ES2252783T3 - Dispositivo sensor de la inclinacion y metodo para su operacion. - Google Patents

Abstract

SE EXPONE UN DISPOSITIVO DE DETECCION DE INCLINACION Y EL PROCEDIMIENTO PARA SU USO, SIENDO EL DISPOSITIVO DEL TIPO QUE COMPRENDE (A) UN ALOJAMIENTO, (B) UN TRANSMISOR DE RADIACION Y UN RECEPTOR DE RADIACION DISPUESTOS EN EL ALOJAMIENTO O JUNTO AL MISMO, FORMANDO UN RECORRIDO DEL HAZ ENTRE ELLOS, (C) UN CUERPO QUE OBSTRUYE O DESVIA LA RADIACION, QUE PUEDE MOVERSE EN RELACION CON EL RECORRIDO DEL HAZ, Y (D) UNA SUPERFICIE DE REPOSO DEL CUERPO, QUE DEFINE AL MENOS DOS POSIBLES POSICIONES DE REPOSO DEL CUERPO EN RELACION CON EL RECORRIDO DEL HAZ, ENTRE CUYAS POSICIONES DE REPOSO EL CUERPO PUEDE MOVERSE POR GRAVEDAD A ANGULOS DE INCLINACION DEFINIDOS PARA EL DISPOSITIVO, CUYAS POSICIONES DE REPOSO SE SELECCIONAN DE MANERA QUE SE PROPORCIONE UNA DIFERENCIA DETECTABLE DE SALIDA DEL RECEPTOR DE RADIACION, SEGUN LAS POSICIONES DE REPOSO QUE ESTEN OCUPADAS POR EL CUERPO. EL TAMAÑO DEL CUERPO MOVIL, EXPRESADO COMO DIAMETRO DE UNA ESFERA DE VOLUMEN CORRESPONDIENTE, ES INFERIOR A 10 MM. EL USO DEL DISPOSITIVO INCLUYE EL CONTROL DE LA SALIDA DEL RECEPTOR, A FIN DE OBTENER UNA FUNCION AMPLITUD/TIEMPO Y DATOS DE PROCESO DE LA FUNCION QUE PERMITAN RECIBIR UNA SEÑAL MODIFICADA.

Description

Dispositivo sensor de la inclinación y método para su operación.

Campo técnico

La presente invención está relacionada con un dispositivo sensor de la inclinación y con un método para su operación, siendo el dispositivo del tipo que comprende a) un armazón, b) un transmisor de radiación y un receptor de radiación dispuestos en el armazón para formar un trayecto de un haz entre los mismos, c) un cuerpo para la obstrucción o deflexión de la radiación que es movible en relación con el trayecto del haz y d) una superficie de reposo para el cuerpo que define al menos dos posiciones de reposo posibles para el cuerpo con respecto al trayecto del haz entre cuyas posiciones de reposo puede moverse el cuerpo por la gravedad y unos ángulos de inclinación definidos por el dispositivo y cuyas posiciones de reposo se seleccionan para proporcionar una diferencia de salida detectable a partir del receptor de radiación, dependiendo de cual sea la posición de reposo que pueda estar ocupada por el cuerpo.

Antecedentes

Los dispositivos sensores o de conmutación de la inclinación son conocidos o bien pueden ser utilizados para una amplia variedad de fines, tales como para las alarmas de vuelvo en los vehículos, sensores del nivel, instrumentos de medida de la desviación de perforaciones, alarmas de emergencia de pacientes, alarmas antirrobo de coches, control remoto o dispositivos de manipulación, conmutadores de seguridad en dispositivos peligrosos, etc.

Se han utilizado también distintas técnicas para detectar la orientación angular del dispositivo en relación con la gravedad. Los primeros tipos se basaban en un líquido conductor, especialmente el mercurio, encerrado en una ampolla con electrodos insertados. Se han propuesto otros detectores basado en los líquidos, tal como se expone a modo de ejemplo en el documento US-5425179, pero existen problemas en general con la presencia de líquidos en el caso de un fallo y entre otros problemas lo referidos a que la tensión superficial y la adherencia del líquido precisan de una cierta magnitud para el funcionamiento fiable y para su detección. Otro tipo tal como se expone a modo de ejemplo en los documentos US-2303360 y US-2540974, que utiliza un miembro rodante movible con ciertos ángulos para presionar un conmutador eléctrico o para puentear un espacio libre en un circuito eléctrico con el fin de proporcionar una señal detectable. Estos dispositivos son susceptibles al desgaste, oxidación y contaminación y requieren un tamaño mínimo para proporcionar la presión de contacto necesaria para conmutar con fiabilidad, y en general no pueden ser diseñados para proporcionar una respuesta continua para un ángulo de inclinación.

Los dispositivos ópticos que tienen miembros movibles en la trayectoria del haz entre el transmisor y el receptor evitan algunos de los problemas anteriormente mencionados. Uno de los tipos, según se expone en el documento US-3097565, tiene su miembro movible suspendido como un péndulo en la trayectoria del haz, pero solo es adeudado para desviaciones de pequeños ángulos, y requiere en general una amortiguación liquida del miembro. Otro tipo utiliza una esfera opaca movible sobre un suelo cóncavo centrado alrededor del eje del haz. Los dispositivos conocidos de este tipo, por ejemplo, los documentos US-4450353 y GB-2072838 son inadecuados para la miniaturización y utilización en dispositivos portátiles, entre otras cosas la debida al diseño del suelo del fondo, al gran movimiento necesario de la esfera, al líquido de amortiguación y a la respuesta no fiable en la orientación posicionada al revés. Las memorias técnicas US-5202559 y 5030955 exponen dispositivos similares de respuesta a la inclinación para su utilización en aplicaciones de control remoto de tipo portátil de mano con una salida de múltiples canales. Los dispositivos ópticos descritos tienen varias características que contrarrestan las mejoras posteriores, por ejemplo por el gran movimiento lateral necesario de la esfera, limitación a una salida de tipo digital mediante posiciones discretas preparadas y por la fiabilidad en el sellado óptico completo con cierta presión de contacto para posicionar la detección, todo ello requiriendo un cierto tamaño mínimo del dispositivo. Se expone un dispositivo similar en el documento US-5373152 en el cual el suelo del fondo y el techo están inclinados en la misma dirección.

Tal como es conocido, los diseños no son óptimos para su utilización en los dispositivos realmente portátiles, por ejemplo, existiendo una necesidad continua de dispositivos sensores de la inclinación de tipo pequeño, sencillos, y económicos que no estén limitados para ciertas condiciones de la inclinación, teniendo no obstante una fiabilidad operativa de alto nivel y de gran duración. Surgen varios problemas al tratar de aprovechar la tecnología actual y dirigirla hacia estos objetivos. La miniaturización proporciona ciertos problemas de fiabilidad tal como la sensibilidad incrementada a las impurezas. El menor espacio para los movimientos laterales en relación con el haz deteriora la relación de señal/ruido. A pesar del espacio limitado, en la mayor parte de las aplicaciones portátiles el dispositivo tiene que proporcionar una señal estable en la orientación de la posición invertida y además un alto grado de fiabilidad es necesaria ya que los dispositivos se utilizan frecuentemente como parte de sistemas de seguridad para impedir la presencia de condicione peligrosas o impedir un uso no apropiado.

Sumario de la invención

El objeto principal de la presente invención es proporcionar un dispositivo y un método sensor de la inclinación para su operación evitando los inconvenientes antes mencionados. Un objeto más específico es proporcionar el mencionado dispositivo adecuado para su utilización en instrumentos o artículos portátiles. Otro objeto es proporcionar dicho dispositivo con un tamaño pequeño global y un bajo peso. Un objeto adicional es proporcionar el mencionado dispositivo con una operación fiable a largo plazo y con propiedades de conmutación predecibles. Otro objeto incluso es proporcionar un dispositivo tal que requiera unos movimientos del cuerpo internos pero pequeños para la detección de la inclinación en forma fiable. Otro objeto incluso es ofrecer el mencionado dispositivo con una operación fiable en la orientación invertida. Otro objeto es ofrecer dicho dispositivo con una respuesta continua ante el ángulo de inclinación. Un objeto adicional es ofrecer dicho dispositivo capaz de estar diseñado para una amplia gama de ángulos de inclinación. Otro objeto es proporcionar dicho dispositivo con la opción de una respuesta independiente de la orientación de la rodadura.

Estos objetos se alcanzan con un dispositivo y un método de la naturaleza expuesta inicialmente que tiene las características expuestas en las reivindicaciones adjuntas.

