ES2350406T3 - Procedimiento y dispositivo para detectar partículas en un líquido circulante. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras (20) en un líquido (16) circulante en un tramo de tubo (10) con una velocidad (v), en el que se solicita el líquido por medio de una bobina emisora (18) con campos electromagnéticos alternos periódicos para inducir corrientes parásitas en las partículas, en el que se detecta por medio de una sonda caracterizada por una anchura efectiva (WB) y configurada como disposición de bobinas (12, 14, 15) una señal eléctrica periódica correspondiente a las corrientes parásitas, que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por las partículas cuando estas partículas llegan a la anchura efectiva de la disposición de bobinas, en el que se filtra la señal de sonda por medio de una primera unidad de filtro (19) selectiva en frecuencia, se explora por medio de una etapa convertidora A/D disparable (35) la señal filtrada por la primera unidad de filtro para obtener una señal de medida digital desmodulada, se filtra la señal de medida digital por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital (52) selectiva en frecuencia para obtener una señal útil, y se evalúa la señal útil para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras en el tramo de tubo, y en el que se dispara la etapa convertidora A/D con una nª fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, eligiéndose n en función de la frecuencia de las partículas que resulta como cociente de la velocidad de circulación del líquido y la anchura efectiva de la disposición de bobinas, y ajustándose la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia en función de la frecuencia de las partículas.

Description

Procedimiento y dispositivo para detectar partículas en un líquido circulante.

La presente invención concierne a un procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras en un líquido circulante en un tubo por medio de corrientes parásitas.

En el documento DE 2 108 717 A1 se describen un procedimiento y un dispositivo de esta clase, en donde dos bobinas de inducción están dispuestas en dos ramas de un circuito puente de corriente alterna, cuyas otras dos ramas están formadas por las mitades de una bobina adicional. Las bobinas son atravesadas por el líquido en dirección axial y pueden estar dispuestas una tras otra en la dirección de circulación, evaluándose las variaciones de impedancia provocadas por el paso de las partículas o la diferencia de la variación de impedancia en ambas bobinas. Se muestra una disposición en la que la circulación del líquido se divide en dos trayectos parciales paralelos que circulan cada uno de ellos por una de las dos bobinas, no siendo entonces necesario un decalaje axial de las bobinas.

Un dispositivo semejante se encuentra descrito en el documento DE 28 40 358 A1.

La firma momac GmbH & Co. KG, 47408 Moers, Alemania, comercializa bajo la denominación "metalscan" un aparato en el que tres bobinas están dispuestas una tras otra en la dirección de circulación, actuando la primera bobina y la última bobina como bobinas emisoras y actuando la bobina central como bobina receptora para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras provenientes de un circuito de lubricante. La primera y la última bobinas tienen sus polos invertidos.

Otros dispositivos en los que se emplea para detectar partículas la señal de bobinas de inducción atravesadas por el líquido se encuentran descritos, por ejemplo, en los documentos WO 2004/081608, WO 2004/104561, EP 0 778 937 A2 y EP 0 451 209 B1.

Se conoce por el documento DE 39 31 497 A1 un procedimiento para la detección inductiva de partículas en lubricantes, en el que se excita de forma resonante una bobina de acoplamiento incrustada en una bobina axialmente atravesada por líquido y se detecta el paso de partículas con ayuda de la energía sustraída al sistema de la bobina por las corrientes parásitas. Se determina entonces el tamaño de las partículas a partir de la amplitud de las señales. Para evitar un falseamiento de la medición debido a una sensibilidad de la bobina que disminuye en el centro de la bobina en comparación con el borde de la misma durante el paso de las partículas, se procura por medio de un generador de vórtice que las partículas pasen por la bobina siempre cerca de la pared de la misma.

En el documento DE 31 17 319 A1 se encuentra descrita la detección de la velocidad de flujo de metal líquido por medio de una medición de corrientes parásitas empleando una función de correlación cruzada.

En el documento DE 40 14 756 A1 se describe la determinación de la velocidad de un cuerpo o material por medio de una medición de corrientes parásitas, en donde se forma una función de correlación.

En los documentos US 3,575,050 y DE 28 50 246 A1 se menciona que existen aparatos de medida de circulación a base corrientes parásitas.

Un procedimiento de medida usual para la detección no destructiva y sin contacto de defectos en una probeta, especialmente un semiproducto metálico, es la inducción y medida de corrientes parásitas en la probeta. Se solicita para ello la probeta con campos electromagnéticos alternos periódicos por medio de una bobina de emisión alimentada con corriente en forma sinusoidal. Las corrientes parásitas así inducidas en la probeta inducen a su vez en una disposición de bobina empleada como sonda, que puede presentar una bobina individual ("bobina absoluta") o dos bobinas conectadas de forma sustractiva ("bobina de diferencia"), una señal eléctrica periódica que presenta una oscilación portadora correspondiente a la frecuencia portadora del emisor, cuya amplitud y/o fase son moduladas de manera característica por un defecto de la probeta cuando llega un defecto a la zona sensible de la sonda, es decir, a la anchura efectiva de la sonda. La bobina emisora forma aquí el lado primario de una disposición transformadora y la bobina o bobinas receptoras forman el lado secundario de dicha disposición. Un ejemplo de una disposición de esta clase puede encontrarse en el documento EP 1 189 058 A2. En caso de que se empleen más de dos bobinas receptoras, esta disposición se denomina también "bobina de diferencia múltiple".

Usualmente, se mueve la probeta linealmente con respecto a la sonda para realizar una exploración de dicha probeta, si bien se conocen igualmente disposiciones con sonda rotativa. La señal detectada por la sonda es desmodulada usualmente de forma analógica, por ejemplo por medio de una desmodulación síncrona, y a continuación es sometida a una evaluación para reconocer defectos en la probeta. Se efectúa aquí una digitalización de la señal usualmente tan solo para la evaluación y representación de la señal de defecto, es decir, después de la desmodulación de la señal de la bobina. Un ejemplo de este procedimiento puede encontrarse en el documento DE 40 03 330 A1.

De manera semejante, las partículas eléctricamente conductoras en un líquido que recorre las bobinas dan lugar a pérdidas por corrientes parásitas que a su vez se traducen en una variación de impedancia mensurable de las bobinas. De esta manera, se pueden detectar partículas eléctricamente conductoras en un líquido que circula en un tubo por medio de una disposición de bobina inductiva. Esto es ventajoso especialmente cuando se quiere detectar la concentración de partículas metálicas en un circuito de lubricante de una máquina para deducir de ello el estado de la máquina (la concentración de las partículas metálicas es en general una medida del desgaste de la máquina).

Debido a la inversión necesaria para la desmodulación analógica, tales procedimientos de medida de corrientes parásitas son relativamente complicados y costosos. Asimismo, hay que tener en cuenta que, para diferentes velocidades relativas de la probeta con respecto a la sonda, es decir, a velocidades de repulsión o de ensayo diferentes, son necesarios usualmente juegos de filtros diferentes para la señal desmodulada, lo que trae consigo, a velocidad variable de la probeta, un coste adicional.

En el documento US 5,175,498 se describe un procedimiento de medida de corrientes parásitas en el que se digitaliza ya la señal de medida recogida por la sonda de bobina por medio de un convertidor A/D disparable y a continuación se la somete en forma digital a una desmodulación por medio de una transformada de Fourier. El disparo del convertidor A/D, es decir, la tasa de exploración, es controlado en función de la velocidad de avance de la probeta detectada por medio de un codificador para evitar en la evaluación de la señal errores resultantes de un movimiento de retroceso de la probeta.

