ES2271670T3 - Dispositivo para medir aceleraciones. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para medir aceleraciones con la ayuda de un medio de medición (7, 7¿) constituido por un material electroconductor y que es atravesado constantemente por el campo de un círculo magnético, producido, como mínimo, por un imán permanente (1), que, al producirse un movimiento entre el mismo y el medio de medición (7, 7¿), genera corrientes parásitas en el medio de medición (7, 7¿), las cuales llevan, a su vez, a la formación de un campo magnético secundario, cuyos cambios se detectan mediante varias bobinas detectoras (3 a 6), caracterizado porque, como mínimo, un imán permanente (1) está dispuesto en el centro de, como mínimo, cuatro bobinas detectoras (3 a 6), distribuidas alrededor del mismo a distancias angulares, estando las bobinas (3 a 6) dispuestas de tal manera que la corriente magnética provocada en el medio de medición (7, 7¿) por las corrientes parásitas pasa por las bobinas (3 a 6) en el sentido de sus ejes.
Description
Dispositivo para medir aceleraciones.
La presente invención se refiere a un
dispositivo para medir aceleraciones con la ayuda de un medio de
medición constituido por un material electroconductor y que es
atravesado constantemente por el campo de un círculo magnético
producido, como mínimo, por un imán permanente, que, al producirse
un movimiento entre el mismo y el medio de medición, genera
corrientes parásitas en el medio de medición, las cuales conducen, a
su vez, a la formación de un campo magnético secundario, cuyos
cambios se detectan mediante varias bobinas detectoras.
Un dispositivo del tipo antes mencionado se
conoce por el documento DE 100 39 324 C1. Con el dispositivo
conocido, así como otros dispositivos conocidos pertinentes, sólo
se pueden detectar aceleraciones en una sola dirección. El objetivo
de la invención es dar a conocer un dispositivo con el que se puedan
detectar o medir aceleraciones (concretamente, las aceleraciones
relativas de dos cuerpos entre sí) de manera simultánea en dos
direcciones divergentes.
De acuerdo con la invención, este problema se
resuelve mediante un dispositivo del tipo que se ha mencionado
porque, como mínimo, un imán permanente está dispuesto en el centro
de, como mínimo, cuatro bobinas detectoras distribuidas alrededor
del mismo, a distancias angulares, estando las bobinas dispuestas de
tal manera que la corriente magnética, provocada en el medio de
medición por las corrientes parásitas, pasa por las bobinas en el
sentido de sus ejes.
El dispositivo de aceleración, según la
invención, es especialmente adecuado para su aplicación en
máquinas-herramientas, en los que se han de
controlar, por ejemplo, los movimientos de una herramienta o de una
pieza en un plano.
Otras características y otros detalles de la
invención resultan de las reivindicaciones dependientes, así como
de la siguiente descripción de varias formas de realización de la
invención, mostradas esquemáticamente en los dibujos que se
acompañan.
Estos muestran:
en la figura 1, una vista en planta de una
disposición básica del imán permanente y de las cuatro bobinas
detectoras de un dispositivo de medición de la aceleración, de
acuerdo con la invención;
en la figura 2, la vista lateral, esquemática y
parcialmente en sección, según la línea (II-II) de
la figura 1, de un dispositivo de medición de la aceleración, de
acuerdo con la invención;
en la figura 3, esquemáticamente, las corrientes
parásitas generadas en el medio de medición al producirse un
movimiento de dicho medio de medición con relación al imán
permanente en una primera dirección;
en la figura 4, las corrientes parásitas
generadas en el medio de medición al producirse un movimiento en una
segunda dirección;
en la figura 5, una vista en planta, análoga a
la de la figura 1, sobre una disposición modificada;
en la figura 6, una vista lateral, análoga a la
de la figura 2, del dispositivo modificado;
en la figura 7, una representación, análoga a la
de la figura 3, del dispositivo modificado al producirse un
movimiento del medio de medición en una primera dirección;
en la figura 8, una vista lateral, análoga a la
de las figuras 2 y 6, de un dispositivo con un medio de medición
cilíndrico;
en la figura 9, una vista en planta, análoga a
la de las figuras 1 y 5, sobre otro dispositivo de medición
modificado, y
en la figura 10, un corte a lo largo de la línea
(X-X), según la figura 9.