Aunque los dispositivos del arte previo utilizan generalmente unos cuerpos movibles para proporcionar grandes fuerzas o un blindaje o sellado óptico eficiente, la invención presente utiliza un cuerpo pequeño para alcanzar varios de los objetos expuestos. El tamaño pequeño del cuerpo ha probado ser un primer requisito para conseguir unas dimensiones reducidas globales del dispositivo. Dentro de un espacio dado, un cuerpo pequeño puede efectuar un movimiento relativo grande con respecto a la trayectoria del haz, proporcionando una alteración mayor de la señal detectable, lo cual aunque es ventajoso como tal, puede ser utilizado con preferencia para mejorar la relación de señal/ruido, y para compensar el sellado menos eficiente en pequeños dispositivos, permitiendo por tanto unas reducciones de tamaño adicionales. El cuerpo movible, fabricado normalmente con un material pesado, es potencialmente destructivo de las partes internas del dispositivo, especialmente cuando no se encuentren presentes los líquidos de amortiguación. En instalaciones fijas o permanentes esto no es un problema fundamental ya que el cuerpo realiza usualmente pequeños movimientos con respecto a una superficie de reposo o con saltos discretos con ángulos definidos. Por el contrario, los dispositivo portátiles se hacen girar típicamente en cada una de las posibles direcciones y están sometidos a una manipulación brusca repetida que incluye caídas y vibraciones, bajo cuyas condiciones el cuerpo puede provocar daños en sus proximidades o al menos dar origen a una función de deterioro a largo plazo a partir del continuo desgaste y con la acumulación de residuos. La reducción del cuerpo movible actúa en si misma para la reducción de estos problemas ya que el peso del cuerpo cae en relación con el cubo de las dimensiones lineales para pequeños pesos y tamaños del cuerpo, incluso aunque un medio gaseoso que le rodee pueda actuar como fluido de amortiguación. Adicionalmente, aunque se base en el blindaje del trayecto del haz en lugar del sellado de la ventana transmisor/receptor, la presencia de pequeñas cantidades de partículas no merman dicha función. Así mismo, al utilizar un blindaje en lugar de un sellado hermético, la proximidad del transmisor y del receptor llega a ser importante en grado creciente, y el cuerpo más pequeño permite que estas partes puedan aproximarse más, lo cual al contrario de lo que puede pensarse, compensa menos que el blindaje completo. De acuerdo con una realización preferida, se utiliza la característica del blindaje en lugar del sellado para asegurar el contacto puntual, al contrario que el contacto lineal o de superficie, entre el cuerpo movible en sus distintas posiciones de reposo y la superficie restante, lo cual se contrapone a la adherencia, pegado y acuñado para mantener por tanto libre la movilidad del cuerpo y las fuerzas de conmutación controladas, a pesar del pequeño peso del cuerpo movible. De acuerdo con otra realización preferida, el transmisor y/o el receptor están equipados con lentes colimadoras, capaces de concentrar el haz, las cuales no solo mejoran el rendimiento del blindaje sino que además proporcionan una protección para el transmisor/receptor, y que ayudan como superficies adecuadas de contacto puntual con respecto al cuerpo. Se utiliza otra realización preferida en la que un cuerpo de un material refractivo es capaz de concentrar el haz, que requiere generalmente un movimiento menor del cuerpo para una alteración dada del haz, y cuyo tipo de cuerpo se hace posible, ya que los materiales pesados del cuerpo no son necesarios de acuerdo con los principios de la invención. Al tener menos movimiento el cuerpo a su vez significa que se precisa un menor espacio lateral, lo cual proporciona un tamaño global menor del dispositivo. Cualquier nivel de fugas de radiación que resulten de un contacto no sellado podrá ser compensado por cualquiera de las compensaciones mencionadas con una eficiencia opcional. Puesto que los principios de la operación de la invención no se basan en el sellado completo en las posiciones preparadas, son compatibles con los espectros de ángulos amplios, con respuesta continua con ángulos de inclinación variables y con las funciones de guiado de la superficie de reposo direccionales y no direccionales. Por razones similares, el dispositivo puede ser diseñado fácilmente para proporcionar unas respuestas reproducibles para todos los ángulos de inclinación, por ejemplo para una respuesta predeterminada en la orientación invertida. De acuerdo con los métodos de operación para el dispositivo, la salida relacionada con la posición fiable queda asegurada mediante la monitorización de la salida de datos del receptor y corrigiendo los mismos para otros factores aleatorios. Por tanto, pueden proporcionarse medios de compensación mecánicos, y pudiendo implementarse las anteriores ventajas descritas hasta su mayor nivel posible.

Los objetos y ventajas adicionales de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada.

Descripción detallada

En términos generales, el dispositivo de la invención incluye un armazón, el transmisor y el receptor, el cuerpo movible y la superficie de reposo para el cuerpo que define los movimientos y las posiciones de reposo del cuerpo.

El armazón representa el punto de referencia para el montaje o el posicionamiento relativo de las demás partes e indirectamente el punto de referencia para las posiciones y movimientos del cuerpo movible. El "armazón" se entenderá en su amplio sentido para la ejecución de una o varias funciones alternativas. El armazón puede soportar al transmisor y al receptor en su relación espacial deseada para asegurar el trayecto del haz en zona intermedia, para cuyo fin el armazón deberá al menos proporcionar la fijación de estas partes, y cuando se presente un espacio libre intermedio, extenderse sobre este espacio libre. Nada impide el uso de componentes integrales del transmisor/receptor incluyendo partes en una relación fija en cuyo caso el armazón puede proporcionar cualquier parte complementaria para los fines presentes. Hasta el punto en que la superficie de reposo incluye piezas separadas de el armazón y las partes del transmisor/receptor, el armazón puede proporcionar también soporte para estas piezas de la superficie de reposo, aunque tal como se expondrá se prefiere generalmente que el armazón proporcione dichas superficies de reposo complementarias y por conveniencia para la invención se describirán en términos de esta opción, a menos que se indique lo contrario. El armazón puede ser una estructura abierta, por ejemplo, de la forma de una jaula, aunque se prefiere el diseñar un armazón de una forma tal que al menos con otras partes pueda formar una estructura substancialmente serrada o incluso una estrechura sellada. En términos generales, el armazón conjuntamente con las partes del transmisor y receptor, conjuntamente con una superficie de reposo adicional o bien otras partes opcionales, deberá proporcionar una cavidad encerrando al menos el haz y el cuerpo movible. Una cavidad sellada puede contener un líquido de amortiguación al igual que en el arte previo, pero generalmente se preferirá que tenga cavidades rellenadas con aire o gas. El armazón puede proporcionar funciones adicionales tales como medios de fijación para la sujeción a un soporte, permitiendo preferiblemente el montaje en varias direcciones alternativas para proporcionar la orientación de salida deseada, con una fijación conveniente a soportes adecuados existentes en el aparato al cual se da servicio. El material del armazón deberá ser de metal pero se utilizan preferiblemente materiales de plástico, lo cual reduce el peso y facilita la fabricación que es aceptable debido al bajo peso y al bajo desgaste del cuerpo movible. Suponiendo de nuevo que la superficie interna del armazón está expuesta a la radiación, puede ser deseable modificar al menos la superficie y preferiblemente el material como tal a la influencia de la radiación, por ejemplo, haciendo que la superficie sea reflectora, preferiblemente difusora, con el fin de incrementar generalmente el nivel de radiación en la cavidad, o hacer que sea posible un trayecto en ángulo o indirecto entre el transmisor y el receptor, para que la superficie pueda absorber, con el fin de reducir la radiación dispersa al basarse en trayectorias directas del haz, y para hacer que la superficie sea fluorescente con el fin de distinguir entre el haz directo y la radiación indirecta, o para hacer que el material sea generalmente no transparente. Como ejemplo, para la radiación visible o radiación electromagnética infrarroja puede utilizar el negro carbón para la absorción y el metal o bien el oxido de titanio como materiales reflectantes. Es concebible que el armazón esté compuesto por varias partes discretas, por ejemplo, para dar distintas propiedades pero se prefiere generalmente el proporcionar en el armazón una estructura integral para un conseguir un diseño global más sencillo. Las modificaciones puede requerir la adaptación al tipo de radiación utilizada.

Podrá ser utilizado cualquier tipo de radiación en el dispositivo que pueda ser blindada, transformada o bien alterada mediante un cuerpo movible. La radiación radioactiva, preferiblemente de baja energía y/o radiación alfa o beta, podrán utilizarse con un radiador radioactivo como transmisor y un sensor de ionización como receptor. Se prefiere utilizar los fenómenos electromagnéticos y la radiación en el presente sentido puede ser un campo eléctrico o magnético, siendo el transmisor el dispositivo generador del campo, el receptor un circuito sensor de la alteración del campo, y el cuerpo movible de un material conductor, dieléctrico, paramagnético o diamagnético. Más preferiblemente, la radicación es una radiación electromagnética con un rango de frecuencias adecuado entre las ultravioletas y las microondas, y más preferiblemente en las zonas ópticas y de infrarrojos. El transmisor puede ser un maser o un láser, lámparas o más preferiblemente diodos emisores de luz (LED), que se utilizan preferiblemente para el rango visible o preferiblemente para el rango de frecuencias de infrarrojos, tal como entre 300 y 3000 nanometros, o bien entre 500 y 2000 nanometros. Se han obtenido buenos resultados en el área visible así como también con infrarrojos para 980, 870 y 875 nanometros. El receptor deberá estar adaptado al transmisor y para los tipos dados anteriormente, el receptor deberá ser una fotorresistencia o mejor un fotodiodo o fototransistor. El receptor deberá estar adaptado en frecuencia al transmisor o en caso de un dispositivo fluorescente a cualquier frecuencia resultante. La adaptación de la frecuencia del transmisor y receptor puede hacerse mediante la selección del tipo, mediante el uso de filtros ópticos o con la aplicación de filtros electrónicos. Para los dispositivos que no operen en el rango visible, será adecuado el incorporar un filtro diurno para eliminar la influencia de las proximidades no advertida.

