ES2321786A1 - Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. - Google Patents
Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2321786A1 ES2321786A1 ES200603017A ES200603017A ES2321786A1 ES 2321786 A1 ES2321786 A1 ES 2321786A1 ES 200603017 A ES200603017 A ES 200603017A ES 200603017 A ES200603017 A ES 200603017A ES 2321786 A1 ES2321786 A1 ES 2321786A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- circuit
- electronic circuit
- resistive sensor
- impedance
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H11/00—Networks using active elements
- H03H11/02—Multiple-port networks
- H03H11/40—Impedance converters
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Se caracteriza por el hecho de que comprende una pluralidad de impedancias (R2, C3, R4, R5) y al menos un amplificador operacional (51, 52), y medios (53) para conectar un sensor resistivo (Rs) al circuito electrónico (50), de modo que, una vez conectado el sensor resistivo al circuito electrónico, se obtiene un circuito electrónico resultante, constituido por el circuito electrónico y el sensor resistivo conectado al mismo, cuya impedancia de entrada (Z{sub,inp}) corresponde a la de una capacidad variable en función del sensor resistivo (Rs). Se consigue una impedancia de entrada capacitiva variable en función de un sensor.
Description
Circuito electrónico para obtener una impedancia
capacitiva variable.
La presente invención se refiere a un circuito
electrónico para obtener una impedancia capacitiva variable, a
partir de un sensor resistivo. Más concretamente, se refiere a un
circuito electrónico basado en un circuito convertidor generalizado
de impedancias (G/C - Generalized Impedance Converter), que
es posible configurarlo para que su impedancia de entrada
corresponda a la de una capacidad, siendo dicha capacidad variable
en función del valor de resistencia eléctrica de un sensor
resistivo, y siendo dicho sensor resistivo una de las impedancias
del circuito convertidor, de manera que la capacidad sintetizada
con el circuito convertidor (G/C) varía en función del valor
de resistencia eléctrica de dicho sensor resistivo.
La invención es adecuada para ser utilizada en
el campo de medida e instrumentación, principalmente en aquellos
casos en los que sea necesaria una capacidad variable dependiente
del parámetro que mida un sensor resistivo. Dichos casos pueden
ser, por ejemplo, sistemas de control industriales, instrumentación
médica o automoción.
Un Convertidor Generalizado de Impedancias
(G/C) es un circuito electrónico derivado de uno de los
circuitos giradores propuestos por Antoniou en 1969, tal
como se describe, por ejemplo, en [A. Antoniou,
"Realization of gyrators using operational amplifiers and
their use in RC-active network synthesis"
Proc. IEE, vol 116, pp. 1838-1850].
Un circuito girador tiene como objetivo invertir
("girar") en el puerto de entrada de una red de dos puertas
(cuadripolo), el carácter de una impedancia conectada al puerto de
salida, mientras que un circuito G/C permite configurar la
impedancia en un puerto (son redes monopuerta), a partir de cinco
impedancias.
La Fig. 1 muestra uno de dichos circuitos
giradores de Antoniou, en el que, si una impedancia Z4 se
conecta entre el puerto de salida 2-2', considerando
los amplificadores operacionales como ideales, la impedancia de
entrada Z_{inp} del circuito convertidor, vista por el puerto de
entrada 1-1' es:
En la Fig. 2 se muestra el circuito convertidor
(G/C) resultante en su forma original (se añade la
impedancia Z4 al girador de Antoniou). Dicha estructura ha
sido ampliamente utilizada para sintetizar inductancias utilizando
únicamente resistencias, condensadores y amplificadores
operacionales, principalmente en el diseño de filtros activos con
aplicaciones en audio, tal como se describe, por ejemplo, en [T.
Deliyannis, Y. Sun, J. K. Fidler, Continuous-time
active filter design, CRC Press, Boca Raton, FL, 1999, Chap. 3], en
[S. Franco, Design with operational amplifiers and analog integrated
circuits, McGraw-Hill, 3rd ed., New York, 2001,
Chap. 4], o en [R. Schaumann, M. E. van Valkenburg, Design
of analog filters, Oxford University Press, New 1 York, 2001, Chap.
14]. Básicamente, el comportamiento de la impedancia de entrada
Z_{inp} depende de qué tipo de impedancia (resistiva o capacitiva)
se le asigne a cada una de las impedancias Z1 a Z5, aplicándose una
tensión alterna V_{in} que genera una corriente I_{in}.
Lo descrito anteriormente no es más que el
estudio y la aplicación "clásica" de un circuito G/C.
Más recientemente, se ha propuesto una aplicación del circuito
G/C en el campo de la instrumentación, en el cual el circuito
se utiliza, en su enfoque clásico, como impedancia capacitiva, tal
como se describe, por ejemplo, en [D. M. G. Preethichandra, K.
Shida, "A simple interface circuit to I measure very small
capacitance changes in capacitive sensors"; Proc. of the
17th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference,
Baltimore 2000, vol 1, pp. 406-409]. Es
importante destacar que tanto en su aplicación clásica en el diseño
de filtros como en el campo de la instrumentación, las tensiones y
corrientes existentes en el circuito G/C son variables en el
tiempo.