En el documento US 4,445,088 se describe un procedimiento de medida de flujo disperso magnético en el que se mueve una probeta metálica con relación a una sonda, siendo digitalizada la señal de medida detectada por la sonda, después de pasar por un filtro pasabanda, por medio de un convertidor A/D disparable, siendo controlado el disparo del convertidor, es decir, la tasa de exploración, por la velocidad de avance de la probeta detectada por medio de un sensor de velocidad. Para reconocimiento de defectos se evalúa la amplitud de la señal digitalizada con respecto al rebasamiento de un valor umbral, sirviendo la elección de la tasa de exploración en función de la velocidad de prueba para lograr una precisión de medida prefijada independiente de la velocidad de la probeta.

En el documento WO 2006/007826 A1 se describe un procedimiento de medida de corrientes parásitas para detectar defectos en una probeta movida con una velocidad (v) con relación a una sonda caracterizada por una anchura efectiva, detectándose por medio de la sonda una señal eléctrica periódica que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por un defecto en la probeta, filtrándose la señal de la sonda y explorándose ésta por medio de una etapa convertidora A/D disparable para obtener una señal de medida digital desmodulada que se filtra por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital selectiva en frecuencia para lograr una señal útil que se evalúa para reconocer un defecto en la probeta, siendo disparada la etapa convertidora A/D con una n^{a} fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, eligiéndose n en función de la frecuencia de los defectos que resulta como cociente de la velocidad relativa entre la probeta y la sonda y la anchura efectiva de la sonda, y ajustándose la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia en función de la frecuencia de los
defectos.

El problema de la presente invención consiste en crear un procedimiento especialmente sencillo para detectar partículas eléctricamente conductoras en un líquido que circula en un tramo de tubo.

Este problema se resuelve según la invención con un procedimiento conforme a la reivindicación 1.

Un aspecto esencial de la presente invención estriba en que la señal de la sonda es explorada, es decir, digitalizada, con una fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, es decir que tiene lugar una subexploración de la oscilación portadora.

De esta manera, se elimina de la señal de medida la oscilación portadora, con lo que se suprime la desmodulación de la señal de medida usual en otros casos y, por tanto, se puede lograr una sensible simplificación del procedimiento y una sensible reducción del coste para una desmodulación necesaria en otros casos, por ejemplo una desmodulación síncrona analógica, lo que conduce a considerables ahorros de costes y eventualmente también a ahorros de espacio de montaje.

Asimismo, la subexploración hace posible el empleo de convertidores A/D con muy alta resolución, los cuales suelen ser relativamente lentos, es decir que están relativamente limitados en su tasa de exploración máxima.

Además, la subexploración conduce a que se obtenga la señal útil con una tasa de datos relativamente baja, lo que a su vez facilita la representación de la señal útil, de modo que, por ejemplo, se pueden emplear sistemas de bus estándar y eventualmente sistemas de bus de radio, lo que no sería posible a altas tasas de datos o solo lo sería después de una compresión de los datos.

La subexploración permite también la realización del procedimiento de medida con un consumo de energía relativamente pequeño, pudiendo desconectarse el emisor incluso durante intervalos de tiempo en los que no se efectúa ninguna exploración, en caso de que, por ejemplo, se explore solamente en cada décimo periodo de la oscilación portadora o aún más raramente. Este aspecto es de importancia especialmente para aparatos portátiles en funcionamiento con baterías o en caso de que deba emplearse una sonda sin cable, es decir, unida por vía inalámbrica con la unidad de evaluación.

Por último, durante la subexploración puede resultar una susceptibilidad reducida en comparación con una exploración cuasicontinua frente a señales parásitas no periódicas, ya que tales señales parásitas, siempre que no caigan dentro del respectivo espacio de tiempo de exploración, no se perciben de ninguna manera en la señal útil, mientras que, en caso de una exploración cuasicontinua, todas las señales parásitas se depositan en la señal útil.

Preferiblemente, la bobina emisora rodea al tramo de tubo, presentando la disposición de bobina al menos una primera bobina receptora inductiva que rodea al tramo de tubo y una segunda bobina receptora inductiva que rodea al tramo de tubo y está distanciada axialmente de la primera bobina receptora, cuyas bobinas receptoras están dispuestas en la zona de la bobina emisora y están conectadas en forma sustractiva para entregar una señal diferencia correspondiente a las corrientes parásitas inducidas por la bobina emisora, formando la bobina emisora el lado primario de una disposición transformadora y formando las bobinas receptoras el lado secundario de dicha disposición, y siendo formada la señal de la sonda por la señal diferencia. De esta manera, todas las bobinas están dispuestas una cerca de otra y, por tanto, están expuestas sustancialmente a las mismas influencias medioambientales, por ejemplo respecto de la temperatura, lo que incrementa la precisión de medida.

Según otro aspecto esencial de la invención, la tasa de exploración, es decir, el grado de subexploración, se elige en función de una frecuencia de partículas que se define como el cociente de la velocidad de circulación del líquido y la anchura efectiva de la sonda.

Dado que la duración de la señal útil originada por una partícula en el líquido y, por tanto, la frecuencia de las partículas depende sustancialmente tan solo de la extensión de la zona sensible de la sonda, es decir, la anchura efectiva, y de la velocidad de circulación del líquido, se puede asegurar de esta manera, por un lado, que la precisión de la representación de la señal útil no dependa de la velocidad de circulación (mediante una elección correspondiente de la tasa de exploración puede asegurarse que aproximadamente el mismo número de puntos de exploración caiga siempre en cada señal de partículas) y, por otro lado, puede asegurarse que la señal de una partícula parezca sustancialmente igual con independencia de la velocidad de circulación, lo que facilita el reconocimiento del paso de las partículas.

Otra ventaja de la subexploración adaptada a la velocidad de circulación consiste en que de esta manera la unidad de filtro digital por medio de la cual se filtra la señal de medida digital suministrada por la etapa convertidora A/D para obtener una señal útil exenta de parásitos, puede ajustarse de manera muy sencilla en función de la frecuencia de las partículas, concretamente por activación cíclica del filtro digital con la tasa de exploración (en un filtro digital la frecuencia angular depende directamente de la tasa de cadencia). De esta manera, se puede trabajar con un único juego de filtros que, mediante una elección correspondiente de la tasa de exploración, es decir, la tasa de cadencia, esté adaptado automáticamente con sus frecuencias angulares al ancho de banda de la señal de partícula dependiente de la velocidad de circulación.

La frecuencia de las partículas corresponde usualmente al máximo del espectro de las partículas, es decir, a la frecuencia con la más alta intensidad. El ancho de banda de la señal de partícula es la zona de frecuencia alrededor de la frecuencia de las partículas en la que todavía pueden encontrarse informaciones decisivas para el reconocimiento de las partículas. La anchura efectiva de la sonda depende, por un lado, de la configuración geométrica de la sonda, pero también de las condiciones marco de utilización de la sonda. Físicamente, la anchura efectiva corresponde a la longitud que corresponde a la frecuencia recíproca de las partículas y que, dividida por la velocidad de circulación, resulta ser el doble de la frecuencia de las partículas. Por tanto, la anchura efectiva indica la longitud a lo largo de la cual una partícula puede influir sobre la señal de medida recogida por la sonda.

La tensión alterna para la bobina emisora puede ser generada a partir de una señal binaria por medio de una formación de curva, generándose preferiblemente la señal de disparo para la etapa convertidora A/D de tal manera que la frecuencia de la señal binaria empleada para la generación de la tensión alterna del emisor es dividida por un número entero. El número entero por el cual se divide la frecuencia de la oscilación portadora para disparar la etapa convertidora A/D se elige de preferencia como inversamente proporcional a la frecuencia de las partículas, de modo que la tasa de exploración seleccionada puede elegirse al menos como aproximadamente proporcional a la frecuencia de las partículas. Preferiblemente, se elige este número entero de modo que dentro de un intervalo base, es decir, un intervalo de tiempo que corresponde a la inversa de la frecuencia de las partículas, caigan al menos 5 y preferiblemente al menos 20, pero a lo sumo 100 y preferiblemente a lo sumo 50 exploraciones realizadas la etapa convertidora
A/D.

