. There is currently not a collinear fiber and tubing configuration to convert pressure differential into strain on fiber and facilitate miniaturization. The miniature size of the pressure sensor can be safely used in small areas of the body including but not limited to the circulatory system and respiratory system. Micro-sized simple sensors could be integrated into most any medical catheterization technologies where pressure measurement may be desired which would simplify procedures. It can allow diagnostic pressure measurements during routine catheterization procedures more frequently. The pressure sensors have stable long-term implantation. The pressure sensors are also easier and less-expensive to manufacture than current sensors. |
La présente invention concerne un procédé de purification du gaz d'échappement rejeté en déchets provenant de la production de la rayonne, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Lors de la production de fibres de rayonne, il se dégage des gaz CS2 et H2S qui sont entrains par aspiration. Normalement,un mètre cube d'air d'évacuation continent tes composés sous la forme gazeuse en une proportion qui est d'environ 1 g pour chacun. Du fait que ces deux imposés ont une odeur très forte et dds plaisante et qu'ils présentent un effet toxique, il est nécessaire de les éliminer de l'air qui s'échappe avant que cet air (appelé ci-après "air d'échappement")soit rejetS dans l'atmosphère, et du fait que les installations de production de rayonne habituelles traitent des masses d'air qui sont de l'ordre de centaines de milliers jusqu'd quelques inillions de mètres cubes par heure, il est particulièrement d6sirable,pour des raisons économiques, de pouvoir récupérer les composés ou bien de les transformer en tous cas sous une forme de produit utilisable ou commercialisable-. Il est connu que le #S2 aussi bien que H23 peuvent être adsor- bés sur du charbon actif et l'on peut de la sorte purifier le gaz d'échappement sans difficultés de leur teneur en ces composés en les amenant à passer à travers du charbon actif. Lorsque H2S est#adsorbé sur du charbon actif, il se produit simultanément, en raison de l'action catalytique du charbon actif, une transformation partielle de H2S en soufre libre. Dans les installations actuellement connues, on effectue la régénération du charbon actif à laide de la vapeur d'eau mais, par cette voie, il n'est pas possible d'éliminer le soufre qui s'est formé à partir du H2S adsorbé.On préfère alors amener le gaz d'échappement d'abord dans un dispositif de lavage du gaz, d'où l'on extrait par lavage le H2S qui est présent dans l'air d'échap- pement, et ensuite on.le fait passer dans un filtre d'adsorption avec du charbon actif, sur lequel le CS2 présent est adsorbé. An cours de la réactivation ultérieure du charbon actif à l'aide de la vapeur d'eau, on conduit- la vapeur de réactivation dans un conden- seur où l'eau et le CS2 sont séparés ; l'eau peut dissoudre une certaine teneur de CS2, qui peut atteinre par litre, à20 C, envi- ron 2,5 g de CS2, car l'aptitude de l'eau à absorber CS2 ne repré- sente qu'une fraction pour mille parties. Avec ce procédé, lorsque l'on utilise de grandes quantités de liquides, il n'est pas possible d'éviter totalement le soufre libre dans le charbon actif. Ce fait doit être attribué aux difficultés que l'on a, dans le lavage du gaz, à éliminer la totalité du H2S présent dans l'air #échappement. Cette circonstance repose en outre sur le fait que le E28 n'est soluble dans l'eau que dans une faible mesure ; ainsi,à 2000, elle est de 1 g dans environ 300 ml d'eau. Ceci entraîne que, lors de l'élimination du soufre, ou bien le charbon doit subir une extraction à l'aide d'agents solvants du soufre, ou bien il doit être imprégné d'iodure de potassium, après quoi on peut éliminer le soufre par lavage. La présente invention a pour objet de fournir un procédé par lequel on peut effectuer la purification de l'air d'échappement sans avoir à utiliser les quantités jusqu'à présent nécessaires de li quines. Le procédé selon la présente invention est du genre dans lequel on conduit l'air d'échappeient dans un adsorbeur où l'air traverse une couche mobile de charbon actif, ce charbon actif adsorbant la teneur en CS2 et H2S, de sorte que l'air qui est ainsi purifié peut être adgag, tandis que le charbon actif est conduit vers une réac tivation, et ce procédé se caractérise par le fait que le charbon est d'abord dirigé vers une première portion de désorbeur, dans laquelle il est chauffé jusqu'à ce que le CS2 se dégage, et dans une seconde portion de désorbeur montée N la suite, dans laquelle il est à nouveau chauffé jusqu'à ce que le H2S et le soufre libre qui s'est formé se dégagent, à la suite de quoi le charbon actif est reconduit après refroidissement dans l'adsorbeur. La présente invention repose sur la reconnaissance du fait que le CS2 adsorbé est déjà libéré du charbon actif lors d'un chauf fage à des températures qui sont inférieures à 10000, tandis que le H2S adsorbé n'est libéré que lorsque le charbon actif est chauffé à des températures qui sont supérieures à 17500 environ, tandis que le dégagement du soufre libre qui s'est formé ne débute qu'après un chauffage supérieur à 34000 environ0 On peut effectuer le chauffage de telle sorte que, ou bien on laisse s'écouler le charbon actif dans une enceinte ou une chambre dont les portions de parois sont chauffées, ou bien on effectue le mélange de ce charbon avec une matière inactive de granulométrie fine, qui, avant que le charbon actif ne soit ramené dans l'adsorbeur, sera séparée du charbon actif par tamisage, Il s'est avéré que, lorsque l'on chauffe le charbon actif de cette façon, il-est également possible de conduire le procédez lorsque le charbon doit présenter une faible teneur en soufre libre Conformément à une forme de mise en oeuvre appropriée du procédé selon la présente invention, on le conduit de telle sorte qu'une partie seulement du charbon actif qui arrive depuis la première portion du désorbeur est amenée dans le second désorbeur, tandis que ce qui reste est conduit directement dans le refroidisseur. De la sorte, on parvient à une économie de la chaleur nécessaire de l'extérieur pour le chauffage de la seconde portion du désorbeur. Le CS, provenant de la première partie de désorbeur est amené dans une portion de condenseur, où le OS2 et la vapeur d'eau éventuellement présente se trouvent condensés et il sont séparés. Le H2S provenant de la seconde portion de désorbeur et le son Ire éventuellement présent sont amenés dans un convertisseur d'un type en lui-même connu, dans lequel le N S est transformé en soufre libre. L'adsorbeur est d'un type en lui-même connu, qui doit uniquement satisfaire à une condition de sécurité, afin que l'air d'échappement à traiter traverse une couche de charbon actif. De préférence, et en particulier lorsque l'on doit traiter de grandes quantités d'air, on utilise-un adsorbeur dans lequel le charbon glisse à travers une chambre annulaire en raison de son propre poids et dans laquelle l'air qui doit être traité est conduit à l'intérieur de la chambre annulaire et en émerge après avoir traversé la couche de charbon actif dans un manchon ou une chemise qui entoure la chambre annulaire, d'oh il est amené dans le premier désorbeur. Le désorbeur peut affecter la forme d'un tambour dont le manehon est chauffé, le premier désorbeur pouvant être chauffé à l'aide de vapeur d'eau sous forie pression, mais, normalement; de même que le second désorbeur, il est chauffé à l'aide des gaz de cheminée (gaz de combustion)# L'un ou les deux desorbeurs peuvent également être du type selon lequel on mélange le charbon avec une matière inactive chauffée, par exemple avec du sable, on conduit ensuite ce mélange dans un tunnel vertical, au fond duquel on prélève le mélange de sable et de charbon actif, tandis que l'air traité est repris à 1' extrémité supérieure du tunnel Et finalement l'un ou les deux désorbeurs peuvent hêtre montés selon le principe de récupération selon lequel le charbon actif traverse un système de canalisation, tandis qu'un autre système de canalisation est chauffé par le gaz de combustionç La présente invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. La présente invention sera plus amplement expliquée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels La figure i représente une vue schématique d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, et La figure 2 représente une forme de mise en oeuvre modifiée de ltinstallation selon la figure 1. L'air d'échappement1 qui provient d'une production de rayonne et qui contient du CS2 et du H2S,est amené en 1 approximativement à la température ambiante et, de là, il afflue dans un adsorbeur A, dans lequel on amène en continu par 2 du charbon actif. Le gaz d'échappement traverse dans l'adsorbeur une couche constamment renouvelée du charbon actif, qui adsorbe la teneur en CS2 et en H25 du gaz d'échappement. Les quantités d'air introduit et de charbon actif ajouté sont équilibrées entre elles de telle sorte que la totalité du CS2 et du 1125 présents soit éliminée lorsque l'air émerge en 3 de l'adsorbeur et qu'ensuite il puisse être dégagé dans l'atmosphère ainsi qu'il est indique par la flèche F. Du fait que le charbon actit~est en mesure d'adsorber des proportions plus importantes de 1125 que de CS2, il suffit normalement de constater que la totalité du 052 a été éliminée. Le charbon actif quitte l'adsorbeur en 4 et est amené dans le premier adsorbeur D1 , dans lequel il est chauffé à une température de 150 à 17000 sans admission d'air, De ce fait, le CS2 adsorbé est libéré et il abandonne le désorbeur D1 en 5 d'où le CS2 sous forme gazeuse, accompagné de vapeur d'eau, se condense d'abord dans un condensateur K1, où la vapeur d'eau est condensée et est éliminée en 6, tandis que l'eau essen- tiellement libérée du gaz s'écoule vers un condensateur ES où le CS2 est condensé et soutiré en 7. Lorsque le charbon actif a traversé le désorbeur D1, il continue d'affluer en 8 vers un second désorbeur D2 où, également sans admission d'air, on le chauffe, mais cette fois de 600 à 70000. De la sorte, H2S et le soufre qui s'est séparé sont libérés et ils s'écoulent sous forme gazeuse en 9, hors du désorbeur D2 et après avoir traversé un dispositif de refroidissement, non représenté, dans lequel le soufre libéré se sépare par refroidissement à une température de 35000. L'air contenant H2S refroidi de cette façon est amené dans un convertisseur 0, en lui-même connu, dans lequel le H2S est eatalytiquement transformé en soufre, d'où on le prélève en 10, tandis que le 1125 qui n'a pas été transformé et le CS2 evenn tuellement présent et/ou d'autres gaz éventuellement présents sont ramenés pour le mélange en 1' avec le gaz de déchet introduft-- dans l'adsorbeur A. Le charbon actif, qui est alors -débarrassé de sa teneur en CS2 et en H2S, abandonne le désorbeur D2 en 11 et parviens ensuite dans le dispositif de refroidissement E où il est refroidi à la température ambiante. Après refroidissement,- le charbon actif est amené sur un tamis on un crible sur lequel tombent les particules formées, tandis que le résidu sur tamis est ramené en 2 où le charbon actif est conduit dans l'adsorbeur. Entre l'adsorbeur  et lé premier désorbeur Ds, le charbon actif s'écoule, lorsqu'il abandonne l'adsorbeur en 4, en traversant un double sas non représenté qui doit assurer que le charbon actif n'introduit pas d'air contenant de l'oxygène dans le désorbeur D1. Le double sas peut être disposé ou bien sous la forme d'un sas à vide ou bien sous forme d'un sas dans lequel, dans la dernière portion avant le désorbeur Dt, on introduit un gaz ne contenant pas d'oxygène libre. La sécurité à cet égard consiste en ce que, dans le désorbeur il iln'y ait pas d'oxygène libre présent ; il suffit, dans les autres régions, d'avoir des sas simples, par lesquels peut s'écou- ler le charbon actif pendant sa circulation dans l'installation. La figure 2 représente une installation qui est disposée ou montée d'une façon analogue à celle de l'installation selon la figure 1. Ici, toutefois, une portion seulement#du charbon actif provenant du désorbeur D1 traverse le désorbeur monté à la suite. Dans ce but, le charbon affluant du désorbeur D1 en 8 arrive en 18 dans une enceinte de dosage, dans laquelle une portion du charbon actif est amenée à s'écouler directement dans le dispositif de refroidissement E, tandis qu'une petite quantité arrive dans le désorbeur D'2, lequel peut entre plus petit que le désorbeur D1. Le charbon actif affluant à partir du désorbeur D'2 est réuni avec le charbon actif provenant directement du désorbeur D1 et, ensemble, on les conduit dans le dispositif de refroidissement E. Pour le mode de fonctionnement de principe de l'installation, il importe peu que les désorbeurs soient montés pour le chauffage du manchon ou que le chauffage du charbon actif s'effectue à l'aide d'un mélange avec une matière inactive de granulométrie fine telle que le sable, du fait que ce sable traverse le tamis G. La présente installation a été décrite en tant qu'installation pour la purification de gaz de déchet ou d'échappement provenant de la production de la rayonne, mais elle peut être appliquée pour des purifications de l'air ayant des teneurs similaires en OS2 et 1125 de quelque origine que ce soit0 R E V E N D- I C A T i O N S 1.- Procédé pour la purification d'air d'échappement tel que l'air rejeté provenant de la production de rayonne, qui contient simultanément du CS2 et du h S, du genre selon lequel on amène l'air de déchet dans un adsorber où il traverse une couche. mobile de charbon actif, ledit charbon actif adsorbant la teneur en CSZ et en H2S, àla suite-de quoi l'air ainsi purifié peut être rejeté, tandis que le charbon actif est conduit vers un dispositif dé réactivation, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on conduit d'abord le charbon actif dans une première portion de désorbeur où il est chauffé jusqu a ce que CS2 soit libéré, puis dans une seconde portion de désorbeur où il est encore chauffé jusqu a ce que H2S et le soufre formé soient libérés, après quoi on reconduit le charbon actif dans-l'adsorbeur après le refroidissement0 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on ne conduit qu'une partie du charbon actif provenant de la première portion de désorbeur dans le second désorbeur, tandis que l'on conduit le restant directement dans le dispositif de refroi- dissement. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on chauffe le charbon actif-dans la première portion de désorbeur à une température qui n'est pas supérieure à 20000. 4.- Procédé selon la-revendication 3, caractérisé par le fait que l'on chauffe le charbon actif dans la première portion de désorbeur à une température qui n'est pas supérieure à 17500. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on chauffe le charbon actif dans la seconde portion de désorbeur à une température qui est d'au moins 340 Ce 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on chauffe le charbon actif dans la seconde portion de dés or- beur à une température d'au moins 45090. 7.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé#selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée essentiellement en ce qu'elle est constituée par un adsorbeur A, un premier désorbeur D1, un. second désorbeur D2, D'2,un dispositif de refroidissement E et un tamis ou crible G, qui sont reliés entre eux par des tubulures de telle sorte que le charbon actif qui est amené dans ltadsorbeur puisse circuler conforme ment à la séquence indiquée dans les portions de l'installation et que la partie subsistant sur le tamis ou le crible G soit ramenée dans l'adsorbeur A. 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que le charbon actif traverse une enceinte double lorsqu'il afflue depuis l'adsorbeur A vers le désorbeur Dl. |
<|BOS|>Quel est le matériau utilisé pour le support épais dans le procédé de fabrication décrit ?