Aunque el transmisor y el receptor han sido expuestos en el presente contexto como componentes discretos, o componentes integrales conteniendo una distancia de un espacio libre, la terminología deberá entenderse que incluye a los "transceptores", es decir, componentes que ejecutan ambas funciones, simultánea o intercambiablemente, bien con el mismo componente activo ejecutando ambas funciones o preferiblemente, para una mejor adaptación, con componentes separados alojados dentro del mismo armazón. Los transmisores, receptores y transmisores se denominarán colectivamente como "elementos activos". Todos los componentes se entenderán en un amplio sentido, y por ejemplo cualquier componente hecho para dar salida a una respuesta a las alteraciones del haz deberá ser considerado como un receptor.

El haz entre el transmisor y el receptor deberá configurarse con distintas formas. El haz puede ser reflejado al menos una vez ante de recibirse, lo cual permite un posicionamiento libre de los elementos activos. La reflexión podrá permitirse que rellene más o menos uniformemente la cavidad, por ejemplo, mediante una reflexión direccional repetida o preferiblemente mediante una reflexión difusa en superficies ablandadas. La libertad de posicionamiento podrá ser utilizada para situar el transmisor y el receptor en una relación no enfrentada, por ejemplo sobre la misma superficie enfrentada en la misma dirección o en ángulo, por ejemplo, en una relación perpendicular entre sí, por razones de diseño o para proporcionar varios receptores en una posición predeterminada tal como se conoce. En general se prefiere no obstante utilizar un haz directo, lo cual mejora la relación de señal/ruido de una valor especial en un sellado incompleto, bien sea no intencionado o bien intencionado, al basarse en el blindaje en lugar del sellado que se expondrá más adelante. La direccionalidad puede ser obtenida de muchas formas, por ejemplo, en forma pasiva mediante proporcionado al receptor con un ángulo de toma estrecho, mediante el blindaje o mediante una lente, o bien haciendo que las superficies de la cavidad absorban la radiación indirecta. Preferiblemente se obtiene activamente mediante la concentración de la radiación transmitida hacia el receptor, que opcionalmente puede utilizarse en combinación con los medios pasivos antes mencionados. La concentración puede ser obtenida por varios medios tales como con el uso de un transmisor de láser, con el blindaje del transmisor o preferiblemente con el uso de lentes. También con los haces dirigidos puede permitirse la reflexión antes de la recepción, y pudiendo utilizarse por ejemplo para obtener cualquier diseño antes mencionado, aunque los reflectores de imágenes pueden utilizarse aquí adicionalmente para ayudar a la concentración del haz, por ejemplo, utilizando superficies cóncavas. Así mismo puede utilizar el cuerpo movible como superficie reflectante, por ejemplo, para incrementar la dispersión en la trayectoria del haz como medio para su detección.

Una forma especial de implementar y utilizar la libertad del posicionamiento provisto por cualquier radiación reflejada difusa o direccional es colocar el transmisor y el receptor en forma próxima entre sí, y enfrentados en la misma dirección, o preferiblemente un transceptor puede ser utilizado para el mismo fin, con el cuerpo movible en la dirección de enfrentamiento, adecuadamente con una de sus posiciones de reposo próxima a la configuración. La alteración del haz transmitido puede tener lugar de formas distintas. El cuerpo movible puede tener una superficie menos reflectante que el fondo para crear una señal recibida más intensa al desplazarse desde una posición de reposo cercada, o al revés, la cavidad puede tener una reflectancia inferior que el cuerpo para proporcionar una señal recibida mas fuerte en la presencia del cuerpo. La configuración requiere un mínimo de solo una abertura de radiación y se le puede dar un diseño compacto.

Un diseño preferido simétrico y simple al utilizar los haces dirigidos es el configurar el transmisor y receptor discretos en una configuración opuesta enfrentados entre sí, basándose por tanto menos en la radiación reflejada y más en la recepción directa en el receptor de la radiación transmitida a lo largo de una trayectoria no interrumpida excepto por el cuerpo movible. El haz deberá ser concentrado mediante el uso de cualquiera de los medios mencionados, hacia el receptor, y centrando el transmisor y el receptor preferiblemente alrededor de un eje común del haz. En tanto que el haz caiga substancialmente sobre el área del objetivo podrá ser divergente, colimado en una forma paralela o ser convergente o enfocado sobre el área del objetivo. La mencionada área puede estar definida por la sección transversal proyectada del cuerpo movible cuando se encuentre en la posición de reposo sobre el receptor, o preferiblemente la mencionada área estará definida por el área de detección del receptor, lo cual se aplica también cuando el cuerpo movible tenga una posición de reposo sobre el transmisor.

Se observará que pueden utilizarse varios transmisores y/o varios receptores en todas las realizaciones antes mencionadas, por ejemplo, para extraer más información de las posiciones del dispositivo, o bien para incrementar la precisión de la determinación de la posición del cuerpo movible. En muchos casos, no obstante, es preferible y suficiente el tener solo un transmisor y un receptor.

Tal como se indicó anteriormente, se puede variar la forma en la cual el cuerpo movible altera la trayectoria del haz. Básicamente, puede utilizarse un mecanismo de "sellado" en donde el receptor o el transmisor, o la cámara en la cual está alojada la pieza, esté más o menos sellado completamente con respecto a las partes restantes del cuerpo que ocupan una abertura a la mencionada parte o de su cámara, que requiere generalmente un encaje más o menos perfecto entre el cuerpo y la abertura, incluyendo al menos un contacto de la línea circunferencial, o mejor un contacto de la superficie circunferencial, y una cierta presión de contacto intermedia. Dicho sellado tiene la ventaja de ser totalmente independiente de las propiedades ópticas de absorción, de reflexión y demás propiedades del cuerpo y de la cámara, en tanto que el cuerpo sea opaco, y proporcionando una diferencia de la señal fuerte con el cuerpo en las posiciones respectivas de sellado y no sellado. Por el contrario, puede utilizarse un mecanismo de "blindaje" preferentemente, en el cual el sellado completo no se basa sino en un cierto nivel de transmisión del haz básico en donde unos ciertos grados mantenidos y predeterminados de alteraciones de recepción del haz son indicativos de los movimientos del cuerpo. Las ventajas en general del método de blindaje son que no es necesario el sellado perfecto en las posiciones predefinidas discretas, y que el método es compatible con una respuesta analógica o continua con respecto a la inclinación, que el método es sensible a las propiedades ópticas del cuerpo, cavidad y cámaras, que puede utilizarse para sintonizar con precisión las propiedades del dispositivo, y que el método es utilizable también con materiales de paredes transparentes y refractivas. Además de que el método tiene varias ventajas aprovechables para pequeños dispositivos que tengan cuerpos movibles diminutos, no requiriendo un sellado perfecto, presiones de contacto, contacto de líneas o superficies sino solo el contacto puntual que se expondrá más adelante, y siendo totalmente insensible a la contaminación.

Además de su efecto de alteración del haz del sellado o blindaje por la puesta a la sombra de los elementos activos, pueden ser utilizados distintos métodos para incrementar la diferencia de salida registrada en respuesta a los desplazamientos del cuerpo movible, algunos de los cuales se han expuesto anteriormente, y siendo de un valor especial cuando se utilice el método de blindaje o cuneado sea deseable una respuesta continua sensible a la inclinación. Puede aprovecharse también una respuesta amplificada en relación al desplazamiento del cuerpo para limitar el movimiento necesario lateral del cuerpo para la detección de una cierta inclinación, permitiendo la reducción de tamaño correspondiente del dispositivo en esta dirección. Al cuerpo movible se le pueden dar propiedades de absorción de contraste en comparación con las superficies de la cavidad, siendo más absorbentes que la cavidad o preferiblemente menos absorbentes. En el ultimo caso, el cuerpo puede ser reflectante de una forma teórica, especialmente cuando la radiación enfocada pueda colisionar sobre el cuerpo, o bien puede hacerse reflectante en forma difusa para conseguir la más alta fiabilidad. Tanto la cavidad como el cuerpo pueden estar hechos con una calidad fuertemente absorbente, que preferentemente puede utilizarse en combinación con haces altamente direccionales. Además de los métodos de alteración basados en los cuerpos opacos, se encuentra la opción de utilizar cuerpos transparentes, lo cual es posible debido a la libertad de materiales proporcionada mediante esta invención, y la forma preferida es fabricar el cuerpo de forma que sea transparente y refractivo, lo cual especialmente en combinación con los haces de entrada direccional adaptada pueden proporcionar un haz refractado saliente que tenga una alta sensibilidad al desplazamiento. El principio puede realizarse de varias formas, por ejemplo de forma que las alteraciones del haz recibido por los cambios en el blindaje y los cambios en la deflexión interfieran realmente por un posicionamiento adecuado del receptor, o preferiblemente al revés de forma que interfieran negativamente para reducir la señal recibida por refracción mientras que el blindaje se reduce también y viceversa. Un principio de alteración posible adicional es cambiar la frecuencia de la radiación, por ejemplo mediante un mecanismo fluorescente tal como el expuesto anteriormente o mediante el filtrado por absorción de una o más frecuencias discretas o una parte detectable de unos espectros continuos. Las superficies de la cavidad puede actuar también para cambiar la frecuencia, por ejemplo para permitir la distinción entre la radiación directa y la indirecta, o bien el cuerpo movible puede actuar por reflexión o transmisión para cambiar la frecuencia, por ejemplo para permitir la distinción entre la radiación que colisiona o que pasa a través y alrededor del cuerpo respectivamente. Los métodos de las alteraciones pueden ser utilizados solo o en forma combinada.

