A compass that counts how far a valve has turnedChiếc la bàn biết chiếc van đã được xoay bao nhiêu

Safety rules say someone must regularly check that every valve is in the right position. In a big plant that means people walking around, looking at hundreds of handles and writing things down. It's slow, and people make mistakes. Inventors had tried to automate this before, but every earlier idea meant taking the valve apart.

Quy định an toàn yêu cầu phải thường xuyên kiểm tra xem mọi chiếc van có đang ở đúng vị trí không. Ở một nhà máy lớn, việc này nghĩa là người ta phải đi bộ khắp nơi, nhìn hàng trăm tay quay rồi ghi chép lại. Vừa chậm, vừa dễ nhầm. Trước đây đã có người thử tự động hóa việc này, nhưng cách nào cũng phải tháo van ra.

Earth is a giant magnet. Everywhere on the planet there's an invisible arrow pointing roughly north. That arrow doesn't move when you turn a valve handle, but the sensor does. So from the sensor's point of view, the north arrow seems to spin the other way.

Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Ở bất cứ đâu cũng có một mũi tên vô hình chỉ gần về phía Bắc. Mũi tên ấy không nhúc nhích khi bạn xoay tay quay, nhưng cảm biến thì có. Vì vậy, nhìn từ cảm biến, mũi tên chỉ Bắc như đang quay theo chiều ngược lại.

The sensor describes that arrow with two numbers, x and y. Draw them as a dot on a graph. As the handle turns, the dot travels around a circle, and the angle of the dot tells you the angle of the handle.

Cảm biến mô tả mũi tên đó bằng hai con số x và y. Vẽ chúng thành một chấm trên đồ thị. Khi tay quay xoay, chấm chạy vòng quanh một đường tròn, và góc của chấm cho biết góc của tay quay.

Real plants are full of steel pipes, motors and cables. They push and squash the magnetic field near the sensor, and two things happen to our neat circle:

Nhà máy thật đầy ống thép, động cơ và dây cáp. Chúng đẩy và bóp méo từ trường quanh cảm biến, và đường tròn gọn gàng của chúng ta bị hai chuyện:

If the box kept measuring angles from (0, 0), its answers would be nonsense (the pink line in the chart below). It has to find the real middle of the oval, and it does this while the handle is turning, with no setup at all:

Nếu hộp cứ đo góc từ điểm (0, 0) thì kết quả sai bét (đường màu hồng trong biểu đồ bên dưới). Nó phải tìm ra tâm thật của hình bầu dục, và nó làm việc này ngay trong lúc tay quay đang xoay, không cần cài đặt gì:

Take three readings in a row and join them with two lines (chords). Draw the line that cuts each chord exactly in half at a right angle (a perpendicular bisector). Where the two lines cross is one guess for the middle. Every new reading gives another guess, and the box keeps the average of all its guesses. Each time the average improves, the box recalculates the angle with the better middle.

Lấy ba lần đo liên tiếp, nối chúng bằng hai đoạn thẳng (dây cung). Vẽ đường vuông góc đi qua chính giữa mỗi dây cung (đường trung trực). Chỗ hai đường cắt nhau là một lần đoán tâm. Mỗi lần đo mới cho thêm một lần đoán, và hộp giữ giá trị trung bình của tất cả các lần đoán. Mỗi khi tâm trung bình chính xác hơn, hộp tính lại góc với tâm mới.

Try "No metal nearby": the readings sit on a perfect circle around (0, 0), so even the lazy guess works. Switch to "Next to steel" and the circle slides and squashes, the lazy guess falls apart, and the averaging trick still finds its way. In the patent's own test (Fig. 6) the box caught up with reality in less than three-quarters of a turn; in this simulation it takes about one turn.

Thử chọn "Không có kim loại": các lần đo nằm trên một đường tròn hoàn hảo quanh (0, 0), nên cách đoán lười cũng đúng. Chuyển sang "Cạnh ống thép": vòng tròn bị trượt và bóp méo, cách đoán lười hỏng ngay, còn mẹo lấy trung bình vẫn tìm ra đường. Trong thử nghiệm của chính bằng sáng chế (Hình 6), hộp bắt kịp thực tế sau chưa đến ba phần tư vòng; trong mô phỏng này mất khoảng một vòng.

A valve might be turned only a few times a day. Measuring all the time would flatten the battery, so the box sleeps. The accelerometer stays on guard using almost no power, and wakes the box only when the handle moves. After a while with nothing happening, the box goes back to sleep.

Một chiếc van có khi chỉ được xoay vài lần mỗi ngày. Đo liên tục thì pin sẽ cạn, nên hộp đi ngủ. Gia tốc kế vẫn canh gác, gần như không tốn điện, và chỉ đánh thức hộp khi tay quay chuyển động. Một lúc sau không thấy gì xảy ra, hộp lại ngủ tiếp.

The box radios either the new state ("open", "closed") or the total angle. Long-range radio such as LoRaWAN can travel a long way on a tiny battery, so a few receivers can cover a whole plant. In the control room, operators see every valve on one screen instead of walking to each one.

Hộp gửi qua sóng radio trạng thái mới ("mở", "đóng") hoặc tổng góc. Sóng tầm xa như LoRaWAN đi được rất xa chỉ với pin nhỏ, nên vài bộ thu là phủ được cả nhà máy. Ở phòng điều khiển, người vận hành thấy mọi chiếc van trên một màn hình thay vì phải đi đến từng cái.

On a ship or an oil rig, the whole platform swings. The box would see the north arrow move even though nobody touched the valve. The fix: a reference beacon (301) sits nearby and never gets turned. It feels exactly the same swing. Take the beacon's change away from the sensor's change, and what's left is the real turn of the handle.

Trên tàu biển hay giàn khoan, cả sàn đều lắc lư. Hộp sẽ thấy mũi tên chỉ Bắc chuyển động dù chẳng ai chạm vào van. Cách sửa: đặt một trạm tham chiếu (301) gần đó, không bao giờ bị xoay. Nó cảm nhận đúng cú lắc ấy. Lấy thay đổi của cảm biến trừ đi thay đổi của trạm tham chiếu, phần còn lại chính là độ xoay thật của tay quay.

A patent ends with its claims: the exact list of what nobody else may copy. Claim 1 is the big one; most of the others are claim 1 plus an extra feature. Claims 12 and 13 stand on their own.

Một bằng sáng chế kết thúc bằng các yêu cầu bảo hộ: danh sách chính xác những gì người khác không được sao chép. Yêu cầu 1 là quan trọng nhất; phần lớn các yêu cầu còn lại là yêu cầu 1 cộng thêm một tính năng. Yêu cầu 12 và 13 đứng độc lập.