Aún más recientemente, se ha propuesto un nuevo
funcionamiento del circuito G/C, que consiste en
polarizarlo, no con señales variables en el tiempo (AC), sino, por
el contrario, con señales de continua (DC). El objetivo
principal de dicho cambio es el de utilizar un circuito G/C
en el campo de la instrumentación y medida, pero no como impedancia
capacitiva, sino como circuito polarizador de sensores, siendo una
de las cinco impedancias del circuito G/C, un sensor
resistivo.
Desde el punto de vista de esta nueva
aplicación, es posible destacar dos configuraciones distintas. Una
primera configuración en la que el circuito G/C se alimenta
a tensión de referencia V_{ref}, y una segunda configuración en la
que el circuito G/C se alimenta a corriente de referencia
I_{ref}.
Como se muestra en la Fig. 3, con referencia a
la primera configuración, se conecta una tensión continua de valor
V_{ref} a la entrada del circuito G/C, mientras que las
cinco impedancias son cinco resistencias R1 a R5, una de las cuales
(R4) es un sensor resistivo. A partir de dicha nueva configuración
se consigue que la corriente que pasa por la resistencia R4 sea
constante, ya que, una vez fijados los valores de la tensión
V_{ref} y de la resistencia R5, la corriente (suponiendo ideales
los amplificadores operacionales) que circula por la resistencia R4
es la misma que la que circula por la resistencia R5 y viene dada
por la expresión siguiente:
De este modo, se obtiene una forma sencilla de
polarizar sensores a corriente constante, puesto que es suficiente
con que la resistencia R4 sea el sensor que se desea polarizar.
Dicha técnica ha dado lugar a diferentes publicaciones, tales como
[D. Ramírez-Muñoz, S.
Casans-Berga, C. Reig, "Current loop
generated from a generalized impedance converter: a new sensor
signal conditioning circuit", Review of Scientific
Instruments, 76, 1 (2005), 066103], [D.
Ramírez-Muñoz, S. Casans-Berga, C.
Reig, P. J. P. Freitas, "Generalized impedance converter
as a new sensor signal conditioning circuit", Proc. of
the 22nd IEEE Instrumentation and Measurement Technology
Conference, May 17-19, 2005, Ottawa,
587-591], [D. Ramírez, S. Casans, C. Reig, A. E.
Navarro, J. Sánchez.,"Build a precise dc
floating-current source". EDN, August
2005, pp. 83-84], o [M. Villalobos Pedrero, D.
Ramírez Muñoz, S. Casans Berga, J. Sánchez Moreno, C. Reig Escrivá,
A. E. Navarro Antón. "Red de sensores inteligentes
configurable basada en microprocesador con enlace RF accesible vía
internet" Mundo Electrónico, nº 371].
En cuanto a la segunda configuración, el
circuito representado en la Fig. 4 se consideró al plantearse la
posibilidad de polarizar a corriente constante un sensor resistivo
que no fuera flotante (como es el sensor dispuesto en R4, en la
configuración anterior). Básicamente, en dicha segunda
configuración, se sustituye la referencia de tensión V_{ref} a la
entrada, por una referencia de corriente I_{ref}, cambiando la
ubicación del sensor resistivo de la resistencia R4 a la
resistencia R5, de manera que el sensor resistivo que se utilice,
tiene directamente uno de sus terminales puesto a masa. Así, la
corriente que circula por el sensor puesto en la resistencia R5
es:
Dicha expresión establece que, dando valores a
las resistencias R1, R2, R3, y R4, es posible controlar la
corriente que circula por la resistencia R5, independientemente de
su valor. Por tanto, con la configuración descrita es posible
conseguir tanto un circuito para polarizar un sensor puesto a masa a
corriente constante, como un convertidor
corriente-corriente. Dicho nuevo convertidor
derivado del circuito G/C ha dado lugar a diferentes
publicaciones, tales como [A. Blat González, D. Ramírez Muñoz,
J. Sánchez Moreno, S. Casans Berga, A. E. Navarro Antón, F.
Maturell Nápoles. "Sistema de medida de temperatura y
presión con sensores alimentados a corriente constante mediante
convertidor generalizado de impedancias". Mundo
Electrónico, nº 372], [D. Ramírez Muñoz, J. Sánchez, S. Casans, C.
Reig, A. E. Navarro, "Series Sensor Current Loop from a
Generalized Impedance Converter Circuit with Reference Current
Input"; Proc. of the 23rd IEEE Instrumentation and
Measurement Technology Conference, pp. 2265-2270,
Sorrento (Italy, 24-27 April 2006], [D. Ramírez
Muñoz, J. Sánchez, S. Casans, C. Reig, A. E. Navarro
"Current-to-current converter
from a DC polarized generalized impedance converter circuit with
input reference current". Review of Scientific
Instruments, 77, 056101 (May, 2006)], o [D. Ramírez Muñoz, J.
Sánchez Moreno, S. Casans Berga, E. Castro Montero, C. Reig, , A.
E. Navarro Antón, "Temperature compensation of Wheatstone
bridge magnetoresistive sensors based on generalized impedance
converter with input reference current". Review of
Scientific Instruments. 77, 105102 (October, 2006), vol 17, no.