Aunque es posible utilizar cuerpos movibles de muchas formas, tales como la forma poligonal, especialmente cuando se desea una respuesta en ciertas direcciones de la inclinación, se prefiere utilizar un cuerpo substancialmente esférico. La superficie del cuerpo puede ser suave pero se le puede dar una estructura para ciertos fines especiales, tal como una superficie ablandada para la reflexión por difusión. Por las razones expuestas es deseable, especialmente para los cuerpos pequeños, el proporcionar lo necesario para evitar la adherencia, pegado y acuñado del cuerpo que puedan impedir sus movimientos libres perseguidos en la cavidad y una cierta estructura de la superficie que pueda ayudar para este caso, por ejemplo, una superficie de caras múltiples o numerosas indentaciones tales como una pelota de golf. El material para el cuerpo movible puede ser seleccionado de forma libre. Los materiales de metales comunes puede ser utilizados pero puesto que la operación no depende de los altos pesos del cuerpo o presiones de contacto, pueden utilizarse otros materiales así como también materiales de cristal o de plástico, plásticos preferiblemente enlazados transversalmente tales como los policarbonatos, permitiendo los últimos tipos unos cuerpos transparentes y refractivos para los fines antes mencionados. Los materiales de baja densidad, por ejemplo, inferior a 3 y preferiblemente inferior a 2 gr/cm podrían utilizarse para reducir el desgaste y mejorar la amortiguación. Cualquier material utilizado podrá ser modificado para conseguir las propiedades ópticas adecuadas, bien en la forma de un recubrimiento superficial, o bien para conseguir una fiabilidad mayor a largo plazo en forma mezclada con el material del cuerpo. La modificación puede servir para incrementar o disminuir la absorción de la radiación o la reflectancia o bien puede actuar para cambiar la frecuencia de radiación según se ha expuesto. El tamaño del cuerpo deberá ser pequeño y expresado como el diámetro de una esfera con el volumen correspondiente, el diámetro deberá ser inferior a 10 mm, preferiblemente menor de 5 mm, mejor inferior a 3 mm, más preferible inferior a 2 mm, y más preferiblemente inferior a 1 mm, dependiendo de la aplicación. Los tamaños pequeños del cuerpo deberán ser utilizados para amplificar las ventajas ya descritas. El método de fabricación preferido para los tamaños más pequeños se basa en la micro mecánica, adecuada con propiedades direccionales "lineales" tal como se expondrá y más preferiblemente con los elementos activos integrados. Incluso el diámetro podría exceder de 0,001 mm para conseguir las mejores propiedades ópticas y dinámicas, y preferiblemente superando la medida de 0,01 mm para las mecánicas no integrales y en el último caso preferiblemente que supere a la medida de 0,1 mm.

La superficie de reposo define generalmente la forma en que el cuerpo se desplazará para varios ángulos de la inclinación del dispositivo, y con la configuración preferida de tener una superficie de reposo y el transmisor/receptor fijados en relación mutua, la forma en la que el cuerpo se comporta en relación con el haz. La superficie de reposo deberá proporcionar al menos dos posiciones de reposo con efectos distintos de la alteración del haz. Mediante el término de "posición de reposo" se entenderá una posición del cuerpo móvil que puede ocupar y que se desplazará en forma de vaivén por la gravedad. Las posiciones pueden ser "discretas" en el sentido de que las posiciones serán estables y que requerirán una energía de activación para el desplazamiento hacia/desde las posiciones que puedan ser "continuas" en el sentido de que las posiciones forman una superficie continua sobre la cual pueda moverse libremente el cuerpo y que ocupe una posición sin otras limitaciones que la posible fricción. Las posiciones continuas son de un interés fundamental cuando se desea una respuesta continua en relación con el ángulo de inclinación, y que puede proporcionarse en la forma de una superficie cóncava, que puede tener cualquier sección transversal adecuada tal como un segmento de circulo para el desplazamiento del cuerpo uniforme formando un ángulo o cualquier otra sección curvada, por ejemplo, para incrementar la sensibilidad para ciertos ángulos o para proporcionar una respuesta modificada del desplazamiento mucho más allá del haz. En muchas aplicaciones se prefiere utilizar al menos una posición y preferiblemente al menos dos posiciones discretas, lo cuales da lugar a un efecto de "histéresis" que asegura que el dispositivo se ha inclinado de nuevo con un grado definido para retirar el cuerpo de la posición, en comparación con el ángulo de inclinación que le llevó a la misma posición, por ejemplo, para evitar la oscilación repetida entre posiciones para ciertos ángulos. Los ángulos de histéresis adecuados pueden estar situados entre 0 y 45 grados y preferiblemente entre 5 y 30 grados. Al utilizar posiciones discretas se prefiere además que la superficie entre estas posiciones esté diseñada sin ninguna posición estable para el cuerpo, por ejemplo, haciendo esta parte convexa o preferiblemente plana, proporcionando una respuesta "digital" en la cual el cuerpo ocupe esencialmente una posición discreta o cualquier otra posición discreta. La estabilidad en las posiciones discretas puede proporcionarse en la forma de una hendidura o ranura dentro de la cual pueda caer el cuerpo, preferiblemente con un borde agudo en comparación con la curvatura del cuerpo, con el fin de proporcionar un efecto de acuñamiento distinto. Si se proporcionan más de dos posiciones discretas, cuando se observa en un plano de referencia en sección transversal vertical en relación con la gravedad, formarán una superficie cóncava aproximada, al igual que en el caso de una superficie continua, aunque con un contorno por ejemplo no continuo. El ángulo entre las posiciones de reposo vecinas puede estar en cualquier punto entre 0 y 180 grados, normalmente entre 30 y 170 grados y preferiblemente entre 60 y 160 grados. Si se desea, pueden combinarse las posiciones continuas y discretas.

La superficie de reposo puede proporcionar preferiblemente las posiciones de reposo en su totalidad alrededor del mencionado plano vertical, con el fin de proporcionar posiciones del cuerpo definidas en todas estas orientaciones, de un valor especial en los dispositivos portátiles. El carácter de la superficie cóncava puede extenderse en toda la sección transversal de la cavidad, para proporcionar por ejemplo una respuesta aproximadamente simétrica, aunque no necesariamente idéntica con la posición estándar y su posición invertida correspondiente. En otra aplicación se prefiere limitar el carácter cóncavo a ciertos ángulos en torno a una posición estándar y dar una respuesta uniforme o la ausencia de respuesta en las posiciones restantes. Una variación preferida de esta opción es dejar que el cuerpo tenga substancialmente la misma posición en los extremos del rango cóncavo y en la orientación de su inversión, lo cual puede obtenerse dejando que el contorno de la sección transversal sobresalga de una forma convexa, en lugar de ser cóncava, dentro de la cavidad en donde se desee impedir la ocupación por parte del cuerpo. Independientemente del diseño global, al menos una sección del contorno deberá tener el carácter cóncavo al proporcionar una respuesta ante la inclinación. Al menos las partes próximas al haz aunque preferiblemente todas las partes a lo largo de la cavidad deberán proporcionar las posiciones definidas del cuerpo, que pueden obtenerse con una forma claramente convexa o claramente cóncava, a menos que se utilicen áreas planas entre las posiciones discretas estables tal como se ha
expuesto.

