ES2711365T3 - Dispositivo de detección de sobrecargas y la transmisión de datos detectados, y su métodos de fabricación - Google Patents

Abstract

Dispositivo (1) para detectar deformaciones y transmitir datos detectados, que comprende una primera capa externa (3), una segunda capa externa (7) y una capa intermedia (5) dispuestas entre dicha primera capa externa y dicha segunda capa externa, en donde dicha capa intermedia (5) comprende al menos un sensor de deformación (9), en donde los cambios dimensionales de dicho sensor de tensión (9) debido a una carga aplicada se convierten en variaciones de la resistencia eléctrica de dicho sensor y en donde dicho circuito electrónico (11) es capaz de detectar dichas variaciones de resistencia eléctrica, caracterizado porque dicha capa intermedia también comprende al menos una antena y un circuito electrónico conectado eléctricamente a al menos un sensor de tensión y al menos una antena y que dicha primera capa externa (3) y dicha segunda capa externa (7) están hechas de un material compuesto que contiene fibras impregnables y eléctricamente aislantes y al menos un sensor de sobrecarga (9) está hecho de un material compuesto que contiene fibras impregnables eléctricamente conductoras, siendo dichas capas externas primera y segunda (3, 7) completamente aislantes, para que puedan aislar dicho sensor de tensión (9) en dicha capa intermedia (5) de posibles perturbaciones.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo de deteccion de sobrecargas y la transmision de datos detectados, y su metodos de fabricacion Campo tecnico

[0001] La presente invencion se refiere a un dispositivo para la deteccion de sobrecarga y la transmision de datos detectados. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un dispositivo para detectar las deformaciones que aparecen en una estructura como resultado de una carga aplicada.

[0002] La presente invencion se refiere ademas a un metodo para la fabricacion de un dispositivo del tipo mencionado.

Tecnica anterior

[0003] La posibilidad de detectar y vigilar las sobrecargas de una estructura es de primordial importancia en un gran numero de diferentes campos tecnicos, entre los que se puede mencionar a modo de ejemplos no limitativos la industria de la construccion, la industria de la automocion, el sector nautico, el sector aeronautico y asf sucesivamente.

[0004] Segun la tecnica anterior, la deteccion de sobrecargas se logra mediante el uso de sensores que se aplican ya sea externamente a la estructura a vigilar o se insertan dentro de la propia estructura.

[0005] Estas dos soluciones, sin embargo, estan sujetas a graves limitaciones.

[0006] En el caso de sensores aplicados externamente a una estructura, medidores de tension que se aplican por encolado a la superficie de la estructura a ser monitorizada se emplean generalmente. Entre los inconvenientes de esta solucion cabe destacar los siguientes:

- los sensores estan expuestos a agentes atmosfericos;

- el proceso de solicitud pegando el (los) sensor(es) a la estructura es laborioso y diffcil;

- La adhesion del (de los) sensor(es) a la estructura esta sujeta a un deterioro bastante rapido con el tiempo, en parte debido a los agentes atmosfericos mencionados anteriormente, con la consiguiente perdida de confiabilidad de la informacion recolectada;

- Un seguimiento preciso y fiable de las sobrecargas que aparecen en la estructura requerina un gran numero de sensores; sin embargo, las conexiones de cables entre los sensores y los instrumentos de lectura correspondientes limitan drasticamente el numero de sensores que pueden utilizarse de manera realista;

- Si se utilizan medidores de tension hechos de aleaciones metalicas (en particular constantan, una aleacion binaria de cobre-mquel), la fragilidad estructural de estos medidores limita su tamano, limitando asf el area en la que se detectan las sobrecargas.

[0007] En el caso de sensores insertados dentro de la propia estructura, se prefiere emplear sensores de fibra optica con redes de Bragg en lugar de medidores de deformacion. Dicha solucion tambien tiene varios inconvenientes, entre los cuales cabe mencionar los siguientes:

- dichos sensores de fibra optica son muy caros;

- dichos sensores de fibra optica afectan el estado de tension de la estructura dentro de la cual se insertan, alterando los valores detectados;

- ya que dichos sensores de fibra optica deben conectarse con una conexion por cable a los respectivos instrumentos de lectura, los alambres y cables que salen de la estructura crean rutas de comunicacion entre el exterior y el interior de la propia estructura, favoreciendo, por ejemplo, la entrada de humedad; - la provision dentro de la estructura de asientos para la insercion de dichos sensores de fibra optica crea una falta de continuidad en las propiedades de resistencia estructural de la estructura, lo que probablemente conduzca a puntos o lmeas de fractura;

- la inclusion de dichos sensores dentro de una estructura requiere una ingeniena cuidadosa, ya que los puntos de deteccion deben seleccionarse y determinarse en la etapa de diseno, ya que no es posible moverlos en una etapa posterior, y las caractensticas ffsicas de la estructura sufriran los cambios mencionados anteriormente en terminos de resistencia estructural que deben calcularse de antemano.

[0008] Por otra parte, ambos tipos de soluciones conocidas descritos anteriormente requieren el uso de sistemas de hardware voluminosos, pesados y caros, asf como de los correspondientes medios de suministro para suministrarlos electricamente.