En las figuras 1 a 3 se muestran las partes
esenciales de un dispositivo de medición de la aceleración para
medir la aceleración relativa en dos direcciones diferentes.
Alrededor de un imán permanente (1), dispuesto en la zona media,
están distribuidas regularmente, es decir, desplazadas en un ángulo
de 90º entre sí, cuatro bobinas detectoras sin núcleo (3), (4), (5)
y (6) sobre un soporte (2). Los ejes longitudinales de las bobinas
(3) a (6) se extienden, en este caso, substancialmente en paralelo a
la dirección de magnetización del imán permanente (1). Distanciado
del imán permanente (1) y de las bobinas (3) a (6), está dispuesto
un medio de medición (7), que está separado de las partes antes
mencionadas por un entrehierro y está unido con un componente no
mostrado, que ha de ser controlado en lo que se refiere a su
aceleración relativa. Al contrario de los medios de medición
convencionales, este medio de medición (7) no está realizado en
forma de bandas, sino como superficie plana, es decir, por ejemplo,
en forma de placa. Cuando el medio de medición (7) compuesto de
material electroconductor se mueve, tal como se señala en la figura
3 con la flecha (8), hacia la derecha, es decir, en el sentido de un
eje (x), entonces el imán permanente (1) induce una tensión en dicho
medio de medición (7), que provoca en dicho medio (7) corrientes
parásitas (9), (10), las que rodean las bobinas (4) y (6), que
forman un par, en direcciones contrarias.
Si cambia la velocidad del medio de medición
(7), debido a una aceleración o una desaceleración en relación con
el imán (1), cambiarán las corrientes parásitas (9) y (10) y se
producirá una modificación del campo magnético, que está señalada
en la figura 3 por medio de una cruz (11), que representa el final
del vector de campo, y un punto (12), que representa la punta del
vector de campo.
Como consecuencia de la modificación del campo
magnético se inducen tensiones en las bobinas (4) y (6), que están
conexionadas de tal manera que se suman. Los campos ajenos que
atraviesan los pares de sensores (4) y (6), ó (3) y (5) en la misma
dirección, sin embargo, se anulan entre sí. A diferencia de las
bobinas (4) y (6), las bobinas (3) y (5) sólo son afectadas
marginalmente por las corrientes parásitas (9) y (10), quedando su
efecto magnético anulado, tal como se desprende de la figura 3. Las
bobinas (3) y (5) no generan, por lo tanto, tensiones sensoriales al
moverse el medio de medición (7) en el sentido de la flecha (8).
Cuando la dirección de movimiento del medio de
medición (7) cambia, es decir, cuando se mueve, por ejemplo, en el
sentido de la flecha (13), según la figura 4, entonces las tensiones
inducidas en el medio de medición (7) se orientan otra vez
perpendicularmente a la dirección de movimiento del medio de
medición (7); simultáneamente, se produce un desplazamiento de las
corrientes parásitas (9), (10), que fluyen en el medio de medición,
de tal manera que ahora también afecta a las bobinas (3) y (5). En
el caso del imán esférico (1), la tensión inducida en las bobinas
(4) y (6) es:
u_{x} = u_{0}
\ cos \
\varphi
y la tensión inducida en las
bobinas (3) y (5)
es:
u_{y} = u_{0}
\ sin \
\varphi
en la que u_{0} es la tensión que
depende de las condiciones mecánicas y magnéticas, y que se induce
en las bobinas (4) y (6) con \varphi = 0 y en las bobinas (3) y
(5) con \varphi = 90º. Para el caso mostrado en la figura 4
con
\varphi = 45º, vale u_{x} = u_{y} = ½\surd2. Si \varphi = 90º, es decir, cuando el medio de medición (7) se mueve en el sentido del eje Y, las bobinas (3) y (5) tienen plena tensión, mientras que las tensiones en las bobinas (4) y (6) se reducen a cero.