10].
Por otro lado, la solicitud de patente
internacional WO 9602975 Al, con título "Filtro loop con tiempo
de respuesta variable", y solicitada por Matsushita
Communication Industrial Corporation of America, describe otra
manera de utilizar un circuito convertidor generalizado de
impedancias (G/C) para configurar una capacidad. Más
concretamente, la invención consiste en configurar un filtro RC
pasa baja con un circuito G/C (configurado como capacidad),
para obtener un filtro de frecuencia de corte programable o
controlable por tensión. Para ello, el circuito G/C comprende
un transistor FET con resistencia variable controlada por
tensión, de manera que se consigue una relación proporcional entre
la frecuencia de corte y el valor de la resistencia del transistor
FET.
Por lo tanto, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un circuito electrónico para obtener una
impedancia de entrada capacitiva variable en función de un
sensor.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la
reivindicación 1 proporcionando un circuito electrónico para
obtener una impedancia capacitiva variable, a partir de un sensor
resistivo, que comprende una pluralidad de impedancias y al menos
un amplificador operacional, y medios para conectar un sensor
resistivo al circuito electrónico, de modo que, una vez conectado el
sensor resistivo al circuito electrónico, se obtiene un circuito
electrónico resultante, constituido por el circuito electrónico y
el sensor resistivo conectado al mismo, cuya impedancia de entrada
corresponde a la de una capacidad variable en función del sensor
resistivo.
\newpage
De este modo, se consigue un circuito que varía
su capacidad de entrada en función del parámetro medido por el
sensor resistivo (el circuito se "ve" a través de uno de sus
puertos de entrada como una capacidad), por lo que el valor del
sensor resistivo no está controlado por ninguna tensión propia del
circuito sino por el parámetro que se desea medir. Dicho parámetro
puede ser físico, químico, etc., pero es adecuado que haga variar
una resistencia.
Por otro lado, el circuito electrónico es
configurable en función del valor y tipo de impedancias. Cuando el
sensor resistivo se conecta al circuito electrónico, se obtiene el
circuito electrónico resultante, que puede ser un circuito
convertidor generalizado de impedancias, el cual, con una
configuración adecuada, permite obtener en su entrada una capacidad
variable en función del sensor resistivo. No parece que una
configuración con tres condensadores para un circuito G/C
pueda ser recomendable, puesto que se generan problemas con las
corrientes de polarización de los amplificadores operacionales,
provocándose un funcionamiento incorrecto del convertidor
generalizado de impedancias.
En cualquier caso, al menos una impedancia de la
pluralidad de impedancias debe ser capacitiva, puesto que es
necesario poner al menos una capacidad al circuito para darle un
carácter capacitivo total a la impedancia de entrada del mismo.
Además, al menos una impedancia de la pluralidad de impedancias
debe ser resistiva, de manera que si sólo una de las impedancias es
capacitiva, el resto de impedancias deben ser resistivas.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, la capacidad de entrada variable del circuito resultante
es inversamente proporcional al sensor resistivo.
De acuerdo con una realización preferida de la
invención, el circuito electrónico comprende dos amplificadores
operacionales y cuatro impedancias. De este modo, cuando el sensor
resistivo se conecta al circuito electrónico, se obtiene un
circuito convertidor generalizado de impedancias, tal como se ha
descrito anteriormente.
A partir del circuito electrónico descrito, es
posible conseguir un dispositivo para obtener una señal eléctrica
de frecuencia de oscilación variable, a partir de un sensor
resistivo, el cual comprende un circuito oscilador y el circuito
electrónico para obtener una impedancia capacitiva variable, a
partir de un sensor resistivo, descrito anteriormente, estando
conectados dicho circuito oscilador y dicho circuito electrónico de
manera que, una vez conectado el sensor resistivo al circuito
electrónico, la capacidad de oscilación del circuito oscilador viene
dada por la impedancia de entrada capacitiva variable del circuito
electrónico resultante, obteniéndose en la salida del circuito
oscilador una señal eléctrica cuya frecuencia de oscilación es
variable en función del sensor resistivo.
De este modo, el resultado obtenido es debido al
procesamiento analógico de la información mediante un oscilador que
lleva incorporado un G/C, el cual, a su vez, incorpora un
sensor resistivo.
De acuerdo con una realización preferida del
dispositivo, la frecuencia de oscilación de la señal eléctrica es
directamente proporcional al sensor resistivo. Esta característica
es particularmente adecuada en "interfaces directas con la
inteligencia digital". Todos aquellos sistemas que realizan un
procesamiento digital de medidas pueden estar basados en un
microprocesador, un procesador digital de la señal, un autómata
programable, o un computador personal. La forma más sencilla de
incorporar la información que se está midiendo a todos ellos, en
este caso, procedente de sensores resistivos, es la conversión de
la información a una señal de frecuencia variable. Ello se debe a
que los procesadores digitales descritos disponen de un puerto
referenciado como contador (timer), al que es posible acoplar
directamente la señal de frecuencia variable y medir (contar) su
valor.