Como ya se ha mencionado, el ajuste de la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia puede realizarse automáticamente en función de la frecuencia de las partículas activando cíclicamente la segunda unidad de filtro con la tasa de exploración por cada etapa convertidora A/D, ya que en un filtro digital la frecuencia angular es directamente proporcional a la frecuencia de cadencia. Convenientemente, la segunda unidad de filtro presenta un pasabajos para suprimir porciones por encima del ancho de banda de las partículas, así como un pasaaltos para añadir porciones iguales de la señal digital. Convenientemente, la frecuencia angular del pasabajos es superior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente superior al doble de la frecuencia de las partículas, mientras que la frecuencia angular del pasaaltos es inferior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente inferior a un cuarto de la frecuencia de las partículas. Dado que las frecuencias angulares preferidas de la segunda unidad de filtro dependen directamente de la frecuencia base, se puede lograr así de manera sencilla - para una adaptación óptima automática de las frecuencias angulares de la unidad de filtro a la frecuencia de las partículas, es decir, a la velocidad de circulación y a la anchura efectiva de la sonda - que la tasa de exploración de la señal se elija también en función de la frecuencia de las partículas y la segunda unidad de filtro se active cíclicamente con esta tasa de exploración. En principio, las frecuencias angulares pueden estar más cerca de la frecuencia de las partículas que en procedimientos convencionales, ya que, mediante el exacto reajuste de los filtros respecto de la frecuencia de las partículas, es decir, especialmente de la velocidad de circulación, se reduce el riesgo de que los filtros amputen información útil para la detección de un paso de partículas.

Preferiblemente, la frecuencia de la oscilación portadora se elige de modo que ascienda a al menos diez veces y aún mejor a al menos veinte veces la frecuencia de las partículas, ya que, en caso contrario, puede resultar perjudicada la reproducibilidad de una detección de partículas (es decir, la reproducibilidad de la señal típica de un paso de partículas), lo que dificultaría la detección de las partículas.

Aun cuando en principio son posibles también soluciones en las que solamente se detecta un valor individual por onda completa explorada, teniendo que determinarse entonces la posición de fase de una manera indirecta, se obtienen preferiblemente por onda completa explorada dos valores con un desfase fijo, realizándose esto preferiblemente con dos convertidores A/D, es decir que la etapa convertidora presenta dos convertidores A/D conectados en paralelo que son disparados con la misma frecuencia de modo que exploren con un decalaje igual a una diferencia de fase fija, ascendiendo la diferencia de fase preferiblemente a 90º o a un múltiplo entero de 360º más 90º (sin embargo, la diferencia de fase no tiene que ser en absoluto exactamente igual a 90º, sino que podría estar, por ejemplo, entre 85 y 95º). Por medio de esta exploración desfasada se puede asegurar que, a pesar de la subexploración, se obtenga la máxima información de señal, y la señal de medida digital se obtiene como una señal de dos componentes, es decir, con información de fase y de amplitud, con lo que se mejora la detección de las partículas. Es conveniente a este respecto que los dos componentes de la señal de medida digital suministrada por la etapa convertidora A/D equipada con dos convertidores A/D sean filtrados por separado por medio de la segunda unidad de filtro a fin de obtener la señal útil como señal de dos componentes, pudiendo tenerse en cuenta entonces ambos componentes en la evaluación de la señal útil.

Para realizar esta exploración desfasada no es forzosamente necesario emplear exactamente dos convertidores A/D. En lugar de esto, se podría emplear también solamente un único convertidor A/D suficientemente rápido que realice ambas exploraciones, es decir, por ejemplo, la de 0º y la de 90º, procesándose después adicionalmente por separado estos dos valores de exploración como en el caso del empleo de dos convertidores A/D para conseguir una evaluación de la señal de dos componentes. Sería posible un empleo de convertidores A/D muy lentos cuando, por ejemplo, se empleen 4, 8 ó 16, etc. convertidores A/D, los cuales se vuelven entonces activos no con cada impulso de disparo aplicado a la etapa convertidora A/D, sino solamente con cada segundo, cuarto u octavo, etc. impulso de disparo, es decir que el trabajo de exploración para cada una de las dos posiciones de fase se distribuye temporalmente de manera correspondiente sobre varios respectivos convertidores A/D.

Preferiblemente, la etapa convertidora A/D presenta una resolución de al menos 16 bits, empleándose preferiblemente un convertidor flash o un convertidor SAR.

En principio, la solicitación del líquido por medio de la bobina emisora, es decir, la irradiación de los campos electromagnéticos alternos, puede ser interrumpida al menos durante una parte de cada intervalo entre dos señales de disparo consecutivas para la etapa convertidora A/D, ya que en este tiempo no tiene lugar de todos modos ninguna detección de señales, es decir, ninguna exploración (según cada caso particular, las pausas de exploración pueden extenderse en ciertas circunstancias a lo largo de muchos periodos de la oscilación portadora). De esta manera, se puede lograr, especialmente en aparatos de medida portátiles, un considerable ahorro del consumo de energía, con lo que, por ejemplo, los elementos de suministro de corriente pueden ser sensiblemente reducidos en dimensiones y peso. De manera semejante, se puede paralizar también en el lado de detección de señales la electrónica, es decir, especialmente el procesador de tratamiento de señales, con fines de ahorro de energía durante el intervalo entre dos exploraciones.

La primera unidad de filtro presenta preferiblemente un pasabajos que actúa como filtro de señales espurias respecto de la exploración por la etapa convertidora A/D, estando previsto también preferiblemente un pasaaltos para suprimir señales parásitas de baja frecuencia. La primera unidad de filtro estará configurada usualmente como un filtro analógico. Asimismo, se ha previsto preferiblemente después de la primera unidad de filtro un amplificador controlable para llevar la señal del filtro a la amplitud óptimamente adecuada para la etapa convertidora A/D.

El control de la etapa convertidora A/D, es decir, la elección de los instantes de disparo, y el tratamiento de la señal digital suministrada por la etapa convertidora A/D se efectúan preferiblemente por medio de un procesador de señales digitales que forma preferiblemente también la segunda unidad de filtro. El dispositivo de activación para disparar la etapa convertidora A/D presenta preferiblemente una fuente para una señal binaria que puede estar formada por un temporizador, y un divisor por medio del cual se divide la señal binaria por un número entero para generar la señal de disparo para la etapa convertidora A/D, siendo tratada la señal binaria por un formador de curva para suministrar la tensión de alimentación para el emisor. El temporizador puede estar realizado como parte del procesador de señales digitales o por separado de éste. El divisor está configurado, preferiblemente por separado del procesador de señales, como un módulo PAL (Programmable Array Logic).

En principio, la velocidad de circulación del líquido puede determinarse por medición. Típicamente, el tramo de tubo es un circuito de lubricante, consistiendo el líquido en aceite lubricante de una máquina. En tales casos, el caudal del líquido es usualmente conocido y sustancialmente constante, de modo que entonces no es necesaria una medición de la velocidad de circulación del líquido y la velocidad puede preestablecerse fijamente como parámetro para la detección o evaluación de señales.

En lo que sigue se explica la invención con más detalle a título de ejemplo ayudándose de los dibujos adjuntos. Muestran en éstos:

La figura 1, esquemáticamente, la constitución de un ejemplo de realización de un dispositivo de medida de corrientes parásitas para detectar partículas conductoras en un líquido;

La figura 2, esquemáticamente, una evolución a título de ejemplo de la señal de una sonda durante la exploración digital;

La figura 3, de manera esquemática, una sección longitudinal a través de un tubo recorrido por un líquido, el cual está provisto de bobinas emisoras o bobinas de sonda para uso con el dispositivo de medida de la figura 1;

La figura 4, un esquema de bloques del conexionado de las bobinas de la figura 3;

La figura 5, una evolución idealizada del valor absoluto de la señal de las bobinas receptoras de la figura 3, habiéndose cortado los valores de medida por debajo de un valor umbral;

La figura 6, una representación esquemática de la distribución de la velocidad radial teórica en un flujo laminar dentro de un tubo;

La figura 7, un ejemplo de la dependencia entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras de la figura 3 y la posición radial de una partícula detectada; y

La figura 8, un ejemplo de la dependencia entre la atenuación de la señal de las bobinas receptoras de la figura 3 y la posición radial de una partícula detectada.