[0009] Con el fin de superar los inconvenientes anteriores, en tiempos mas recientes se han desarrollado sensores de material compuesto, que contienen un elemento conductor capaz de variar su resistencia electrica en funcion de la variacion dimensional sufrida como consecuencia de una carga aplicada.

[0010] Dichos sensores de material compuesto pueden ser aplicados externamente a la estructura a vigilar o directamente insertados en el interior de esta estructura.

[0011] Mas particularmente, con el fin de superar las limitaciones asociadas con la presencia de conexiones de cable entre los sensores y los instrumentos de lectura respectivos, se ha propuesto el uso de dichos sensores de material compuesto en combinacion con un sistema de transmision inalambrica para los datos detectados.

[0012] A este respecto, vease el documento WO 2004/068095.

[0013] Aunque teoricamente las soluciones propuestas relativas a la utilizacion de sensores de material compuesto para la deteccion de sobrecargas y la transmision inalambrica de datos detectados son potencialmente capaces de proporcionar un rendimiento satisfactorio, en la practica su aplicacion aun no ha alcanzado los resultados esperados en terminos de viabilidad y fiabilidad de los datos detectados.

[0014] De hecho, la fabricacion practica de un dispositivo que utiliza sensores de material compuesto para la deteccion de sobrecargas y combina dichos sensores con electronica capaz de transmitir de forma remota los datos detectados que se refieren a dichas sobrecargas plantea una serie de problemas - tanto desde el punto de vista mecanico como desde el punto de vista electronico - que diffcilmente se pueden resolver.

[0015] Tales problemas han hecho hasta ahora imposible la obtencion de un dispositivo del tipo mencionado anteriormente que tiene las caractensticas de la simplicidad en la adquisicion de datos y - mas importante - la fiabilidad de los datos detectados y transmitidos que son necesarios para el control preciso de las sobrecargas de una estructura.

[0016] Los dispositivos que pueden detectar y monitorizar las tensiones de una estructura que usa materiales piezoelectricos tambien son conocidos del estado de la tecnica.

[0017] A este respecto, el documento US 2008/0143216 se refiere a un dispositivo para el control de tensiones en una estructura que preve el uso de una capa de material piezoelectrico, una pluralidad de electrodos conectados a dicha capa de material piezoelectrico y una pluralidad de capas superpuestas a dicha capa de material piezoelectrico que estan hechas de material aislante y portan conectores conductores o almohadillas conductoras que definen, dentro de dichas capas, caminos conductores hacia los electrodos, es decir, caminos conductores selectivos hacia uno u otro grupo de electrodos, para polarizar adecuadamente el material piezoelectrico. En uso, cuando se somete a tensiones, el material piezoelectrico genera un potencial electrico entre los electrodos que pasan a traves de los conectores conectivos hasta un procesador.

[0018] Esta solucion es sustancialmente diferente de las ilustradas anteriormente, ya que mide el potencial electrico generado por el material piezoelectrico, en lugar de un cambio en la resistencia electrica del sensor.

[0019] Incluso esta solucion no esta libre de limitaciones, en primer lugar la necesidad de utilizar materiales piezoelectricos, es decir, materiales con una estructura cristalina particular y espedfica.

[0020] El objeto principal de la presente invencion es superar los inconvenientes mencionados anteriormente, proporcionando un dispositivo para la deteccion de sobrecargas y la transmision de datos detectados que se pueden aplicar ya sea a la superficie de una estructura a vigilar o insertados en el interior de dicha estructura y lo que permite adquirir y transmitir de forma fiable los datos relativos a las deformaciones sufridas por dicha estructura.

[0021] Mas particularmente, un objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo para la deteccion de sobrecargas y la transmision de datos detectados que permite una deteccion correcta de las sobrecargas, no afectada por los errores debidos a perturbaciones en el posicionamiento del sensor.

[0022] Mas particularmente, otro objeto de la presente invencion es proporcionar un dispositivo para la deteccion de sobrecargas y la transmision de datos detectados que permite una transmision correcta de las sobrecargas, no afectada por los errores debidos a perturbaciones en la electronica asociada al sensor.

[0023] Estos y otros objetos se consiguen mediante el dispositivo de deteccion de sobrecargas y de transmision de datos detectados y por el metodo para la fabricacion del mismo como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas. Divulgacion de la invencion.

[0024] El dispositivo para la deteccion de sobrecargas y transmision de datos detectados comprende:

- una capa intermedia, en la que al menos un sensor de deformacion, cuyos cambios dimensionales debidos a la carga aplicada se convierten en variaciones de su resistencia electrica, un circuito electronico que es capaz de detectar dichas variaciones de resistencia electrica, y al menos se proporciona una antena, que es capaz de transmitir de forma inalambrica al exterior los datos detectados por dicho sensor de tension y procesados por dicho circuito electronico;

- capas externas primera y segunda, entre las cuales se coloca dicha capa intermedia.

[0025] Segun la invencion, dicho sensor de deformacion de dicha capa media se hace mediante el uso de un material compuesto que contiene fibras inexpugnables electricamente conductoras y dichas capas exteriores estan hechas mediante el uso de un material compuesto que contiene fibras inexpugnables electricamente aislantes.

[0026] Mas particularmente, dicho sensor de deformacion de dicha capa intermedia se hace mediante el uso de un material compuesto que consiste de una matriz electricamente aislante o conductora de la electricidad - aislante preferiblemente electricamente - en la que se insertan fibras inexpugnables electricamente conductoras.