Por tanto, con dicho dispositivo se consigue una
conversión directa del valor de resistencia eléctrica del sensor
resistivo a frecuencia, mediante la utilización de un circuito
convertidor generalizado de impedancias (G/C) como capacidad
de oscilación de un circuito oscilador. De este modo, a partir del
dispositivo descrito, es posible obtener una señal cuya frecuencia
es directamente proporcional al valor de resistencia eléctrica del
sensor resistivo.
De acuerdo con otra realización de la invención,
el circuito electrónico resultante está conectado a masa por uno de
sus puertos de entrada. De este modo, la utilización del circuito
electrónico como capacidad de oscilación de un circuito oscilador
es adecuada para aquellos circuitos osciladores en los que la
capacidad de oscilación está puesta a masa (por ejemplo, osciladores
del tipo MAX038 o ICL8038). En osciladores (por
ejemplo, XR-2206) en los que la capacidad
asociada a la oscilación está flotando, el circuito electrónico
(más concretamente, cuando se trata de un circuito convertidor
generalizado de impedancias, es decir, cuando el sensor resistivo
está conectado al circuito electrónico) tiene un funcionamiento
errático.
Por otro lado, el circuito oscilador puede ser
un circuito generador de señal cuadrada, pudiendo comprender el
circuito oscilador un circuito integrado del tipo 555, que es uno
de los circuitos temporizadores más utilizado en el campo de la
electrónica. Uno de sus funcionamientos más extendidos es como
circuito generador de señal cuadrada (astable).
Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto
se acompañan unos dibujos en los cuales, esquemáticamente y sólo a
título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de
realización.
\newpage
En los dibujos:
Fig. 1 muestra un diagrama en forma de circuito
electrónico de un circuito girador propuesto por Antoniou,
de acuerdo con el estado de la técnica;
Fig. 2 muestra un diagrama en forma de circuito
eléctrico de la estructura general de un circuito convertidor
generalizado de impedancias, de acuerdo con el estado de la
técnica;
Fig. 3 muestra un diagrama en forma de circuito
eléctrico de un circuito convertidor generalizado de impedancias
alimentado a tensión de referencia V_{ref}, de acuerdo con el
estado de la técnica;
Fig. 4 muestra un diagrama en forma de circuito
eléctrico de un circuito convertidor generalizado de impedancias
alimentado a corriente de referencia I_{ref}, de acuerdo con el
estado de la técnica;
Fig. 5 muestra un diagrama en forma de circuito
electrónico de un circuito convertidor generalizado de impedancias
configurado como una capacidad variable dependiente de un sensor
resistivo, de acuerdo con la invención;
Fig. 6a muestra un diagrama en forma de circuito
eléctrico de un circuito temporizador 555, configurado como
generador de señal cuadrada;
Fig. 6b muestra un diagrama de las formas de
onda asociadas al circuito temporizador de la Fig. 6a; y
Fig. 7 muestra un diagrama en forma de circuito
electrónico de un dispositivo convertidor directo de sensor
resistivo a frecuencia, que comprende el circuito temporizador de
la Fig. 6a y el circuito convertidor generalizado de impedancias de
la Fig. 5.
A continuación se realizará la descripción de
una realización preferida de la invención en la que el circuito
electrónico para obtener una impedancia de entrada capacitiva
variable, en función de un sensor resistivo, comprende cuatro
impedancias, una de las cuales es un condensador y el resto
resistencias, y dos amplificadores operacionales, estando conectados
dichos elementos descritos de manera que, cuando se conecta un
sensor resistivo al circuito electrónico, se obtiene un circuito
convertidor generalizado de impedancias (G/C - Generalized
Impedance Converter) con una impedancia de entrada capacitiva
variable en función del sensor resistivo. A partir del circuito
G/C obtenido, es posible, como se describirá más adelante,
realizar una conversión directa de sensor resistivo a frecuencia,
es decir, es posible obtener una señal cuya frecuencia es
directamente proporcional al valor de la resistencia eléctrica del
sensor
resistivo.
resistivo.
Por tanto, dando valores adecuados a las cinco
impedancias descritas (incluido el sensor resistivo cuando está
conectado al circuito electrónico), es posible configurar el
circuito convertidor generalizado de impedancias (G/C) para
que su impedancia de entrada corresponda a la de una capacidad.
Además, si una de dichas cinco impedancias es un sensor de
resistencia variable, tal como se ha descrito anteriormente, la
capacidad sintetizada con el circuito G/C también lo es. En
resumen, dependiendo de la configuración de las cinco impedancias
que forman parte del circuito convertidor (cuando el sensor
resistivo está conectado al circuito electrónico), el circuito
G/C puede verse como un sensor capacitivo variable
dependiente del parámetro que mida el sensor resistivo.
El parámetro medido por el sensor resistivo
puede ser físico, químico, etc., de manera que el sensor resistivo
puede presentarse en la forma de, por ejemplo, un sensor de
temperatura, de luminosidad o de concentración de gas.
