ES2307450A1 - Dispositivo magnetico sensor de posicion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo magnético sensor de posición que comprende, al menos: (a) medios de excitación (1) comprendiendo, a su vez: - un generador (6) de corriente alterna que alimenta una bobina (5) o primario, con una corriente alterna de una frecuencia dada f; (b) una sonda magnética (2) comprendida en un vástago móvil, desplazable longitudinalmente paralelo al eje X de la bobina (5) por el exterior de la misma; (c) medios electrónicos de procesado de señal, comprendiendo, a su vez, dos etapas diferenciadas: (i) una primera etapa que comprende un detector en fase que tiene como una de sus entradas la señal de la sonda (la respuesta) y que suministra como salida una señal DC; (ii) una segunda etapa que es una etapa acondicionadora que adapta la señal de salida de la primera etapa a los niveles deseados.
Description
Dispositivo magnético sensor de posición.
La presente patente de invención está referida a
un sensor de posición magnético capaz de reconocer el paso de un
elemento móvil, que incluye una sonda magnética, por una o dos
posiciones previamente fijadas. Dicha sonda genera una señal
eléctrica cuya fase se invierte al pasar el elemento móvil por las
posiciones prefijadas. El dispositivo incluye una parte electrónica
que procesa la señal generada por la sonda y suministra otra señal,
la cual sirve como señal de control en cualquier aplicación. Se
puede emplear como detector de paso o como conmutador o interruptor
en un limitador de carrera de componentes móviles, invirtiendo el
sentido de movimiento o deteniéndolo cuando la sonda alcanza uno de
los puntos prefijados.
La invención se encuadra. dentro del campo de
los sistemas de control y más en concreto en el área de
dispositivos y actuadores para automatismos.
Existen en la actualidad numerosos mecanismos
con partes móviles en los que es necesario conocer en qué momento
la parte móvil -por ejemplo el extremo de un vástago desplazándose
longitudinalmente- ha alcanzado determinada posición, bien para
detenerlo, bien para invertir su sentido de movimiento o, en el caso
más simple, para tener constancia de dicho paso por la
posición-determinada. Estos mecanismos son
componentes esenciales en tal cantidad de aparatos que es imposible
realizar una lista exhaustiva, pero entre los más comunes podemos
citar los ascensores, elevalunas eléctricos, puertas automáticas y
componentes retráctiles en automoción.
La cuestión esencial en estos dispositivos es la
detección de la posición de la parte móvil, la cual se puede
realizar de muy distintas maneras. En ocasiones la detección se
realiza por medio de un contacto físico directo entre las partes
fija y móvil del mecanismo, como en los sistemas basados en
contactos eléctricos que se abren o cierran al paso del móvil. Sin
embargo, en otras ocasiones se requiere que no exista contacto
entre ambas partes, tal es el caso de la mayor parte de las
mecanismos con sistema de detección de tipo óptico o magnético.
Muchos dispositivos de tipo óptico se basan en la detección
mediante un sensor de un haz luminoso que puede ser interrumpido o
reflejado al pasar el móvil por una posición determinada (patentes
US5331152, US6064559 y US5149963).
En otros casos la detección se realiza
magnéticamente, muchos dispositivos de este tipo se basan en la
detección del campo magnético generado por algún componente
magnético de la parte móvil -por ejemplo un imán permanente o una
bobina- a su paso por una posición determinada. Los sensores
empleados pueden ser de efecto Hall (patente DE10321653,
DE29812227, WO9607192), válvulas de espín (WO2006063906) o de
cualquier otro tipo (por ejemplo, patentes DE1030363, EP1662232
DE10052114, JP2004198186 o DE102005018289). También se emplean a
veces dispositivos de detección en los que los campos magnéticos son
alternos, midiéndose la variación de impedancia en un circuito al
aproximarse entre sí la parte móvil y la fija (patente WO0258983) o
al moverse un elemento metálico cerca de una serie de circuitos de
radiofrecuencia (CA2561270), o la variación de fase generada en un
secundario que se mueve en el eje de una bobina (DE2905282 y
DE102004016622).