[0027] Estas fibras impregnables y conductoras, cuando se someten a las sobrecargas, cambian su resistencia electrica y se mide esta variacion de la resistencia electrica.

[0028] Dichas capas externas estan hechas mediante el uso de un material compuesto que consiste en una matriz electricamente aislante en la que se insertan las fibras electricamente aislantes impregnables.

[0029] Como resultado, dichas capas exteriores se aislan completamente, de modo que puedan aislar el sensor en la capa media de posibles perturbaciones.

[0030] De acuerdo con realizaciones preferidas y no limitativas del dispositivo de acuerdo con la invencion, dichas fibras impregnables electncamente conductores incluyen fibras de carbono, titanio y/o fibras de poliester con la deposicion de un metal, por ejemplo mquel.

[0031] De acuerdo con realizaciones preferidas y no limitativas del dispositivo de acuerdo con la invencion, dichas fibras impregnables electricamente aislantes incluyen fibras de vidrio o fibras de poliester (sin deposicion de metal).

[0032] De acuerdo con realizaciones preferidas y no limitativas del dispositivo de acuerdo con la invencion, la matriz con la que dichas fibras se impregnan puede consistir en resinas y/o pegamentos, tales como poliesteres, esteres vimlicos, resinas epoxfdicas y/o resinas fenolicas.

[0033] Gracias al hecho de que el sensor de deformacion se hace mediante el uso de fibras inexpugnables conductoras de la electricidad, es posible fabricar sensores de tension que tiene un tamano mucho mas grande que medidores de tension convencionales, lo que permite detectar un valor promedio de una cepa - por lo tanto de una tension - en un area mas grande de la estructura a la que se aplica el dispositivo. Ademas, la geometna del sensor de tension puede disenarse de acuerdo con un patron deseado, que permite adaptar dicha geometna a las necesidades espedficas en terminos de deteccion de tension.

[0034] Gracias al hecho de que las capas exteriores del dispositivo segun la invencion estan hechas de un material compuesto, el dispositivo segun la invencion se puede laminar en la superficie de la estructura a la que se aplica o dentro del dispositivo dicha estructura, convirtiendose asf en una parte integral de dicha estructura, que resuelve los problemas relacionados con la perdida de adherencia en el tiempo que afectan a los sensores de la tecnica anterior.

[0035] Las condiciones establecidas para la laminacion en la superficie de la estructura (tipo de resina utilizada, condiciones de vado, condiciones de temperatura) se puede elegir adecuadamente de acuerdo con las necesidades de la aplicacion espedfica.

[0036] Por otra parte, el uso de fibras electricamente aislantes impregnable, dentro de una matriz que tambien es electricamente aislante, para la fabricacion de las capas exteriores del dispositivo de acuerdo con la invencion permite la aplicacion de dicho dispositivo a estructuras hechas de materiales de conduccion electrica sin ningun deterioro del rendimiento del propio dispositivo para detectar las tensiones y transmitir los datos detectados.

[0037] En caso de que el dispositivo segun la invencion se aplica a la superficie de la estructura a ser monitoreada, dicha estructura puede ser una estructura ya existente o una nueva estructura y que puede ser hecha de cualquier material (madera, hormigon, material compuesto, etc.).

[0038] Alternativamente, en el caso de estructuras de nueva construccion, y en particular en el caso de estructuras de material compuesto, el dispositivo segun la invencion puede ser integrado dentro de la estructura misma.

[0039] En este caso es posible que las capas exteriores del dispositivo de acuerdo con la invencion son una parte integral de la estructura cuyas sobrecargas son para ser detectadas, es decir, son capas de la estructura en sf, que considerablemente limita las perturbaciones a las propiedades ffsicas y mecanicas de la estructura generada por la introduccion de dicho dispositivo.

[0040] Alternativamente, sera posible que los materiales compuestos utilizados para la fabricacion del dispositivo de acuerdo con la invencion sean lo mas homogeneos posible en terminos de propiedades qmmicas y ffsicas con el material compuesto de la estructura a ser monitoreada, siempre con el fin de limitar las perturbaciones a las propiedades ffsicas y mecanicas de la estructura generada por la introduccion de dicho dispositivo.

[0041] La presencia de al menos una antena en la capa intermedia del dispositivo segun la invencion permite transmitir de forma inalambrica los datos detectados a un instrumento de lectura externo, mediante el uso de, por ejemplo, una comunicacion de radio-frecuencia (RFID).

[0042] De manera ventajosa, dicha al menos una antena permite evitar el uso de medios internos de alimentacion en el dispositivo segun la invencion, ya que la energfa necesaria para excitar el sensor de tension, detectar los datos y transmitir dichos datos puede suministrase desde el exterior, mediante radiofrecuencia.

[0043] De acuerdo con una realizacion preferida, una capa blindada se acopla al circuito electronico y a la antena proporcionada en la capa intermedia del dispositivo de acuerdo con la invencion, la capa de proteccion permite proteger la comunicacion correcta de radiofrecuencia entre el dispositivo y el instrumento externo de las perturbaciones debidas a las corrientes inducidas en las capas conductoras de la estructura a la que se aplica el dispositivo.