Según la figura 3, un tramo de tubo 10 está rodeado por una primera bobina receptora inductiva 12 y una segunda bobina receptora inductiva 14 dispuesta a distancia de la anterior en dirección axial, de modo que un líquido 16 que circula en el tramo de tubo 10 recorre las bobinas 12 y 14 en dirección axial. La distancia axial de las bobinas 12, 14 y la dimensión axial de las bobinas 12, 14 pueden ascender, por ejemplo, a 2 mm. Las dos bobinas receptoras 12, 14 están rodeadas exteriormente por una bobina emisora 18 que está dispuesta coaxialmente a las dos bobinas 12, 14 y presenta un diámetro mayor que el de éstas. La dimensión axial de la bobina emisora 18 es tal que las dos bobinas receptoras 12, 14 están dispuestas completamente dentro de la bobina emisora 18. Preferiblemente, la extensión de la bobina emisora 18 en dirección axial es al menos el doble de grande que la extensión axial de la disposición de las bobinas receptoras 12, 14, es decir, la distancia más la extensión axial de las bobinas 12, 14. Las bobinas 12, 14, 18 están dispuestas en una carcasa 22 que abraza al tramo de tubo 10 y forman un cabezal de medida 11.

Típicamente, el tramo de tubo 10 es parte de un circuito de lubricante de una máquina, consistiendo entonces el líquido 16 en un lubricante en el que están presentes partículas metálicas que son típicamente el producto de abrasión de partes movidas de la máquina. Un valor típico para el caudal del lubricante en la corriente principal es 10 litros/min. A caudales sensiblemente superiores es conveniente medir no en la corriente principal, sino en una corriente secundaria.

Según la figura 4, las dos bobinas receptoras 12, 14 están conectadas en forma substractiva como bobina de diferencia 15, es decir que están dispuestas en sentidos contrarios, de modo que en las dos bobinas 12, 14 se induce una tensión con el mismo valor absoluto, pero con signo contrario. En conjunto, la bobina emisora 18 y las bobinas receptoras 12, 14 forman una disposición transformadora, en la que la bobina emisora 18 forma el lado primario y las bobinas receptoras 12, 14 forman el lado secundario. El núcleo del transformador está formado en esta disposición por los materiales o medios que atraviesan las bobinas 12, 14, 18, es decir, aire, la carcasa 22, el tubo 10 y el líquido 16 con las partículas 20.

La diferencia de impedancia de las bobinas 12, 14 originada por las partículas 20, es decir, la diferencia de la impedancia de las dos bobinas 12, 14 originada por la presencia momentánea de una partícula 20 en una de las dos bobinas 12, 14 (las partículas 20 son sensiblemente más pequeñas que la distancia de las bobinas 12, 14) es reproducida por la señal de medida emitida por las bobinas 12 y 14.

En la figura 1 se muestra un ejemplo de la constitución de un dispositivo de medida de corrientes parásitas que emplea el cabezal de medida 11.

La bobina emisora 18 sirve para inducir en las partículas 20 por medio de un campo electromagnético alterno con al menos una frecuencia portadora prefijada unas corrientes parásitas que a su vez inducen en la bobina receptora 15 configurada como bobina de diferencia una tensión alterna que actúa como señal de sonda y que presenta una oscilación portadora con la frecuencia portadora de la bobina emisora 18, modulándose la amplitud y la fase de la señal de sonda por una partícula 20 cuando ésta llega a la anchura efectiva WB de la bobina receptora 15.

La tensión para la bobina emisora 18 puede ser generada, por ejemplo, suministrando como frecuencia de consigna una señal binaria generada por una unidad temporizadora 44 a un generador 48 que genera a partir de ella una señal rectangular o bien una señal sinusoidal que recorre un formador de curva 40 y se amplifica a continuación por medio de un amplificador de potencia 42 antes de que sea alimentada a la bobina emisora 18. Preferiblemente, la señal tiene forma sinusoidal y contiene en el caso más sencillo solamente una única frecuencia portadora, si bien, en principio, son posibles igualmente mediciones con simultáneamente varias frecuencias portadoras y señales portadoras que se desvían netamente de oscilaciones sinusoidales. Preferiblemente, la frecuencia portadora se encuentra en el intervalo de 20 kHz a 500 kHz.

La señal de sonda recogida por la bobina receptora 15 recorre un pasabanda 19 y un preamplificador ajustable 17 antes de que sea alimentada a una etapa convertidora A/D 35. El pasabanda 19 sirve, por un lado, por medio de un pasabajos, como filtro (anti)señales espurias respecto de la digitalización de la señal a través de la etapa convertidora A/D 35 y, por otro lado, por medio del pasaaltos, para suprimir señales parásitas de baja frecuencia. El preamplificador ajustable 17 sirve para llevar la amplitud de la señal de sonda analógica a la amplitud óptimamente adecuada para la etapa convertidora A/D 35.

La etapa convertidora A/D 35 presenta dos convertidores A/D 32 y 34 conectados en paralelo que deberán tener una alta resolución, pero al menos una resolución de 16 bits, preferiblemente al menos 22 bits, y que deberán poder realizar preferiblemente al menos 500 conversiones A/D por segundo. Los convertidores A/D 32, 34 están configurados preferiblemente como convertidores flash o convertidores SAR (Sukzessives Approximations-Register = registro de aproximaciones sucesivas).

La etapa convertidora A/D 35 es disparada por un dispositivo de activación 37 que presenta la unidad temporizadora 44 ya mencionada, el generador de cosenos 48, un generador de senos 46 dispuesto en paralelo con éste y un divisor de frecuencia 30. En el lado de entrada se aplican al divisor de frecuencia 30 la señal generada por el generador de cosenos 48, la cual tiene la frecuencia de la frecuencia portadora de la señal de alimentación de la bobina emisora 18, y la señal del generador de senos 46, la cual corresponde a la señal del generador de cosenos 48, pero está desfasada en 90º con respecto a ella. En el divisor de frecuencia 30 se dividen estas dos señales respecto de su frecuencia por un número entero n. La señal de salida correspondiente reducida en frecuencia sirve para disparar el convertidor A/D 32 o el convertidor A/D 34. La selección del número n para el divisor 30 es realizada por un procesador de señales digitales 40 en función de una "frecuencia de partículas" que se expresa como el cociente de la velocidad de circulación v de líquido 16, es decir, la velocidad de las partículas 20, y la anchura efectiva WB de la bobina receptora 15. Preferiblemente, se elige n como inversamente proporcional a la frecuencia de las partículas para conseguir que la tasa de disparo de la etapa convertidora A/D 35 sea al menos aproximadamente proporcional a la frecuencia de las partículas. De esta manera, se consigue que, si se supone la anchura efectiva WB como constante en primera aproximación, a mayor velocidad de circulación/velocidad de partículas v y, por tanto, mayor frecuencia de las partículas se explore la señal de sonda analógica un número de veces correspondientemente mayor.

Preferiblemente, el divisor 30 está configurado como un llamado módulo PAL (Programmable Array Logic) para asegurar que las señales de disparo lleguen con el menor retardo posible, es decir, en sincronismo, con respecto a la señal de salida del generador de cosenos 48 y el generador de senos 46 y sin variaciones cíclicas de fase en la etapa convertidora A/D 35.