contenu :
REVENDICATIONS 1/- Procédé de fabrication de composants semi-conducteurs de puissance, procédé comportant la création, au sein d'un bloc semi-conducteur plat, ds couches de types de conductibilité différents, puis le serrage de ce bloc entre des plaques métalliques, procédé caractérisé en ce qu'il comporte en outre, entre ladite création et ledit serrage le dépôt par épitaxie, sur au moins une face dudit bloc, d'un support épais constitué d'un matériau semi-conducteur dopé avec des impuretés de même type de conductibilité que la couche adjacente dudit bloc, la concentration de ces impuretés au sein de ce support étant au moins 10 fois supérieure à la concentration des impuretés de dopage de cette couche adjacente. 2/- Composant semi-conducteur de puissance comportant un bloc semi-conducteur plat au sein duquel existent des couches de types de conductibilité différents, ce bloc étant serré entre deux plaques métalliques, composant caractérisé en ce qu'il comporte, en outre entre ledit bloc et lesdites plaques métalliques, au moins une couche de matériau semi-conducteur d,opé avec des impuretés du même type de conductibilité que la couche adjacente dudit bloc, la concentration de ces impuretés au sein de ce support étant au moins 10 fois supérieure à la concentration des impuretés de dopage au sein de cette couche adjacente. 3/- Procédé de fabrication de composants semi-conducteurs de puissance, procédé comportant la création au sein d'un- bloc semi-conducteur plat, de couches de types de conductibilité différents, puis le serrage de ce bloc entre des plaques métalliques. procédé caractérisé en ce qu'il comporte en outre, entre ladite création et ledit serrage, le dépôt sur au moins une face dudit bloc, d'un support épais constitué d'un verre conducteur. 4/- Composant semi-conducteur de puissance comportant un bloc semi-conducteur plat au sein duquel existent des couches de types de conductibilités différents, ce bloc étant serré entre des plaques métalliques, composant caractérisé en ce qu'il comporte en outre, entre ledit bloc et lesdites plaques, au moins une couche d'un verre conducteur.<|EOS|><|BOS|>Le matériau utilisé pour le support épais dans le procédé de fabrication décrit est le verre conducteur.<|EOS|> |
La présente invention concerne une perceuse comportant un moteur électrique d'entraînement protégé contre l'eau de projection et une chambre de moteur redroidie. Des perceuses et d'autres outils portatifs entraînés électriquement sont soumis, dans un grand nombre d'applications, à une humidification par de l'eau de projection. Cette eau de projec- tion peut être imputable par exemple à un effet auxiliaire indési- rable du processus de refroidissement de la zone de travail. Egale- ment il peut intervenir de l'eau de projection, d'une manière connue, lors de l'utilisation de l'outil portatif en cas de pluie. Les perceuses, entraînées dans la plupart des cas par un moteur électrique, sont généralement refroidies par air. Dans les perceuses classiques, on rencontre alors la difficulté consistant en ce que de l'eau de projection pénètre en même temps que l'air de refroidissement dans la chambre de moteur de sorte que l'utilisa- teur est soumis à un risque latent d'application de tensions de contact excessivement élevées. On a cherché à remédier à cet inconvénient, dans des per- ceuses à moteurs à courant triphasé ou à condensateur, qui compor- tent désavantageusement une caractéristique de puissance extrême- ment défavorable pour des perceuses, à l'aide d'un carter en deux coquilles, dont la coquille intérieure enveloppe la chambre de moteur de façon étanche à l'eau. Pour le refroidissement, on fait passer de l'air entre la coquille intérieure et la coquille exté- rieure. Cette ventilation d'enveloppe connue assure, dans le cas de l'agencement de moteur indiqué ci-dessus, un redroidissement qui est souvent insuffisant de sorte que cette structure ne convient pas pour la plupart des perceuses équipées de moteurs universels. Des moteurs universels présentent d'une part une bonne caractéris- tique de puissance et d'autre part un faible poids et un faible volume par comparaison à des moteurs à courant triphasé. L'invention a en conséquence pour but de fournir une per- ceuse à moteur électrique d'entraînement, qui soit non seulement protégée contre de l'eau de projection mais qui comporte un système de refroidissement par air également efficace pour des moteurs universels. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que pour assurer le refroidissement interne du moteur, une tubulure d'admission canalise l'air vers la chambre de moteur, un bouclier AL/GB/47611 -2- déflecteur étant placé devant l'orifice d'aspiration tandis qu'il est prévu dans la tubulure d'aspiration au moins un filtre et, entre ce filtre et la chambre de moteur, un guide en labyrinthe, et que, dans la zone de sortie de l'air de refroidissement, une tubulure de décharge dévie le courant d'air de refroidissement et est asso- ciée à un organe obturateur empêchant la pénétration de l'eau de projection dans cette tubulure de décharge. Une tubulure d'admission de l'air de refroidissement, dont l'orifice d'aspiration est protégé par un bouclier déflecteur placé en avant et qui comporte un premier filtre, empêche une pé- nétration directe de l'eau de projection, qui s'écoule éventuel- lement en fontaine, dans le reste du circuit d'air de refroidisse- ment. En outre, le canal constitué par la tubulure d'admission agit sur l'air de refroidissement aspiré, à la façon d'un volume de stabilisation dans lequel se dépose de l'humidité qui n'a pas été retenue par le premier filtre. Cette humidité peut par exemple être évacuée par moyens classiques, comme des clapets anti-retour, hors de la tubulure d'admission. Pour faire en sorte que, dans n'importe quelle position d'utilisation de la perceuse, le courant d'air de refroidissement soit dévié par la tubulure d'admission, celle-ci est agencée de préférence de façon flexible ou pivotante de manière que l'orifice d'aspiration puisse être orienté dans la direction qui est le moins perturbée par l'eau de projection. 1 Le courant d'air de refroidissement qui a été soumis à un pré-filtrage par l'intermédiaire de la tubulure d'admission ou des moyens associés à cette tubulure parvient ensuite dans un guide en labyrinthe o il est plusieurs fois dévié fortement par les chi- canes prévues dans ce guide, ce qui provoque une séparation des dernières goutelettes d'eau par rapport au courant d'air. Les dif- férentes chambres du guide en labyrinthe sont disposées à cet effet de manière que l'humidité encore existante ne puisse en aucun cas parvenir dans la chambre de moteur dans n'importe quelle position de l'outil portatif. La tubulure d'admission est reliée à la partie de carter contenant le guide en labyrinthe par exemple par l'intermédiaire d'une liaison à brides. Pour des raisons de maniabilité, il est avantageux de réaliser la liaison précitée sous une forme séparable en faisant intervenir une liaison enfichable codée, à laquelle est simultanément associée également une liaison enfichable pour l'ali- AL/GB/47611 -3- 24e8430 mentation en courant. Il est ainsi possible, d'une manière simple, de faire en sorte que, lorsque la tubulure d'aspiration n'est pas accouplée, l'alimentation en courant du moteur soit interrompue, ce qui exclut une utilisation de l'outil portatif dans cette condition. Le courant d'air sec sortant du guide en labyrinthe et servant à la ventilation interne du moteur d'entraînement placé dans son logement est par exemple aspiré à partir de la chambre de mo- teur par un ventilateur radial situé du côté-moteur et il est dé- chargé dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'une tubulure de sortie. Cette dernière comporte un organe obturateur qui a pour fonction, lorsque l'appareil portatif est immobile, d'empêcher une pénétration d'eau de projection ou d'humidité, par l'intermé- diaire de la tubulure de sortie, dans la chambre de moteur. Avantageusement, la tubulure d'admission comporte un coude de 1800 pour assurer la déviation du courant d'air de refroidisse- ment. On est ainsi assuré en toute sécurité d'une déviation suffi- sante du courant d'air de refroidissement entre l'orifice d'aspira- tion et le guide en labyrinthe, indépendamment de la position d'u- tilisation de la perceuse. Pour être simultanément assuré que la tubulure de sortie de l'air de refroidissement sortant de la chambre de moteur empêche également dans n'importe quelle position de la perceuse, notamment au repos, une pénétration d'eau de projection ou de matière sembla- ble, il est prévu, conformément à une autre caractéristique de l'in- vention, que la tubulure de sortie comporte un coude à 1800 pour la déviation du courant d'air de refroidissement. L'humidité pénétrant par le premier filtre dans la tubu- lure d'aspiration peut avantageusement être encore arrêtée par un filtre fin qui est placé à un certain espacement du premier filtre. Le volume existant entre les deux filtres emmagasine ainsi l'eau qui est retenue directement dans ce cas. De préférence, l'organe obturateur prévu dans la tubu- lure de sortie est agencé en forme de filtre. Pour décharger l'eau qui est parvenue jusqu'au filtre, on peut prévoir dans la zone de ce filtre un orifice de décharge agencé par exemple sous la forme d'un clapet. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, il est prévu dans la tubulure de décharge, un organe obturateur constitué par une soupape. A cet égard, il est approprié d'utiliser entre autres des soupapes à papillon qui assurent, dans la condition AL/GB/47611 -4- de repos de la perceuse, la fermeture de la tubulure de décharge. Elles empêchent ainsi la pénétration d'eau ou d'humidité dans la tubulure de sortie lorsque la perceuse est au repos. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente une perceuse d'une façon stylisée, la figure la représente le détail indiqué en A sur la figure i, avec un autre organe obturateur. La perceuse représentée sur la figure 1 comporte un carter désigné dans son ensemble par 1 et qui se compose d'une partie avant 2 située du côté de l'outil et dans laquelle est monté un moteur 3, et d'une partie arrière 4 dont le volume intérieur comporte un guide en labyrinthe, désigné dans son ensemble par 5, pour le cou- rant d'air de refroidissement. Le guide en labyrinthe 5 est lui- même constitué par des nervures 6. Dans la zone de la partie arrière 4, une tubulure de sor- tie ou de décharge, désignée dans son ensemble par 7, est reliée au carter 1 et il est prévu dans son orifice d'aspiration un pre- mier filtre 8. Un disque annulaire 9 empêche que le filtre 8 puisse pénétrer trop profondément dans la tubulure d'aspiration ou d'ad- mission 7. En outre, il est prévu dans la tubulure d'aspiration 7, à une certaine distance du premier filtre 8 qui est agencé de pré- férence sous la forme d'un filtre grossier, un filtre fin 11. Il est également prévu à une certaine distance du filtre 8, et en avant de l'orifice d'aspiration de la tubulure 7, un bouclier dé- flecteur 12, fixé par exemple sur le carter et qui empêche la péné- tration directe de l'eau de projection, s'écoulant en fontaine, dans l'orifice d'aspiration. Un ventilateur radial 13, fixé sur l'arbre 3a du moteur, refoule le courant d'air de refroidissement, comme indiqué par les flèches, à partir de la chambre de moteur 14, et par l'intermédiaire d'un canal annulaire 15 situé du côté carter et entourant le venti- lateur radial 13, dans une tubulure de sortie, désignée dans son ensemble par 16 et associée à la partie avant 2 du carter 1, de façon que cet air soit déchargé dans l'atmosphère. Le courant d'air de refroidissement traverse un autre filtre 17, qui est soutenu par un anneau 22. Dans le cas o la perceuse est inutilisée, la fonc- tion principale de ce filtre est d'empêcher une pénétration d'hu- AL/GB/47611 midité à l'intérieur de l'appareil par l'intermédiaire de la tu- bulure de sortie 16. De l'eau qui a éventuellement pénétré jusqu'au filtre 17 et qui est retenue par celui-ci peut être déchargée par l'intermédiaire d'un orifice latéral 18. En outre, on a indiqué schématiquement sur le dessin un outil fixé dans la perceuse, par exemple un foret 19. Dans l'agencement représenté sur les figures, de l'air de refroidissement est canalisé, lorsque la perceuse est en marche entre le bouclier déflecteur 12 et l'orifice d'aspiration de la tubulure 7 de façon à parvenir par l'intermédiaire du filtre 8 dans le canal de la tubulure d'aspiration. De l'eau passant au travers du filtre 8 est retenue dans l'étage suivant, au moins en majeure partie, par le filtre fin 11 qui est placé dans le volume stabili- sateur 21 existant entre les deux filtres 8, 11. Ensuite le courant d'air de refroidissement est dévié plusieurs fois brusquement dans le guide en labyrinthe 5 de sorte que les dernières particules d'humidité sont arrêtées par ce guide. Ainsi de l'humidité éventuellement déposée sous forme de goutelettes dans la tubulure d'aspiration 7 est empêchée de parvenir dans la chambre de moteur 14 par le guide en labyrinthe 5 dans n'importe quelle position d'utilisation de la perceuse. Lorsqu'il intervient de l'eau de projection en grande quantité, il peut être avantageux, pour améliorer la sécurité, de prévoir un filtre et des chicanes supplémentaires dans le canal d'air de refroidissement placé en avant de la chambre de moteur 14. Il peut également être avantageux de prévoir un tel agencement dans la zone de la tubulure de sortie 16. Comme le montre la figure la, on peut prévoir dans la tubulure de sortie 16, à la place d'un filtre, également une sou- pape désignée dans son ensemble par 23 et qui a pour fonction d'empêcher l'eau, etc..., de pénétrer dans la tubulure de sortie. La soupape 23 est constituée par un disque obturateur 24 constitué d'un matériau élastique, comme du caoutchouc, et d'un ressort 25 s'appuyant contre l'anneau 22. Lorsque la perceuse est en marche, le disque obturateur 24 est écarté de la position indiquée par le courant d'air de refroidissement, en opposition à la force du res- sort 25, et la soupape 23 est ainsi ouverte pour laisser passer le courant d'air de refroidissement. AL/GB/47611 -6- REVENDICATIONS 1. Perceuse comportant un moteur électrique d'entraînement (3) protégé contre l'eau de projection et une chambre de moteur (14) refroidie, caractérisée par le fait que, pour assurer le re- froidissement interne du moteur, une tubulure d'admission (7) cana- lise l'air vers la chambre de moteur, un bouclier déflecteur (12) étant placé devant l'orifice d'aspiration tandis qu'il est prévu dans la tubulure d'aspiration au moins un filtre (8) et, entre ce filtre et la chambre de moteur, un guide en labyrinthe (5) et en ce que, dans la zone de sortie de l'air de refroidissement, une tubulure de décharge (16) dévie le courant d'air de refroidissement et est associée à un organe obturateur (24) empêchant la pénétra- tion de l'eau de projection dans cette tubulure de décharge. 2. Perceuse selon la revendication 1, caractérisée par- le fait que la tubulure d'admission (7) comporte un coude à 1800 pour la déviation du courant d'air de refroidissement. 3. Perceuse selon l'une des revendications 1 ou 2, carac- térisée par le fait que la tubulure de décharge (16) comporte un coude à 1800 pour la déviation du courant d'air de refroidissement. 4. Perceuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle comprend dans la tubulure d'admission (7), en aval du premier filtre (8), un filtre fin (11) espacé d'une certaine distance du filtre précité. 5. Perceuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'organe obturateur de la tubulure de décharge (16) est agencé en forme de filtre (17). 6. Perceuse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que l'organe obturateur de la tu- bulure de décharge (16) est agencé sous forme d'une soupape (23). AL/GB/47611 |
