ES2335461B1 - Dispositivo para medir el desplazamiento de un objeto movil con respecto a un sistema de referencia fijo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para medir el desplazamiento de un
objeto móvil con respecto a un sistema de referencia fijo. El objeto
móvil incorpora al menos un imán permanente (110), y el sistema de
referencia fijo dispone al menos de un sensor de campo magnético
(112) que traduce el desplazamiento del objeto móvil a una señal
eléctrica. La distancia mínima entre el imán (110) y el sensor de
campo magnético (112) es constante al efectuarse el desplazamiento
del objeto móvil. El imán (110) tiene preferiblemente forma de arco
de circunferencia. Aplicable para controles manuales de coches de
spot, siendo el gatillo (115) en ese caso el objeto móvil.
Description
Dispositivo para medir el desplazamiento de un
objeto móvil con respecto a un sistema de referencia fijo.
La presente invención se engloba dentro del
campo de medidores de desplazamiento lineal y/o angular de un objeto
móvil con respecto a un objeto fijo, utilizando imanes y sensores de
campo magnético. Es de particular aplicación en los dispositivos de
guiado de coches destinados a pistas eléctricas (llamados "coches
de slot").
Actualmente se conocen sensores de
desplazamiento que pueden detectar el desplazamiento lineal de un
primer objeto con respecto a un segundo, o el movimiento angular de
un objeto con respecto a otro, que comprenden imanes permanentes y
sensores de intensidad de campo magnético dotados de una salida
eléctrica.
El inconveniente que presentan estos sistemas de
medición es que la señal eléctrica de salida no está relacionada de
manera lineal al desplazamiento relativo de los objetos, sino se
trata de una relación de tipo cuadrático.
En los sistemas de medición de posición o de
medición de ángulo, es de particular importancia obtener una señal
de salida relacionada de manera proporcional al ángulo o a la
distancia que ha de detectarse. Si esto no sucede se está obligado,
en casi la totalidad de los casos, a efectuar complicados
procesamientos numéricos, muchas veces efectuados a través de un
microprocesador, que permiten obtener una linearización de la curva
de salida del sensor.
La presente invención permite superar este
límite posicionando de manera adecuada el sensor magnético y el
imán, para obtener una relación lineal entre la señal eléctrica de
salida y los desplazamientos relativos entre los objetos.
La invención se refiere a un dispositivo para
medir el desplazamiento de un objeto móvil con respecto a un sistema
de referencia fijo de acuerdo con la reivindicación 1 y a un control
manual para coches de slot, de acuerdo con la reivindicación 7, que
incorpora dicho dispositivo. Realizaciones preferidas del
dispositivo y del control manual se definen en las reivindicaciones
dependientes.
El objeto de la presente invención es un
dispositivo para medir el desplazamiento de un objeto móvil con
respecto a un sistema de referencia fijo. El dispositivo comprende
el propio objeto móvil y el objeto, o sistema de referencia, fijo.
El objeto móvil incorpora a su vez al menos un imán permanente
solidario, mientras que el sistema de referencia fijo dispone al
menos un sensor de campo magnético encargado de traducir el
desplazamiento del objeto móvil a una señal eléctrica. El
dispositivo está diseñado de forma que la distancia mínima entre el
al menos un imán y el al menos un sensor de campo magnético es
constante al efectuarse el desplazamiento del objeto
móvil.
móvil.
El desplazamiento del objeto móvil puede ser
lineal o angular. En el primer caso la magnitud medida es el propio
desplazamiento lineal del objeto móvil y el eje de polarización del
imán, o imanes, es paralelo a la dirección de movimiento del objeto
móvil. En el segundo caso, el objeto móvil rota en torno a un centro
de rotación, siendo el desplazamiento angular la magnitud medida. En
este caso el imán tiene forma de arco de circunferencia, con el
sentido de polarización magnética del imán según el propio arco de
circunferencia. El al menos un sensor de campo magnético puede
comprender al menos un sensor de efecto Hall de salida lineal.
