ES2565548B1 - Sensor de campos electrostáticos y sistema de seguridad en ambientes industriales - Google Patents

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Abstract

Sensor de campos electrostáticos y sistema de seguridad en ambientes industriales que es capaz de medir campos electroestáticos y sus variaciones a lo largo de un conductor metálico que actúa como antena (1) o sonda de captación. Esta sonda está conectada a un circuito electrónico (2, 3, 4) capaz de decodificar dichos cambios en el campo electroestático alrededor del conductor, y mediante un procesador (5) es capaz de detectar variaciones minúsculas en el campos electrostático, consiguiendo determinar con claridad la presencia humana en un área próxima circundante a dicha antena (1) y diferenciarla de cualquier otro tipo de animal u objeto.

Description

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SENSOR DE CAMPOS ELECTROSTATICOS Y SISTEMA DE SEGURIDAD EN
AMBIENTES INDUSTRIALES
DESCRIPCION
El objeto de la invencion es un sensor capaz de medir campos electrostaticos y un sistema de seguridad en ambientes industriales. La invencion tiene su aplicacion practica en el sector de la seguridad, y mas concretamente en la seguridad e higiene en el trabajo , siendo su finalidad principal la deteccion de un acceso no autorizado a una zona de seguridad restringida, como por ejemplo el radio de accion de un robot en instalaciones industriales.
Estado de la tecnica
Actualmente, en el campo de la deteccion de accesos no autorizados en zonas restringidas se utilizan distintos tipos de sensores entre los que destacan los siguientes:
a) Los sensores volumetricos, que detectan cambios en el volumen del area de medicion y que se traducen en deteccion de movimiento.
b) Los sensores de apertura de puertas que detectan cuando una puerta o ventana se abre o se cierra.
c) Los sensores de barrera infrarroja que detectan el paso de un objeto entre sus emisores y receptores.
La mayoria de estos sensores parten del hecho de que el operario efectivamente entra en la zona restringida, esto es, superan la barrera establecida por los sensores. Por tanto, no ofrecen una seguridad preventiva, ya que solo son capaces de detectar un acceso cuando este ya ha ocurrido.
Los sensores empleados actualmente en seguridad industrial no permiten diferenciar entre personas y objeto, ademas realizan mediciones puntuales del entorno por ello no es posible determinar la distancia y trayectoria seguida por dicho objeto con respecto al sensor y no son sistemas preventivo para analizar posibles alertas antes de que ocurran.
Por tanto, no se trata de un sistema de seguridad dirigido para proteger personas ademas de anticiparse a una posible alerta de peligro, sino un sistema de aviso o alarma del evento
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puntual.
Para evitar estos problemas la mejor solucion son los sensores detectores de campos electrostaticos. No obstante, la mayoria de los documentos estan basados en senales no controladas y en la medida indirecta de la capacidad en funcion de la variacion de la frecuencia de resonancia de la senal y/o de su impedancia.
Por ejemplo, el documento ES 2152335 T3 describe un dispositivo detector conectado a una antena para detectar pequenos cambios capacitivos en un campo electrico o electromagnetico que rodee a la antena, comprendiendo el dispositivo: medios generadores para generar un campo electrico o electromagnetico alrededor de la antena; medios equilibradores para mantener el campo electrico o electromagnetico que rodea a la antena en una condicion de equilibrio; medios de filtro para impedir que el dispositivo detector se vea afectado por cambios de temperatura y humedad; medios de deteccion para detectar pequenos cambios en el campo electrico o electromagnetico generado alrededor de la antena; y medios indicadores para indicar la existencia de un cambio en el campo electrico o electromagnetico; y estando caracterizado porque los medios generadores consisten en un generador de onda cuadrada que genera preferentemente una onda cuadrada en el rango de 50 Hz a 5.000 Hz, y porque la onda cuadrada original, procedente del referido generador y la onda cuadrada afectada capacitivamente por el campo que rodea a la antena se entregan a medios amplificadores que amplifican la diferencia entre las mismas.
Gracias a este dispositivo detector se consigue un sistema de seguridad en una primera zona de presencia que indica que el intruso se ha acercado al objeto protegido a una distancia comprendida entre 100 y 150 cm; una segunda zona de presencia que indica que el intruso se ha acercado al objeto protegido a una distancia de 30 cm; y una tercera zona de presencia que indica que el intruso casi hace contacto con el objeto protegido.
Por tanto, en esta invencion se crea una onda cuadrada, en donde dependiendo de la variacion de la frecuencia de la misma se puede calcular la capacidad asociada. Esta senal crea un campo magnetico en el conductor que esta descontrolado, es decir, sus lmeas de campo se extienden hacia todas las direcciones y, ademas, sufre variaciones con la temperatura, la humedad y otros condicionantes, por lo que necesita corregir estos problemas.
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Descripcion de la invencion
El objeto de la invencion es un sensor capaz de medir campos electrostaticos y sus variaciones para determinar la presencia humana en un area proxima circundante a dicha sonda y diferenciarla de cualquier otro animal u objeto. A su vez, este sensor forma parte integral de un sistema de seguridad concebido para la detection preventiva de un acceso a un espacio industrial delimitado, mediante la integration de sensores, dispositivos de comunicacion y gestion de la alarma.