Se prefiere también adaptar las dimensiones de la cavidad al diámetro principal del cuerpo móvil, de forma que en las posiciones que pueda ocupar el cuerpo, y preferiblemente en todas las posiciones, los canales para el cuerpo formados por las partes superficiales de reposo vecinas estén limitados en su tamaño con el fin de limitar los movimientos del cuerpo en forma lateral al movimiento deseado entre las posiciones de reposo. Esto es con el fin de proporcionar respuestas más distintas y para reducir el desgaste innecesario. Por tanto se prefiere que dichas dimensiones laterales estén limitadas a un valor inferior a 1 y preferiblemente inferior a 1,5 y más preferiblemente a 1,3 veces el diámetro principal del cuerpo. Los movimientos del cuerpo entre las superficies de reposo para la respuesta de salida, generalmente laterales con respecto al trayecto del haz, dependen de la configuración global del dispositivo. Incluso es de un interés principal el limitar los extremos laterales de los mencionados movimientos por razones de tamaño, y preferiblemente la distancia entre dichos extremos será inferior a 5 veces el diámetro principal del cuerpo, preferiblemente inferior a 4 y más preferible inferior a 3 veces dicho diámetro. Aunque se han descrito medios opcionales en donde se genera una salida muy sensible a los desplazamientos del cuerpo, es de interés general permitir una distancia entre los extremos mencionados de al menos 0,1, mejor al menos de 0,5, y más preferiblemente al menos de 1 vez el diámetro principal del cuerpo. Estos valores son solamente indicativos, y podrán ser adaptados a la realización específica utilizada. En particular, al utilizar haces dirigidos es de interés frecuente el que los movimientos laterales permitan la ausencia de blindaje total del haz. De forma similar, al utilizar un cuerpo refractivo se pueden utilizar las distancias laterales sugeridas más pequeñas, debido a la fuerte deflexión del haz que se obtiene para incluso desplazamientos pequeños. Al utilizar la opción antes mencionada de interferencia negativa entre la respuesta de la refracción y el blindaje respectivamente, puede ser de interés el limitar los extremos laterales a substancialmente el punto en donde la respuesta cambia de dirección, por ejemplo, cuando la reducción debida al desplazamiento refractivo llega a ser inferior al incremento debido a un blindaje inferior.

Se puede dar al dispositivo propiedades direccionales para que sea sensible solamente o para que sea sensible en forma distinta a las inclinaciones en el plano de referencia vertical antes mencionado, en comparación con los componentes perpendiculares al mencionado plano, es decir, en "direcciones" de inclinación diferentes. Dichas propiedades "lineales" pueden conseguirse mediante la limitación de la profundidad del dispositivo o configurando unas estructuras de guiado sobre la superficie de reposo, por ejemplo, en la forma de nervaduras y valles, permitiendo los movimientos laterales del cuerpo en el mencionado plano pero impidiendo los movimientos ortogonales. Si la profundidad del dispositivo es suficiente, pueden utilizarse estructuras similares para proporcionar uno o varios trayectos adicionales para el cuerpo para cualquier ángulo horizontal con respecto el primer plano de referencia mencionado, preferiblemente normal al mismo, y los distintos trayectos pueden cruzarse en un vértice desde el cual pueda moverse el cuerpo a lo lago de una trayectoria seleccionada, dependiendo de la dirección de la inclinación. Los distintos trayectos pueden tener respuestas de un ángulo de inclinación distinto o bien pueden tener la misma respuesta. La configuración puede utilizarse también para impedir movimientos rotacionales excesivos por parte del cuerpo, lo cual es compatible incluso con la independencia de rodadura o simetría cuasi-rotacional en caso de que numerosas trayectorias pudieran salirse del vértice. Para un diseño más sencillo, y que es suficiente en muchas aplicaciones, se propone una estructura de superficie de reposo substancialmente simétrica de rotación, tal como la obtenida por la rotación del plano descrito con el contorno de la cavidad alrededor de un eje de simetría.

Según se indicó, el trayecto del haz, y por tanto la posición de los elementos activos, puede tomar distintas formas tal como de tipo rectilíneo en el caso de un trayecto de haz sin obstrucción, formando ángulo en el caso de una reflexión de espejo o con radiación de relleno de la cavidad, o bien hacia delante y hacia atrás en el caso de un tipo de transceptor de la configuración, y posicionando el haz en relación con la superficie de reposo que puede variar en la forma correspondiente. La configuración en ángulo es adecuada para combinar con varios receptores en posiciones definidas, por ejemplo para distinguir entre distintas direcciones de la inclinación o preferiblemente para distinguir entre diferentes ángulos de la inclinación, y una configuración preferida en este caso es proporcionar al transmisor una posición central, por ejemplo, en el vértice anteriormente descrito o en el eje de simetría, y los receptores alrededor de la periferia lateral o del contorno respectivamente. Preferiblemente las posiciones de reposo se configuran a través al menos de los elementos activos. Se prefieren los haces rectilíneos, en la configuración mencionada sin obstrucción o en la configuración de hacia atrás y hacia delante, y preferiblemente cuando el haz esté configurado en forma central en relación con la cavidad, y preferiblemente en forma central y simétrico en relación con la sección de carácter cóncavo principal de la superficie de reposo. Adicionalmente se prefiere que se configure una posición de reposo, más preferible una posición de reposo discreta, a través de un transceptor y a través al menos de un transmisor o receptor, preferiblemente el último, en una configuración recta y sin obstrucción, o a través de un esquema simétrico invertido tal como se ha descrito.

El posicionamiento de los elementos óptimamente activos puede realizarse por la incorporación directa del elemento en la pared de la superficie de reposo, mediante la colocación debajo de la mencionada pared en el caso de paredes transparentes, pero preferiblemente debajo de una abertura en la mencionada pared, lo cual proporciona una mejor libertad de diseño, por ejemplo, para blindar y guiar el haz o para proporcionar una superficie de reposo adecuada para el cuerpo. Puede proporcionarse una ventana para los fines de blindaje o para proporcionar propiedades de refracción. Se prefiere incluir una lente o sistema de lentes para que afecten al haz en cualquiera de las formas descritas, preferiblemente una lente colimadora para proporcionar un haz más concentrado o una lente de enfoque para proporcionar un haz convergente. La lente puede fijarse a la superficie de reposo o abertura pero es parte preferiblemente del elemento activo en sí. Al utilizar lentes, al menos uno de los elementos activos, preferiblemente el transmisor, deberá estar equipado o bien ambos elementos con lentes. La distancia entre el transmisor y el receptor del diseño discreto en trayectos rectos con preferencia pueden estar adaptada a las distancias de los canales datos anteriores para los movimientos del cuerpo entre las posiciones de reposo y las laterales, cuando pueda ser aplicable respectivamente. Es adecuado el sellado al menos de las partes activas de los elementos activos, tal como una ventaja o abertura, contra la superficie de reposo o alojamiento para evitar el acceso o liberación de radiaciones parásitas. Esto puede realizarse de forma convencional mediante el confinamiento de los elementos activos en una cámara. Preferiblemente, no obstante, los elementos activos están encerrados solamente en forma parcial de una forma tal que se deja el resto de los elementos expuestos, lo cual puede obtenerse mediante la fijación del elemento al armazón al menos alrededor de la parte activa mencionada anteriormente, o preferiblemente alrededor de su circunferencia principal con la parte encerrada preferiblemente sellada en el anterior sentido. El armazón parcial del elemento ayuda a reducir la tamaño global del dispositivo, por la utilización de componentes estructurales y por la exposición de los cables del elementos o bien otras conexiones preparadas para facilitar la conexión mecánica y eléctrica y la fijación a un soporte tal como una placa de circuito impreso. El dispositivo de la invención es compatible con elementos pequeños, adecuadamente en el rango de 0,1 a 10 mm y preferiblemente entre 1 y 5 mm en la dimensión principal a través de una sección transversal paralela con la parte activa. Preferiblemente, el componente del elemento es mayor que el cuerpo movible.

Según se ha indicado, se prefiere proporcionar un contacto puntual, en lugar de un contacto lineal o de superficie, entre el cuerpo movible y la superficie de reposo en al menos una posición, preferiblemente en varias y más preferible en todas las posiciones de la cavidad, con el fin de asegurar la movilidad libre del cuerpo. Puede utilizarse un único punto de contacto, tal como entre una bola y una superficie, pero para los fines de la fiabilidad y estabilidad dinámica se prefiere utilizar al menos dos puntos de contacto, suficientes con frecuencia para las posiciones de reposo continuas para los fines anteriormente expuestos o cuando las posiciones de reposo continuas proporcionan la misma alteración del haz, tal como a lo largo de una circunferencia centrada a lo largo del eje del haz, y para una mejor estabilidad estática se prefiere utilizar al menos tres puntos de contacto, suficientes con frecuencia para las posiciones de reposo discretas. Una forma preferida de configurar al menos dos puntos de contacto para los fines de la respuesta variable es utilizar las estructuras de guiado superficial, por ejemplo, del tipo de nervaduras y valles mencionado en relación con las propiedades direccionales, en donde generalmente a través de cuyas estructuras el cuerpo movible puede efectuar un contacto dinámico en al menos dos nervaduras adyacentes. Pueden proporcionarse dos o más puntos de contacto mediante principios similares, por ejemplo mediante estructuras de guiado transversales adicionales, o preferiblemente por la configuración de la posición de reposo en un vértice de la estructura de guiado según se ha mencionado. Un método más general, aplicable también en combinación con una superficie de reposo simétrica realmente rotacional en todas las direcciones, es proporcionar una ranura en la posición de reposo cuya ranura no sea congruente con el cuerpo, por ejemplo, una ranura cuadrada para un cuerpo esférico, dando un contacto puntual con un número cualquiera de puntos. Una configuración preferida, que asegura una movilidad del cuerpo altamente fiable, es combinar cualquier método que proporcione al menos dos puntos de contacto, aunque preferiblemente tres, por ejemplo de acuerdo con cualquiera de las opciones dadas anteriores, o incluso un contacto lineal o de superficie, con un saliente en la forma de una punta en la forma de una punta o cualquier otra estructura, proporcionando un punto adicional de contacto con el cuerpo, cuyo punto esté situado preferiblemente dentro de la circunferencia definida por los puntos primeramente mencionados, y que eleve ligeramente el cuerpo del mencionado primer punto con el fin de eliminar el contacto con al menos un punto de los puntos primeramente mencionados, y eliminando realmente cualquier contacto lineal o de superficie, que en caso contrario estarían presentes. Sin contraindicaciones, el saliente puede situarse de forma que proporcione varias posiciones estables entre el mismo y cualquiera de los puntos primeramente mencionados.