Debido al desfase correspondiente de las dos señales de entrada del divisor 30, el disparo de los dos convertidores A/D 32, 34 se efectúa también con un desfase fijo de 90º. De esta manera, la señal de sonda analógica puede evaluarse como una señal de dos componentes, es decir, tanto respecto de la amplitud como de la fase. Se sobrentiende que el retardo de fase entre la señal de disparo de la etapa convertidora A/D 35 y la señal de la bobina emisora 18 deberá ser lo más pequeño posible, debiendo evitarse especialmente también una llamada variación cíclica de fase, es decir que las relaciones de fase deberán mantenerse lo más exactamente constantes en el tiempo que sea posible.

Con el dispositivo de activación 37 mostrado se asegura que la señal de sonda analógica sea explorada por cada convertidor A/D 32 ó 34 a lo sumo una vez por onda completa de la oscilación portadora (en este caso, n es igual a 1). Sin embargo, según la frecuencia actual de las partículas, es decir, la velocidad v de las partículas, n puede hacerse sensiblemente mayor que 1, de modo que solamente se efectúe todavía en todo caso una exploración en cada nª onda completa de la oscilación portadora.

En la figura 2 se muestra un ejemplo en el que n es igual a 2, es decir que se realiza solamente una respectiva exploración A_{n} o B_{n} por cada convertidor A/D 32, 34 en cada segunda onda completa.

Sin embargo, dado que en todos los casos se explora a lo sumo una vez por onda completa en cada convertidor A/D 32, 34, se elimina de la señal digital por esta subexploración la frecuencia de la oscilación portadora, es decir, la frecuencia portadora, o sea que por medio de la subexploración se efectúa una desmodulación de la señal de sonda analógica.

Preferiblemente, se elige n de modo que en el intervalo de tiempo en el que se observa una señal de partícula apreciable, es decir, en el intervalo en el que un punto de una partícula 20 se mueve por la anchura efectiva WB de la bobina receptora 15, o sea, en el intervalo de tiempo que corresponde sustancialmente a la inversa de la frecuencia de las partículas, se realicen al menos 5 y preferiblemente al menos 20 exploraciones por cada convertidor A/D 32 ó 34 para obtener todavía la información contenida en la señal de partícula de una manera suficiente para un reconocimiento seguro de las partículas. Sin embargo, en general no serán necesarias más de 50 y a lo sumo 100 exploraciones durante este intervalo de tiempo.

La frecuencia de la oscilación portadora deberá elegirse de modo que ascienda a al menos diez veces la frecuencia de las partículas, puesto que, en caso contrario, la señal de partícula es portada por un número demasiado pequeño de ondas completas de la oscilación portadora y resulta problemática la reproducibilidad de la detección de partículas.

La señal de salida digital desmodulada de dos canales de la etapa convertidora A/D 35 recorre un pasabanda digital 52 que puede representarse por el procesador de señales 40 y que sirve para suprimir señales parásitas que estén fuera del ancho de banda de la señal de partícula. A este fin, se elige la frecuencia angular del pasaaltos de modo que ascienda a menos de un cuarto de la frecuencia de las partículas, mientras que se elige preferiblemente la frecuencia angular del pasabajos de modo que ascienda al menos al doble de la frecuencia de las partículas para evitar la supresión de porciones de señal que contengan todavía información referente al paso de las partículas.

El pasabanda digital 52 es activado cíclicamente con la tasa de exploración de la etapa convertidora A/D 35, es decir, con la tasa de disparo, lo que incluye la gran ventaja de que las frecuencias angulares del pasabanda, al variar la frecuencia de las partículas, es decir, al variar la velocidad v de las partículas, son arrastradas automáticamente con la frecuencia de las partículas, ya que las frecuencias angulares de un pasabanda digital son proporcionales a la tasa de cadencia y la tasa de cadencia se adapta automáticamente a la variación de la frecuencia de las partículas por medio de la tasa de exploración que se prefija por la unidad de activación 37.

La información referente a la anchura efectiva WB, necesaria para la determinación de la frecuencia de las partículas, puede ser ingresada manualmente en el procesador de señales 40 o bien es habilitado directamente por el cabezal de medida 11, tal como se describe, por ejemplo, en el documento EP 0 734 522 B1.

Se sobrentiende que el sistema de medida reacciona análogamente a una variación de la frecuencia de partículas que sea originada debido a que si bien se mantiene constante la velocidad v de las partículas, se permuta la bobina receptora 15 por otra con una anchura efectiva WB diferente.

Particularmente en el caso de valores relativamente grandes de n, es decir, cuando se explora en definitiva solamente un número relativamente pequeño de las sondas completas de la oscilación portadora, se pueden desconectar o poner en reposo durante las pausas de exploración, por ejemplo, la bobina emisora 18 y/o la electrónica de evaluación, es decir, especialmente el procesador de señales 40, para lograr una reducción de la absorción de potencia, lo que es de importancia especialmente para aparatos de medida portátiles.

La señal útil obtenida después del filtrado por el pasabanda digital 52 es evaluada en una unidad de evaluación 50 para detectar el paso de partículas 20, aprovechándose aquí usualmente tanto la información de amplitud como la información de fase de la señal de partícula.

Convenientemente, la unidad de evaluación 50 está concebida de modo que se efectúa un recuento de las pasadas detectadas de las partículas a fin de poder deducir la concentración de partículas en el líquido 16 y, por tanto, eventualmente el estado de la máquina.

En principio, en una bobina de diferencia resulta como consecuencia de la formación de diferencia (las distintas bobinas de la bobina de diferencia no son nunca exactamente iguales en la práctica) la llamada tensión errónea de bobina que puede sobrepasar a la señal diferencia propiamente dicha, por ejemplo, en hasta tres órdenes de magnitud. La amplitud resultante relativamente grande de la señal de la bobina receptora en comparación con la señal útil propiamente dicha impone altos requisitos al convertidor A/D, especialmente a su resolución.

En caso de que los convertidores A/D disponibles a un precio aceptable no satisfagan estos requisitos para la señal de la bobina receptora, es posible compensar la tensión errónea de la bobina con un convertidor D/A antes de que esta tensión sea alimentada al convertidor A/D. Se solicita entonces la señal de la bobina receptora, antes de la conversión A/D, con un decalaje que se haya establecido previamente en una formación de valor medio con pequeña amplificación a partir de la señal (desmodulada) de la bobina receptora (en la representación compleja de la señal de la bobina receptora se lleva la señal útil al origen del plano complejo o cerca del mismo por medio de la compensación de la tensión errónea de la bobina por solicitación con un decalaje adecuado a través del convertidor D/A; un resto remanente de la tensión errónea de la bobina puede ser eliminado durante el tratamiento de la señal de salida del convertidor A/D). Durante la medición se puede corregir adicionalmente este valor de decalaje cuando se pueda seguir desarrollando la formación de valor medio con alta amplificación.

Según la figura 2, se genera la señal para la bobina emisora 18 con un formador de curva 40. Sin embargo, si, por motivos de potencia, se quisiera trabajar con un amplificador de clase D, es conveniente entregar directamente la señal de modulación de duración de impulso (PDM) a través de una memoria digital secuencial. La frecuencia de emisión es controlada entonces exclusivamente a través de la frecuencia de la tasa de entrega. Cuando se activa la bobina 18 con una señal PDM adecuada, esta bobina emite un campo de forma sinusoidal. Esto tiene la ventaja de que no se emiten armónicos y la sensibilidad del dispositivo de medida se concentra más fuertemente en la frecuencia de emisión, es decir que se mejora la calidad del dispositivo de medida.

En lugar de emplear, como se muestra en las figuras 3 y 4, una "bobina de diferencia normal" que comprende dos bobinas conectadas en forma sustractiva, se podría emplear también una bobina de diferencia múltiple que presentaría entonces, por ejemplo, cuatro bobinas receptora, estando sustituida cada una de las dos bobinas receptoras 12 y 14 de la bobina de diferencia normal por dos bobinas receptoras conectadas en forma contrapuesta. Una bobina de diferencia múltiple tiene una mejor supresión de ruido, es decir, una mejor relación señal/ruido, que una bobina de diferencia normal, y la forma de la señal es más acusada. No obstante, la constitución es más complicada y las amplitudes de señal son más pequeñas. Eventualmente, se producen también perturbadores adelantos y retrasos de oscilación.