[0044] Dicha capa de proteccion esta hecha preferiblemente de material ferntico.

[0045] La presente invencion tambien se refiere a un metodo para fabricar el dispositivo descrito anteriormente.

[0046] El metodo de acuerdo con la invencion comprende al menos los pasos de:

- proporcionar al menos una primera capa externa, hecha usando un material compuesto que contiene fibras impregnables aislantes electricamente;

- disponer, en dicha primera capa exterior, al menos un sensor de deformacion, fabricado utilizando un material compuesto que contiene fibras impenetrables electricamente conductoras;

- colocar, en dicha primera capa externa, un circuito electronico que comprende medios para detectar cambios en uno o mas parametros electricos de dicho sensor de tension, incluyendo al menos la resistencia electrica;

- colocar, en dicha primera capa exterior, al menos una antena;

- conectar electricamente dicho al menos un sensor de tension y dicha al menos una antena a dicho circuito electronico;

- cubierta con una segunda capa exterior, hecha usando un material compuesto que contiene fibras impenetrables aislantes electricamente.

[0047] Mas particularmente, dicho sensor de deformacion se hace mediante el uso de un material compuesto que consiste en una matriz electricamente aislante o conductora de la electricidad - aislante preferiblemente electricamente - en la que se insertan fibras inexpugnables electricamente conductoras.

[0048] Dicha primera capa exterior y dicha segunda capa exterior se hacen mediante el uso de un material compuesto que consiste en una matriz electricamente aislante en la que se insertan fibras electricamente aislantes inexpugnables, de manera que sean completamente aislantes y capaces de aislar el sensor contenido en la capa media de cualquier perturbacion.

[0049] De acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, se proporciona un paso de la catalisis de las capas asf montadas, preferiblemente una etapa de catalisis bajo vacfo y a temperatura controlada.

[0050] Gracias al hecho de que las capas exteriores y la capa media que comprende el sensor de tension y los componentes electronicos asociados con los mismos se catalizan juntos, el dispositivo segun la invencion se realiza en una sola pieza, lo que permite evitar cualquier desplazamiento y/o deslizamiento de la capa media, o al menos del sensor de tension, en relacion con las capas exteriores circundantes, evitando asf perturbaciones en la deteccion de datos que podnan resultar de dicho desplazamiento y/o deslizamiento.

[0051] De acuerdo con una posible realizacion de la invencion, el paso de fabricacion del sensor de deformacion mediante el uso de un material compuesto comprende los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o pegamento (electricamente conductor o, preferiblemente, electricamente aislado);

- catalizar

- cortar la capa obtenida segun el patron deseado.

[0052] De acuerdo con una realizacion alternativa de la invencion, la etapa de fabricacion del sensor de deformacion mediante el uso de un material compuesto comprende los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o pegamento (electricamente conductor o, preferiblemente, electricamente aislado);

- cortar la capa obtenida de acuerdo con el patron deseado.

[0053] En este caso, el sensor de deformacion se somete a catalisis solamente despues de ensamblarse con las capas exteriores primera y segunda.

[0054] Segun una realizacion alternativa adicional de la invencion, el paso de fabricacion del sensor de sobrecarga mediante el uso de un material compuesto comprende el paso de proporcionar una capa de material compuesto que comprende una matriz y fibras electricamente aislantes y haciendo que las fibras electricamente aislantes de dicha capa media se vuelven electricamente conductoras por deposicion de un metal (por ejemplo, mquel) de acuerdo con un patron deseado.

Breve descripcion de los dibujos

[0055] Las caractensticas y ventajas de la invencion se haran mas evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada de una realizacion preferida, dada a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- La figura 1 muestra esquematicamente una seccion transversal de un dispositivo para detectar deformaciones y transmitir datos detectados segun una realizacion preferida de la presente invencion; - La Figura 2 muestra esquematicamente una seccion a lo largo del plano II-II del dispositivo de la Figura 1. Descripcion detallada de una realizacion preferida de la invencion.

[0056] Con referencia a la figura 1, se muestra un dispositivo para detectar sobrecargas y transmitir datos detectados 1 de acuerdo con la invencion.

[0057] Segun la invencion, dicho dispositivo comprende:

- una primera capa exterior 3, hecha de un material compuesto que contiene fibras impenetrables electricamente aislantes, y mas particularmente consiste en una matriz electricamente aislante que contiene fibras impregnables electricamente aislantes;

- una capa intermedia, indicada como un todo con la referencia 5;

- Una segunda capa exterior 7, hecha de un material compuesto, que contiene fibras impregnables electricamente aislantes y, mas particularmente, que consiste en una matriz electricamente aislante que contiene fibras impenetrables electricamente aislantes.