Como se puede ver en la Fig. 5, para configurar
el circuito G/C como capacidad variable, el circuito
electrónico 50 de acuerdo con la invención comprende una primera
resistencia R2, una segunda resistencia R4, una tercera resistencia
R5, un condensador C3 (por consiguiente, las impedancias Z1, Z2, Z4
y Z5 son resistivas, mientras que la impedancia Z3 es capacitiva),
un primer amplificador operacional 51, un segundo amplificador
operacional 52 y un conector 53 para conectar un sensor resistivo
Rs al circuito electrónico. Es importante destacar que el sensor
resistivo Rs, cuando se conecta al circuito electrónico 50,
corresponde a una cuarta resistencia R1 de un circuito convertidor
generalizado de impedancias en su estructura original.
En una descripción del diseño del circuito, la
entrada del circuito G/C se encuentra conectada a la entrada
no inversora del segundo amplificador operacional 52 y al terminal
superior de la cuarta resistencia R1 (más concretamente, el sensor
resistivo Rs). El terminal restante de dicha cuarta resistencia R1
está a su vez conectado al terminal de salida del primer
amplificador operacional 51 y al terminal superior de la primera
resistencia R2. El terminal inferior de la primera resistencia R2
está conectado a las entradas inversoras del primer amplificador
operacional 51 y del segundo amplificador operacional 52, y al
terminal superior del condensador C3. El terminal inferior de dicho
condensador C3 está conectado al terminal superior de la segunda
resistencia R4 y al terminal de salida del segundo amplificador
operacional 52. Por otro lado, el terminal inferior de la segunda
resistencia R4 se encuentra conectado al terminal superior de la
tercera resistencia R5 y a la entrada no inversora del primer
amplificador operacional 51. Finalmente, el terminal inferior de la
tercera resistencia R5 se encuentra conectado al terminal de
referencia del circuito.
\newpage
De acuerdo con otra realización de la invención,
el sensor resistivo Rs podría corresponder a la tercera impedancia
Z5 de un circuito G/C en su estructura original,
obteniéndose también con dicha configuración una relación directa
sensor resistivo-frecuencia, tal como se describirá
más adelante, aunque no para cualquier sensor resistivo.
Experimentalmente, se ha comprobado que la
disposición del sensor resistivo Rs tanto en la cuarta impedancia
Z1 como en la tercera impedancia Z5 del circuito G/C supone
el correcto funcionamiento del circuito. Más concretamente, se ha
experimentado colocando, en la cuarta impedancia Z1, una
termoresistencia de platino Pt100, un sensor de gas y una
resistencia dependiente de la radiación luminosa (LDR), mientras
que, en la tercera impedancia Z5, se ha colocado una
termoresistencia Pt1000, siendo en todos los casos la segunda
impedancia Z3 una capacidad. Básicamente, disponer todos los
sensores en la tercera impedancia Z5 supuso un problema cuando los
valores del sensor son demasiado bajos (como en el caso de la
termoresistencia Pt100), puesto que se corre el riesgo de saturar el
segundo amplificador operacional 52 del circuito G/C. Sin
embargo, con valores resistivos mayores (por ejemplo los de la
termoresistencia Ptl000) no se produjeron problemas al colocar el
sensor resistivo en la tercera impedancia Z5.
Por tanto, sea cual sea la configuración de las
impedancias del circuito G/C, es imprescindible que, para
que el circuito G/C trabaje correctamente, se asegure la no
saturación del segundo amplificador operacional 52. Además, no
parece adecuado que el circuito G/C tenga tres capacidades
entre sus impedancias, puesto que las corrientes de polarización de
los amplificadores operacionales pueden provocan un funcionamiento
errático del mismo.
Si se realiza un análisis del circuito
convertidor mostrado en la Fig. 5, se obtiene que la impedancia de
entrada de dicho circuito, vista desde uno de los puertos de
entrada, puede representarse según la siguiente ecuación:
en la
cual
Como puede deducirse fácilmente de la ecuación
anterior, la impedancia de entrada del circuito electrónico 50 es
una capacidad variable, que tiene una dependencia inversa respecto
del sensor resistivo Rs, es decir, la capacidad es inversamente
proporcional al valor de la resistencia eléctrica del sensor
resistivo Rs. De este modo, se obtiene una capacidad variable a
partir de un circuito convertidor generalizado de impedancias
(G/C), apareciendo el circuito G/C como un sensor
capacitivo variable dependiente del parámetro que mide el sensor
resistivo.
Por otro lado, el sensor resistivo Rs tiene una
dependencia funcional con el parámetro físico o químico a medir
(por ejemplo, temperatura, presión, luminosidad, o concentración de
gas), que puede ser lineal o no, dependiente del tipo de sensor.
Así, en general
Rs =
R_{0}.f(x)
A continuación se realizará la descripción de un
dispositivo para obtener una señal eléctrica con una frecuencia de
oscilación variable en función de un sensor resistivo, que
incorpora el circuito electrónico de acuerdo con la invención.
Dicho dispositivo se muestra en la Fig. 7.