\varphi = 45º, vale u_{x} = u_{y} = ½\surd2. Si \varphi = 90º, es decir, cuando el medio de medición (7) se mueve en el sentido del eje Y, las bobinas (3) y (5) tienen plena tensión, mientras que las tensiones en las bobinas (4) y (6) se reducen a cero.
Mientras que en el modo de realización, según
las figuras 1 a 4, las bobinas (3) a (6) están realizadas sin
núcleo, a efectos de reducir la inductividad y, por lo tanto, la
constante de tiempo eléctrica del dispositivo, en las figuras 5 a 7
se muestra un dispositivo de medición de aceleración, cuyas bobinas
(18), (19), (20) y (21) están dotadas de núcleos (14), (15), (16),
(17) de material ferromagnético. Dado que los núcleos conducen el
flujo magnético, al contrario del caso antes descrito, los ejes de
las bobinas no tienen que estar dispuestos substancialmente en
paralelo a la dirección de magnetización del imán permanente,
siempre que los núcleos presenten una forma adecuada. Las bobinas
(18), (19), (20), (21) forman, a su vez, pares de bobinas, que están
conectadas de tal manera que el efecto de las corrientes parásitas
se suma, mientras que el efecto de los campos ajenos se anula. En
este caso, el soporte (22) compuesto de material magnético conductor
está realizado en forma de cubeta, a efectos de formar un retorno
magnético. El imán permanente (1) descansa en el centro del soporte
en forma de cubeta (22) sobre un zócalo (23), estando dispuesto
entre el mismo y la pared exterior del soporte (22) un elemento
anular no magnético (24), en el que se encuentra insertado un anillo
(25) dotado de salientes cilíndricos perpendiculares que
constituyen los núcleos (14) a (17), estando tanto el anillo (25)
como los núcleos (14) a (17) formados de un material magnético
conductor. Al utilizar bobinas con núcleos, se consigue un aumento
de la sensibilidad de este modo de realización con respecto a las
realizaciones descritas anteriormente. Debido a la realización del
soporte en forma de cubeta (22) (en forma de cubeta), se consigue,
al mismo tiempo una protección mejorada del dispositivo contra
campos ajenos. Este modo de realización resulta ventajoso cuando se
trata de pequeños valores de aceleración, en los que se puede
tolerar una mayor constante de tiempo eléctrica.
En la figura 8 se muestra un corte transversal
de un modo de realización de la invención, según la figura 6, en el
que no se utiliza un medio de medición (7') en forma de placa, sino
en forma de cilindro, que puede realizar un movimiento giratorio y
un movimiento en el sentido del eje de rotación. En determinadas
aplicaciones se puede prescindir, naturalmente, de la realización
del medio de medición en forma de cilindro completo. Además, se
pueden utilizar también medios de medición cóncavos o en forma de
esfera o parte de esfera; en todo caso, las aceleraciones o
desaceleraciones pueden ser detectadas simultáneamente en dos
direcciones, a diferencia de lo que ocurrió hasta el momento.
Otro aumento de la sensibilidad y otra reducción
de la influencia de los campos magnéticos parásitos se pueden
conseguir mediante la denominada disposición en cascada. Una
solución de este tipo se muestra en las figuras 9 y 10. En este
caso, adicionalmente al imán permanente (1) situado en el centro,
están dispuestos otros imanes permanentes (26), (27), (28), (29),
que constituyen imanes auxiliares que presentan una polaridad
contraria a la del imán (1) y que constituyen un retorno para el
campo magnético que sale del imán permanente (1). Los imanes (27) y
(29) generan, a su vez, tensiones, por si el medio de medición se
mueve en la dirección (x), tal como se muestra en las figuras 3 y 7,
y estas tensiones provocan corrientes parásitas adicionales (30) y
(31). Si bien es cierto que los imanes (26) y (28) también generan
pequeñas corrientes parásitas (32), (33) ó (34), (35), éstas no
inducen, sin embargo, tensiones en las bobinas (36), (37) y (38),
(39), ya que no son rodeadas por dichas corrientes parásitas (32),
(33) ó (34), (35). Son solamente las bobinas (40), (41) ó (42), (43)
las que suministran tensiones. El soporte tubular (44) sirve, del
mismo modo que el soporte en forma de cubeta (22), según las
figuras 5 a 8, para formar un retorno para los imanes adicionales
(26) a (29) y, además, protege también en este caso la disposición
contra campos parásitos.