[0058] Con referencia tambien a la figura 2, dicha capa intermedia 5 comprende al menos:

- al menos un sensor de tension 9 hecho de un material compuesto que contiene fibras impregnables electricamente conductoras y, mas particularmente, que consiste en una matriz (electricamente conductora o electricamente aislante, preferiblemente electricamente aislante) que contiene fibras impregnables electricamente conductoras, los cambios dimensionales (debido a una carga aplicada) de dicho al menos un sensor se convierten en variaciones de su resistencia electrica;

- un circuito electronico 11 que comprende medios para detectar dichas variaciones de dicho parametro electrico de dicho sensor de tension 9;

- al menos una antena 13;

en donde dicho al menos un sensor de tension 9 y dicho circuito electronico 11 estan conectados electricamente a los contactos o almohadillas correspondientes y en donde dicho circuito electronico 11 y dicha al menos una antena 13 estan conectados electricamente a los contactos o almohadillas correspondientes 12. El sensor de tension 9 esta hecho preferiblemente de un material compuesto que comprende fibras de carbono, fibras de titanio y/o fibras de poliester con deposicion de un metal (por ejemplo, mquel).

[0059] Dicho sensor de deformacion 9 puede tener el tamano y la geometna deseada; en particular, puede tener un tamano mucho mayor que el de los medidores de tension utilizados en la tecnica anterior y su geometna puede seguir patrones complejos.

[0060] El circuito electronico 11 y la antena 13 se pueden hacer de acuerdo con cualquier tecnologfa adecuada dentro del conocimiento comun de la persona experta en la tecnica.

[0061] En la realizacion preferida ilustrada en las figuras, dicho circuito electronico 11 y dicha antena 13 se puede implementar en una sola tarjeta de circuito impreso (PCB) 15.

[0062] En concreto, dicha placa de circuito impreso 15 esta preferiblemente hecha en forma de una placa de circuito impreso flexible, por ejemplo de una pelfcula de poliamida o un tejido sintetico tal como PEEK, de modo que el dispositivo correspondiente 1 como un todo mostrara cierta flexibilidad, lo que permitira que dicho dispositivo se adapte a estructuras con superficies complejas.

[0063] En una realizacion alternativa, la antena 13 - al igual que el sensor de deformacion 9 - tambien puede estar hecha de un material compuesto que contiene fibras inexpugnables electricamente conductoras, es decir, que consiste en una matriz conductora de la electricidad o electricamente aislante (preferiblemente electricamente aislante) que contiene fibras impregnables electricamente conductoras. Segun esta realizacion, el mismo elemento hecho de material compuesto que contiene fibras impenetrables electricamente conductoras puede disenarse para realizar las funciones del sensor de tension y la antena.

[0064] Esta solucion puede ser ventajosa cuando el dispositivo 1 esta destinado a ser integrado dentro de una estructura de material compuesto, ya que permite limitar la perturbacion de las propiedades ffsicas de la propia estructura.

[0065] La capa media 5 tambien puede comprender uno o mas sensores (no mostrados) capaces de detectar condiciones ambientales en el entorno que rodea el dispositivo 1, como la temperatura y la humedad.

[0066] Si se proporciona, tales sensores adicionales tambien estan conectados electricamente al circuito electronico 11 por medio de contactos o almohadillas correspondientes.

[0067] El circuito electronico 11 puede incluir tambien una unidad de memoria que permite almacenar informacion sobre el dispositivo 1 y los datos detectados por dicho dispositivo durante su funcionamiento.

[0068] En concreto, dicha unidad de memoria permite almacenar permanentemente en el sensor de toda la informacion necesaria para la interpretacion de las mediciones realizadas (incluyendo los parametros de calibracion del sensor) y para identificar el sensor.

[0069] En el caso de vigilancia de una estructura compleja, que requiere el uso de un gran numero de dispositivos 1, esto simplifica considerablemente la gestion, eliminando la necesidad de mantener la documentacion externa espedfica, que es diffcil de gestionar y potencialmente sujeto a fallos o perdidas.

[0070] Todavfa con referencia a la forma de realizacion ilustrada en las figuras, la capa media 5 del dispositivo 1 tambien comprende una capa blindada 17 asociada a dicha capa intermedia 5, y en particular a la placa de circuito impreso 15. Puede disponerse, por ejemplo, debajo de la placa de circuito impreso 15 (como en el ejemplo de la Figura 1) o por encima de ella.

[0071] Dicha capa blindada 17 esta hecha preferiblemente de material ferntico y su funcion sera claro a partir de la descripcion de la operacion del dispositivo 1 segun la invencion que se proporciona a continuacion.

[0072] Como se menciono anteriormente, dicho dispositivo 1 puede aplicarse a una nueva estructura o a una estructura ya existente.

[0073] En particular, se puede laminar sobre dicha estructura, a fin de convertirse en una parte integral de la misma y evitar cualquier deterioro de la precision de la deteccion de datos debido a una perdida de adherencia.

[0074] La parte sensible del dispositivo, que consta de la capa media 5 que lleva el sensor de deformacion 7 y el circuito electronico 11 conectado al mismo, esta protegido de los agentes externos por las capas exteriores 3, 7. En particular, dichas capas exteriores 3, 7 no solo protegen la capa media 5 de los agentes atmosfericos, sino que tambien la afslan electricamente, gracias al hecho de que estan hechos de un material compuesto que consiste en una matriz electricamente aislante que contiene fibras electricamente aislantes, por lo tanto completamente aislado del punto de vista electrico.

[0075] La antena 13 permite comunicarse de manera inalambrica - por ejemplo a traves de radio-frecuencia - con un instrumento externo 100.