Básicamente, el dispositivo comprende un
circuito oscilador (tal como un circuito 555) y el circuito
electrónico 50 de acuerdo con la invención, estando conectados
dicho circuito oscilador 60 y dicho circuito electrónico 50 (el
circuito G/C se conecta directamente a las patillas 2 y 6 del
circuito oscilador 555), de manera que, una vez conectado el sensor
resistivo Rs al circuito electrónico 50, la capacidad de oscilación
del circuito oscilador 60 viene dada por la impedancia de entrada
capacitiva variable del circuito convertidor generalizado de
impedancias, obteniéndose en la salida del circuito oscilador una
señal eléctrica cuya frecuencia de oscilación varía en función del
valor de resistencia eléctrica del sensor resistivo Rs. Más
concretamente, el dispositivo permite realizar una conversión
directa de sensor resistivo a frecuencia, de manera que se obtiene
una señal eléctrica cuya frecuencia de oscilación es directamente
proporcional al valor de la resistencia eléctrica del sensor de tipo
resistivo.
Un posible circuito oscilador es el circuito
integrado 555 60 (uno de los circuitos osciladores más populares
dentro del campo de la electrónica), siendo uno de sus
funcionamientos más extendido el referente a un circuito generador
de señal cuadrada (astable). En la Fig. 6(a) puede verse la
configuración electrónica del circuito integrado 555 bajo dicho modo
de funcionamiento, en la que son suficientes dos resistencias de
temporización R_{A} y R_{B} y una capacidad de oscilación C1,
para generar una señal cuadrada 61, cuya frecuencia de oscilación
viene dada por la siguiente expresión:
Si se realiza un análisis de la expresión
anterior, se deduce que la frecuencia "f" de la señal cuadrada
61 que suministra el circuito oscilador 60 (ver Fig. 6(b),
en la que se representan las formas de onda 61, 62 asociadas al
circuito oscilador cuando funciona como un circuito generador de
señal cuadrada) es inversamente proporcional a la capacidad de
oscilación C1 y a las resistencias de temporización R_{A} y
R_{B}.
Si se sustituye la capacidad de oscilación C1
que necesita el circuito oscilador 60 para generar una señal
cuadrada 61, por el circuito convertidor generalizado de
impedancias de la Fig. 5, la capacidad de oscilación C1 del
circuito oscilador 60 viene dada por la impedancia de entrada
capacitiva variable Z_{inp} de dicho circuito convertidor. Con
ello, si se sustituye la ecuación correspondiente a la capacidad de
entrada del circuito convertidor, en la ecuación correspondiente a
la frecuencia de oscilación de la señal eléctrica cuadrada:
se obtiene una frecuencia de
oscilación dada
por:
Por consiguiente, analizando la ecuación
anterior, se consigue una conversión directa de sensor resistivo a
frecuencia, obteniéndose, como resultado, una señal cuadrada cuya
frecuencia es directamente proporcional al sensor resistivo Rs
utilizado. La dependencia (lineal o no lineal) que conserve el
sensor resistivo con la variable a medir, la hereda la frecuencia de
oscilación:
f =
K.R_{0}.f(x)
siendo
K
En la Fig. 7 se muestra la configuración final
del dispositivo obtenido a partir del circuito oscilador 60 y del
circuito G/C que actúa como capacidad de oscilación de dicho
circuito oscilador. Básicamente, se trata de un convertidor directo
de sensor resistivo a frecuencia. En dicha configuración (también
puede verse en las figuras 2 a 5) es importante destacar que el
circuito G/C está conectado a masa por uno de sus puertos,
por lo que sólo pueden utilizarse circuitos osciladores cuya
capacidad de oscilación esté conectada a masa (por ejemplo,
circuitos osciladores del tipo MAX038 o ICL8038). En
el caso de osciladores en los que la capacidad está flotando (por
ejemplo, osciladores del tipo XR-2206), el
circuito G/C puede no funcionar correctamente.
Como posible aplicación de lo descrito, si la
frecuencia de la señal eléctrica generada por el dispositivo se
introduce en un circuito procesador, es posible realizar una
conversión directa sensor resistivo Rs a codificación digital de la
frecuencia y, por consiguiente, de la magnitud que se desea
medir.
Como se ha citado anteriormente, el sensor
resistivo puede ser, por ejemplo, un sensor de temperatura, de
luminosidad o de concentración de gas. Con sensores de estos tipos
se han obtenido resultados muy satisfactorios entre frecuencia y
resistencia del sensor. Así, se han realizado pruebas con
detectores de temperatura resistivos (Pt100) y con una caja
de décadas resistiva; se ha simulado el comportamiento de
resistencias sensibles a la radiación luminosa (LDR) y
sensores de gas resistivos. Con sensores de humedad resistivos no
se han obtenido tan buenos resultados debido a que su rango de
variación es muy grande (de 10-20 \Omega con un
90% de humedad, hasta 10-20 M\Omega con un 10% de
humedad relativa) y obliga al circuito G/C a funcionar
incorrectamente.
A pesar de que se han descrito y representado
realizaciones concretas de la presente invención, es evidente que
el experto en la materia podrá introducir variantes y
modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente
equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por
las reivindicaciones adjuntas.
En alguna otra configuración, debería ser
posible utilizar otro circuito girador diferente del circuito
G/C para conseguir la conversión lineal resistencia-
frecuencia.
Por otro lado, en la presente realización se ha
descrito un circuito integrado 555 como circuito generador de una
onda cuadrada (astable), pero es posible utilizar cualquier
circuito generador de cualquier forma de onda.