En general los sensores de posición de tipo
magnético capaces de indicar la posición concreta de un elemento
móvil resultan de utilidad en muchos mecanismos, en particular en
el campo de la automoción, en el que pueden ser de utilidad para
monitorizar la posición angular de la barra de dirección (patente
EP9911990) o del pedal del acelerador (patente CA2561270), como
indicadores de abierto-cerrado (para el
"estárter", por ejemplo DE10337646) o de posición del sistema
de cambio (DE10337646), como tacómetros (SU759961). Como ejemplo de
usos en otros campos de la industria, suelen emplearse para
conmutadores (DE29812227, WO9607162), controladores de posición en
cambios de aguja ferroviarios (WO200258983) o para control del
nivel de líquidos en tanques de depósito (SU 1798832).
El dispositivo objeto de la presente invención
es un sensor capaz de medir la posición de un elemento móvil y de
reconocer su paso por una o dos posiciones previamente
especificadas. Consta de una bobina fija alimentada por una
corriente alterna de frecuencia f (frecuencia de referencia), una
sonda magnética incluida en el elemento móvil, la cual genera una
señal eléctrica alterna de la misma frecuencia, cuya fase se
invierte al pasar el elemento móvil por uno de los puntos
prefijados, y dos etapas electrónicas que realizan el procesado de
dicha señal. La primera consta de un detector en fase, que
suministra una señal continua de amplitud proporcional a la
amplitud y a la fase de la señal generada por el sensor y cuyo signo
se invierte al invertirse la fase, y la segunda realiza el
acondicionamiento de la señal continua para la aplicación
deseada.
La invención propuesta está referida a un
dispositivo magnético sensor de posición que permite medir la
posición de un elemento móvil y reconocer el paso del mismo por
posiciones determinadas.
El sensor de posición magnético objeto de la
presente invención comprende, al menos:
- (a)
- medios de excitación;
- (b)
- una sonda magnética; y
- (c)
- medios electrónicos de procesado de la señal generada por la sonda;
Donde los medios de excitación comprenden un
generador (oscilador) de corriente alterna que alimenta una bobina
(primario) con corriente alterna de una frecuencia dada f
(frecuencia de referencia), lo cual crea en su entono un campo
magnético de la misma frecuencia (campo magnético de
excitación).
La sonda magnética está comprendida en un
elemento móvil, por ejemplo un vástago, que se desplaza
longitudinalmente, paralelo al eje de la bobina por el exterior de
la misma. La sonda debe estar orientada de manera que sea sensible a
la componente longitudinal (paralela al eje de la bobina) del campo
de excitación y debe ser capaz de responder a campos alternos de
frecuencia igual a la de referencia. La sonda genera entonces una
señal de la misma frecuencia (respuesta) cuya amplitud es
proporcional a la componente longitudinal del campo magnético. La
fase de la respuesta permanece constante a intervalos durante el
recorrido de la parte móvil, aunque existen dos posiciones
determinadas en las que se produce una inversión de fase (cambio de
fase de \pi radianes) al paso de la sonda por cualquiera de
ellas.
Entre los sensores susceptibles de ser
utilizados en este dispositivo por cumplir las características
mencionadas se cuentan las bobinas captadoras (secundarios), los
sensores de efecto Hall y los magnetorresistivos en todas sus
variantes.
Los medios electrónicos de procesado de la señal
generada por la sonda comprenden dos etapas diferenciadas:
(i) una primera etapa que comprende un detector
en fase que tiene como entradas la señal de la sonda (la respuesta)
y la señal de referencia suministrando como salida una señal DC
con las siguientes características:
- (a)
- su amplitud es proporcional a la amplitud de la señal generada por la sonda;
- (b)
- su signo depende de la fase de la señal generada por la sonda de manera que se produce un cambio de signo cuando el sensor pasa por alguna de las dos posiciones determinadas, manteniéndose constante durante el resto del recorrido.
La señal de referencia fija se puede obtener
bien directamente de los medios de excitación o bien de una segunda
sonda de las mismas características de la sonda móvil situada en
una posición fija en el entorno del sistema de excitación.
(ii) una segunda etapa que es una etapa
acondicionadora que adapta la señal de salida de la primera etapa a
los niveles deseados, ya sea lógica TTL, ya niveles para disparo de
otros dispositivos tales como electroválvulas, PLCs o controles de
motores.
Las técnicas de detección en fase aplicadas a
esta invención presentan las siguientes ventajas:
1. Gran sensibilidad que permite que se puedan
medir señales de partida (señal de la sonda sin procesar) con
relaciones señal/ruido (S/N) incluso inferiores a 1.