En lo que sigue se denominará "señal diferencia" la señal generada por la bobina de diferencia al pasar una partícula.

El tamaño de las partículas detectadas está típicamente entre 1 y 25 \mum. Las partículas de mayor tamaño son usualmente filtradas y separadas del lubricante para impedir daños en la máquina.

Convenientemente, se establece el número de partículas detectadas por unidad de tiempo, del cual puede deducirse la concentración de las partículas eléctricamente conductoras en el líquido, ya que el caudal del líquido es usualmente conocido y sustancialmente constante.

Con la evaluación de la señal de diferencia de las bobinas receptoras no solo puede detectarse el paso de una partícula, sino que se pueden obtener también informaciones adicionales, especialmente respecto de la posición radial de la partícula al pasar por las bobinas receptoras, es decir, respecto de la distancia radial de la partícula a la pared de las bobinas receptoras, la velocidad de flujo de la partícula detectada, el tamaño de la partícula detectada y el caudal volumétrico, o sea, la velocidad de circulación del líquido 16 promediada a través de la sección transversal del tramo de tubo 10. En lo que sigue se explicará a título de ejemplo con ayuda de las figuras 5 a 8 el modo en que puede obtenerse tal información adicional.

En un contador de partículas existe generalmente también el deseo de detectar el caudal volumétrico para poder normalizar las partículas contadas con relación a un volumen (partículas/ml) y asignarlas a tablas normalizadas existentes. A este fin, se tiene que medir la velocidad del líquido para un diámetro dado del tubo, a partir de la cual se puede calcular después el volumen del lubricante que ha pasado por el contador de partículas durante el tiempo de medida (típicamente 1 a 30 minutos). Mientras que existen para esto en principio muchas soluciones diferentes - más o menos complicadas -, por ejemplo basándose en medición de temperatura, ultrasonidos, impulsos de ruedecillas de molino mecánico, etc., es especialmente ventajoso que el caudal volumétrico se derive de las señales de corrientes parásitas detectadas de todos modos para el recuento de partículas. Se puede materializar así una solución sin una sensórica adicional, lo que conduce a menores costes, menor probabilidad de fallos y menor demanda de espacio. Es cierto que en este caso se puede detectar la velocidad de flujo solamente cuando se reconocen partículas. Sin embargo, esto no es en general un problema, ya que tiene lugar de todos modos una medición solamente cuando se reconocen también partículas.

Asimismo, en un contador de partículas es usualmente ventajoso estimar el tamaño de las partículas detectadas y clasificar las partículas detectadas según el tamaño estimado para lograr una caracterización lo más expresiva posible del estado de la máquina. Por ejemplo, se puede emitir una señal de alarma cuando se sobrepasa un valor límite prefijado para el número de partículas detectadas por unidad de tiempo en total o para una clase de tamaño determinada.

Dado que tanto la amplitud como la evolución temporal de la señal diferencia originada por una partícula dependen de la posición radial de la partícula en el tramo de tubo 10 o en la bobina, es ventajoso tanto para la medición de velocidad o la medición de caudal volumétrico como para la medición del tamaño de partículas que se estime la posición radial de la partícula y que se corrija de manera

\hbox{correspondiente la medición de
velocidad o la  medición de tamaño.}

En la figura 5 se muestra un ejemplo de la evolución idealizada del valor absoluto de la señal diferencia de una bobina de diferencia normal, tal como, por ejemplo, la bobina de diferencia formada por las bobinas receptoras 12, 14 de la figura 3, habiéndose cortado los valores de medida por debajo de un valor umbral de amplitud S_{u} (la señal cortada comprende ruido de fondo, así como el principio y el final de la señal diferencia). En tanto la amplitud de la señal esté por encima del valor umbral S_{u}, se registra la señal y se la almacena en el procesador de la unidad de evaluación. Se obtienen dos arcos de señal separados que presentan un máximo en los instantes t_{1} y t_{2}, respectivamente. El respectivo máximo de amplitud, es decir, en el respectivo instante t_{1} o t_{2}, puede determinarse, por ejemplo, por medio de un cálculo de compensación parabólico o de manera más sencilla por medio de una búsqueda de valor máximo. Decisivos para la evaluación subsiguiente son el valor del máximo de amplitud A_{i} y la diferencia de tiempo T_{i} que resulta de la diferencia entre t_{1} y t_{2}. Para cada evento de cómputo, es decir, para cada partícula i encontrada, se almacenan la amplitud máxima correspondiente A_{i} de la señal diferencia (eventualmente también en forma compleja) y la diferencia de tiempo correspondiente T_{i}.

Dado que las dos bobinas de diferencia 12, 14 presentan en dirección axial una distancia d_{Sp}, la diferencia de tiempo T_{i} es en primera aproximación proporcional a la velocidad de circulación v_{i} de la partícula. La distancia axial de las bobinas se establece entonces en la llamada anchura efectiva de la bobina de diferencia. En principio, se cumple la relación v_{i} = k*WB/T_{i}. El factor k depende de propiedades determinadas de la bobina de diferencia y puede establecerse una sola vez en fábrica para el respectivo tipo del contador de partículas.

La anchura efectiva WB depende de la posición radial de la partícula al pasar por la bobina de diferencia, aumentando dicha anchura al aumentar la distancia radial de la partícula a la pared de la bobina. Se puede tener en cuenta este hecho estableciendo empíricamente en fábrica para el respectivo tipo del contador de partículas la dependencia de la anchura efectiva respecto de la posición radial de la partícula. En la figura 7 se muestra un ejemplo del agrandamiento relativo de la anchura efectiva al aumentar la distancia radial s de la partícula. Con ayuda de esta curva empírica se puede corregir, como se describe más precisamente a continuación, la diferencia de tiempo medida T_{i} respecto de la distancia radial de la partícula i.

En principio, la amplitud máxima A_{i} de la señal diferencia es una medida del tamaño de la partícula i. Sin embargo, hay que tener en cuenta a este respecto que la atenuación de la bobina de diferencia depende de la posición radial s de la partícula, de modo que, para efectuar una estimación fiable del tamaño de la partícula, se tiene que corregir de manera correspondiente la amplitud máxima medida A_{i}. Esto puede realizarse estableciendo empíricamente en fábrica la dependencia de la atenuación de la señal diferencia respecto de la distancia radial s a la pared de la bobina para el respectivo tipo del contador de partículas. En la figura 8 se muestra un ejemplo de esta curva de corrección. Cuanto más alejada radialmente esté una partícula respecto del sistema de bobinas, tanto más débil será la amplitud de la señal. Es cierto que juega aquí también cierto papel el tamaño de la partícula; sin embargo, la función de atenuación respecto de la distancia evolucionará de una manera sustancialmente idéntica.

Asimismo, hay que tener en cuenta todavía respecto de las velocidades de las partículas que la velocidad de un flujo laminar en un tubo depende de manera conocida de la distancia radial r a la pared del tubo, siendo parabólica la dependencia y encontrándose la velocidad de flujo máxima en el centro del tubo. Por este motivo, se obtendrá así una distribución determinada de las velocidades de las partículas y, por tanto, de las diferencias del tiempo medidas T_{i}.