L'invention, due à Messieurs Roger CUvILLIE?R, Roland BORGHMANS, Philippe LARROSE et Robert VERHAEGHE dans le cadre des travaux qui leur ont été confies par le demandeur, se rapporte à une pompe à effet péristaltique capable à'entraîner des fluides et des pulpes de toutes natures. Les pompes péristaltiques, comportant un tuyau fait d'une matière souple et ou elastique que l'on comprime entre une surface fixe et une série de galets montés sur une structure tournante entraînée par un moteur, sont connues. Afin d'éviter un entraine- ment intempestif du tuyau lui-même, on fixe à ltextrémité du tuyau souple un epaulement qui a pour effet de buter sur une partie du bâti. Lorsque l'on désire faire varier le débit, on remplace le tuyau de la pompe par un tuyau dont le diamètre correspond au débit choisi. Ce remplacement est laborieux car le tuyau s'insère entre un corps fixe et une série de galets comprimant le tuyau. De plus, cette substitution ne permettant pas, en raison des dimensions existant entre galets et corps fixe, l'insertion du tuyau de diamètre voulu, on a donc été amené à utiliser des galets montés sur des glissières, de telle sorte que la variation de débit s'effectue par le réglage de la distance de certains galets par rapport au corps fixe sur lequel s'appuie le tuyau. En définitive, ou bien on doit opérer une substitution difficile du tuyau, ou bien on doit utiliser une pompe plus complexe nécessitant une série de réglages préalables. Mais, quel que soit le type de pompe utilisé, on est amené, pour obtenir ltentrasnement des volumes prédéterminés de fluide, à aplatir complètement le tuyau en au moins deux points, cet aplatissement se produisant par laminage du tube entre un corps fixe et un galet. L'objet de l'invention est une pompe à effet péristaltique dont le volume de gaz, de fluide liquide ou de pulpe homogène ou granuleuse, entraîné à chaque tour de l'arbre d'entratnement, est obtenu par la rotation de rouleaux disposés autour de 11 arbre d'entraînement, la variation du débit s'effectuant en faisant varier la longueur et ou le diamètre d'au moins une partie du tuyau tendue par deux rouleaux consécutifs. Cette pompe présente donc l'avantage important de permettre l'utilisation de tuyaux de tous diamètres puisque l'on n'est plus tributaire de l'écart existant entre un corps fixe et des galets, cette distance pouvant être fixe, ou réglable dans le cas de pompes plus complexes. En outre, il suffit de prévoir un ensemble supplémentaire d'emplacements de fixation des tuyaux pour faire varier le débit par simple accroissement ou diminution de longueur du tuyau, l'une des fixations des extrémités du tube étant plus écartée ou plus rapprochée de l'autre extrémité selon le cas.En outre, le tuyau n'étant plus laminé entre un corps fixe et un galet, la pompe peut entraîner sans inconvénient des pulpes granuleuses, aucune détérioration prématurée n'étant à craindre par le coincement de certaines particules, celles-ci déformant seulement momentanément la face du tuyau opposée à la face en contact avec le rouleau. De plus, la combinaison de l'ensemble des emplacements de fixation et des rouleaux, dont la longueur est au moins égale à la plus grande distance des plans perpendiculaires aux rouleaux et passant par les passages prévus, permet l'insertion aisée de tuyaux supplémentaires accroissant le débit et améliorant l'équilibrage des efforts supportés par les rouleaux. I1 devient ainsi possible, à l'aide d'une même pompe, de multiplier la valeur d'un débit au moyen de plusieurs circuits mis en parallèle ou d'obtenir simultanément des débits différents de fluides et de pulpes divers. L'expérience montre en outre que cette pompe permet, quand on l'utilise en pompe à vide, d'atteindre un vide poussé. Un autre objet de l'invention est une pompe de ce type, caractérisée en outre en ce que l'on prévoit aux extrémités des tuyaux une pièce portant une série d'épaulements, chaque extrémité du tuyau étant maintenue serrée entre un alésage de ladite pièce et un embout cannelé d'une pièce comportant deux embouts. Ce montage a non seulement l'avantage de résister à la traction exercée sur le tuyau lorsque la pompe entre en action, mais aussi de pouvoir etre très commode et très souple puisqu'il suffit de prévoir de simples lumières dans une plaque du bâti pour y loger la pièce de fixation en utilisant la rainure formée entre deux épaulements consécutifs. Le nombre suffisant d'épaulements, quatre par exemple, permet d'adapter au mieux le tube choisi aux positions de fixation sur le bâti et de tendre plus ou moins le tuyau péristaltique. On réalise ainsi des pompes de tous diamètres se pretant aussi bien à des utilisations dans des usines pilotes de traitement de minerais, notamment pour le recyclage de produits envoyés sur des tables à secousses, qu'à des manutentions de liquides corrosifs, acides par exemple, ces pompes pouvant encore fonctionner en pompes à vide par simple réglage de la tension des tuyaux péristaltiques. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront dans la description suivante faite en référence aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation de la présente invention. Sur les dessins la figure 1 est une vue schématique en élévation de la pompe avec arrachement d'une partie du rotor, la figure 2 est une vue en plan de la pompe, la figure 3 est un exemple de montage vu en plan d'une pompe avec un circuit unique, la figure 4 un exemple avec double circuit, la figure 5 un exemple à quatre circuits, la figure 6 les plaques de fixation des tuyaux péristaltiques de la pompe de la figure 5, la figure 7 le montage étanche d'un roulement d'un rouleau du rotor, et la figure 8 un dispositif de montage des extrémités d'un élément péristaltique. La pompe péristaltique, représentée figure 1 sous une forme schématique, comprend essentiellement un bâti 1, figures 1 et 2, un rotor désigné par la référence générale 2, un élément péristaltique 3 et un moyen d'entratnement du rotor 2 composé de la courroie de transmission 4 et de la poulie 5. Le bâti 1 comporte deux plaques de fixation 6 et 7 sur lesquelles sont montés les moyens de fixation 8 et 9 de l'élément péristaltique 3. Ce bâti supporte en outre le groupe motoréducteur 10 avec ou sans variateur de vitesse entraînant la courroie 4 par la poulie 11. Le rotor 2 est composé d'un arbre d'entraînement 12 solidaire des disques porteurs 13 et 14 sur lesquels sont montés trois rouleaux 15, 16 et 17. Ces rouleaux tournent librement autour de leur axe, de sorte que lorsque le groupe moteur 10 entraîne le rotor 2, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, l'élément 3 est d'abord en contact avec le rouleau 16 dans sa partie voisine de la fixation 8, ce rouleau entraînant le fluide ou la pulpe provenant du tuyau 18. Cette même partie de l'élément 3 est de nouveau balayée par le rouleau 15 et enfin par le rouleau 17. Au cours de cette action, le rouleau 15 puis successivement les rouleaux 17 et 16 chassent le fluide ou la pulpe contenus dans la partie de l'élément 3 dont le moyen de fixation 9 est connecté au tuyau 19.La déformation angulaire de l'élément péristaltique 3 aux points A et B est suffisante pour entratner l'écrasement de l'élément mais la face de l'élément opposée au rouleau entraînant la déformation étant libre, tout coincement accidentel et momentané d'un matériau solide en cet endroit n'entrain qu'unie simple déformation passagère de l'élé- ment souple ou élastique 3 sans provoquer la détérioration de l'élément. L'expérience montre qu'il n'est pas indispensable, pour obtenir l'entralnement du fluide ou de la pulpe, d'enrouler l'élément péristaltique 3 autour du rotor de façon que l'angle formé par les directions de ses extrémités soit un angle de 3600. Les modes de réalisation des figures 3 et 4 montrent en effet que cet angle peut être de 1800, ce qui a pour avantage de situer les tuyaux d'alimentation et de sortie 18 et 19 du même côté de la pompe. Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'élément additionnel 20 a été disposé en fixant les tuyaux d'alimentation 21 et de sortie 22 sur la plaque 7. Cette disposition a pour effet de mieux équilibrer les efforts sur le rotor 2. I1 va de soi que l'on pourrait néanmoins disposer les moyens de fixation 23 et 24 de ces tuyaux sur la plaque 6 ou même sur une partie non verticale solidaire du bâti. Les éléments 3 et 20 peuvent aussi être aisément doublés, comme le montre la figure 5, où en plus des éléments 3 et 20 les éléments 25 et 26 servent à entraîneur les produits alimentés par le tuyau 27 pour l'élément 25 et alimentés par un tuyau situé à l'aplomb du tuyau d'évacuation 28 pour l'élément 26. A cet effet, on utilise des plaques 6 telles que représentées figure 6 comportant des lumières 29 et 30 et des encoches 31 et 32. Le montage des éléments 3 et 25 est ainsi rendu très commode puisqu'il suffit d'un simple glissement des moyens de fixation, tels que 8 figure 8, dans les encoches, telles que 31, ou dans les parties resserrées des lumières telles que 29, pour obtenir le montage désiré. En outre, la pièce 8, figure 8, comprend dans l'exemple choisi quatre disques 33 délimitant trois rainures circulaires. On peut, de cette manière, faire pénétrer la partie inférieure des encoches 31 ou des lumières 29 dans la rainure choisie de la pièce 8 par simple glissement de celle-ci vers le bas. I1 est clair que la dimension de la partie supérieure des lumières telles que 29 est de plus grand diamètre que les disques 33.Le choix de la rainure permet d'adapter la longueur de l'élément péristaltique aux dimensions entre le rotor 2 et les plaques de fixation 6 et 7 et de provoquer une plus ou moins grande tension. L'extrémité de l'élément 3 est prise entre un alésage axial de la pièce 8 et l'un des embouts 34 d'une pièce de raccord 35. On fixe sur l'autre embout 36, par simple glissement, l'extrémité du tuyau 18. Dans l'exemple de la figure 5, la pièce de fixation 8 est montée dans l'encoche 31, figure 6, et la pièce de fixation 24 dans l'encoche 37 de la plaque 7 représentée en traits ponctués figure 6. De meme, les pièces de fixation 38 et 39 sont fixées au moyen des encoches 40 et 32. Les moyens de fixation des éléments 3, 25, 20 et 26, situés au-dessous des moyens de fixation 8, 39, 24, et 38, sont fixés respectivement dans les lumieres 29, 30, 41 et 42. Bien que les rouleaux tels que 15, figure 7, puissent être montés sur les disques tels que 14 de façon quelconque, on protège selon un mode préféré de réalisation, chaque roulement 43 à l'intérieur d'un logement étanche 44 que l'on remplit de graisse au moyen du canal 45 normalement clos par le bouchon 46. De cette manière, on réalise une pompe utilisable dans des conditions les plus défavorables, les roulements étant à l'abri de tous liquides corrosifs susceptibles de les attaquer. I1 est clair que de nombreuses modifications et substitutions peuvent être apportées à la pompe décrite sans s'écarter de l'esprit général de l'invention. C'est ainsi que les lumières telles que 29 pourraient occuper tous autres emplacements, les plaques pouvant encore comprendre d'autres rangées de lumières. Ces plaques pourraient être remplacées par des cadres portant des entretoises sur lesquelles des plaquettes, percées chacune d'une ou de plusieurs lumières, pourraient être réglées en position en tous endroits voulus, facilitant encore la transformation de la pompe selon les besoins et permettant notamment de contribuer au réglage de la tension des éléments péristaltiques en complètant éventuellement l'action de tension résultant du choix des rainures des moyens de fixation 8. REVENDICATIONS 10) Pompe à effet péristaltique pour gaz, fluides, liquides et pulpes homogènes ou granuleuses comportant un bâti et au moins un tuyau souple et ou élastique maintenu à ses extrémités audit bâti par un moyen de fixation, caractérisée en ce que ledit tuyau est soumis exclusivement à l'action de rouleaux montés sur un rotor. 20) Pompe telle que revendiquée en 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation des extrémités du tuyau souple ou élastique sont ajustables sur leur support en vue draccroltre ou de diminuer la tension du tube sur les rouleaux. 30) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 et 2 dont les rouleaux ont une longueur supérieure à l'écartement nécessaire des extrémités du tuyau péristaltique, cet écartement étant compté parallèlement à la direction de l'axe des rouleaux, pour obtenir le débit maximum désiré pour un diamètre donné du tuyau. 40) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 3 dont les supports des moyens de fixation des extrémités du tuyau sont constitués par des plaques solidaires du bâti comportant un ensemble de plusieurs positions, soit en vue de la fixation d'éléments péristaltiques de longueur et ou de diamètre différents, soit en vue de multiplier le nombre de circuits d' entraînement. 50) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 dont un élément péristaltique au moins contourne le rotor de telle sorte que l'angle des directions des extrémités de l'élément soit de 3600. 60) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 4 dont un élément péristaltique au moins contourne le rotor de telle sorte que l'angle des directions des extrémités de l'élément soit de 1800. 70) Pompe telle que revendiquée en 6 dont l'équilibrage des efforts appliqués au rotor est réalisé par deux éléments péristaltiques dont les tuyaux d'alimentation et d'évacuation de chacun des éléments se trouvent fixés sur une plaque distincte et opposée à la plaque de fixation de l'autre élément par rapport au rotor. 80) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 dont le moyen de fixation d'une extrémité d'élément péristaltique est constitué par une pièce comprenant au moins trois disques et un alésage axial, deux disques consécutifs formant une rainure circulaire, l'alésage recevant l'extrémité du tuyau péristaltique qui se trouve appliqué contre ledit alésage au moyen d'un des deux raccords d'une pièce recevant le tuyau d'alimentation ou d'évacuation que l'on connecte à l'élément péristaltique. 90) Pompe telle que revendiquée en 8 dont les supports des pièces de fixation des éléments péristaltiques comportent une série d'encoches et ou de lumières dans lesquelles s'engagent les rainures desdites pièces de fixation comprises entre deux disques consécutifs. 100) Pompe telle que revendiquée en 9 dont les lumières et ou les encoches sont disposées dans des plaques réglables en position. 110) Pompe telle que revendiquée dans l'une quelconque des revendications 1 à 10 dont les rouleaux du rotor sont montés sur des roulements protégés dans un logement étanche rempli de graisse. 120) Pompe à effet péristaltique dont le groupe moteur comprend un variateur de vitesse, caractérisée en ce que ladite pompe est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11. |
L'invention concerne un procédé pour la construction et la vulcanisation de pneumatiques à ceinture comportant l'utilisation d'un tube chauffant qui est posé, en commun avec l'ébauche de pneumatique, dans le moule de vulcanisation en vue d'assurer airs la Compression de l'ébauche et sa vulcanisation. Dans la fabrication des pneumatiques à ceinture, terme par lequel on doit comprendre les pneumatiques qui, dans la partie zé@ithale,contiennent une armature de renforcement circulaire, résistante à la traction, qui s'étend essentiellement sur la lar gt r: de la bande de roulement 1 ébauche de pneumatique est d'ab@rd assemblée de façon à comprendre toutes ses parties élémentaires.El est est alors garTLie de ce qu'on appelle un tube chauffant, et après que l'on a introduit ce tube chauffant dans 1 ébauche de pneumatique l'ébauche et le tube sont disposés dans le moule de vulcanisation. De cette façon, le tube chauffant, qui sert lors de la vulcanisation a recev@ir un fluide sous pression, a exclusivement pour but de gan rantir l'application du pneumatique à l'intérieur du moule de vulcanisation dans la forme conforme aux prescriptions. Le tube sert ainsi de corps ganflant circulaire fermé. Dans la fabrication de pneumatiques à ceinture, .Z.a difficulté est de constituer S'ébauche de pneumatique et de la placer ensuite dans le moule de vulcanisation, de telle façon qu'après la vulcanisation, la ceinture soit placée dans le pneumati que avec un centrage précis et en position latérale précise L'invention a pour but de perfectionner la fabrication des pneumatiques à ceinture, de telle façon que soit garantie pc"ir la ceinture, une position centrée avec la plus grande pression possible dans le pneumatique terminé, et qu'en outre aussi la ceinture prenne une position latérale précise. Le procédé de l'invention est caractérisé par ce qu'ou pose la ceinture et la bande de roulement sur la substructure ou car@asse du pneumatique, seulement après que le tube chauf. fant a été disposé et correctement centré dans la carcasse. On achève ainsi la confection de l'ébauche de pneumatique, c'est-à-dire l'assemblage des différentes parties de cette ébauche, seulement quan@ le tube chauffant se tr@uve déjà dans la carcasse et est centré -par rapport à cette carcasse.Après que la ar-asse a été disposée sur le tube de chauffage, on opère l'achève- ment de la confection au cours de laquelle la ceinture et la bande de roulement sont rosées. On peut éventuellement poser alors supplémen- tairement d'autres éléments de construction du pneumatique, par pl poser les bandes latérales en caoutchouc sur les flancs des bauches. Fur faciliter l'enroulement, le tube de chauffage peu être mis sous pression, ou sa pression peut être augmentée. Comme dans cette technique de la construc- tion de l'ébauche, le centrage de la disposition de l'ébauche par rapport au tube de chauffage est garanti et que désormais l'ébar ohe est disposee dans la presse à vulcaniser avec le tube de chau@ fage en placez tout risque de déplacement et de changement de pose ti.n de la ceinture est supprimé. Le tube de chauffage sert de cet te façon, dans une certaine mesure, d'élément de construction de l'ébauche, et remplit toutefois en même temps sa fonction habituelle de corps gonflant à l'intérieur du moule de vulcanisation. La description se rapporte à un exemple d'ap- plication du procédé suivant l'invention représenté aux dessins qu@ m";ntrent z - Figure 1, une carcasse de pneumatique à cein- ttxr-e établie suivant le procédé des bandes platesp - Figure 2o une installation destinée à pré- former la carcasse de la figure 1 et à introduire un tube de chauf- fage dans la carcasse, dans une vue en coupe longitudinale, - La figure 3, la carcasse et le tube de chau@ fage centré sur un dispositif auxiliaire sur lequel se fait un @ préformage de la carcasse, Figure 4, en coupe partielle, la carcasse dont le préformage a été poursuivi, avec le tube de chauffage, - Figure 5, l'ébauche déjà terminée sur te tu- b de chauffage dans une vue en coupe partielle - Figure 6, l'ébauche et le tube de chauffage quand ces parties sont disposées dans un moule de vulcanisation. La carcasse de pneumatique peut être établis de la façon connue sur un tambour de montage sensiblement cylindri que. Elle présente une forme à peu près cylindrique et des parties i légèrement rabattues formant des bourrelets de talons? dans les quels sont posées les tringles 2. Celles-ci servent à fixer les @@ de carcasse 3 qui vont d'un talon à l'autre et qui s'étendent angle droit par rapport à la direction circonférentielle de l'ébau che. On réalise ainsi un pneumatique dont les fils de carcasse tondent perpendiculairement à la direction de la circonférence p@@u@atique. le dispositif de la figure 2 sert à bomber l'ébauche de pneumatique de la figure 1 et à introduire le tube de chauffage 4 annulaire constitué de caoutchouc ou d'une autre matière, d'un modèle connu. Le dispositif de la figure 2 est constitué essentiellement de deux parties 5 et 6,disposées coaxialement l'une par rappcrt à 1' autre, qui sont garnies de coquilles circulaires '7, Les parties 5 et 6 présentent en outre des surfaces d'appui 8 pour les bourrelets i de 11 ébauche. De plus, la partie 6 peut tre pc.us- sée dans un prolongement annulaire 9 de la partie 5 . Les parties 5 et 6 étant séparées l'une de l'autre, l'ébauche suivant la figure 1 est posée entre elles, après quoi s'opère le bombage par application de vide, par exemple à travers les orifices 10 qui se trouvent sur les coquilles 7 ou le prolongement 9. Sous l'effet de la dépression et du fait du resserrement des deux parties annulaires 5 et 6, on réalise un bombage de l'ébauche de sorte que celle-ci s'applique sur les surfaces inté- rieures des coquilles 7, et en partie encore sur la surface inté- rieure du prolongement 9. Le tube chauffant 4 est alors introduit dans L'ébauche de pneumatique au moyen du poussoir ou d'un dispositif de traction 11 et de l'élément directeur 12. Quand on sépare les deux parties 5 et 5, il est désormais possible de retirer du dispositif de la figure 2 l'é- bauche de pneumatique, en commun avec le tube de chauffage. I1 va de soi que, pour l'application du vide, les parties 5 et 6 doivent être réalisées étanches à l'air. I1 y aura aussi avantage à prévoir des joints d'étanchéité entre le prolongement 9 et la coquille 7 de la partie 6. Ce joint est représenté en 13. L'ebauche bombée est serrée en commun avec le tube de chauffage 4 et deux organes de centrage 14 que l'on peut rapprocher, qui peuvent avoir la forme de pièces tubulaires et dont les surfaces extrêmes coniques 15 sont adaptées aux surfaces inté- rieures qui présentent le même trace que le tube de chauffage 4. Le diamètre extérieur des organes de centrage 14 est en outr-e de dimension telle que les bourrelets 1 du pneumatique peuvent Entre centrés par ces organes de centrage 14, mais peuvent toutefois subir encore sur ces organes de centrage un certain déplacement axiale L'é- bauche de pneumatique, qui est encore en forme d'arc de cercle, est alors saisie extérieurement sur ses cotés par des poussoirs 16, men- tés, mobiles axialement, sur les organes de centrage 14, de façon à appliquer les bourrelets de talons 2 contre le tube de chauffage, si bien que, finalement, l'ébauche de pneumatique suivant la figure 4 s'applique complètement et bien- centrée sur la surface extérieure du tube de chauffage 4. Déjà quand on apporte le tube de chauffage 4 sur le dispositif suivant la figure 3, mais aussi dans son état suivant la figure 4, on introduit dans ce tube de chauffage, par des raccords qui ne sont pas représentés en détail, un fluide de pression dans des conditions qui assurent une grande rigidité de son enveloppe. On pose alors sur la carcasse la ceinture 17 de pneumatique et la bande de roulement 18. fies bandes de caoutchouc latérales 19, ou d'autres bandes destinées aux parois latérales de l'e-n- veloppe pneumatique, ou autres, peuvent aussi venir se poser. Pour l'application par roulement de ces pièces, la pression intérieure du tube de chauffage 4 sera augmentée. L'ébauche de pneu à ceinture ainsi achevée sur le tube de chauffage 4 est maintenant posée dans le moule de vuSca- nisation, en commun avec le tube de, chauffage 4 qui se trouve, de préférence sous pression, le moule de vulcanisation étant figuré schématiquement à l'état ouvert dans la figure 6. Ce moule de vulcanisation est alors fermé de la façon connue et la vulcanisation et le pressage de l'ébauche de pneumatique s'accomplissent. Un fait de particulibre importance est qu'il s'o- père un centrage des deux parties circulaires quand le tube de chauffage 4 a été posé dans l'ébauche de pneumatique. Un contrôle de la position concentrique est toutefois nécessaire Pour cette raison, le dispositif suivant les figures 3 à 5 a une grande importance, tandis que, pour l'application d.es parties 17, 18 et 19, les dispositifs de montage connus peuvent être utilisés. Eventuellementp le bombage de la carcasse et l'introduction du tube de chauffage 4 peuvent aussi entre réalisés au moyen d'autres dispositifs. De préférence, le dispositif de bombage devra toutefois être pourvu de surfaces dtap- pui 8, centrées l'une par rapport à l'autre pour la carcasse du pneumatique. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés. On pourra- au besoin, recourir à d'autres merdes et à d'autres formes de réalisa tion sans pour cel.a sortir du cadre de l'invention. BEVENDICATIOJS 10) Procédé pour la construction et la vulcanisa tion de pneumatique à ceinture avec utilisation d'un tube de chauf- fage, caractérisé par ce qu'on pose la ceinture et la bande de roulement sur la substructure ou carcasse du pneumatique seulement après que le tube de chauffage a été disposé en position centrée dans la carcasse9 ce qui assure un centrage correct de la ceinture dans le pneumatique fini. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par ce que les bandes latérales de caoutchouc ou autres parties qui doivent Qtre appliquées sur la paroi latérale de l'ébauche de pneumatique sont réunies à la carcasse seulement après que le tube de chauffage a été posé dans la carcasse en position centrée et soumis à une pression interne. 30) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par ce que le tube de chauffage et la carcasse sont assemblés de telle manière que le tube de chauffage entre en contact avec la carcasse d'abord seulement dans sa zone centrale ( zone zénithale), à la suite de quoi les bords de la carcasse sont amenés, en position centrée par rapport au tube de chauffage, contre celuici. 40) Procédé-suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisé par ce que le tube de chauffage est soumis à une pression après son montage dans la carcasse. 50) Dispositif pour l'application du procédé précédent, caractérisé par deux organes de centrage coaxiaux, mobiles dans le sens axial, destinés à saisir le tube de chauffage sur sa circonférence intérieure, et par des poussoirs, montés mobiles axialement sur les organes de centrage, et destinés à rappro-. cber les bourrelets de talons de la carcasse contre le tube de chauffage. 60) Dispositif pour l'application du procédé suivant la revendication 5, caractérisé par un dispositif de bombage pour la carcasse qui présente sur ses deux parties rappochables des surfaces d'appui coaxiales pour les talons de la carcasse. |