Los principios del contacto puntual del párrafo anterior pueden combinarse con las restantes posiciones sin ningún elemento activo, pero pueden utilizarse también con preferencia para ser utilizados conjuntamente con dicho elemento. En el último caso, el principio del contacto puntual significa generalmente que se proporcionará un valor inferior que el sellado de la radiación total, y que el método del blindaje, según se ha definido para la detección se basa aunque no excluyendo ningún método de alteración alternativo, puede estar presente simultáneamente. Todos los métodos son compatibles con esta opción, por ejemplo, el vértice de las nervaduras o la ranura no congruente pueden situarse sobre el elemento, siendo la ranura una parte del agujero sobre el elemento, y el saliente puede ser coaxial con el elemento. Una forma preferida de implementar la última alternativa, no interfiriendo con el haz o con la operación, es utilizar cualquier parte activa de radiación para el saliente y con preferencia pudiendo utilizar una configuración de una lente para este fin.

El dispositivo descrito puede ser utilizado para cualquier fin ya conocido en el arte, tal como un sensor de nivel, alarma, conmutador de seguridad, sensor de seguimiento, manipulador de control, acelerómetro o cualquier otro propósito. El dispositivo tiene una utilidad especial en los artículos destinados para la orientación repetida en forma intencional o no intencional en muchas direcciones tal como los dispositivos portátiles, en pequeños artículos incapaces de alojar convenientemente grandes sensores tales como en los dispositivos de mano, y artículos en los cuales se tenga que imponer una alta fiabilidad y seguridad tales como en los dispositivos de seguridad, emergencia y de tipo médico. Según se ha indicado, el dispositivo puede ser utilizado sencillamente para una respuesta igual en torno a un eje de simetría o para distintas respuestas adaptadas en diferentes direcciones. Pueden ser utilizados varios dispositivos en grupo, por ejemplo dispositivos direccionales configurados para la respuesta en diferentes direcciones tal como a lo largo de tres ejes ortogonales.

En general, y para una utilidad completa, el dispositivo deberá estar combinado con los sistemas electrónicos adecuados para controlar los elementos activos y para extraer y utilizar la salida proporcionada. La naturaleza de dichos circuitos electrónicos auxiliares dependerá en un alto grado de la aplicación utilizada y no siendo un objeto primario de la presente invención. Los sistemas electrónicos deberán ser al menos capaces de detectar la diferencia de la salida provocada por las alteraciones del haz a partir del cuerpo movible, bien mediante la extracción continua o discreta de los datos del ángulo, y situándolos en utilización, por ejemplo, en una monitorización de conmutación, iniciación o alarma de tipo repetido o continuo.

La manera de utilización del presente dispositivo puede no ser distinta de la del arte previo. Los dispositivos generalmente similares han sido utilizados de una forma tal que la salida del receptor ha sido monitorizada sencillamente durante el movimiento del mismo y con un cierto nivel de salida emitiéndose una señal para disparar cualquiera de las actividades mencionadas anteriormente. La salida del presente dispositivo puede ser tratada de la misma forma. Por varias razones se prefiere, sin embargo, el proporcionar un método de utilización que procesa la señal de salida de una forma más sofisticada. En primer lugar, de la señal se puede extraer más información del usuario. En segundo lugar, la información del usuario puede ser utilizada para compensar los factores aleatorios en la respuesta del dispositivo para extraer una señal procesada más fiable. En tercer lugar, la característica de hardware previa puede ser reemplazada por software, por ejemplo, que permitirá un dispositivo más pequeño o más sencillo.

En consecuencia, la invención proporciona un método para operar el dispositivo, en el cual la salida del dispositivo está monitorizada en su función de la amplitud con respecto al tiempo, directa o indirectamente, basándose en la función procesada antes de su actividad. La función se obtiene y se procesa en forma continua, pero se prefiere que los valores sean muestreados a partir de la salida del dispositivo, que puede hacerse de forma irregular aunque preferiblemente en intervalos de tiempo regulares a una cierta frecuencia. El muestreo puede ser digital en el sentido de que la amplitud sea comparada con un nivel de referencia configurado para un valor binario de 1 y un valor binario de 0 dependiendo de si la amplitud está por encima o por debajo del nivel de referencia, que puede variar aunque preferiblemente será fijo. Entre otros medios para extraer más información de los datos sin procesar se prefiere en general un método de muestreo analógico, en el cual el valor de la amplitud absoluta de la función queda registrado repetidamente. El valor analógico puede ser procesado en un procesador analógico pero se prefiere más el convertir el valor a un formato digital y procesarlo en un procesador digital. La señal puede ser filtrada de la forma conocida para eliminar ciertos rangos de frecuencias.

Los valores de la función pueden ser memorizados y procesados en cualquier momento y a cualquier velocidad, pero se prefiere en general un procesamiento en tiempo real en la mayor parte de las aplicaciones, lo cual puede exigir más capacidad de memorización de los valores a procesar simultáneamente en cualquier instante dado. Se prefiere que el procesamiento incluya al menos dos valores, y preferiblemente tres y más preferible múltiples de valores de la función en un instante dado. El procesamiento puede tener lugar en cualquier clase conocida de los procesadores, preferiblemente que comprenda un microcontrolador tal como un microprocesador estándar o bien un circuito integrado de aplicación. Específica.

El procesamiento puede estar operativo para extraer cualquier clase de información del movimiento del cuerpo o inclinación del mismo con respecto al tiempo, para la grabación o bien una acción inmediata para cualquiera de los fines expuesto a modo de ejemplo. Se prefiere, no obstante, que el procesamiento sirva adicionalmente para modificar la señal sin procesar del dispositivo para hacerla más fiable para su fin determinado, exponiéndose a modo de ejemplo algunas de dichas modificaciones.

El procesamiento puede realizar una amortiguación analógica o física del movimiento del cuerpo. En las posiciones de reposo continuo puede conseguirse por ejemplo mediante el filtrado de ciertas frecuencias, promediando los movimientos alrededor de un punto de equilibrio o extrapolando una curva de regresión. En las posiciones de reposo discretas el resultado similar puede estar basado en la comprobación retardada o repetida de las amplitudes correspondientes a una posición del cuerpo correspondiente a una posición de reposo estable.

El procesamiento puede realizar la calibración del dispositivo, por ejemplo mediante la grabación de la salida del dispositivo en curso según ángulos de inclinación definidos, bien sea en forma estática, por ejemplo para las posiciones de reposo, o bien dinámicamente para las posiciones de reposo continuas, y/o la respuesta del dispositivo para los distintas perturbaciones, por ejemplo con respecto a los cambios de las condiciones de control, condiciones del medio ambiente, etc.

El procesamiento puede ejecutar un proceso analógico para la provisión de una histéresis física para el movimiento del cuerpo, por ejemplo requiriendo un cierto grado de alteración de la amplitud para emitir una señal correspondiente a un cambio desde una posición de reposo a otra, por ejemplo, para suprimir oscilaciones frecuentes alrededor de un ángulo de equilibrio.

El procesamiento puede actuar para determinar los criterios de decisión de las acciones a ejecutar, por ejemplo, los niveles de la amplitud a interpretar como significativos para las inclinaciones críticas o cambios en la amplitud prohibidos para las acciones.

Sumario de los dibujos

La figura 1A y 1B muestran parcialmente en sección una primera realización del dispositivo que tiene unos componentes del transmisor y receptor discretos situados en orientaciones horizontales y verticales, respectivamente. La figura 1C muestra una modificación del dispositivo de las figuras 1A y 1B utilizando un transceptor.

La figura 2 muestra una sección parcial de una segunda realización del dispositivo, utilizando un componente integral de transmisor/receptor.

Las figuras 3A y 3B muestran esquemáticamente unas terceras realizaciones que utilizan un tipo de transceptor del elemento activo enfrentados en la misma dirección.

La figura 4A y 4B muestran en sección una cuarta realización del dispositivo, utilizando un cuerpo movible transparente y refractivo.

Las figuras 5A y 5B ilustran esquemáticamente unos métodos de tratamiento de la señal de salida del dispositivo.