En una realización preferida, para el caso de
que el dispositivo mida desplazamientos angulares, el objeto móvil
puede ser el gatillo de un control manual de coches de slot. En este
caso, el dispositivo puede incorporar un muelle a través del cual el
gatillo se mantiene en posición fija en condiciones de reposo.
Es objeto también de la presente invención un
control manual para coches de slot que incorpora un dispositivo para
medir el desplazamiento angular de un objeto móvil con respecto a un
sistema de referencia fijo según se ha descrito.
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.
La Figura 1 muestra, según el Estado de la
Técnica, una manera de realización de desplazamiento relativo
utilizando imanes.
La Figura 2 muestra, según el Estado de la
Técnica, la relación entre la tensión de salida y la distancia entre
imán y sensor (y por tanto, desplazamiento lineal) en la realización
de la Figura 1.
La Figura 3 muestra una realización particular
de la invención para la medición de desplazamientos lineales de un
objeto.
La Figura 4 muestra la relación entre la tensión
de salida y el desplazamiento lineal de un objeto en la realización
de la Figura 3.
La Figura 5 muestra una realización particular
de la presente invención para la medición de desplazamientos
angulares de un objeto.
La Figura 6 muestra una realización particular
de la presente invención destinada a utilizarse en el guiado de los
coches de slot sobre de tracción eléctrica, por medio de la
pulsación de un gatillo.
La Figura 7 muestra una realización particular
de la presente invención de forma similar a la Figura 6, pero con
los polos del imán invertidos.
La Figura 8 muestra el movimiento de los
distintos elementos de la realización particular de la figura 6
cuando se presiona el gatillo.
La Figura 9 muestra una realización de un
pulsador electrónico para coches de slot que lleva incorporado el
dispositivo de medición de desplazamiento angular de la Figura
6.
En la Figura 1 se muestra una realización típica
según el Estado de la Técnica de los sensores de desplazamiento por
imanes. En estos sensores de desplazamiento el imán 100 está fijado
de manera solidaria al objeto 101 en movimiento y el sensor de campo
magnético, constituido por un sensor de efecto Hall 102, resulta
solidario al sistema 103 de referencia fijo.
En un sistema de detección de este tipo se varía
la distancia X de uno de los dos polos del imán 100 con respecto a
la cara sensible del sensor de efecto Hall 102, la dirección del
movimiento del objeto 101 está alineada con el eje del imán 100 y
también es coincidente con el eje del sensor de efecto Hall 102. En
este caso se varía la distancia mínima entre sensor e imán al variar
la distancia X que ha de detectarse. La señal V de salida que se
obtiene del sensor 102 resulta dependiente de la distancia X del
objeto 101 con respecto al sistema 103 de referencia fijo; cuanto
menor sea la distancia X, mayor será la señal V eléctrica.
Tal como se muestra en la Figura 2, la señal
eléctrica de salida V no está relacionada de manera lineal al
desplazamiento X. La señal de salida que se obtiene está relacionada
de manera más que proporcional a la disminución de la distancia X y
la señal V de salida que se obtiene es de tipo cuadrático con la
disminución de X.
En la Figura 3 se representa una disposición del
imán 100 y del sensor 102 de acuerdo a una realización particular de
la invención, cuando el desplazamiento del objeto es lineal. La
posición del sensor 102 es una peculiaridad de la aplicación. El
sensor 102, de hecho, no está dirigido frontalmente hacia uno de los
polos magnéticos, sino que normalmente está posicionado en la
superficie lateral del imán 100. Por tanto, durante el movimiento
del imán 100, el sensor ve desplazarse frente a él el imán 100 de un
polo al otro. La intensidad del campo magnético máxima, para una
polaridad, disminuirá hasta la mitad de la longitud del imán y
empezará a aumentar, con polaridad opuesta, hasta alcanzar el máximo
en el otro extremo. La señal eléctrica que sale del sensor 102 varía
por tanto de manera lineal durante el movimiento, de un valor
mínimo, correspondiente a un polo magnético, a un valor máximo,
correspondiente al polo opuesto. La peculiaridad de este sistema es
que la distancia del sensor 102 al imán 100 es constante al variar
la magnitud de medición X y la dirección del desplazamiento X es
paralela al eje del imán norte-sur.