Mas concretamente, en un primer aspecto de la invencion, el sensor de campos electrostaticos comprende una antena o electrodo de medida que esta directamente conectada con un circuito generador de campo y con un circuito controlador de campo, donde se direccionan las lmeas de campo enfocadas al area de medicion, optimizando la sensibilidad en dicha region y evitando posibles acoples indeseados. Estos elementos estan conectados a un circuito acondicionador de senal y un procesador que comprende una memoria que incorpora al menos un programa con instrucciones configuradas para detectar las variaciones en el campo electrostatico recibidas del sensor; determinar el volumen y densidad del objeto que ha generado la variation en el campo electrostatico; y establecer si dicho volumen y densidad del objeto se corresponde con una intrusion no autorizada y emitir una senal encriptada a una centralita.
Finalmente se reivindica el metodo de deteccion de intrusos en espacios industriales que comprende las etapas de: (a) detectar la variacion en un campo electrostatico con al menos un sensor de campos electrostaticos controlados como el descrito; (b) determinar el volumen y densidad del objeto que ha provocado una variacion en el campo electrostatico; (c) establecer si dicho volumen y densidad del objeto se corresponde con una intrusion no autorizada; y (d) emitir una senal encriptada de alarma.
La invencion se basa en la capacidad que tiene el sensor objeto de la invencion de medir las variaciones del campo electrostatico existente alrededor de un conductor que actua como antena, cuando dicho campo es afectado por la influencia de un cuerpo, el campo electrostatico cambia, tener la sensibilidad en el sensor suficiente para detectar dicho cambio producido por una persona u otro objeto.
El cuerpo humano, al igual que cualquier otro objeto existente, presenta unas caracteristicas
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electricas propias, dependientes de los materiales, densidad, volumen, temperatura y conductividad. Las diferencias de potencial entre los diferentes objetos hacen que existan descargas electrostaticas de un objeto a otro cuando entran en contacto o estan infinitesimamente proximos. Este efecto es aprovechado por el sensor objeto de la invention, consiguiendo medir en continuo las fluctuaciones que dicho campo provocan en un circuito electronico conectado a el. Este circuito, a traves de los cambios en la magnitud del campo es capaz de distinguir diferentes tipos de cuerpos u objetos y discriminar la presencia humana de otra presencia material o animal.
Efectivamente, el sensor objeto de la invencion, al efectuar la medida de la capacidad en continuo, moldea el campo electromagnetico y electrostatico generado en la antena y a traves de infinitas lmeas de campo, un procesador conectado al mismo permite determinar el volumen y la densidad de materia generadora de la fluctuation del campo en la antena.
La invencion esta aplicada a sistemas de seguridad en instalaciones industriales, donde se indicara al operario el riesgo que le supone el acercamiento a una determinada zona restringida o no autorizada. Esto permite, por ejemplo, que en la zona de actuation de un brazo robot, este quede paralizado cuando un operario esta en su radio de action, independientemente de que luego se pueda exigir responsabilidades al propio operario si no estaba autorizado para ello, para lo cual el sistema tambien identifica al operario.
A lo largo de la description y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracteristicas tecnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracteristicas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que restrinjan la presente invencion. Ademas, la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqu indicadas.
Breve descripcion de las figuras
A continuation se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
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La FIG.1 muestra un esquema del sensor de campos electrostaticos objeto de la invencion. La FIG.2 muestra un esquema del sistema de seguridad objeto de la invencion.
Exposicion de un modo detallado de realizacion de la invencion
Tal y como se aprecia en la figura 1, el sensor de campos electrostaticos para ambientes industrials, objeto de la presente invencion, comprende una antena (1) que consiste en un electrodo de medida.
La antena (1) esta directamente conectada con un circuito generador de campo (2) y con un circuito controlador de campo (3) que, a su vez queda conectado con un circuito de procesado de senal (4), esencialmente un convertidor analogico - digital, que a su vez esta conectado con un procesador (5) configurado para detectar las variaciones del campo electrostatico, estableciendo una especie de mapa tridimensional con dichas variaciones, pudiendo determinar el volumen y densidad del objeto que ha generado dicha variacion. Este procesador (5) a su vez, esta conectado con un circuito de comunicaciones por radio frecuencia (6), que emite una senal encriptada hacia una centralita (10), la cual controla toda la instalacion. Ademas, el procesador (5) esta conectado con una camara (7) de seguridad que graba el objeto que ha detectado y definido el procesador (5) como una intrusion no autorizada. Finalmente, el procesador (5) esta conectado con unos medios de identification de usuarios (8), preferentemente a traves de Bluetooth®, para permitir que los usuarios autorizados accedan al recinto y no generen una senal de alarma.
En la figura 2 se muestra, tanto el diagrama de bloques del sensor propiamente dicho y descrito en la figura 1, como de la centralita (10) encargada de la gestion de alarmas, que comprende igualmente un procesador (11) conectado con un modulo de comunicaciones por radio frecuencia (12) conectado con al menos un dispositivo sensor a traves de su respectivo circuito de radio frecuencia (6). La centralita (10) se completa con otros modulos de comunicaciones como Ethernet (13), WIFI (14) o Zigbee (15), disponiendo ademas de un teclado capacitivo (16) y una pantalla (17) para facilitar su uso por parte de los operarios.
En general, el objeto de la centralita (10) es simplemente registrar las alarmas, ya que el procesado de las senales lo realiza cada sensor de forma independiente.