Descripción de los dibujos

El dispositivo de la figura 1A y 1B, designado generalmente como 1, comprende un transmisor 2 discreto, en la forma de un diodo emisor de luz y una receptor 3 discreto conformado similarmente, en la forma de un fototransistor, estando ambos equipados con lentes 4 y 4' convexas de colimación, y con los cables eléctricos 5 y 5'. El eje del haz entre el transmisor y el recepto está indicado mediante una línea de trazos en 6. La parte del armazón 7 tiene una simetría de rotación alrededor del eje del haz 6 y tiene una superficie exterior generalmente cilíndrica que termina en las superficies anulares 8 y 9 a las cuales están fijados respectivamente el transmisor 2 y el receptor 3, mediante el encolado en sus bridas intermedias más grandes, de forma que sus partes frontales se extiendan en el armazón y sus partes restantes queden sin encerrar. La parte encerrada del receptor 3 está situada en una cámara 10 con una abertura 11 hacia la cavidad 12 formada por las superficies internas del armazón 7 y el transmisor 2. Las superficies de reposo para el cuerpo 13 esférico movible están formadas al menos por tres partes; la parte 14 frustocónica interna del armazón 7, que proporciona un suelo generalmente cóncavo, en el que la parte interna cilíndrica 15 del armazón y las partes frontales salientes del transmisor 2 proporcionan una superficie convexa que se extiende hacia dentro en general. Puesto que la superficie cónica 14 proporciona una línea de rodadura substancialmente recta para el cuerpo 13, y puesto que las partes salientes del transmisor 2 con la lente 4 proporciona una superficie convexa en general, sin posiciones estables para el cuerpo, la superficie de reposo como conjunto ofrece substancialmente dos posiciones de reposo discretas para el cuerpo, una en el vértice de la parte del armazón 14, inmediatamente sobre la abertura 11 y el receptor 3, tal como se muestra en la figura 1B, y la otra en la circunferencia de la parte del armaron cilíndrico 15, tal como se muestra en la figura 1A. La última posición es estable también en la orientación con posición invertida debido a los canales de movimiento limitado provistos entre el armazón 7 y en particular la lente 4 o el transmisor 2. Aunque el cuerpo 13 puede circular alrededor de la superficie circunferencial 15 del armazón en la posición de reposo de la figura 1A, tendrá siempre el mismo efecto de alteración del haz, debido a la naturaleza simétrica de dicho movimiento con respecto al eje del haz. En ambas posiciones de reposo el cuerpo 13 tiene contacto puntual solo con sus superficies de reposo. En la posición de la figura 1A las superficies 14 y 15 tiene distinto radio en relación con el cuerpo 13 y proporcionan solo un contacto puntual al igual que la lente convexa 4. En la posición de la figura 1B se proporcionan medios especiales para dar un contacto puntual. En la abertura 11 el cuerpo 13 podría tener teóricamente un contacto lineal circunferencial, pero esto se impide por el posicionamiento del receptor 3, de forma que su lente 40 eleve ligeramente el cuerpo 13 desde la abertura en 16 de forma que se de lugar a dos puntos de contacto, uno con la lente 4' y uno sobre la superficie 14. Así mismo en esta posición de reposo, el cuerpo podría teóricamente girar alrededor del eje de simetría 6 sin efecto de alteración sobre el haz. En forma global se obtienen ventajas en un dispositivo independiente de rodadura. En la figura 1C el transmisor 2 y el receptor 3 se han reemplazado con el transceptor 17 y la posición del transmisor 2 se ha reemplazado con un armazón 18 que tiene una superficie convexa hacia dentro. Para amplificar el efecto de alteración, el armazón 7, el encerramiento 18 y las superficies de la cámara 10 pueden ser de un material absorbente de la radiación, mientras que el cuerpo 13 puede ser reflectante de forma difusa o en forma teórica.

La figura 2 muestra esquemáticamente y no a escala una realización de un dispositivo sensor que utiliza un tipo disponible comercialmente (por ejemplo, el tipo ISOI Sharp 24) de componente 21 de transmisor/receptor integrados, configurado en un armazón del tipo de horquilla en un espacio libre definido entre los elementos activos. Los elementos activos tienen cada uno una lente 22 y 22', y los cables eléctricos de conexión 23 y 23'. La parte 24 del armazón forma una inserción en el espacio libre entre los elementos activos y tiene un eje de rotación 25 en forma simétrica rotacional, y está fabricado a partir de plástico, por ejemplo, plexiglás o policarbonato, en donde se ha formado un conducto hueco con un torno giratorio, cuyo conducto hueco tiene una parte cilíndrica 26, una parte frustocónica 27, actuando como una superficie de reposo convexa, y una parte cilíndrica estrecha 28 que forma una abertura sobre la lente 22'. El cuerpo movible 29 se muestra en una primera posición superficial de reposo sobre la abertura 28. En la posición mostrada, el cuerpo 29 tiene un contacto lineal circunferencial con la abertura 28, pero en la realización anterior es posible hacer descender el armazón 24 con el fin de elevar el cuerpo por la lente 22' para proporcionar un contacto puntual. El armazón 24 conjuntamente con la parte superior del componente 21 crea un cuerpo 29 de confinación de la cavidad y el haz. La función es similar a la realización de la figura 1, es decir, el cuerpo tiene una segunda posición de reposo en la superficie cilíndrica 26, y puede prevenirse el bloqueo del haz en la orientación inversa por la presencia de la lente 22.

La figura 3A y 3B muestran en forma esquemática, un dispositivo 30 en el cual el transmisor 31 y el receptor 32 están enfrentados en la misma dirección, siendo el receptor de la forma de un anillo que rodea al transmisor. El transmisor 31 tiene una parte 33 de lente de colimación, que proporciona un haz 34 aproximadamente paralelo. El armazón 35 es una carcasa única con una parte 36 cilíndrica y una parte cónica 37, que tiene una simetría rotacional alrededor del eje 38. El cuerpo movible 39 es reflectivo en sentido teórico, y el interior del armazón 35 está hecho de un material absorbente de la radiación. En la figura 3A la posición del cuerpo es simétrica con el haz y la configuración de los elementos activos y el haz de radiación 34 del transmisor 31 se refleja contra el cuerpo 39 hacia el receptor anular 32, mientras que la radiación dispersa es absorbida substancialmente por las paredes del armazón 35. En la posición del cuerpo 39 de la figura 3B, el haz 34 pasa y se dispersa substancialmente siendo absorbido por las superficies del armazón. Aunque el dispositivo es independiente de la rodadura en su diseño, puede indicar las direcciones de la inclinación si el receptor anular 32 está hecho de varios puntos de recepción independientes.

Las figuras 4A y 4B muestran en forma esquemática un dispositivo 40 que utiliza un cuerpo 41 transparente y refractivo en un armazón 42, que tiene la parte cilíndrica 44 y una parte 45 superior saliente hacia dentro. La parte superior 45 tiene un receptor blindado 46 y la parte frustocónica 44 tiene una abertura hacia un transmisor con lente 47 que proporciona un haz saliente substancialmente paralelo. En la figura 4A el cuerpo refractivo 41 está situado simétricamente con el eje entre el transmisor y el receptor y en el que el cuerpo hace que se refracte el haz entrante de la lente 47 hacia un haz saliente 48 convergente, enfocado aproximadamente en el receptor 46. En la figura 4B el cuerpo 41 se ha desplazado por la inclinación o aceleración del dispositivo 40 hasta una nueva posición de reposo cercana a la parte del armazón cilíndrico 43. Aunque no está dibujado a una escala exacta, la figura muestra que el desplazamiento del cuerpo relativamente pequeño, que es solo de una fracción de su diámetro, proporciona un haz saliente 48 enfocado en forma lateral hacia el receptor 46, anulando virtualmente su respuesta. Al igual que en la realización previa, las superficies de la cavidad puede ser absorbentes para anular la radiación dispersa.

Las figuras 5A y 5B proporcionan una representación esquemática del método de tratamiento de la señal de salida del dispositivo, en la que la figura 5A está basada en un método de muestreo digital, y la figura 5B está basada en un método de muestreo analógico. En la figura 5A el diagrama 51 a la izquierda muestra una curva 52 de la amplitud con respecto al tiempo, suponiendo que la salida es continua en el receptor 53 del fototransistor. La salida es llevada a un comparador 54 al cual se alimenta también una señal de nivel de referencia 55, cuyo nivel está indicado con la línea 56 en el diagrama 51, y en donde la salida del comparador 54 es un tren de dígitos binarios tal como se muestra en 57 en el diagrama 51. El tren binario es llevado al procesador 58 de un microcontrolador para su procesamiento posterior, el cual puede incluir la producción de la señal modificada de acuerdo con cualquiera de los principios generales descritos. De forma similar, la figura 5B muestra en el diagrama 61 esquemáticamente la misma curva 62 que es la salida del fototransistor 63. Puede utilizarse el filtro 64 para eliminar ciertos rangos de frecuencias tales como las oscilaciones altas y bajas no representativas. En el transformador A/D 66 la curva de amplitud variable se muestrea en puntos equidistantes en el tiempo, según se indica en 65, y los valores de amplitud correspondientes se transforman en valores digitales. Los valores digitales son llevados después a un microcontrolador 67 para el procesamiento posterior de acuerdo con lo expuesto anteriormente.