la présente invention concerne des générateurs électriques à haute tension, et plus particulièrement des générateurs du type Cockcroft-Walton. Un générateur Cockcroft-Walton comprend deux rangées de con-5 densateurs montés en série et des connexions croisées unidirectionnelles disposées en zigzag entre les rangées, de manière que l'application d'un courant alternatif aux extrémités des deux rangées produise des transferts de charge successifs, avec addition des tensions, d'un condensateur d'une rangée au condensateur suivant 10 de l'autre rangée, et ainsi de suite. La présente invention concerne un ensemble constitué d'éléments et dénommé ci-après ensemble modulaire formant un générateur à haute tension du type Cockcroft-Walton, comprenant un ou plusieurs étages Cockcroft-Walton montés à l'intérieur d'une enveloppe 15 conductrice qui constitue un blindage entourant lesdits étages, des bornes d'entrée .et de sortie étant destinées à être connectées facilement à volonté à un autre ensemble standard, de manière que les élévations de tension de chaque ensemble s'ajoutent et de sorte qu'une pile de N ensembles modulaires connectés entre eux puisse 20 produire une tension NV oîi Y est la tension propre produite par chacun des ensembles. Par étage Cockcroft-Walton, on entend deux condensateurs connectés par une connexion unidirectionnelle, tels que lorsqu'un courant alternatif est appliqué à leur entrée, la charge est 25 transmise avec addition de tension, d'un condensateur à l'autre. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait que le blindage est maintenu à un potentiel intermédiaire, de préférence à une valeur moyenne entre les potentiels des bornes d'entrée et de sortie de l'ensemble modulaire. 30 De cette manière, les étages de chaque ensemble modulaire peuvent supporter les contraintes électriques correspondant aux différences de potentiel nominales prévues entre ses bornes d'entrée et de sortie entre ces dernièrea et le blindage. De même, chaque ensemble modulaire et son blindage peuvent supporter les contraintes 35 correspondant à une différence de potentiel prédéterminée entre eux et un ensemble modulaire voisin d'une même pile. 70 26545 2 2051861 La disposition et la conception des éléments électriques et de leurs bornes sont telles que les contraintes électriques qu'elles subissent ne se traduisent pas par un-claquage, par exemple, par amorçage d'un arc dans l'espace séparant les bornes d'un '5 -condensateur. Une autre caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que les bords du blindage sont roulés de manière que toutes ses surfaces tournées vers l'extérieur présentent des courbes douces, de rayon suffisamment grand pour supporter les con-10 traintes qui se produisent entre les blindages voisins d'ensembles " modulaires voisins lorsqu'ils sont montés dans une pile. On notera qu'en entourant chaque ensemble par un tel blindage dont les surfaces présentent des courbures très faibles en comparaison de celles, par exemple, des bornes d'un condensateur, les problèmes 15 posés par les contraintes entre un premier ensemble et le suivant, peuvent être résolus facilement. De plus, cette caractéristique permet de résoudre facilement les problèmes de contrainte qui se posent entre l'élément modulaire de la pile qui se trouve à la tension la plus élevée et les objets à la masse les plus rapprochés, 20 tels que le boîtier principal à l'intérieur duquel est montée la pile. La présente invention concerne également un ensemble modulaire tel que décrit ci-dessus, combiné avec un onduleur qui l'alimente en courant, 1' onduleur comprenant deux thyristors et un dispo-25 sitif commutant les thyristors alternativement à la conduction et au blocage, les thyristors étant montés de manière à commuter le courant d'une ou de plusieurs sources de courant continu pour appliquer un courant alternatif à une charge de sortie, un circuit résonnant monté de manière à recevoir le courant alternatif des 30 thyristors étant agencé de manière à résonner, de façon que l'inversion de courant dans ce circuit fasse bloquer le thyristor qui est conducteur avant que l'autre thyristor ne soit déclenché deux circuits unidirectionnels de débordement connectés aux bornes des thyristors laissant échapper le courant inverse du circuit 35 résonnant, après que ce dernier a bloqué le thyristor "conducteur", comme indiqué plus haut, chacun de ces circuits comprenant une self. 70 26545 3 2051861 Les deux circuits de fuite unidirectionnels peuvent partager une self commune. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va sui- 5 vre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : La figure 1 est une élévation, en partie en coupe dans la 10 direction de la flèche A de la figure 2 j la figure 2 est une vue en plan dans laquelle certains éléments ont été supprimés ; la figure 3 est une vue partielle d'une partie de l'appareil, dans la direction de la flèche B de la figure 2 ; 15 la figure 4 est le schéma du circuit de l'appareil élec trique représenté sur les figures 1 à 3 î la figure 5 est le schéma de circuit électrique d'une partie d'un onduleur ; la figure 6 est un schéma de circuit électrique d'une par- 20 tie de l'onduleur représentée sur la figure 5» dans lequel un élément a été supprimé ; la figure 7 représente des formes d'onde de tension et de courant en fonction du temps, en divers points indiqués sur la figure 5 ; 25 la figure 8 est un schéma de circuit électrique d'une partie de la figure 5, représentant plus en détail le circuit de charge ; les figures 9(a) et 9(b) représentent des formes d'onde qui sont associées à la description du fonctionnement du circuit de la figure 8 , et 30 la figure 10 représente une variante de 1' onduleur de la figure 5• Dans l'exemple représenté, un générateur de haute tension électrique est constitué par trois ensembles modulaires qui sont empilés. 35 L'ensemble standard de base 11 qui constitue l'ensemble central de cet exemple comprend quatre condensateurs C1, C2, C3 et C4 qui sont connectés à des diodes D1, D2,.D3, D4 , suivant un 70 26545 4 2051861 montage Cokcroft—Walt on, comme on le voit en particulier sur la figure 4. Des résistances R1 , R2, R3 et R4 , chacune de 100 mégohms permettent aux charges des condensateurs de fuir lentement pour éviter qu'une haute tension ne soit maintenue aux bornes de l'appa-5 reil pendant qu'il n'est pas en fonctionnement. l'ensemble inférieur 11i et l'ensemble supérieur 11 _o sont semblables à l'ensemble 11 mais comportent'de légères modifications leur permettant de constituer un ensemble d'entrée et un ensemble de sortie. 10 les ensembles 11i et 11o comportent le même réseau de conden sateurs C1, C2, C3, C4 de diodes D1 , D2, D3, D4 et de résistances R1 , R2, R3 , R4. Cependant, une connexion 12 relie l'ensemble d'entrée 11i à une douille d'entrée ED1 à laquelle le courant alternatif d'alimentation d'entrée est appliqué. L'ensemble d'entrée 11 i 15 comprend également une résistance R5, 220 ohms-3 watts, une diode et un condensateur D5 et C5 qui sont utilisés pour le contrôle. La résistance R5 est une résistance en shunt disposée de manière que la tension mesurée entre ses bornes donne une indication du courant de sortie„ Le montage de la diode D5 et du condensateur C5 20 permet de mesurer le courant de fuite passant par les résistances R1 et 32 ot de donner une indication de la tension. L?ensemble de sortie 11o est connecté par un câble 13 à une douille- de sortie SE2, Plusieurs résistances en série R6, R7, R8, R9j chacune de 2,2 kilohms et d'un régime de 6 watts, sont montées 25 sur ce câble. Ces résistances ont pour but de limiter le courant tiré de la sortie, en particulier dans le cas où celle-ci est court-circuitée. Les figures 1, 2 et 3 représentent la disposition des éléments dans l'espace» Dans chaque ensemble modulaire 11, ou 10o ou 11 i, 30 les condensateurs C1, 02, 03 et C4 sont montés par paires sur des plaques espacées 14, 15 pourvues de supports 16, 17, 18, 19 destinés à être fixés à des tiges de support en polyméthacrylate de méthyle 21, 22. Chacun des ensembles modulaires comporte des bornes d'entrée 35 et de sortie dont une seule de chacun© d'elles e^fe visible sur la figure 1. Dans la pile, les bornes cl8entrée et de sortie appropriées sont reliées par des connexions croisées 23 constituées par des fils et des connecteurs. 70 26545 5 2051861 Chaque ensemble modulaire est entouré par un blindage cylindrique conducteur 24 dont les bords sont roulés, comme on le voit en 25 pour éviter les contraintes dues à des champs électriques intenses. 5 La forme du sommet du blindage cylindrique 24o de l'ensem ble de sortie 24o lui permet de recevoir un couvercle 26 doucement arrondi et à ajustage serré, en une matière conductrice de l'électricité . Dans cet exemple, les ensembles modulaires sont concus de 10 manière à produire chacun une tension de 20 kilovolts. Les éléments des ensembles sont disposés de manière à éviter un claquage électrique dans l'air pour une différence de potentiel de 20 kilo-volts entre les bornes d'entrée et de sortie. Le blindage 24 est maintenu à -un potentiel moyen entre ceux des bornes d'entrée et 15 de sortie/iî peut supporter une différence de potentiel de 10 kilovolts dans l'air entre ces bornes et le blindage. Dans la pile, les blindages 24 peuvent supporter une différence de potentiel de 20 kilovolts entre les blindages voisins et leurs dispositifs de montage à l'intérieur du boîtier principal, indiqué en 20 27, doivent être tels qu'il ne se produise aucun claquage entre ce montage et l'un quelconque des blindages 24, en particulier le blindage 24£ de l'ensemble modulaire de sortie qui se trouve au potentiel le plus élevé par rapport au support à la masse 27. On se rendra compte que les problèmes posés par les contraintes entre 25 un ensemble modulaire et le suivant, ou bien entre l'un des ensembles modulaires et les supports principaux sont résolus facilement à l'aide des blindages 24 dont les surfaces tournées vers l'extérieur présentent des courbures très faibles en comparaison de celles des bornes des condensateurs, par exemple. 30 Un générateur pour une tension très élevée peut être réa lisé par addition drensembles modulaires 11 dans la pile qui est disposée entre les ensembles d'entrée et de sortie. Les difficultés de contraintes soulevées par une telle réalisation sont réduites considérablement du fait que chaque ensemble sup-35 porte les contraintes internes et qu'il suffit alors de tenir compte des contraintes entre un ensemble et le suivant et entre les ensembles et 1'environnement. Les valeurs ou les spécifications 70 26545 6 2051861 des éléments qui n'ont pas déjà été données sont les suivantes : La valeur combinée des résistances R1 et R2 de l'ensemble standard d'entrée 11i indiqué par un astérisque sur la figure 4, est de 50 mégohms, plus ou-moins 2 5 Condensateur C1, C2, C3, C4 - capacité 0,05 microfarads, tension de fonctionnement 10 kilovolts. Condensateur- C5 - 100 picofarads. Diodes D1,D2 , D3, D4 des ensembles standards de base11 et de sortie 11o - 1C 180. 10 Diodes D1, D2, D3, D4 des ensembles standards d'entrée 11i - ED1 type RTD14. Diode D5 - Z2A 100F. Douille de contrôle SK1 = douille à quatre directions Plessey Mk.IT. 15 Sur la figure 4» la pile de sortie est négative. Pour une sortie positive, il faut inverser toutes les diodes, La figure 5 représente une partie d'un onduleur appliquant un courant alternatif à la douille d'entrée EL1 du générateur à haute tension des figures 1 à 4. 20 La sortie est prise en fait au point marqué M, aux bornes d'une charge représentée par une résistance EL sur la figure 5 et qui est représentée d'une manière plus détaillée à l'intérieur du-rectangle en pointillés de la figure 8. Une source de courant continu applique des tensions de va-25 leurs +E , -E et 0 volt aux points marqués d'une façon correspondante sur la figure 5. Des redresseurs commandés' au silicium ou ' thyristors CSR1 etCSR2 commutent le courant passant par la résistance RL, alternativement entre les valeurs +E et -E. les impulsions de déclenchement de ces thyristors sont fournies par un 30 circuit extérieur non représenté. La commutation est produite par un circuit résonnant comprenant une self 11 et un condensateur CC1o Des diodes DD1 et DD2 dissipent le courant inverse après que leur thyristor correspondant CSR1 ou CSR2 a commuté au blocage. Une self 12 remplit une fonction importante qui peut être 35 comprise on. particulier en examinant le fonctionnement du circuit dans la self L2, c'est-à-dire le circuit représenté sur la figure 6. 70 26545 7 2051861 En supposant que la tension de sortie au point A, figure 6, _ est une onde rectangulaire, juste avant que le thyristor CSR1 ne commute, le point A se trouve à -E volts et la diode DD2 est conductrice comme indiqué par la flèche. Lorsque le thyristor 5 CSR1 est déclenché, le potentiel du point A s'élève jusqu'à + E volts, le courant s'inverse dans la résistance de charge EL et le courant passant par le thyristor CSR1 dans le circuit résonnant qui contient la self 11 et le condensateur CC1 s'ajoute au courant initial. Une demi-période plus tard, le courant s'inverse 10 dans le circuit résonnant et lorsque la valeur de ce courant est supérieure à celui de la résistance de charge EL, le thyristor CSR1 se bloque et le courant en surplus du circuit résonnant est renvoyé à la borne + E par la diode DD1 . Pour ce fonctionnement, la fréquence de résonance du cir-15 cuit résonnant doit être légèrement supérieure à la fréquence de commutation des thyristors et l'impédance caractéristique doit être du même ordre que RI pour que la pointe de courant dans le circuit résonnant en train de commuter soit supé- 20 rieure au courant dans la résistance de charge EL. Le circuit représenté sur la figure 6 présente un certain nombre d'inconvénients : (a) Pour que les thyristors reviennent rapidement au blocage, il faut leur appliquer et maintenir une tension inverse importante.. 25 Dans ce circuit, la tension est limitée à une valeur de l'ordre de 1 volt par la diode montée en parallèle. En conséquence, la durée nécessaire pour que le thyristor se bloque est augmentée et la fréquence de fonctionnement maximale de 1' onduleur est limitée. 30 (b) Si la valeur de la résistance de charge EL tombe en dessous .de la valeur approximative ' , la commutation cesse, les deux thyristors sont commutés à la conduction simultanément et eourt-circuitent directement l'alimentation. 