Claims (1)

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    REIVINDICACIONES
    1 - Sensor de campos electrostaticos para aplicaciones de seguridad en ambientes industriales que se caracteriza porque comprende:
    una antena (1) o electrodo de medida que esta directamente conectada con un circuito generador de campo (2) y con un circuito controlador de campo (3);
    y cuyas senal de salida esta, a su vez, conectada con un circuito acondicionador de senal (4) y un procesador (5) que comprende una memoria que incorpora al menos un programa con instrucciones configuradas para:
    detectar las variaciones en el campo electrostatico recibidas del sensor;
    determinar el volumen y densidad del objeto que ha generado la variacion en el campo electrostatico; y
    establecer si dicho volumen y densidad del objeto se corresponde con una intrusion no autorizada y emitir una senal encriptada a una centralita (10) a traves de un circuito de comunicaciones por radio frecuencia (6).
    2 - El sensor de la reivindicacion 1 que comprende una camara de vigilancia (7).
    3 - El sensor de cualquiera de las reivindicaciones 1-2 que comprende medios para la identificacion de usuarios
    4 - El sensor de acuerdo con la reivindicacion 3 donde los medios de identificacion de usuarios comprenden un circuito de comunicaciones Bluetooth (8).
    5 - Metodo de deteccion de intrusos en ambientes industriales que se implementa que comprende las etapas de
    (a) detectar la variacion en un campo electrostatico con al menos un sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4;
    (b) determinar el volumen y densidad del objeto que ha provocado una variacion en el campo electrostatico;
    (c) establecer si dicho volumen y densidad del objeto se corresponde con una intrusion no autorizada; y
    (d) emitir una senal encriptada de alarma.
    6 - El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5 que comprende la etapa de identificar
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    a un usuario.
    7 - El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-6 que comprende la etapa de grabar la zona de intrusion no autorizada.
    8 - Programa informatico que comprende las instrucciones necesarias para que el sensor de las reivindicaciones 1-4 ejecute el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 57.
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