2. Se puede emplear en entornos ruidosos desde
un punto de vista electromagnético ya que son muy poco sensibles a
señales de frecuencias diferentes de la de referencia.
3. Su gran sensibilidad y alto grado de
inmunidad al ruido electromagnético hacen que se puedan emplear
campos de excitación muy débiles, lo que permite disminuir su
influencia sobre el entorno.
4. Se pueden utilizar simultáneamente varios
dispositivos muy próximos entre sí si trabajan a diferentes
frecuencias de referencia.
Frente a los sensores de tipo de contacto
(eléctrico o mecánico) el dispositivo objeto de esta patente
presenta la ventaja de no precisar de ningún tipo de contacto. Por
otro lado, frente a los sensores de tipo óptico el dispositivo
objeto de esta patente no requiere que exista contacto visual entre
parte móvil y parte fija. Finalmente, frente a otros sensores de
tipo magnético, el dispositivo objeto de la presente invención
presenta las siguientes diferencias y
ventajas:
ventajas:
1. Este sensor sirve para tener constancia del
paso del sensor por las posiciones determinadas de antemano.
2. Es inmune a la presencia de campos magnéticos
generados por componentes externos al dispositivo.
3. Es inmune a la presencia de dispositivos o
piezas metálicas que pueden alterar el comportamiento de sensores
basados en medidas de impedancia.
4. Es inmune a interferencias de campos
electromagnéticos que no sean de la frecuencia de referencia.
En cuanto a las aplicaciones genéricas de esta
invención podemos afirmar:
1. Este sensor sirve para tener constancia del
paso del sensor por las posiciones determinadas de antemano.
2. La señal de salida se puede emplear para
dispositivos conmutadores ya que al cambiar de signo con el paso
por las posiciones mencionadas se pueden activar circuitos de
cierre o apertura.
3. Se puede emplear para dispositivos
limitadores de carrera ya que el cambio de signo de la señal de
salida puede usarse para modificar el sentido de movimiento de los
motores que desplazan la parte móvil.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
Figura 1.- Vista esquematizada del dispositivo
magnético objeto de la presente patente de invención.
Figura 2.- Representación de las líneas de campo
generadas por la bobina en un instante dado.
Figura 3.- Representación de la amplitud y
desfase de la señal de respuesta de la sonda magnética en función
de su posición sobre el eje X tomando como origen el punto del eje
situado a la altura del centro de la bobina, parte integrante del
dispositivo objeto del sistema.
Figura 4.- Representación de la señal de salida
del detector en fase en función del desfase entre dos señales de
entrada, es decir, la señal de medida proveniente de la sonda
magnética y señal de referencia.
Tal y como puede observarse en las figuras
adjuntas, el dispositivo magnético sensor de posición objeto de la
presente invención comprende, al menos:
(a) medios de excitación (1) comprendiendo, a su
vez:
- -
- un generador (6) de corriente alterna que alimenta una bobina (5) o primario, con una corriente alterna de una frecuencia dada f, de tal forma que cree en un entorno un campo magnético de excitación de la misma frecuencia;.
(b) una sonda magnética (2) comprendida en un
vástago móvil, desplazable longitudinalmente paralelo al eje X de
la bobina (5) por el exterior de la misma; la sonda (2) debe estar
orientada de manera que sea sensible a la componente longitudinal
(paralela al eje de la bobina) del campo de excitación y debe ser
capaz de responder a campos alternos de frecuencia igual a la de
referencia. La sonda (2) genera entonces una señal de la misma
frecuencia (respuesta) cuya amplitud es proporcional a la
componente longitudinal del campo magnético. La fase de la
respuesta permanece constante a intervalos durante el recorrido de
la parte móvil, aunque existen dos posiciones determinadas en las
que se produce una inversión de fase (cambio de fase de \pi
radianes) al paso de la sonda por cualquiera de
ellas.
ellas.
(c) medios electrónicos de procesado de señal,
comprendiendo, a su vez, dos etapas diferenciadas:
- (i)
- una primera etapa que comprende un detector en fase que tiene como una de sus entradas la señal de la sonda (la respuesta) y que suministra como salida una señal DC con las siguientes características:
- (a)
- su amplitud es proporcional a la amplitud de la señal generada por la sonda;
- (b)
- su signo depende de la fase de la señal generada por la sonda de manera que se produce un cambio de signo cuando el sensor pasa por alguna de las dos posiciones determinadas, manteniéndose constante durante el resto del recorrido;
- Y donde, además, para su funcionamiento los detectores en fase precisan de una señal de referencia fija diferente de la que se pretende medir pero de igual frecuencia, la cual se puede obtener bien de los medios de excitación bien de una segunda sonda situada en una posición fija en el entorno del sistema de excitación.