La longitud del imán 100 determina el recorrido
del movimiento que se quiere detectar. La señal de salida que se
obtiene resulta ser lineal de un valor mínimo Vmin a uno máximo Vmax
cuando el imán 100 se desplaza del polo norte,
X-Norte, al polo sur, X-Sur, con
respecto al sensor 102 magnético, tal como se ilustra en la Figura
4.
La solución que permite detectar los
desplazamientos angulares de un primer objeto 111 con respecto a un
segundo, denominado 113, se ilustra en la Figura 5.
Para detectar los desplazamientos angulares a de
manera lineal, el sistema de detección de la figura 5 está dotado de
un imán 110, solidario al primer objeto 111, con extensión de arco
de circunferencia, el sentido de polarización del imán es según el
propio eje. El primer objeto 111 rota en torno a un centro de
rotación 114. También en este caso la distancia del sensor 112 de
efecto Hall al imán 110 es constante para todos los desplazamientos
angulares \alpha y, como en el caso anterior de la figura 3, la
señal procedente de la salida del sensor 112 resulta ser
proporcional al desplazamiento angular \alpha realizada por el
primer objeto 111.
El dispositivo descrito en el presente documento
puede emplearse, en una realización preferida, en un dispositivo de
guiado para coches destinados a pistas eléctricas ("coches de
slot"). Dicho dispositivo de guiado dispone de un gatillo de
guiado, de forma que cuanto más se presiona el gatillo más se
acelera el coche de slot. Tal como se ilustra en las Figuras 6, 7 y
8, el imán 110 tiene un perfil de arco de circunferencia y se mueve
de manera solidaria al gatillo 115 de guiado. El sensor 112 situado
frontalmente con respecto a la superficie lateral del imán, detecta
el desplazamiento angular del mismo y, por consiguiente, del gatillo
115. Tal como se describió anteriormente, la señal en la salida
varía de manera lineal con respecto a la variación de la posición
del gatillo 115.
En la Figura 9 se ilustra una forma de
realización de un control manual 117 (un pulsador electrónico) para
coches de slot en el que está insertado el dispositivo de medición
de rotación de ángulo. El control manual 117 incorpora un muelle 116
a través del cual el gatillo 115 se mantiene en posición fija cuando
no se pulsa el gatillo 115.
Claims (7)
1. Dispositivo para medir el desplazamiento de
un objeto móvil con respecto a un sistema de referencia fijo,
incorporando el objeto móvil (101, 111) al menos un imán permanente
(100,110), y disponiendo el sistema de referencia fijo (103, 113) al
menos un sensor de campo magnético (102, 112) que traduce el
desplazamiento del objeto móvil (101, 111) a una señal eléctrica,
caracterizado porque la distancia mínima entre el al menos un
imán (100, 110) y el al menos un sensor de campo magnético (102,
112) es constante al efectuarse el desplazamiento del objeto móvil
(101,111).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que el desplazamiento del objeto móvil (101) es lineal, siendo dicho
desplazamiento lineal (X) la magnitud medida, caracterizado
porque el eje de polarización del al menos un imán (100) es paralelo
a la dirección de movimiento.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
que el desplazamiento del objeto móvil (111) es angular, rotando en
torno a un centro de rotación (114), siendo dicho desplazamiento
angular (\alpha) la magnitud medida, caracterizado porque
el imán (110) tiene forma de arco de circunferencia, siendo el
sentido de polarización magnética del imán (110) según el propio
arco de circunferencia.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos
un sensor de campo magnético (102, 112) comprende al menos un sensor
de efecto Hall de salida lineal.
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 3-4, caracterizado porque el
objeto móvil es el gatillo (115) de un control manual (117) de
coches de slot.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque incorpora un muelle (116) a través del
cual el gatillo (115) se mantiene en posición fija en condiciones de
reposo.
7. Control manual para coches de slot,
caracterizado porque incorpora un dispositivo según
cualquiera de las reivindicaciones 3-6.
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| ES2335461B1 true ES2335461B1 (es) | 2011-01-17 |
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2007
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