Para la evaluación de las señales diferencia es conveniente fijar los supuestos siguientes:

1. Durante un intervalo de medida de típicamente 1 a 30 minutos se mantiene sustancialmente constante el caudal volumétrico, dependiendo esto también, naturalmente, de la respectiva instalación. En la práctica, se presentan fluctuaciones de velocidad sustancialmente al poner en marcha la instalación. Sin embargo, en este tiempo no se realiza de todos modos ninguna medición de partículas. Por lo demás, resultan variaciones del caudal volumétrico principalmente a consecuencia de fluctuaciones de la temperatura ambiente (influencias sobre la viscosidad del lubricante) y a consecuencia de la permeabilidad lentamente variable de los filtros del lubricante. Únicamente en casos de avería se pueden producir variaciones rápidas de la velocidad de flujo cuando, por ejemplo, se rompa un filtro.

2. La distancia radial s de las partículas al sistema de bobinas está distribuida de la misma manera desde un punto de vista estadístico.

3. No se presenta un flujo turbulento. Esto puede asegurarse por medio de elementos deflectores.

4. Todas las partículas son mucho más pequeñas en su extensión que las anchuras efectivas de las bobinas.

En lo que sigue se describe un ejemplo de la evaluación de las señales diferencia.

Como ya se ha mencionado, se almacenan durante un intervalo de medición de típicamente 1 a 30 minutos la amplitud máxima A_{i} y la diferencia de tiempo T_{i} para cada partícula detectada i. Para hacer posible una evaluación fiable se deberá detectar un cierto número mínimo de partículas. Eventualmente, en caso de una pequeña concentración de partículas, se tiene que prolongar el intervalo de medida de una manera correspondiente. Como resultado se obtiene una cierta distribución de las amplitudes máximas y de las diferencias de tiempo. Las diferencias de tiempo T_{i} más pequeñas representan aquí partículas en el centro de la disposición de bobinas, es decir, s = r_{0}.

Para la distribución de las velocidades de circulación v(r) de un flujo laminar en un tubo se cumple que:

1

En esta fórmula \Deltap es la diferencia de presión en pascales, l es la longitud del tubo en metros y \eta es la viscosidad cinemática en Pa s.

Se puede estimar la velocidad máxima real en el tubo dividiendo la diferencia de tiempo medida más pequeña Ti por el "factor anchura efectiva" para r_{0}:

2

Dado que conocemos la distancia geométrica real d_{Sp} de las bobinas y ahora también el tiempo corregido T', se puede calcular la velocidad máxima v_{max}:

3

Resulta así para la velocidad media v_{med} = v_{max}/2. Para el caudal volumétrico se cumple que:

4

Dado que se conoce ahora v_{max}, se puede determinar la constante \Deltap/l \eta:

5

Por tanto, se conoce ahora la distribución real de velocidades v(r) y v(s) en el tubo. Así, se pueden determinar ahora diferencias de tiempo corregidas T'_{i}(s) correspondientes a una anchura efectiva calculada:

6

Se obtiene así ahora, por ejemplo, una tabla con los valores T'_{i}(s) en función de la distancia radial s de la partícula i a la bobina. En el caso más sencillo, se puede utilizar esta tabla como tabla de búsqueda para asignar a cada partícula encontrada i una distancia radial s a la bobina. Se toma entonces el valor medido T_{i} y se busca el valor más inmediato T'_{i}(s) en la tabla.

Por medio de esta asignación de distancia no solo se pueden corregir la diferencia de tiempo medida y, por tanto, la velocidad calculada de las partículas, sino que se puede corregir también la respectiva amplitud máxima medida A_{i} con ayuda de la dependencia previamente obtenida por vía empírica entre la atenuación de la señal diferencia y la distancia radial s de la partícula. En el caso más sencillo, se reduce entonces el valor de amplitud a un escalar, convenientemente al valor máximo de la representación del valor absoluto de la señal diferencia de la figura 5. Este valor es corregido entonces con el valor de atenuación correspondiente. A continuación, se fija el valor con ayuda de los umbrales de valoración (por ejemplo, ocho umbrales de valoración). Cada intervalo de valoración corresponde aquí a un intervalo de tamaños de las partículas. Para cada intervalo existe un contador que se incrementa cuando la amplitud medida de las partículas cae en este intervalo. Después del intervalo de medida se calcula el volumen total del líquido con ayuda de la duración de medida y del caudal volumétrico establecido y se le asigna una clase de impureza con arreglo a los estados de cómputo del contador, por ejemplo según ISO 4406. Como alternativa, la evaluación de amplitud puede efectuarse con ayuda de un factor asignado a la respectiva partícula con ayuda de la señal diferencia (se tiene en cuenta aquí entonces no solo el valor de amplitud máximo, sino también la fase).

Se sobrentiende que las funciones de corrección empíricamente establecidas según la figura 7 y la figura 8 por medio de un cálculo de compensación pueden ser representadas por funciones adecuadas, por ejemplo parábolas aproximadas y su función de inversión. En este caso, se puede suprimir la tabla de búsqueda.

Inmediatamente después de la conexión del contador de partículas no es todavía conocida la velocidad de circulación y, por tanto, en ciertas circunstancias, no se pueden discretizar entonces fiablemente las partículas, ya que la asignación de los distintos arcos de la señal de valor absoluto a la señal diferencia sin conocimiento del intervalo a esperar en las diferencias de tiempo T_{i} para un evento determinado, concretamente el paso de una partícula, no siempre es posible de manera fiable. Para orillar estos problemas se puede registrar como "ayuda de arranque" una señal después del rebasamiento del valor umbral inferior S_{u} en una longitud que sea suficiente para el reconocimiento de una velocidad de circulación mínima. Las señales diferencia detectadas pueden ser después separadas o asignadas a pasos de partículas individuales con ayuda de una evolución típica detectada de esta manera. Esta separación puede efectuarse, por ejemplo, por medio de correlación cruzada con variación de las anchuras efectivas o diferencias de tiempo T_{i} prefijadas. Se varía entonces la anchura efectiva prefijada o la diferencia de tiempo prefijada de modo que se maximicen las amplitudes de la función de correlación cruzada.

Claims (46)

1. \global\parskip0.960000\baselineskip

   1. Procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras (20) en un líquido (16) circulante en un tramo de tubo (10) con una velocidad (v), en el que se solicita el líquido por medio de una bobina emisora (18) con campos electromagnéticos alternos periódicos para inducir corrientes parásitas en las partículas, en el que se detecta por medio de una sonda caracterizada por una anchura efectiva (WB) y configurada como disposición de bobinas (12, 14, 15) una señal eléctrica periódica correspondiente a las corrientes parásitas, que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por las partículas cuando estas partículas llegan a la anchura efectiva de la disposición de bobinas, en el que

   se filtra la señal de sonda por medio de una primera unidad de filtro (19) selectiva en frecuencia,

   se explora por medio de una etapa convertidora A/D disparable (35) la señal filtrada por la primera unidad de filtro para obtener una señal de medida digital desmodulada,

   se filtra la señal de medida digital por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital (52) selectiva en frecuencia para obtener una señal útil, y

   se evalúa la señal útil para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras en el tramo de tubo, y

   en el que se dispara la etapa convertidora A/D con una nª fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, eligiéndose n en función de la frecuencia de las partículas que resulta como cociente de la velocidad de circulación del líquido y la anchura efectiva de la disposición de bobinas, y ajustándose la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia en función de la frecuencia de las partículas.
2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tramo de tubo (10) es parte de un circuito de lubricante.
3. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el líquido (16) es aceite lubricante de una máquina.
4. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frecuencia de emisión de la bobina emisora (18) está comprendida entre 20 kHz y 500 kHz.
5. 5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tamaño de las partículas detectadas (20) está comprendida entre 1 y 25 \mum.
6. 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se establece el número de partículas detectadas (20) por unidad de tiempo.
7. 7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se establece la concentración de las partículas eléctricamente conductoras (20) en el líquido (16).
8. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se suministra a la bobina emisora (18) una tensión alterna para generar los campos electromagnéticos alternos periódicos, generándose la tensión alterna a partir de una señal binaria por formación de curva, o porque se induce a la bobina emisora a emitir un campo de forma sinusoidal por activación de la misma con una señal PDM.
9. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se genera la señal de dispara para la etapa convertidora A/D (35) dividiendo por n la frecuencia de la señal binaria empleada para la generación de la tensión alterna para la bobina emisora (18).
10. 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n como inversamente proporcional a la frecuencia de las partículas para elegir la tasa de disparo de la etapa convertidora A/D (35) como al menos aproximadamente proporcional a la frecuencia de las partículas.
11. 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n de modo que en un intervalo de tiempo que corresponda a la inversa de la frecuencia de las partículas caigan al menos 5 y preferiblemente al menos 20 exploraciones realizadas por la etapa convertidora A/D (35).
12. 12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n de modo que dentro de un intervalo de tiempo que corresponda a la inversa de la frecuencia de las partículas caigan a lo sumo 100 y preferiblemente a lo sumo 50 exploraciones realizadas por la etapa convertidora A/D (35).
13. 13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ajuste de la segunda unidad de filtro (52) selectiva en frecuencia, realizado en función de la frecuencia de las partículas, se efectúa automáticamente activando de forma cíclica la segunda unidad de filtro con la tasa de exploración de la etapa convertidora A/D (35).