[0076] En una realizacion particularmente sencilla de la invencion, el instrumento 100 es capaz de recibir datos transmitidos por la antena 13. En este caso, el dispositivo 1 debe estar provisto de medios de suministro (batenas) para activar el sensor de deformacion 9 y suministro de energfa al circuito electronico 11.

[0077] Sin embargo, en la forma de realizacion preferida ilustrada de la invencion, la comunicacion inalambrica entre el dispositivo 1 y el instrumento 100 se hace en ambas direcciones, como tambien se muestra en la Figura 1.

[0078] De esta manera, es posible evitar que se equipa el dispositivo 1 con una fuente de energfa interna, ya que la energfa requerida para su funcionamiento es proporcionada por el instrumento externo 100, a traves de la radiofrecuencia o modo inalambrico similar.

[0079] Por lo tanto, cuando se requiere la deteccion de sobrecargas de la estructura del dispositivo 1, el instrumento externo 100 proporciona al dispositivo 1 la energfa necesaria para la activacion del sensor de sobrecarga 9.

[0080] Los cambios dimensionales sufridos por dicho sensor de sobrecarga como consecuencia de la carga (tension) a la que se somete dan como resultado una correspondiente variacion de su resistencia electrica; dicha variacion de dicha resistencia electrica es detectada por el circuito electronico 11 y transmitida al instrumento externo 100 a traves de la antena 13.

[0081] Cuando se proporcionan sensores adicionales adecuados para la deteccion de las condiciones ambientales (temperatura, humedad, etc.), los datos detectados por dichos sensores adicionales tambien son procesados por el circuito electronico 11 y se transmiten al instrumento externo 100 por la antena 13.

[0082] Es de notar que la energfa de activacion puede ser suministrada al sensor de deformacion 9, al mismo tiempo que su interrogacion; como alternativa, es posible proporcionar el suministro de energfa al sensor de deformacion 9 e interrogarlo en diferentes momentos, proporcionandole al mismo tiempo medios para acumular energfa (siempre se suministra desde el exterior de forma inalambrica).

[0083] Sera evidente que las operaciones de deteccion y transmision de datos descritas anteriormente pueden tener lugar de forma continua o de una manera discreta, y en el ultimo caso, puede ocurrir a intervalos regulares y de tiempo predeterminados o en el momento de entrada por el usuario.

[0084] La importancia de proporcionar la capa blindada 17 asociada a la capa media 5 del dispositivo 1 de acuerdo con la invencion tambien sera evidente a partir de la descripcion anterior.

[0085] Dado que la comunicacion de radiofrecuencia entre el dispositivo 1 y el instrumento externo 100 tiene lugar a corta distancia, el componente magnetico en la emision de radiofrecuencia es de gran importancia. La presencia de materiales conductores (carbono, hormigon armado, metales, etc.) en la estructura a la que se aplica el dispositivo 1 cerca de la antena 13 perturba o cancela la comunicacion, debido a las corrientes de Foucault generadas por la emision de radiofrecuencia en dichos materiales. Estas corrientes de Foucault a su vez generan un campo magnetico simetrico y opuesto al de la emision de radiofrecuencia, que por lo tanto se atenua o cancela.

[0086] En el caso del dispositivo de acuerdo con la invencion, el problema planteado por las corrientes de Foucault es aun mas grave, ya que no solo la comunicacion de radiofrecuencia entre la antena 13 y el instrumento externo 100 debe preservarse de la influencia de dichas corrientes de Foucault para preservar de manera correspondiente la precision de los datos transmitidos, pero tambien es necesario que el instrumento externo 100 transmita a dicho dispositivo 1 energfa suficiente para activar correctamente el sensor de tension 9 sin ninguna influencia negativa de tales corrientes de Foucault.

[0087] De ah la importancia de la capa blindada 17.

[0088] Como se menciono anteriormente, dicha capa de proteccion es fabricada en material ferntico.

[0089] A este respecto, es de senalar que dicho material ferntico preferiblemente debe ser elegido sobre la base de los materiales conductores contenidos en la estructura a la que se aplica el dispositivo 1, de manera que el efecto de apantallamiento se optimiza de acuerdo con las caractensticas espedficas del campo magnetico generado por las corrientes de Foucault. Esto es posible cuando el destino final del dispositivo 1, es decir, el tipo de estructura al que se aplicara y los materiales que componen dicha estructura, ya se conocen en la etapa de fabricacion. Sin embargo, en algunos casos es deseable obtener un dispositivo para detectar sobrecargas que sea "universal", es decir, cuyo comportamiento sea efectivo independientemente de su destino final.

[0090] En estos casos, es posible asociar a la capa blindada 17 una capa conductora adicional (no mostrada) que tenga caractensticas conocidas y que se utiliza para seleccionar el material ferntico elegido para la capa blindada 17. Dicha capa conductora adicional puede hacerse (por ejemplo) de carbono.

[0091] Dado que dicha capa conductora esta mas cerca de la capa blindada 17 que los materiales conductores contenidos en la estructura a vigilar, el campo magnetico generado en dicha capa conductora es mucho mas fuerte que la generada en dicha estructura. Como resultado, dado que el material ferntico se elige sobre la base de las caractensticas de dicha capa conductora, el dispositivo 1 de acuerdo con la invencion esta blindado de manera efectiva, independientemente de las caractensticas de la estructura a la que esta asociada.