35 (c) L'onduleur de cet exemple commande un générateur Cock crof t-Walton par l'intermédiaire d'un transformateur élévateur. Lorsque la charge est nulle et que la commande s8 effectue par une onde rectangulaire, le dépassement du secondaire du transformateur dû à son inductance de fuite et à sa capacité répartie est \Jâ VCC1 70 26545 8 2051861 égal à la tension de commande. Du fait que la sortie sans charge du générateur Cockcroft-Walton est proportionnelle à la tension d'entrée entre pointes, des tensions de sortie excessives» sont produites et peuvent avoir des conséquences désastreuses. Il 5 est souhaitable de ce fait que les bords de la forme d'onde de commande soient ralentis pour réduire le dépassement. On voit que les diodes DD1 et DD2 sont montées de manière à constituer des circuits unidirectionnels pour le courant de dépassement et qu'elles sont montées aux bornes des thyristors CSR1 10 et CSR2 pour laisser échapper le courant inverse du circuit résonnant après que ce courant a amené au blocage le thyristor qui était conducteur. En montant une self dans chacun des circuits offerts au courant de dépassement, il est possible d'éviter ou de réduire les inconvénients indiqués plus haut. 1 5 La figure 5 représente une self L2 qui a été incorporée et qui est partagée par les circuits des diodes DD1 et DD2 qui sont offerts au courant de dépassement. Le circuit de la figure 5 fonctionne comme suit: Juste avant que le thyristor CSB1 ne soit déclenché à la con-20 duction, la diode DD2 est conductrice et un courant Iç passe par la self L2 dans le sens indiqué par la flèche Q. Lorsque le thyristor C3R1 est déclenché à la conduction, un courant le passe pa-r le thyristor et "pénètre dans le circuit résonnant constitué par la self L1 et par-le condensateur CC1. Ce courant le du cir-25 cuit résonnant s'ajoute au courant le et leur somme est un cou- * rant Ib. La valeur du courant le diminue pendant que le courant le s'élève jusqu'à sa valeur de rssosiance. Le courant le tombe à un niveau pour lequel la diode DD2 devient non conductrice et ensuite le potentiel Vd du point d^ sortie (voir la référence Vd 30 sur la figure 5) commence à s'élever du fait de la résonance et passe de -E volts à +E volts, le circuit résonnant pour cette élévation de tension étant constitué par la self L2 et par la capacité répartie dans la résistance de charge EL. Les formes d'onde des divers courants et tensions décrits 35 ci-dessus sont représentées sur la figure 7, la forme d'onde supérieure étant celle du potentiel Va qui apparaît à la jonction entre les selfs L1 et L2 (voir figure 5). Le courant Ib dans le circuit résonnant- de la sélf L1 et du bad orignal 70 26545 9 2051861 condensateur CC1 s'inverse et passe par la self 12. A l'instant t1 (voir figure 7), la valeur du courant Ib est égale, mais de sens opposé, au courant le, de sorte que le courant passant par le thyristor CSR1 est nul et que ce dernier cesse d'être conducteur. T|TV 5 En conséquence, une tension -12 est produite aux bornes du thyristor CSR1. Cette tension iSt représentée par la pointe de la forme d'onde du potentiel Va (figure 7). Cette pointe de tension produite par la self 12 supprime rapidement la charge emmagasinée par le thyristor CSR1 et lui permet de revenir à son 10 état de blocage. Peu après, le thyristor CSR2 est amorcé et le circuit fonctionne d'une manière équivalente, en sens opposé. On voit ainsi qu'une tension inverse importante (Va) est produite , qu'elle accélère le rétablissement des thyristors et que les bords de la forme d'onde appliquée à la charge RI ont été 15" ralentis. De plus, si EL est court-circuité, la self 12 agit comme une charge inductive et sa valeur peut être choisie ainsi que celle de la self 11 et du condensateur CC1 pour que le circuit continue à commuter même si la résistance de charge EL est court-circuitée. la figure 8 permet de voir l'effet de la self 12 sur le 20 dépassement du secondaire du transformateur de sortie lorsque la charge EL est constituée par un transformateur. Sur la figure 8, le transformateur T est monté à la place de la résistance EL, certains éléments restants du circuit ayant été supprimés. Une self 13 et un condensateur CC3 représentent 25 l'inductance de fuite et la capacité répartie du transformateur, rapportées à son enroulement primaire. lorsqu'un échelon de tension de 2E volts est appliqué à l'entrée du transformateur, le potentiel du point de référence C s'élève par résonance jusqu'à- une valeur de 4E volts. Juste avant 30 que la diode DD1 ne soit conductrice, le potentiel du point B est de +E volts, c'est-à-dire que la tension aux bornes de la self 12 est nulle. De ce fait, le taux de variation de courant est nul dans la self 12, les potentiels des points C et D sont également +E volts et le courant est à ce moment : 2E.CC3 35 "V12+I3 lorsque la diode DD1 est conductrice, l'inductance en série effective tombe à la valeur de 13. Dans ces conditions, on peut 70 26545 10 2051861 montrer que la valeur du dépassement est 2K1' ir- L2 + 13 les figures 9(a) et 9(b) montrent ce qui se passe dans ce cas. la figure 9(a) représente la forme d'onde de la tension aux bornes du transformateur lorsque 12 = 0 , c'est-à-dire pour 5 le montage de la figure 6. la figure 9(b) représente la forme d'onde de la tension aux bornes du transformateur lorsque le montage comporte une self 12 = 813 comme dans le montage de la figure 5. la figure 10 représente une variante de 1' onduleur dans 10 laquelle la résistance de charge El' est montée aux bornes du condensateur CCI' qui fait partie du circuit de commutation résonnant. Une seule self 11' comportant trois prises remplace les selfs 11 et 12 de la figure 5. le montage et le fonctionnement des thyristors CSR11 et CSR2', des diodes DD1 1 et DD2'sont équiva-1 5 lents à ceux des éléments correspondants de la figure 5. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 1EG-BKDE DES DESSXHS Figure Repère - 8 AA Sortie 9 (a) AB Sortie non amortie 12=0 9(b) AC Sortie non amortie s 12= 813 « 70 26545 n 2051861 REVENDICATIONS - - 1. Ensemble modulaire pour un générateur à haute tension du type Cockcroft-Walton, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs étages Cockcroft-Walton montés à l'intérieur d'une en-5 veloppe conductrice qui forme un blindage entourant lesdits étages, des bornes d'entrée et de sortie étant destinés à réaliser facilement et à volonté des connexions avec un autre ensemble modulaire, de manière que les élévations de tension de tous les ensembles s'ajoutent, une pile de ÎT éléments standards connectés 10 ensemble pouvant ainsi produire une tension NV où Y est la tension produite par chaque ensemble modulaire individuel. 2. Ensemble modulaire suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le potentiel du blindage est à une valeur inteimédiaire entre ceux des bornes d'entrée et de sortie de l'ensemble. 15 3. Ensemble modulaire suivant la revendication 2, caracté risé en ce que le potentiel du blindage est un potentiel moyen par rapport à ceux des bornes d'entrée et de sortie de l'ensemble. 4. Ensemble modulaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage ou chacun 20 des étages disposés à l'intérieur de l'ensemble modulaire peut supporter des contraintes correspondant à des différences de potentiel prédéterminées entre leurs bornes d'entrée et de sortie ainsi qu'entre ces bornes et le blindage qui les entoure. 5. Ensemble modulaire suivant l'une quelconque des revendi-25 cations précédentes, caractérisé en ce qu'il peut supporter ainsi que le blindage qui l'entoure une'contrainte correspondant à une différence de potentiel prédéterminée entre eux et un ensemble modulaire voisin d'une pile de ces ensembles. 6. Ensemble modulaire suivant l'une quelconque des revendica-30 tions précédentes, caractérisé en ce que les bords du blindage sont roulés de manière que toutes ses surfaces tournées vers l'extérieur présentent des courbes douces d'un rayon suffisamment grand pour supporter les contraintes pouvant se produire entre les blindages voisins des ensembles modulaires adjacents, lors-35 qu'ils sont montés dans une pile. 7. Ensemble modulaire suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est combiné avec 70 26545 12 2051861 un onduleur fournissant du courant à l'ensemble , cet onduleur comprenant deux thyristors et un dispositif commutant alternativement les thyristors à l'état conducteur et à l'état bloqué, de manière que les thyristors commutent le courant d'une ou plusieurs 5 sources de courant continu et appliquent un courant alternatif à une charge de sortie, un circuit résonnant recevant le courant alternatif des thyristors?monté et étant agencé pour résonner,de manière que les inversions de courant dans ce circuit bloquent le thyristor qui est conducteur avant que l'autre thyristor ne soit 10 rendu conducteur, deux circuits unidirectionnels offerts au courant de dépassement étant connectés aux bornes des thyristors pour laisser échapper le courant inverse du circuit résonnant après que ce courant a provoqué le blocage du thyristor "conducteur" comme indiqué plus haut, chacun des circuits unidirectionnels de 15 fuite du courant comprenant une self. 8. Ensemble modulaire combiné avec un onduleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les deux circuits unidirectionnels de fuite du courant partagent une self commune. |
Physical resource block allocation for TTI bundling
A wireless network receives one or more data segments transmitted by a wireless communication device (WCD) in or more transmission time intervals (TTIs), estimates a size of a next data segment to be transmitted by the WCD based at least in part on sizes of the one or more data segments transmitted by the WCD, and allocates a quantity of uplink resources (e.g., a number of physical resource blocks) to the WCD for use in one or more subsequent TTIs (e.g., TTIs used for TTI bundling) based at least in part on the estimated size of the next data segment. The network may refer to an algorithm, such as a Transmission Control Protocol (TCP) congestion control algorithm, that specifies how sizes of successive data segments increase over time to predict the size of the next data segment based on the sizes of the one or more data segments.
BACKGROUND
In some wireless communication systems, when data that is transmitted by a transmitting entity to a receiving entity is not received by the receiving entity, or is received by the receiving entity with one or more errors, the data may be re-transmitted. The re-transmission of data could occur either automatically or in response to feedback from the receiving entity. For example, in Long Term Evolution (LTE) air interfaces, a Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) procedure is used. In the HARQ approach, after a transmitting entity has transmitted a block of data, the transmitting entity waits to receive a HARQ response from the receiving entity. If the transmitting entity receives a positive acknowledgement (ACK) as the HARQ response, then no re-transmission is needed and the transmitting entity can transmit additional data. If the transmitting entity receives a negative acknowledgement (NACK) as the HARQ response, then the transmitting entity re-transmits the data. The transmitting entity may also re-transmit the data if the transmitting entity does not receive any HARQ response within a certain period of time.
This re-transmission approach can allow data to be successfully transmitted from a transmitting entity to a receiving entity even when there is a substantial probability that the transmitted data will be received with one or more errors, for example, because of poor radio frequency (RF) conditions. Specifically, the data can be re-transmitted multiple times until the data is received without errors. This re-transmission approach, however, also increases latency. For example, there can be a period of delay between when the transmitting entity transmits data and when the transmitting entity receives a NACK response from the receiving entity and another period of delay between when the transmitting entity receives the NACK response and when the transmitting entity begins re-transmitting the data.
In order to reduce the delay associated with re-transmitting data, LTE supports a bundling option for data transmissions by a wireless communication device (WCD) device in the Physical Uplink Shared Channel (PUSCH). Normally, a WCD transmits data in one transmission time interval (TTI), which corresponds to a 1 millisecond (ms) subframe, and then waits to receive a HARQ response before re-transmitting the data or transmitting additional data. However, when TTI bundling is used, the WCD device transmits the same data four times in four consecutive TTIs and then waits to receive a HARQ response. In this way, the WCD can transmit four instances of the same data, which allows for more robust reception of the data, but without the delay that would be associated with the WCD transmitting the data four times and waiting for a HARQ response after each transmission.
Overview
To facilitate efficient usage of air interface resources, a wireless network may allocate a quantity of uplink or downlink resources (e.g., a number of physical resource blocks) based on an estimated size of a data segment to be transmitted over the uplink or downlink. The size of the data segment to be transmitted over the uplink or downlink could be estimated based on (i) the sizes of one or more data segments that were previously transmitted over the uplink or downlink and (ii) an algorithm that specifies how sizes of successive data segments increase over time. The algorithm could be, for example, a Transmission Control Protocol (TCP) congestion control algorithm. Once the wireless network has estimated the size of the data segment to be transmitted, the network could determine, M, as the minimum number of physical resource blocks sufficient to transmit the data segment, and could allocate N physical resource blocks to transmit the data segment, where N is determined based on M. For example, N could be equal to M in some circumstances. In other circumstances, such as when the load on the uplink or downlink is threshold high, N could be less than M. The process of estimating the size of the data segment, determining M based on the estimated size of the data segment, and determining N based on M could be triggered by the wireless network determining that TTI bundling is warranted for a wireless communication device (WCD) that is using TCP to transmit data.