Claims (19)
1. Dispositivo para medir aceleraciones con la
ayuda de un medio de medición (7, 7') constituido por un material
electroconductor y que es atravesado constantemente por el campo de
un círculo magnético, producido, como mínimo, por un imán
permanente (1), que, al producirse un movimiento entre el mismo y el
medio de medición (7, 7'), genera corrientes parásitas en el medio
de medición (7, 7'), las cuales llevan, a su vez, a la formación de
un campo magnético secundario, cuyos cambios se detectan mediante
varias bobinas detectoras (3 a 6), caracterizado porque,
como mínimo, un imán permanente (1) está dispuesto en el centro de,
como mínimo, cuatro bobinas detectoras (3 a 6), distribuidas
alrededor del mismo a distancias angulares, estando las bobinas (3 a
6) dispuestas de tal manera que la corriente magnética provocada en
el medio de medición (7, 7') por las corrientes parásitas pasa por
las bobinas (3 a 6) en el sentido de sus ejes.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque los ejes de las bobinas detectoras (3 a
6) se extienden substancialmente en paralelo a la dirección de
magnetización del imán permanente (1).
3. Dispositivo, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el imán permanente (1) tiene una forma
redonda.
4. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las distancias
angulares entre las bobinas (3 a 6) son iguales.
5. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, orientado de
forma ortogonal con respecto a un par de bobinas (3, 5) situadas a
dos lados opuestos del imán permanente (1) central, está dispuesto
otro par de bobinas (4, 6) situadas a dos lados opuestos del imán
permanente (1) central.
6. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, como mínimo,
cuatro bobinas (3 a 6) están dispuestas sobre un círculo que
encierra el imán permanente central (1).
7. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada par de
bobinas opuestas (3, 5) ó (4, 6) está enrollado o conectado entre sí
de tal manera que las tensiones de medición inducidas en ellas se
suman.
8. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la distancia
entre el imán permanente (1) y el medio de medición (7) es igual a
la distancia entre las superficies frontales de las bobinas (3 a 6),
que están dirigidas hacia el medio de medición (7) y el propio medio
de medición (7).
9. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el imán
permanente (1) está dispuesto en el centro de un soporte magnético
conductor (22), que soporta también las bobinas detectoras (18 a
21).
10. Dispositivo, según la reivindicación 9,
caracterizado porque el imán permanente (1) está dispuesto
sobre un zócalo central (23) del soporte magnético conductor.
11. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el imán
permanente (1) está dispuesto en el centro de un soporte en forma de
cubeta (22) cuya pared exterior cilíndrica forma un retorno para el
campo del imán permanente (1).
12. Dispositivo, según la reivindicación 11,
caracterizado porque la distancia entre el imán permanente
(1) y el medio de medición (7) es igual a la distancia entre las
superficies frontales de la pared exterior del soporte (22) y el
medio de medición (7).
13. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque presenta cuatro
pares de bobinas (36, 37; 40, 41; 38, 39; 42, 43) dispuestas de
forma ortogonal entre sí.
14. Dispositivo, según la reivindicación 13,
caracterizado porque entre las bobinas de cada par de bobinas
(36, 37; 38, 39; 40, 41; 42, 43) está dispuesto un imán auxiliar (26
a 29), que presenta una polaridad contraria a la del imán central
(1).
15. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque las bobinas
detectoras están realizadas sin núcleo.
16. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque las bobinas
detectoras están dotadas de núcleos, que conducen el flujo
magnético.
17. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el medio de
medición (7) está formado por una placa.
18. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el medio de
medición (7') está formado por un cilindro o parte de un
cilindro.
19. Dispositivo, según una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el medio de
medición (7) está formado por una esfera o parte de una esfera.
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