Por conveniencia se han descrito varias realizaciones a modo de ejemplo de forma simplificada y unificada. Todas las realizaciones expuestas a modo de ejemplo pueden ser modificadas para incluir las distintas opciones descritas en la sección de la descripción detallada. Por ejemplo, la superficie de reposo generalmente cóncava se ha mostrado siendo sencillamente cónica, aunque está claro que puede ser modificada en un tipo de superficie de reposo continuo con hendiduras estabilizadoras. De forma similar, las realizaciones se han mostrado omnidireccionales y de rotación simétrica, aunque puede ser igualmente direccionales o asimétricas, tal como se ha expuesto. Las partes del armazón cilíndrico mostradas y las partes superiores salientes hacia dentro pueden ser reemplazadas con superficies de reposo continuas o discretas en toda la parte alrededor del plano de la circunferencia de referencia de la sección vertical. Pueden utilizarse también los distintos métodos de alteración del haz y de la amplificación de la salida.

Claims (42)

1. Un dispositivo (1) sensor de la inclinación que comprende a) un armazón (7), b) un transmisor de radiación (2, 31), y un receptor de radiación (3, 32) configurados en el armazón para formar un trayecto del haz entre los mismos, c) un cuerpo (13) para obstruir o reflexionar la radiación movible en relación con el trayecto del haz y d) una superficie de reposo para el cuerpo que define al menos dos posiciones de reposo posibles para el cuerpo con respecto a la trayectoria del haz, entre cuyas posiciones de reposo el cuerpo puede desplazarse por gravedad con ángulos de inclinación definidos para el dispositivo, y cuyas posiciones de reposo están configuradas de forma tal que las proporcionan distintas salidas del receptor de radiación, dependiendo de cuales sean las posiciones de reposo ocupadas por el cuerpo, caracterizado porque:

la dimensión del cuerpo movible (13) expresada como el diámetro de un esfera de un volumen correspondiente, es inferior a 10 mm;

el dispositivo incluye al menos una lente de colimación o de enfoque convergente (4, 4');

al menos en una posición de reposo la superficie de reposo está configurada para proporcionar un punto de contacto solo contra el cuerpo (13); y porque:

se encuentra una lente (4) configurada para proporcionar al menos un punto de contacto contra el cuerpo (13).

2. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el tamaño del cuerpo movible (13) es inferior a 3 mm y excediendo la medida de 0,01 mm.

3. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el armazón (7) incluye al menos una parte de la superficie de reposo.

4. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el armazón (7) forma parte de una cavidad (12) que encierra al menos el haz y el cuerpo movible (13).

5. El dispositivo de la reivindicación 4, caracterizado porque la cavidad (12) contiene gas.

6. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la radiación comprende radiación electromagnética con un rango de frecuencias entre el ultravioleta y el infrarrojo.

7. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (2) comprende un diodo emisor de luz y el receptor (3) un fotodiodo o un fototransistor.

8. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (2) y el receptor (3) comprenden un transceptor (17, 21).

9. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (31) y el receptor (3, 32) están dispuestos de forma enfrentada substancialmente en la misma dirección.

10. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (2) y el receptor (3) están configurados en forma opuesta enfrentados entre sí a una distancia mutua.

11. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la mencionada diferencia de salida se basa en un mecanismo de blindaje incompleto en el cual se mantiene un cierto nivel de transmisión, y los niveles de blindaje se hace que sean indicativos de la posición del cuerpo (13).

12. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo movible (13) tiene propiedades absorbentes de contraste en sus proximidades.

13. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo es transparente y refractivo en relación con la radiación.

14. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque se proporcionan medios para cambiar en forma detectable la frecuencia de radiación entre el transmisor (2) y el receptor (3).

15. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (13) es esférico.

16. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo (13) tiene una pluralidad de irregularidades.

17. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de reposo comprende al menos una superficie con posiciones de reposo continuas sobre las cuales puede moverse libremente el cuerpo (13) en respuesta a los distintos ángulos de inclinación.

18. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de reposo comprende al menos una posición de reposo discreta configurada para mantener el cuerpo (13) de forma estable, precisando de una energía de activación para el desplazamiento del cuerpo (13).

19. El dispositivo de la reivindicación 18, caracterizado porque la posición de reposo discreta está configurada para proporcionar un efecto de histéresis en los ángulos de desplazamiento hacia/desde la posición respectivamente.

20. El dispositivo de la reivindicación 19, caracterizado porque se proporcionan y se diseñan al menos dos posiciones de reposo discretas sin ninguna posición estable para el cuerpo (13) entre las mismas.

21. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de reposo proporciona posiciones de reposo en toda la circunferencia de un plano de referencia de la sección a través y en forma paralela a la trayectoria del haz.

22. El dispositivo de la reivindicación 21, caracterizado porque la mencionada circunferencia comprende una sección de contorno con carácter cóncavo y una sección de contorno con carácter saliente hacia dentro o de carácter convexo para impedir la ocupación del cuerpo.

23. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de reposo proporciona los extremos de los movimientos del cuerpo, laterales al haz, en el que la distancia entre dichos extremos es inferior a 5 veces el diámetro, y en el que el diámetro principal del cuerpo es superior a 0,5 veces el mencionado diámetro.

24. El dispositivo de la reivindicación 23, caracterizado porque la superficie de reposo es substancialmente simétrica rotacionalmente, basada en la rotación del mencionado plano de referencia.

25. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (2) y el receptor (3) están al menos sellados contra la superficie de reposo o el armazón.

26. El dispositivo de la reivindicación 25, caracterizado porque el sellado está hecho con el fin de encerrar solo parcialmente el transmisor (2) y el receptor (2).

27. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque el transmisor (2) y/o el receptor (3) son más grandes que el cuerpo movible (13).

28. El dispositivo de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos en una posición de reposo la superficie de reposo está configurada para proporcionar contacto puntual solo contra el cuerpo (13).

29. El dispositivo de la reivindicación 28, caracterizado porque la superficie de reposo está configurada para proporcionar al menos dos puntos de contacto.

30. El dispositivo de la reivindicación 29, caracterizado porque dichos puntos de contacto están provistos en una hendidura en la superficie de reposo, cuya hendidura no es congruente con el cuerpo (13).

31. El dispositivo de la reivindicación 30, caracterizado porque al menos un punto de contacto está provisto mediante un saliente en la forma de una punta o cualquier otra estructura cuyo punto de contacto está situado fuera de la línea entre otros dos puntos de contacto o dentro de la circunferencia definida por tres o más puntos de contacto y elevando el cuerpo (13) desde los otros mencionados puntos.

32. El dispositivo de la reivindicación 28, caracterizado porque la posición de reposo está configurada en el trayecto del haz.

33. Un método para operar un dispositivo sensor de la inclinación, del tipo que tiene un transmisor de radiación (2, 31) y un receptor de radiación (3, 32) configurados para formar un trayecto del haz entre los mismos, y un cuerpo (13) movible por gravedad en relación con el trayecto del haz, caracterizado porque el tamaño del cuerpo movible (13), expresado como el diámetro de una esfera de un volumen correspondiente, es inferior a 10 mm, en el que la lente (4') está dispuesta para proporcionar al menos un punto de contacto contra el cuerpo (13), y porque el método comprende las etapas de:

-

monitorizar la salida del receptor (3, 32) para obtener la función de la amplitud con respecto al tiempo (52, 62) y

-

procesar los datos de la función para obtener una señal modificada.

34. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque comprende la etapa de muestrear valores discretos de la salida para representar la función.

35. El método de la reivindicación 34, caracterizado porque comprende la etapa de generación del muestreo digital en el sentido de que la amplitud se compara con un nivel de referencia (56) y configurando los valores correspondientes al valor binario 1 ó 0, dependiendo de si la amplitud está por encima o por debajo del nivel de referencia.

36. El método de la reivindicación 35, caracterizada porque comprende la etapa de generar el muestreo analógico en el sentido de que los valores de amplitud absolutos (65) son registrados repetidamen-
te.

37. El método de la reivindicación 36, caracterizado porque comprende la etapa de transformar valores analógicos en digitales (66) antes del procesamiento posterior.

38. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque comprende la etapa de procesamiento de los datos en tiempo real.

39. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque comprende la etapa de procesamiento al menos de dos valores de la función simultáneamente con cualquier instante dado.

40. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque el procesamiento se ejecuta para proporcionar una señal analógica modificada para el amortiguamiento de los movimientos del cuerpo
(13).

41. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque el procesamiento se ejecuta para proporcionar una señal analógica modificada para una respuesta calibrada del dispositivo.

42. El método de la reivindicación 33, caracterizado porque el procesamiento se ejecuta para proporcionar una señal analógica modificada para una respuesta de histéresis del cuerpo (13).