Example embodiments provide a method that involves: (a) receiving, by a base station in a wireless network, one or more data segments transmitted by a wireless communication device (WCD) in one or more transmission time intervals (TTIs); (b) estimating, by the wireless network, a size of a next data segment to be transmitted by the WCD based at least in part on sizes of one or more data segments transmitted by the WCD; (c) allocating, by the wireless network, a quantity of uplink resources to the WCD for use by the WCD in one or more subsequent TTIs, based at least in part on the estimated size of the next data segment; and (d) transmitting, by the base station, an indication to the WCD of the quantity of uplink resources allocated to the WCD.
Example embodiments also provide a wireless network. The wireless network comprises a base station and a controller. The controller comprises: one or more processors; data storage; and program instructions stored in the data storage and executable by the one or more processors to cause the controller to perform functions. The functions comprise: (a) receiving, via the base station, one or more data segments transmitted by a WCD in one or more TTIs; (b) estimating a size of a next data segment to be transmitted by the WCD based at least in part on sizes of the one or more data segments transmitted by the WCD; (c) allocating a quantity of uplink resources to the WCD for use by the WCD in one or more subsequent TTIs, based at least in part on the estimated size of the next data segment; and (d) causing the base station to transmit an indication to the WCD of the quantity of uplink resources allocated to the WCD.
DETAILED DESCRIPTION OF EXAMPLE EMBODIMENTS
TTI bundling is most commonly used for transmitting voice data, which is associated with a relatively small packet size and a relatively low data rate. As a result, current standards allow for only a small quantity of uplink resources (no more than 3 physical resource blocks per TTI) to be allocated to a WCD using TTI bundling. In some cases, however, a WCD using TTI bundling may be engaged in a data service (e.g., file sharing) that can result in relative large packet sizes. In such cases, the maximum of 3 physical resource blocks per TTI may be insufficient to transmit an entire data packet in one TTI, thereby limiting the benefits of TTI bundling.
To address such limitations, a more flexible approach can be used to allocate uplink resources to a WCD using TTI bundling. In an example, the wireless network may estimate a size of a next data segment to be transmitted by a WCD based on the sizes of one or more data segments previously transmitted by the WCD. The wireless network can then determine the quantity of uplink resources (e.g., number of physical resource blocks) that is minimally sufficient to transmit the next data segment. The wireless network may allocate that minimally sufficient quantity of uplink resources to the WCD, provided that the uplink load of the base station serving the WCD is not relatively high. If the base station's uplink load is relatively high (e.g., higher than a predetermined threshold), the wireless network may allocate somewhat less than the minimally sufficient quantity of uplink resources to the WCD in order to conserve the base station's uplink resources.
This flexible approach can be used, for example, when the WCD is using the Transmission Control Protocol (TCP) to transmit data. TCP uses a congestion control algorithm that specifies how the sizes of successive data segments (e.g., data packets) can increase over time.FIG. 3is a graph that illustrates aspects of the TCP congestion control algorithm. InFIG. 3, the vertical axis represents the size of a Congestion Window (CW) in kilobytes and the horizontal axis represents time in terms of round trip times (RTT). The CW is the maximum allowed size of a data segment that can be transmitted by a transmitter (e.g., a WCD). Each RTT represents an instance in which the transmitter transmits a data segment and receives an acknowledgement (ACK) that the data segment has been successfully received. The graph inFIG. 3shows how the CW or maximum allowed size of data segment increases as a function of RTT. The increase occurs in three stages: (1) a slow-start stage, during which the CW increases from 1 kilobyte at RTT=0 to a “slow start threshold” of 32 kilobytes at RTT=5; (2) a congestion-avoidance stage, during which the CW increases from 32 kilobytes to 64 kilobytes; and (3) a constant-rate stage, during which the CW stays constant at 64 kilobytes. During the slow-start stage, the size of the CW grows exponentially by doubling after each RTT. During the congestion-avoidance stage, the size of the CW grows linearly by increasing by 1 kilobyte after each RTT. During the constant-rate phase, the size of the CW remains constant at 64 kilobytes after each RTT.
CW size is communicated between source and receiver during TCP transmission (the TCP header of a data segment contains a CW field). This is to allow the TCP receiver to allocate enough buffer resources for incoming TCP data segments.
This well-defined increased in the size of the CW as a function of RTT allows the wireless network to estimate the size of the next data segment to be transmitted by a WCD based on the size of the WCD's most-recently transmitted data segment, with the assumption that the WCD transmits data segments that have the largest sizes allowed by the CW. For example, if the WCD's most-recently transmitted data segment is less than 32 kilobytes, indicating the slow-start stage, then the next data segment can be predicted to be twice as large as the most-recently transmitted data segment. On the other hand, if the WCD's most-recently transmitted data segment is greater than 32 kilobytes and less than 64 kilobytes, indicating the congestion-avoidance stage, then the next data segment can be predicted to be 1 kilobyte larger than the most-recently transmitted data segment.
By allocating a quantity of uplink resources to a WCD that is minimally sufficient for the WCD to transmit its next data segment (or somewhat less than minimally sufficient), the benefits of TTI bundling can be extended to data services other than voice communication.
2. Example Communication System
FIG. 1is a block diagram of a communication system10in which exemplary embodiments may be employed. Communication system10includes a wireless network12that includes one or more entities that can communicate over an air interface, as exemplified by base station (BS)14. Wireless network12could also include one or more control entities, such as a base station controller (BSC) or radio network controller (RNC), exemplified inFIG. 1by controller15. BS14could be, for example, a base transceiver station, a wireless access point, an access node, a Node-B, or an eNodeB. AlthoughFIG. 1shows only one base station in wireless network12, it is to be understood that wireless network12could include any number of base stations.
BS14radiates to define one or more wireless coverage areas within which BS14can wirelessly communicate with WCDs. The wireless coverage area defined by BS14could be a cell that generally surrounds BS14. Alternatively, BS14may define multiple wireless coverage areas, such as sectors. Each sector may be defined by multiple antennas in BS14so as to generally correspond to a range of azimuthal angles (e.g., 120°) about BS14.
For purposes of illustration, BS14is shown as being in wireless communication with WCDs16,18, and20via respective air interfaces22,24, and26. WCDs16,18, and20could be wireless telephones, wireless handheld, tablet, or laptop computers, or other types of wireless communication devices. AlthoughFIG. 1shows BS14in wireless communication with three WCDs, it is to be understood that BS14could be in wireless communication with a greater or fewer number of WCDs. In addition, the number of WCDs in wireless communication with BS14can change over time, for example, as a result of one or more WCDs moving into or out of the wireless coverage area of BS14and/or as a result of one or more WCDs beginning or ending communication sessions.
Air interfaces22,24, and26could each include a respective uplink for communications from a WCD to BS14and a respective downlink for communications from BS14to a WCD. For purposes of illustration, the communications over air interfaces22,24, and26will be described herein with respect to the LTE protocol. It is to be understood, however, that other wireless communication protocols could be used.
Wireless network12may provide access to one or more transport networks28, which could include, for example, the public switched telephone network (PSTN) and/or the Internet or other packet-switched networks. With this arrangement, a WCD being served by BS14may engage in a communication session, via wireless network12, with an endpoint connected to one of transport networks28. The endpoint could be, for example, another WCD, a landline telephone, an email server, Web server, media server, or gaming server. The communication session could involve voice, text, images, video, data, or other media that is transferred from the WCD to the endpoint and/or from the endpoint to the WCD.
When a WCD, such as WCD16,18, or20, is involved in a communication session, the WCD may transmit data over an uplink channel to BS14and may receive data from BS14over a downlink channel. In some cases, the communication session could be one that involves a user of the WCD, such as a voice communication application or Web browsing application. In other cases, the communication session could involve a background task, such as periodically registering with wireless network12. In some implementations, WCD s16,18, and20may transmit data to BS14over an uplink shared channel. The usage of the uplink shared channel may be controlled by BS14, by controller15, or by some other entity in wireless network12.
For example, the LTE protocol defines a Physical Uplink Shared Channel (PUSCH) that WCDs can use to transmit data to a base station and a Physical Downlink Shard Channel (PDSCH) that the base station can used to transmit data to the WCDs. Portions of the PUSCH and the PDSCH may be allocated to particular WCDs by allocating physical resource blocks (PRBs).FIG. 2Aillustrates how the uplink resources and the downlink resources in a given wireless coverage area may be divided in time and frequency domains into PRBs. In an LTE air interface, data is transmitted on both the uplink and the downlink in the form of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbols. Each OFDM symbol is formed from a plurality of sub-carriers, typically 12 sub-carriers, each with a bandwidth of 15 kHz. Thus, a PRB corresponds to a plurality of sub-carriers that are used to form an OFDM symbol and has a duration that can accommodate a particular number of OFDM symbols.
In the time domain, each PRB typically occupies a 0.5 ms slot of time. By way of example,FIG. 2Ashows PRBs100-110for a particular slot. In the frequency domain, each of PRBs100-110occupies a respective portion of frequency bandwidth, typically 180 kHz in LTE implementations. AlthoughFIG. 2Ashows six PRBs in each slot, a wireless coverage area could have a greater number of PRBs, as indicated by the dots above and below resource blocks100-110.
FIG. 2Aalso includes a more detailed view of PRB108. This detailed view shows that the 180 kHz of frequency bandwidth corresponds to 12 sub-carriers of 15 kHz each. Further, in this example, the 0.5 ms slot of time corresponds to the duration of seven OFDM symbols. In other examples, a 0.5 ms slot could correspond to a different number of OFDM symbols. Thus, a PRB may be described as a set of resource elements, with each resource element corresponding to one modulated sub-carrier in an OFDM symbol. The detailed view of PRB108inFIG. 2Ashows the division of the PRB into multiple resource elements, such as resource element108a.
One or more PRBs may be allocated to a particular WCD to transmit data in the uplink shared channel (PUSCH). For example, PRBs100and102might be allocated to WCD16, PRBs104-108might be allocated to WCD18, and PRB110might be allocated to WCD20. The allocation of PRBs to WCDs could be made by BS14, by controller15, or by some other entity in wireless network12. Similarly, one or more PRBs could be allocated to a particular WCD to receive data that is transmitted by the base station in the downlink shared channel (PDSCH).
FIG. 2Billustrates an uplink resource allocation for a WCD that is maintained for two consecutive slots of time (Slot0and Slot1) in a given subframe (a downlink resource allocation may be similar). The two consecutive slots of time are treated as a transmission time interval (TTI) for purposes of LTE's HARQ process. In particular, after a WCD has transmitted its data in a TTI, such as shown inFIG. 2B, the WCD waits to receive a HARQ response from the RAN to determine whether the data should be re-transmitted or whether the WCD can transmit additional data. If the HARQ response is an ACK, indicating that the data was successfully received, then the WCD can transmit additional data. If the HARQ response is a NACK, indicating that the data was received with one or more errors, then the WCD re-transmits the data. The WCD may also re-transmit the data if the WCD does not receive a HARQ response within a predetermined period of time.
On the other hand, if a WCD has been instructed to use TTI bundling, then the WCD may transmit the same data in multiple TTIs before waiting for a HARQ response. The WCD may be allocated the same number of PRBs in each of these multiple TTIs.
3. Example Methods
FIGS. 4-6are flow charts illustrating example methods relating to allocation of uplink resources to a WCD. For purposes of illustration, the example methods are described with reference to a communication system as shown inFIG. 1, air interface resources as shown inFIGS. 2A and 2B, and a congestion control algorithm as shown inFIG. 3. It is to be understood, however, that the methods could be applied to other types of communication systems, air interface resources, and/or congestion control algorithms.
FIG. 4is a flowchart illustrating an example method200for allocating a quantity of uplink resources to a WCD in the context of the TTI bundling. It is to be understood, however, that the method could be applied in other contexts. In method200, the WCD is being served by a base station in a wireless network (e.g., WCD16being served by base station14in wireless network12). In addition, the WCD is transmitting data in either a UDP data flow or a TCP data flow. Thus, the base station in the wireless network receives one or more data segments transmitted by the WCD in one or more TTIs, as indicated by block202. The data segments could be data packets, with each data packet including a respect packet header and data payload.
At this point, the base station determines that TTI bundling is warranted for the WCD, as indicated by block204. In an example, the base station may determine whether TTI bundling is warranted for the WCD based on at least a power headroom report that is received from the WCD. In LTE, a WCD device may calculate a “power headroom” as a difference between the WCD's transmit power requirement for its uplink resource allocation and the WCD's maximum transmit power. If the power headroom that a WCD reports is positive, indicating that the WCD's transmit power requirement is less than its maximum transmit power, then the base station may conclude that TTI bundling is not warranted for the WCD. If the power headroom that the WCD reports is negative, indicating that the WCD's transmit power requirement is more than its maximum transmit power, then the base station may determine that TTI bundling is warranted for the WCD. Other methods for determining whether TTI bundling is warranted could be used as well.
The base station then instructs the WCD to use TTI bundling to transmit data, as indicated by block206. By instructing the WCD to use TTI bundling, the base station instructs the WCD to transmit the same data (e.g., the next data segment in the WCD's data flow) in each of a plurality of TTIs. The plurality of TTIs could be a fixed number of consecutive TTIs, for example, four consecutive TTIs. Alternatively, the plurality of TTIs could be a variable number of TTIs. For example, the base station may determine what number of TTIs the WCD should use based on uplink load and/or other considerations and may indicate the number of TTIs when instructing the WCD to use TTI bundling. In some instances, the plurality of TTIs could include non-consecutive TTIs.
As noted above, the WCD could be engaged in either a UDP data flow or a TCP data flow. Further, the procedure used to allocate uplink resources may depend on whether the WCD's data flow uses UDP or TCP. Thus, the wireless network determines the transport protocol used to transmit the one or more data segments, as indicated by block208. The wireless network may determine the transport protocol by, for example, inspecting the packet headers in the one or more data segments.