- (ii)
- una segunda etapa que es una etapa acondicionadora que adapta la señal de salida de la primera etapa a los niveles deseados.
La sonda (2) es un elemento seleccionado
entre:
- -
- bobinas captadoras (secundarios),
- -
- sensores de efecto Hall y
- -
- elementos magnetorresistivos.
Claims (6)
1. Dispositivo magnético sensor de posición
caracterizado porque comprende, al menos:
(a) medios de excitación (1) comprendiendo, a su
vez:
- -
- un generador (6) de corriente alterna que alimenta una bobina (5) o primario, con una corriente alterna de una frecuencia dada f, de tal forma que cree en un entorno un campo magnético de excitación de la misma frecuencia;
(b) una sonda magnética (2) comprendida en un
vástago móvil, desplazable longitudinalmente paralelo al eje X de
la bobina (5) por el exterior de la misma;
(c) medios electrónicos de procesado de señal,
comprendiendo, a su vez, dos etapas diferenciadas:
- (i)
- una primera etapa que comprende un detector en fase que tiene como una de sus entradas la señal de la sonda (la respuesta) y que suministra como salida una señal DC con las siguientes características:
- -
- su amplitud es proporcional a la amplitud de la señal generada por la sonda;
- -
- su signo depende de la fase de la señal generada por la sonda de manera que se produce un cambio de signo cuando el sensor pasa por alguna de las dos posiciones determinadas, manteniéndose constante durante el resto del recorrido;
- (ii)
- una segunda etapa que es una etapa acondicionadora que adapta la señal de salida de la primera etapa a los niveles deseados.
2. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque la primera etapa (3) de los medios
electrónicos comprende una señal de referencia fija diferente de la
que se pretende medir, de igual frecuencia y obtenida de los medios
de excitación.
3. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque la primera etapa (3) de los medios
electrónicos comprende una señal de referencia fija diferente de la
que se pretende medir, de igual frecuencia y obtenida de una
segunda sonda situada en una posición fija en el entorno de los
medios de excitación.
4. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque la sonda (2) está orientada de tal
manera que es sensible a la componente longitudinal o paralela al
eje de la bobina (5) del campo de excitación.
5. Dispositivo según la reivindicación 1 y 4
caracterizado porque la sonda (2) es tal que responde a
campos alternos de frecuencia igual a la de referencia, generando
una señal de la misma frecuencia cuya amplitud es proporcional a la
componente longitudinal del campo magnético; y donde la fase de la
respuesta permanece constante a intervalos durante el recorrido de
la parte móvil, con dos posiciones determinadas en las que se
produce una inversión de fase (cambio de fase de \pi radianes) al
paso de la sonda (2) por cualquiera de ellas.
6. Dispositivo según las reivindicaciones
anteriores caracterizado porque la sonda (2) es un elemento
seleccionado entre:
- -
- bobinas captadoras (secundarios),
- -
- sensores de efecto Hall y
- -
- elementos magnetorresistivos.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200801091A ES2307450A1 (es) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Dispositivo magnetico sensor de posicion. |
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|---|---|---|---|
| ES200801091A ES2307450A1 (es) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Dispositivo magnetico sensor de posicion. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2307450A1 true ES2307450A1 (es) | 2008-11-16 |
Family
ID=39926868
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|---|---|---|---|
| ES200801091A Pending ES2307450A1 (es) | 2008-04-16 | 2008-04-16 | Dispositivo magnetico sensor de posicion. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2307450A1 (es) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4816759A (en) * | 1987-10-28 | 1989-03-28 | Kaman Corporation | Inductive sensor for detecting displacement of adjacent surfaces |
| US20020175677A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-11-28 | Roger Proksch | Linear variable differential transformers for high precision position measurements |
| WO2007006910A1 (fr) * | 2005-07-07 | 2007-01-18 | Nanotec Solution | Procede de mesure sans contact d'un deplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport a un second objet, par voie inductive |
-
2008
- 2008-04-16 ES ES200801091A patent/ES2307450A1/es active Pending
Patent Citations (3)
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