Claims (11)
1. Circuito electrónico (50) para obtener una
impedancia capacitiva variable (Z_{inp}), a partir de un sensor
resistivo (Rs), caracterizado por el hecho de que comprende
una pluralidad de impedancias (Z2, Z3, Z4, Z5) y al menos un
amplificador operacional (51, 52), y medios (53) para conectar un
sensor resistivo (Rs) al circuito electrónico (50), de modo que,
una vez conectado el sensor resistivo al circuito electrónico, se
obtiene un circuito electrónico resultante, constituido por el
circuito electrónico y el sensor resistivo conectado al mismo, cuya
impedancia de entrada (Z_{inp}) corresponde a la de una capacidad
variable en función del sensor resistivo (Rs).
2. Circuito electrónico según la reivindicación
1, caracterizado por el hecho de que el circuito electrónico
resultante es un circuito convertidor generalizado de
impedancias.
3. Circuito electrónico según cualquiera de las
reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la
impedancia de entrada capacitiva variable (Z_{inp}) del circuito
resultante es inversamente proporcional al sensor resistivo
(Rs).
4. Circuito electrónico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que al menos una impedancia (Z3) de la pluralidad de impedancias es
capacitiva.
5. Circuito electrónico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que al menos una impedancia (Z2, Z4, Z5) de la pluralidad de
impedancias es resistiva.
6. Circuito electrónico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el circuito electrónico resultante está conectado a masa por
uno de sus puertos de entrada.
7. Circuito electrónico según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que comprende dos amplificadores operacionales (51, 52) y cuatro
impedancias (Z2, Z3, Z4, Z5).
8. Dispositivo para obtener una señal eléctrica
de frecuencia de oscilación variable a partir de un sensor
resistivo (Rs), caracterizado por el hecho de que comprende
un circuito oscilador (60) y un circuito electrónico (50) para
obtener una impedancia capacitiva variable, a partir de un sensor
resistivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, estando
conectados dicho circuito oscilador (60) y dicho circuito
electrónico (50) de manera que, una vez conectado el sensor
resistivo al circuito electrónico, la capacidad de oscilación (C1)
del circuito oscilador (60) viene dada por la impedancia de entrada
capacitiva variable (Z_{inp}) del circuito electrónico resultante,
obteniéndose en la salida del circuito oscilador (60) una señal
eléctrica cuya frecuencia de oscilación es variable en función del
sensor resistivo (Rs).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que la frecuencia de
oscilación de la señal eléctrica es directamente proporcional al
sensor resistivo (Rs).
10. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por el hecho de que el
circuito oscilador (60) es un circuito generador de señal
cuadrada.
11. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por el hecho de que
el circuito oscilador comprende un circuito integrado del tipo 555
(60).
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200603017A ES2321786B1 (es) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. |
| US12/514,996 US20100001803A1 (en) | 2006-11-15 | 2007-11-14 | Electronic circuit for obtaining a variable capacitative impedence |
| PCT/ES2007/070187 WO2008059097A1 (es) | 2006-11-15 | 2007-11-14 | Circuito electrónico para obtener una impedancia capacitiva variable |
| EP07848129A EP2096755A4 (en) | 2006-11-15 | 2007-11-14 | ELECTRONIC SWITCHING TO OBTAIN A VARIABLE CAPACITIVE IMPEDANCE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200603017A ES2321786B1 (es) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2321786A1 true ES2321786A1 (es) | 2009-06-10 |
| ES2321786B1 ES2321786B1 (es) | 2010-04-07 |
Family
ID=39401355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200603017A Active ES2321786B1 (es) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100001803A1 (es) |
| EP (1) | EP2096755A4 (es) |
| ES (1) | ES2321786B1 (es) |
| WO (1) | WO2008059097A1 (es) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9182436B1 (en) | 2012-01-05 | 2015-11-10 | Sandia Corporation | Passive absolute age and temperature history sensor |
| US9291543B1 (en) | 2014-06-23 | 2016-03-22 | Sandia Corporation | PC board mount corrosion sensitive sensor |
| US10315901B2 (en) | 2017-01-05 | 2019-06-11 | Ronald Lee Berkbuegler | Apparatus and method for raising a ladder tree stand |
| CN106911319B (zh) * | 2017-03-06 | 2020-10-09 | 山东大学 | 一种基于jfet的压控浮地线性连续可调电阻电路 |
| US11234433B2 (en) | 2019-05-03 | 2022-02-01 | Ronald Berkbuegler | Tree stand and securement mechanism |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4185250A (en) * | 1978-05-03 | 1980-01-22 | Wescom Switching, Inc. | Voice frequency RC active filter |
| US4485356A (en) * | 1982-06-04 | 1984-11-27 | Lorenzo Fassino | Variable low frequency sinusoidal oscillator using simulated inductance |
| FR2582170A1 (fr) * | 1985-05-15 | 1986-11-21 | Cit Alcatel | Dipole auto-adaptatif |
| US5499392A (en) * | 1994-07-19 | 1996-03-12 | Matsushita Communication Industrial Corporation Of America | Filter having a variable response time for filtering an input signal |