[0092] Se desprende de lo anterior que, gracias a la estructura del dispositivo 1 segun la invencion, es por lo tanto posible detectar correctamente las sobrecargas sufridas por la estructura asociada y remotamente transmitir los datos detectados a un instrumento externo 100.

[0093] La ausencia de conexiones de los cables permite aplicar a una misma estructura un gran numero de dispositivos para las sobrecargas de deteccion segun la invencion y asegurar una libertad considerable en la eleccion de las posiciones en las que se colocan dichos dispositivos.

[0094] Tambien se asegura una alta flexibilidad, ya que el numero y posicion de los dispositivos para la deteccion de sobrecargas de acuerdo con la invencion puede variar con el tiempo de acuerdo con las necesidades espedficas que puedan surgir.

[0095] Es posible asociar un instrumento externo correspondiente a cada uno de los dispositivos de acuerdo con la invencion (por ejemplo en el caso de aplicaciones en las que la deteccion de sobrecargas tiene que tener lugar de una manera continua), o utilizar unicamente un solo instrumento externo en asociacion con todos los dispositivos de acuerdo con la invencion (por ejemplo, en el caso de aplicaciones en las que dichos dispositivos se interrogan solo en intervalos de tiempo discretos).

[0096] Como se ha mencionado anteriormente, el dispositivo 1 segun la invencion se puede preparar de acuerdo con un metodo que comprende al menos las etapas de:

- preparar la primera capa externa 3, hecha usando un material compuesto que contiene fibras impregnables electricamente aislantes, y mas particularmente consiste en una matriz electricamente aislante que contiene fibras impregnables electricamente aislantes;

- disponer, en dicha primera capa externa 3, al menos un sensor de deformacion 9 fabricado utilizando un material compuesto que contiene fibras impregnables electricamente conductoras, y mas particularmente consiste en una matriz - electricamente conductora o electricamente aislante, preferiblemente electricamente aislante - que contiene fibras impregnables electricamente conductoras;

- colocar, en dicha primera capa externa 3, el circuito electronico 11 y la al menos una antena 13;

- conectar electricamente dicho circuito electronico 11 a dicho sensor de tension 9 y a dicha antena 13; - cubrir con la segunda capa exterior 7, que tambien se fabrica utilizando un material compuesto que contiene fibras impregnables electricamente aislantes, y mas particularmente consiste en una matriz electricamente aislante que contiene fibras impregnables electricamente aislantes.

[0097] Las diferentes capas pueden ser catalizadas por separado o juntas.

[0098] De acuerdo con una realizacion preferida de la invencion, las capas son catalizadas juntas, despues de haber sido montadas.

[0099] Gracias a este proceso, las diferentes capas del dispositivo 1 segun la invencion estan integradas en una sola pieza, lo que permite evitar cualquier deslizamiento del sensor de deformacion 9 con respecto a las capas exteriores 3, 7, lo que podna dar lugar a errores en la deteccion de tension durante la operacion del dispositivo.

[0100] En lo que se refiere a la fabricacion del sensor de deformacion 9, es posible prever varias posibilidades.

[0101] Segun una primera opcion, el sensor de deformacion 9 se obtiene mediante los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o pegamento (electricamente conductor o, preferiblemente, electricamente aislado);

- catalizar

- cortar la capa obtenida de acuerdo con el patron deseado.

[0102] El sensor 9 de sobrecarga tiene una gran histeresis y tiende a mantener su forma cuando no estresado. Ademas, si la capa de fibras impregnadas se cataliza entre dos capas de "capas de pelado", despues de su eliminacion tiene la superficie optima para la siguiente etapa de ensamblaje.

[0103] De acuerdo con una segunda opcion, dicho sensor de tension 9 se obtiene mediante los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o pegamento (electricamente conductor o, preferiblemente, electricamente aislado);

- cortar la capa obtenida de acuerdo con el patron deseado.

[0104] En este caso, el sensor de deformacion 9 esta dispuesto entre las capas exteriores de 3, 7 sin catalizarse (el llamado "fresco") y esta catalizado solamente despues de ensamblarse a dichas capas exteriores.

[0105] De esta manera, el riesgo de desplazamiento o deslizamiento del sensor de deformacion 9 asf obtenido con respecto a las capas externas durante la operacion es completamente eliminado. En este caso, es preferible proporcionar marcas de posicionamiento en las capas externas para el posicionamiento correcto del sensor de tension antes de la catalisis.

[0106] Segun una tercera opcion, el sensor de deformacion 9 se obtiene al proporcionar una capa intermedia de material compuesto que consiste en una matriz que contiene fibras electricamente aislantes, al hacer localmente electricamente conductoras las fibras electricamente aislantes de dicha capa intermedia mediante la deposicion de un metal de acuerdo con un patron deseado.

[0107] En particular, el metal - tal como mquel - se coloca en ambas caras de dicha capa de medio a fin de lograr el efecto de conduccion electrica, y se coloca a continuacion la capa intermedia entre las dos capas exteriores 3, 7.

[0108] Por ejemplo, es posible fabricar la capa intermedia utilizando fibras de poliester (como las capas externas 3,7) y posteriormente depositar mquel en ambas caras de dicha capa intermedia de acuerdo con un patron correspondiente a la geometna deseada para el sensor de sobrecarga.