If the transport protocol is determined to be UDP, the wireless network uses a default procedure to allocate a quantity of uplink resources to the WCD for the WCD to use in one or more subsequent TTIs, as indicated by block210. The one or more subsequent TTIs may, for example, correspond to the plurality of TTIs that the WCD will use to transmit the same data (e.g., the next data segment) using TTI bundling. The quantity of uplink resources could be, for example, a particular number of PRBs. The default procedure could be, for example, a procedure that does not consider the size of the data segments being transmitted by the WCD. For instance, the default procedure could follow the conventional approach of allocating up to three PRBs to the WCD.
If the transport protocol is determined to be TCP, the wireless network uses a TCP-specific procedure to allocate a quantity of uplink resources to the WCD for the WCD to use in one or more subsequent TTIs, as indicated by block212. The one or more subsequent TTIs may, for example, correspond to the plurality of TTIs that the WCD will use to transmit the same data (e.g., the next data segment) using TTI bundling. The quantity of uplink resources could be, for example, a particular number of PRBs. In general, the TCP-specific procedure allocates uplink resources based on an estimated size of the next data segment to be transmitted by the WCD following a TCP-specific congestion control algorithm. An example TCP-specific procedure is described below with reference toFIG. 5.
Once the wireless network has allocated the uplink resources to the WCD, using either the default procedure or the TCP-specific procedure, the base station transmits to the WCD an indication of the quantity of uplink resources allocated to the WCD, as indicated by block214. The WCD may then use the uplink resources allocated to it to transmit data in each of the TTIs for which the allocation applies (e.g., in each of the TTIs used by the WCD to transmit the same data using TTI bundling).
FIG. 5is a flowchart illustrating an example method300for allocating a quantity of uplink resources to a WCD using an example TCP-specific procedure. In this example, the wireless network estimates a size of a next data segment to be transmitted by the WCD, based at least in part on one or more data segments previously transmitted by the WCD, as indicated by block302. The one or more previously-transmitted data segments could, for example, include one or more data segments transmitted by the WCD before the WCD begins using TTI bundling (i.e., could correspond to the one or more data segments received at block202ofFIG. 4). Alternatively or additionally, the one or more previously-transmitted data segments could include one or more data segments transmitted by the WCD using TTI bundling.
To estimate the size of the next data segment based on the one or more previously-transmitted data segments, the wireless network may refer to a TCP-specific congestion control algorithm that specifies how the sizes of successive data segments increase over time and use the algorithm to predict the size of the next data segment based on the sizes of the one or more previously-transmitted data segments. For example, the wireless network may refer to the algorithm illustrated inFIG. 3and described above.
In an example predictive approach, the wireless network may determine whether the WCD's data flow is in the slow-start stage or the congestion-avoidance phase by comparing the sizes of the one or more previously-transmitted data segments to the slow start threshold size of 32 kilobytes. Thus, if the size of the most-recently transmitted data segment is less than 32 kilobytes, then the WCD is in the slow-start stage and the wireless network may predict the size of the next data segment to be twice the size of the most-recently transmitted data segment. If the size of the most-recently transmitted data segment is greater than or equal to 32 kilobytes but less than 64 kilobytes, then the WCD is in the congestion-avoidance stage and the wireless network may predict the size of the next data segment to be 1 kilobyte greater than the size of the most-recently transmitted data segment. Further, if the size of the most-recently transmitted data segment is 64 kilobytes, then the WCD is in the constant-rate stage and the wireless network may predict the size of the next data segment to be 64 kilobytes. This predictive approach may be summarized as follows:
Si+1=2Si, ifSi<32 kilobytes;
Si+1=Si+1 kilobyte, ifSi≧32 kilobytes andSi<64 kilobytes; and
Si+1=64 kilobytes, ifSi≧64 kilobytes,
where Siis the size (in kilobytes) of the most-recently transmitted data segment and Si+1is the predicted size (in kilobytes) of the next data segment. In addition, Sican be determined based on CW, and CW can be determined by means of packet header inspection.
The wireless network may then determine a quantity, M, as the minimum number of PRBs sufficient to transmit the next data segment, as indicated by block304. In one approach, the wireless network determines a modulation and coding scheme assigned to the WCD for uplink transmissions and determines a block data rate as the amount of data that the WCD can transmit in a PRB using that modulation and coding scheme. Based on the WCD's block data rate and the estimated size of the next data segment, the wireless network can then determine M as the minimum number of PRBs that the WCD would need to use in order to transmit the next data segment in its entirety.
Once the wireless network has determined M, the wireless network can allocate N PRBs to the WCD, where N≧1. In example method300, N is determined based at least in part on M such that N≦M. More particularly, N is determined based on M and also the base station's uplink load. To take the base station's uplink load into consideration, the wireless network may compare the base station's uplink load, L, to a predetermined load threshold, T, as indicated by block306. The value of L could, for example, correspond to the number of PRBs that have been allocated to WCDs for uplink transmissions, a percentage of the allocable PRBs that have been allocated to WCDs for uplink transmissions, or could be based on some other measure of the base station's uplink load.
If L is less than T, the wireless network allocates N PRBs to the WCD, where N=M, as indicated by block308. In some examples, the wireless network may set NMAXas the maximum number of PRBs that can be allocated to a WCD using the TCP-specific procedure. Thus, if M>NMAXthen the allocation may be limited such that N=NMAX.
If L is greater than T, the wireless network determines a correction value, C≧0, based on one or more characteristics of the WCD's data flow, as indicated by block310. The one or more characteristics of the data flow could include one or more of a priority of the data flow, a duration of the data flow, and a stage of the data flow. The wireless network then allocates N PRBs to the WCD, where N=M−C, as indicated by block312. Thus, in the case that C>0, the correction value reduces the number of PRBs allocated to the WCD as a result of the base station's uplink load being threshold high. An example method for calculating C is described below with reference toFIG. 6.
It is to be understood that if N=M, the WCD may be able to transmit the next data segment in one TTI. Thus, with the WCD using TTI bundling, the WCD may transmit the next data segment in each of the TTIs of the TTI bundle. On the other hand, if N<M (e.g., as a result of a non-zero correction value, C), the result could be that WCD uses more than one TTI to transmit the next data segment. This, in turn, can make TTI bundling less efficient.
Once the N PRBs have been allocated to the WCD, and the allocation has been indicated to the WCD, the WCD can begin using the allocated PRBs to transmit the next data segment. Thus, the WCD transmits, and the wireless network receives, the next data segment, as indicated by block314.
At that point, method300may loop back to block302, with the next data segment transmitted in block314now being considered as a previously-transmitted data segment. In this way, the wireless network may use the TCP-specific procedure to separately allocate one or more PRBs to the WCD for each successive data segment that the WCD transmits after being instructed to use TTI bundling. Once the WCD stops using TTI bundling (e.g., because of improved RF conditions), the wireless network may use the default procedure instead of the TCP-specific procedure.
FIG. 6illustrates an example method400for calculating the correction value, C. As noted above with reference toFIG. 5, C≧0 and is used to calculate N=M−C when the base station's uplink load is threshold high. It is to be understood, however, that C could be calculated and applied in other situations as well.
In example method400, the wireless network first determines a priority of the WCD's data flow, as indicated by block402. In this example, the priority is determined to be either “low” or “high.” It is to be understood, however, that a larger number of priority levels could also be defined.
In some cases, the priority of the data flow could be determined based on the quality of service (QoS) of the bearer being used for the data flow. For example, if the bearer is a guaranteed bit rate (GBR) bearer the priority may be deemed “high,” whereas if the bearer is a non-GBR bearer the priority may be deemed “low.” Alternatively or additionally, the wireless network may determine priority based on the type of data traffic in the WCD's data flow. This may involve an inspection of the WCD's data packets to determine a destination of the data packets or an application between used by the WCD. Some types of data traffic (e.g., server-based communications) may be deemed “high” priority, whereas other types of data traffic (e.g., peer-to-peer communications) may be deemed “low” priority. Other ways of determining a priority of the data flow are possible as well.
If the WCD's data flow is deemed “low” priority, then the wireless network may select C to be equal to C1, where C1>0, as indicated by block404. C1 could be a standard value that applies to “low” priority traffic. Since C1>0, and N=M−C, this selection of C=C1 results in a reduction (relative to M) of the number of PRBs allocated to the WCD due to the base station's uplink load being high and the WCD's data flow being “low” priority. As a result, TTI bundling may be less efficient, but more of the base station's uplink resources can be made available for “high” priority traffic.
If the WCD's data flow is deemed “high” priority, the wireless network then determines whether the WCD's data flow is a short-lived flow or a long-lived flow, as indicated by block406. The classification of the data flow as either short-lived or long-lived could be based on the total amount of data to be transmitted during the data flow (e.g., the size of a file being transmitted). If the total amount of data to be transmitted is less than a threshold amount, then the data flow may be classified as a short-lived data flow. If the total amount of data to be transmitted is greater than the threshold amount, then the data flow may be classified a long-lived data flow.
The classification of the data flow as long-lived or short-lived could also be based on the TCP stage of the data flow. For example, if the data flow is in the constant-rate stage or is well into the congestion-avoidance stage, the data flow could be classified as a long-lived data flow. The slow-start stage, however, may not be determinative, as both short-lived and long-lived data flows start in the slow-start stage. Thus, if the WCD's data flow is currently in the slow-start stage, the total amount of data to be transmitted or some other factor could be used to classify the data as short-lived or long-lived.
If the WCD's data flow is a short-lived flow, then C=0, as indicated by block408. In this way, even though the base station's uplink load is high, there is no reduction (relative to M) of the number of PRBs allocated to the WCD for a short-lived flow. In particular, the base station's resources are more likely to be adversely loaded by long-term flows than short-term flows. Thus, it may be beneficial to apply resource-saving reductions to long-term flows rather than short-term flows.
If the WCD's data flow is a long-lived flow, the wireless network may further determine the stage of the WCD's data flow, as indicated by block410. Thus, the wireless network may determine whether the WCD is in the slow-start stage, the congestion avoidance stage, or the constant-rate stage. The wireless network may make this determination based on the size of one or more data segments previously transmitted by the WCD, for example, as described above for block302ofFIG. 5.
If the WCD's data flow is in the slow-start stage, then C=0, as indicated by block412. In this way, even though the base station's uplink load is high, there is no reduction (relative to M) of the number of PRBs allocated to the WCD when the WCD is still in the slow-start stage. In particular, the sizes of data segments transmitted during the slow-start stage are smaller than in later stages. Thus, it may be beneficial to apply resource-saving reductions data flows that are in later stages rather than in the slow-start stage.
If the WCD's data flow is in a later stage (i.e., either the congestion-avoidance stage or the constant-rate stage), the wireless network selects C to be equal to C2, where C2>0. C2 could be a standard value that applies to “high” priority, long-lived data flows that are in the congestion-avoidance or constant-rate stage. Since C2>0, and N=M−C, this selection of C=C2 results in a reduction (relative to M) of the number of PRBs allocated to the WCD due to the base station's uplink load being high, notwithstanding the WCD's data flow being “high” priority. Since the data flow is long-lived and is in a later stage, the amount of time needed to transmit all of the data in the data flow is already relatively high. As a result, making the transmission time somewhat longer in order to conserve the base station's uplink resources may be acceptable.
By following the TCP-specific procedure described above with reference toFIGS. 5 and 6, a WCD can in many cases be allocated a quantity of uplink resources that is optimal for transmission of the WCD's next data segment (i.e., may be allocated a minimally sufficient number of PRBs to transmit the next data segment). However, the TCP-specific procedure also allows for a sub-optimal allocation of uplink resources (i.e., less than the minimally sufficient number of PRBs) in some cases, in order to conserve uplink resources when the base station's uplink load is threshold high.
AlthoughFIGS. 4-6are described with regard to uplink transmissions of data by a WCD, it is to be understood that similar methods could be applied to downlink transmissions of data by a base station. In addition, while the TCP-specific procedure for allocating PRBs to the WCD is triggered by a determination that the WCD should use TTI bundling, it is to be understood that the TCP-specific procedure can be applied in other circumstances as well. For example, the TCP-specific procedure could be applied whenever a WCD uses TCP to transmit data.
4. Example Controller
FIG. 7is a block diagram of an example controller500of a base station in a wireless network. Controller500could, for example, correspond to controller15in wireless network12, as shown inFIG. 1. As shown inFIG. 7, controller500includes a network communication interface502, a processing unit504, and data storage506, all of which may be communicatively linked together by a system bus, network, or other connection mechanism508.
Network communication interface502supports communication with various other network entities, such as BS14or other entities in wireless network12shown inFIG. 1. As such, the interface502may include one or more network interface modules, such as Ethernet network interface modules, or any other type of wired and/or wireless communication interfaces.
Processing unit504may comprise one or more general purpose processors (e.g., microprocessors) and/or one or more special purpose processors (e.g., application specific integrated circuits). Data storage506may comprise one or more volatile and/or non-volatile non-transitory storage components, such as optical, magnetic, or flash storage, and may be integrated in whole or in part with processing unit504.
As shown, data storage506may hold program instructions510and data512. Program instructions510may be executable by processing unit504to carry out various functions described herein. Data512could be any data that is generated, received, or used in connection with carrying out such functions.
In one example, program instructions510may be executable by one or more processors in processing unit504to carry out any of the functions described above with reference toFIGS. 4-6. Thus, the functions may include: (i) receiving, via the base station, one or more data segments transmitted by a WCD in one or more TTIs; (ii) estimating a size of a next data segment to be transmitted by the WCD, based at least in part on sizes of the one or more data segments transmitted by the WCD; (iii) allocating a quantity of uplink resources to the WCD for use by the WCD in or more subsequent TTIs, based at least in part on the estimated size of the next data segment; and (iv) causing the base station to transmit an indication to the WCD of the quantity of uplink resources allocated to the WCD. |
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