    \newpage

    \global\parskip1.000000\baselineskip

14. 14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda unidad de filtro (52) presenta un pasabajos para suprimir porciones parásitas de la señal digital desmodulada con frecuencias por encima de la frecuencia de las partículas, siendo la frecuencia angular del pasabajos superior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente superior al doble de la frecuencia de las partículas.
15. 15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda unidad de filtro (52) presenta un pasaaltos para suprimir porciones iguales de la señal digital desmodulada, siendo la frecuencia angular del pasaaltos inferior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente inferior a un cuarto de la frecuencia de las partículas.
16. 16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige la frecuencia de la oscilación portadora de modo que ascienda al menos a diez veces la frecuencia de las partículas.
17. 17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa convertidora A/D (35), cuando es disparada, explora dos valores con un decalaje de una diferencia de fase fija para obtener la señal de medida digital como señal de dos componentes.
18. 18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la diferencia de fase es 90º o m * 360º + 90º, en donde m es un número entero.
19. 19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque los dos componentes de la señal de medida digital suministrada por la etapa convertidora A/D (35) son filtradas por separado por medio de la segunda unidad de filtro (52) para obtener la señal útil como una señal de dos componentes.
20. 20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque en la evaluación de la señal útil se tienen en cuenta ambos componentes.
21. 21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solicitación del líquido (16) por medio de la bobina emisora (18) con los campos electromagnéticos alternos se interrumpe al menos durante una parte de cada intervalo entre dos señales de disparo consecutivas para la etapa convertidora A/D (35).
22. 22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera unidad de filtro (19) presenta al menos un pasabajos que actúa como filtro de señales espurias respecto de la exploración realizada por la unidad convertidora A/D (35).
23. 23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera unidad de filtro (19) presenta un pasaaltos para suprimir señales parásitas de baja frecuencia.
24. 24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se determina por medición la velocidad de flujo (v) del líquido (16) o se la preestablece fijamente como parámetro.
25. 25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa convertidora A/D (35) tiene antepuesto un amplificador controlable (17) para llevar la señal a la amplitud óptimamente adecuada para la etapa convertidora A/D.
26. 26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bobina emisora (18) rodea al tramo de tubo (10), presentando la disposición de bobinas (15) al menos una primera bobina receptora inductiva (12) que rodea al tramo de tubo y una segunda bobina receptora inductiva (14) que rodea al tramo de tubo y está distanciada axialmente de la primera bobina receptora, las cuales están dispuestas en la zona de la bobina emisora y están conectadas en forma sustractiva para entregar una señal diferencia correspondiente a las corrientes parásitas inducidas por la bobina emisora, formando la bobina emisora el lado primario de una disposición transformadora y formando las bobinas receptoras el lado secundario de dicha disposición, y siendo formada la señal útil por la señal diferencia.
27. 27. Procedimiento según la reivindicación 26, caracterizado porque se emplean para la detección de partículas únicamente señales diferencia cuya amplitud sobrepasa un valor umbral determinado.
28. 28. Procedimiento según la reivindicación 27, caracterizado porque se registra la señal diferencia en tanto la amplitud de señal sobrepase el valor umbral.
29. 29. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, caracterizado porque se estima a partir de la señal diferencia la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de la bobina receptora.
30. 30. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29, caracterizado porque se estima a partir de la señal diferencia la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20).
31. 31. Procedimiento según la reivindicación 30, caracterizado porque se estima la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20) a partir de la distancia temporal de los valores extremos de la señal diferencia.
32. 32. Procedimiento según la reivindicación 31, caracterizado porque se estima la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20) a partir de la distancia temporal de los máximos del valor absoluto de la señal diferencia.
33. 33. Procedimiento según la reivindicación 31 ó 32, caracterizado porque se determina la distribución de las distancias temporales obtenidas y se las somete a un análisis estadístico.
34. 34. Procedimiento según la reivindicación 33, caracterizado porque en el análisis estadístico de las distancias temporales obtenidas se tiene en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar.
35. 35. Procedimiento según la reivindicación 34, caracterizado porque, teniendo en cuenta la distancia geométrica de las bobinas receptoras, se obtiene la velocidad de circulación del líquido (16) a partir del máximo de las velocidades estimadas de las partículas.
36. 36. Procedimiento según la reivindicación 29, caracterizado porque en la estimación de la velocidad de circulación de las partículas se emplea la distancia radial estimada de las partículas detectadas (20) a la pared de las bobinas receptoras.
37. 37. Procedimiento según la reivindicación 36, caracterizado porque se obtiene empíricamente de antemano la dependencia entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras (12, 14) y la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de dichas bobinas receptoras.
38. 38. Procedimiento según la reivindicación 37, caracterizado porque en la estimación de la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de las bobinas receptoras se tienen en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar, la distancia geométrica de las bobinas receptoras (12, 14) y la dependencia obtenida de antemano entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras y la distancia radial de las partículas.
39. 39. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 38, caracterizado porque se estima el tamaño de las partículas detectadas (20) a partir de la señal diferencia y se clasifican las partículas detectadas según el tamaño estimado.
40. 40. Procedimiento según la reivindicación 39, siempre que dependa de la reivindicación 29, caracterizado porque en la estimación del tamaño de las partículas se emplea la distancia radial estimada de cada partícula detectada (20) a la pared de las bobinas receptoras.
41. 41. Procedimiento según la reivindicación 40, caracterizado porque se obtiene empíricamente de antemano la dependencia entre la amplitud de la señal diferencia y la distancia radial de la partícula (20) a la pared de las bobinas receptoras.
42. 42. Procedimiento según la reivindicación 41, caracterizado porque en la estimación del tamaño de las partículas detectadas (20) se tienen en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar, la distancia geométrica de las bobinas receptoras (12, 14), la dependencia obtenida de antemano entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras y la distancia radial de las partículas a la pared de las bobinas receptoras, y la dependencia obtenida de antemano entre la amplitud de la señal diferencia y la distancia radial de las partículas a la pared de las bobinas receptoras.
43. 43. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de sonda, antes de que sea alimentada a la etapa convertidora A/D disparable (35), es solicita con una tensión de decalaje para compensar una tensión errónea de las bobinas.
44. 44. Procedimiento según la reivindicación 43, caracterizado porque la tensión de decalaje se genera por medio de un convertidor D/A, obteniéndose el valor de la tensión de decalaje a partir de una formación de valor medio de la señal de medida digital desmodulada.
45. 45. Procedimiento según la reivindicación 44, caracterizado porque la formación de valor medio tiene lugar mientras se solicita la señal de sonda con la tensión de decalaje.
46. 46. Procedimiento según la reivindicación 44, caracterizado porque la formación de valor medio tiene lugar antes de que se solicite la señal de sonda con la tensión de decalaje.