| US5548279A (en) * | 1994-07-22 | 1996-08-20 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method and apparatus for detecting a power line |
| US20040222871A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-11 | Kazuo Kawai | Negative impedance converter |
| WO2005124992A1 (ja) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 電圧制御発振器 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53125741A (en) * | 1977-04-08 | 1978-11-02 | Hitachi Ltd | Fdnr circuit of hybrid integrated circuit |
| US4100515A (en) * | 1977-05-05 | 1978-07-11 | Wescom, Inc. | Communication circuit having precision capacitor multiplier |
| CH637474A5 (fr) * | 1979-06-07 | 1983-07-29 | Bioself Int Inc | Thermometre electronique. |
| US5471531A (en) * | 1993-12-14 | 1995-11-28 | Macrovision Corporation | Method and apparatus for low cost audio scrambling and descrambling |
| US5844862A (en) * | 1998-07-22 | 1998-12-01 | Cocatre-Zilgien; Jan H. | Skin temperature radio telemetry and alarms |
| US6888400B2 (en) * | 2002-08-09 | 2005-05-03 | Ememory Technology Inc. | Charge pump circuit without body effects |
| US7501834B2 (en) * | 2005-06-21 | 2009-03-10 | Custom Sensors & Technologies, Inc. | Voice coil actuator with embedded capacitive sensor for motion, position and/or acceleration detection |
-
2006
- 2006-11-15 ES ES200603017A patent/ES2321786B1/es active Active
-
2007
- 2007-11-14 EP EP07848129A patent/EP2096755A4/en not_active Withdrawn
- 2007-11-14 WO PCT/ES2007/070187 patent/WO2008059097A1/es active Application Filing
- 2007-11-14 US US12/514,996 patent/US20100001803A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4185250A (en) * | 1978-05-03 | 1980-01-22 | Wescom Switching, Inc. | Voice frequency RC active filter |
| US4485356A (en) * | 1982-06-04 | 1984-11-27 | Lorenzo Fassino | Variable low frequency sinusoidal oscillator using simulated inductance |
| FR2582170A1 (fr) * | 1985-05-15 | 1986-11-21 | Cit Alcatel | Dipole auto-adaptatif |
| US5499392A (en) * | 1994-07-19 | 1996-03-12 | Matsushita Communication Industrial Corporation Of America | Filter having a variable response time for filtering an input signal |
| US5548279A (en) * | 1994-07-22 | 1996-08-20 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method and apparatus for detecting a power line |
| US20040222871A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-11 | Kazuo Kawai | Negative impedance converter |
| WO2005124992A1 (ja) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 電圧制御発振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2096755A4 (en) | 2009-12-23 |
| EP2096755A1 (en) | 2009-09-02 |
| ES2321786B1 (es) | 2010-04-07 |
| US20100001803A1 (en) | 2010-01-07 |
| WO2008059097A1 (es) | 2008-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2321786B1 (es) | Circuito electronico para obtener una impedancia capacitiva variable. | |
| ES2318545T3 (es) | Dispositivo para la monitorizacion de variables fisiologicas a traves de la medicion de la impedancia electrica corporal. | |
| CN105223523B (zh) | 磁传感器 | |
| ES2879914T3 (es) | Sistema y método de medición de hematocrito | |
| JP2004279370A (ja) | 容量式湿度センサ | |
| Wei et al. | Respiration detection chip with integrated temperature-insensitive MEMS sensors and CMOS signal processing circuits | |
| ES2749975T3 (es) | Máquina de diálisis que tiene un sensor de conductividad para determinar propiedades de un fluido | |
| CN108759809A (zh) | 一种陀螺仪检测电路及终端 | |
| Malik et al. | A CCII-based relaxation oscillator as a versatile interface for resistive and capacitive sensors | |
| RU2301491C1 (ru) | Кварцевый генератор | |
| De Marcellis et al. | A novel current-based approach for very low variation detection of resistive sensors in wheatstone bridge configuration | |
| Berger et al. | A low-noise thermistor bridge for use in calorimetry | |
| RU2523133C1 (ru) | Устройство для регистрации сигналов пульсовой волны и дыхательного цикла человека | |
| JPH0410982B2 (es) | ||
| JPH09219547A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| ES2317732B1 (es) | Procedimiento para la obtencion de la frecuencia central en amplificadores sintonizados integrados en un cristal semiconductor mediante la medicion de temperatura. | |
| ES2568511B1 (es) | Sistema y método de control de frecuencia para osciladores analógicos sinusoidales | |
| ES2229934B1 (es) | Circuito electronico amplificador de carga. | |
| JPH088445Y2 (ja) | 静電容量型湿度変換装置 | |
| ES2294888A1 (es) | Caracterizacion electrica de circuitos analogicos integrados en un cristal semiconductor mediante la medicion de temperatura. | |
| RU2005119549A (ru) | Емкостная адаптивная охранная система | |
| ES2367477T3 (es) | Sensor de corriente inductivo, para un contador de electricidad. | |
| ES1289780U (es) | Mango de dispositivo auxiliar para caminar equipado con sensores de respuesta galvánica de la piel (GSR) y de temperatura | |
| ES2501290B1 (es) | Dispositivo Transmisor industrial universal | |
| ES2668631B1 (es) | Dispositivo inductor-detector de respuestas en la piel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090610 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2321786B1 Country of ref document: ES |