[0109] La ventaja de esta solucion consiste principalmente en el hecho de que la capa media es mucho mas facil de manejar, ya que no es complejo en su forma y puede tener lugar con mayor facilidad su posicionamiento con respecto a las capas externas.

[0110] Es evidente a partir de la descripcion anterior que la invencion alcanza los objetos expuestos anteriormente, ya que proporciona un dispositivo que permite detectar tensiones y transmitir los datos detectados con alta precision y confiabilidad, y al mismo tiempo muestra una gran versatilidad en cuanto a aplicaciones practicas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (1) para detectar deformaciones y transmitir datos detectados, que comprende una primera capa externa (3), una segunda capa externa (7) y una capa intermedia (5) dispuestas entre dicha primera capa externa y dicha segunda capa externa, en donde dicha capa intermedia (5) comprende al menos un sensor de deformacion (9),

en donde los cambios dimensionales de dicho sensor de tension (9) debido a una carga aplicada se convierten en variaciones de la resistencia electrica de dicho sensor y en donde dicho circuito electronico (11) es capaz de detectar dichas variaciones de resistencia electrica, caracterizado porque dicha capa intermedia tambien comprende al menos una antena y un circuito electronico conectado electricamente a al menos un sensor de tension y al menos una antena y que dicha primera capa externa (3) y dicha segunda capa externa (7) estan hechas de un material compuesto que contiene fibras impregnables y electricamente aislantes y al menos un sensor de sobrecarga (9) esta hecho de un material compuesto que contiene fibras impregnables electricamente conductoras, siendo dichas capas externas primera y segunda (3, 7) completamente aislantes, para que puedan aislar dicho sensor de tension (9) en dicha capa intermedia (5) de posibles perturbaciones.

2. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 1, en el que se catalizan juntas dicha primera capa externa (3), dicha segunda capa externa (7) y dicha capa intermedia (5) para formar un solo cuerpo.

3. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 1, en el que dicho circuito electronico (11) y dicha antena (13) estan dispuestos en una unica placa de circuito impreso (15), y en el que dicha placa de circuito impreso (15) esta hecha como una placa de circuito impreso flexible.

4. Dispositivo (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha capa intermedia (5) incluye ademas una capa de proteccion (17), mas particularmente una capa de proteccion hecha de un material ferntico.

5. Dispositivo (1) segun la reivindicacion 4, en el que una capa conductora adicional esta acoplada a dicha capa protectora.

6. Dispositivo (1) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha capa intermedia (5) comprende uno o mas sensores para detectar condiciones ambientales, tales como temperatura y humedad, en los alrededores de dicho dispositivo (1).

7. Metodo para fabricar un dispositivo (1) para detectar sobrecargas y transmitir datos detectados que comprende los pasos de:

- proporcionar una primera capa externa (3), hecha utilizando un material compuesto que contiene fibras electricamente aislantes impregnables;

- disponer, en dicha primera capa exterior (3), al menos un sensor de deformacion (9) fabricado utilizando un material compuesto que contiene fibras electricamente conductivas impregnables, en donde los cambios dimensionales de dicho sensor de deformacion (9) debidos a una carga aplicada se convierten en variaciones de la resistencia electrica de dicho sensor;

- colocar un circuito electronico (11) capaz de detectar dichas variaciones de resistencia electrica y al menos una antena (13) en dicha primera capa exterior (3);

- conectar electricamente al menos un sensor de tension (9) dicha al menos una antena (13) a dicho circuito electronico (11);

- cubrir una segunda capa exterior (7), que tambien se fabrica utilizando un material compuesto que contiene fibras impregnables y electricamente aislantes,

dichas capas externas primera y segunda (3, 7) estan completamente aisladas, de modo que pueden aislar dicho sensor de tension (9) en dicha capa intermedia (5) de posibles trastornos.

8. Metodo segun la reivindicacion 7, en el que dicha primera capa externa (3), dicho al menos un sensor de deformacion (9) y dicha segunda capa externa (7), despues de ensamblarse, se someten a una etapa de catalisis.

9. Metodo segun la reivindicacion 7 u 8, en el que dicho al menos un sensor de deformacion (9) se obtiene mediante los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o un pegamento;

- catalizar;

- cortar la capa asf obtenida de acuerdo con un patron deseado.

10. Metodo segun la reivindicacion 7 u 8, en el que dicho al menos un sensor de deformacion (9) se obtiene mediante los pasos de:

- proporcionar una capa de fibras electricamente conductoras;

- impregnar dicha capa con una resina o un pegamento;

- cortar la capa asf obtenida de acuerdo con un patron deseado.

y en donde dicho al menos un sensor de tension (9) se somete a catalisis solo despues de ser ensamblado con dichas capas externas (3,7).

11. Metodo segun la reivindicacion 7 u 8, en el que dicho al menos un sensor de deformacion (9) se obtiene mediante los pasos de:

- proporcionar una capa media hecha de fibras electricamente aislantes;

- impregnar dicha capa con una resina o un pegamento;

- hacer electricamente conductoras a nivel local las fibras electricamente aislantes de dicha capa media mediante la deposicion de un metal sobre dichas fibras electricamente aislantes de dicha capa intermedia, en ambas caras de dicha capa intermedia y de acuerdo con un patron deseado.