ES2839222T3 - Sensor de proximidad magnético diferencial - Google Patents
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Abstract
Un resorte de aire (200) con un dispositivo de medición de distancia (100), el resorte de aire (200) comprende: una primera placa de montaje (210), una segunda placa de montaje (220), y un miembro flexible (230) que conecta la primera placa de montaje y la segunda placa de montaje para formar una cámara presurizable (240), en donde la primera placa de montaje (210) y la segunda placa de montaje (220) son movibles relativamente entre sí a lo largo de una trayectoria de movimiento (160), en donde el dispositivo de medición de distancia (100) comprende: un primer módulo sensitivo (110), un segundo módulo sensitivo (120), en donde el primer módulo sensitivo (110) y el segundo módulo sensitivo (120) se montan en la primera placa de montaje (210), un dispositivo de referencia (130), en donde el dispositivo de referencia (130) se monta en la segunda placa de montaje (220), un módulo de evaluación (140), una línea de base horizontal (150), en donde el primer módulo sensitivo tiene una primera orientación con la línea de base horizontal que define un primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo módulo sensitivo tiene una segunda orientación con la línea de base horizontal que define un segundo punto de eje de medición de ángulo cero, y en donde la línea de base horizontal conecta el primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo punto de eje de medición de ángulo cero de manera que la primera orientación y la segunda orientación son la misma, en donde cada uno del primer y el segundo módulo sensitivo se configura para detectar la intensidad de un campo magnético (50) en una primera dirección sensitiva (y) y una segunda dirección sensitiva (x), en donde el dispositivo de referencia se configura para emitir un campo magnético (50) detectable por el primer y el segundo módulo sensitivo, en donde el primer módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un primer ángulo de apertura (1a) entre la segunda dirección sensitiva (x) y la posición del dispositivo de referencia como resultado de la intensidad detectada de campo magnético, en donde el segundo módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un segundo ángulo de apertura (2a) entre la segunda dirección sensitiva (x) y la posición del dispositivo de referencia, en donde el módulo de evaluación se configura para determinar la distancia entre la línea de base y el dispositivo de referencia basado en el primer ángulo de apertura y el segundo ángulo de apertura en donde el dispositivo de referencia es movible acercándose y alejándose con respecto al primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo a lo largo de la trayectoria de movimiento (160), en donde la trayectoria de movimiento es la trayectoria de movimiento del movimiento relativo entre la primera placa de montaje y la segunda placa de montaje, en donde la trayectoria de movimiento es lineal, en donde una prolongación de la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base, y en donde la línea de base es una línea lineal virtual que interconecta los módulos sensitivos primero y segundo; en donde la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base en un punto central, en donde el punto central es equidistante del primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo; en donde el primer módulo sensitivo (110) se dispone de manera que su segunda dirección sensitiva (x) se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento (160), en donde el segundo módulo sensitivo (120) se dispone de manera que su segunda dirección de detección (x) se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento; y en donde la segunda dirección sensitiva (x) del primer módulo sensitivo es paralela a la segunda dirección sensitiva (x) del segundo módulo sensitivo.
Description
DESCRIPCIÓN
Sensor de proximidad magnético diferencial
Campo técnico
La presente tecnología está relacionada con un resorte de aire con un sensor de medición de distancia. Antecedentes técnicos
La medición de altura o distancia tiene una gran variedad de posibles aplicaciones. Por ejemplo, es un parámetro que frecuentemente tiene que ser monitorizado para optimizar las prestaciones de diversos tipos de maquinaria y vehículos, tales como automóviles, camiones, trenes, vehículos agrícolas, vehículos mineros, vehículos de construcción y similares. Por ejemplo, la monitorización de altura y diversas distancias puede llevar a reducir el consumo de carburante, mejorar la comodidad, reducir el coste global, prolongar la vida de servicio del producto y la seguridad. En cualquier caso, la necesidad de monitorizar tales parámetros de distancia puede generalmente aumentar con la sofisticación del dispositivo y la complejidad de sus rasgos.
Virtualmente cada aspecto de maquinaria compleja puede necesitar ser monitorizado y controlado estrechamente para obtener máximas ventajas. Por ejemplo, se pueden requerir adaptaciones constantes para optimizar las prestaciones y la eficiencia de casi cada parte móvil de la maquinaria. Esto típicamente se tiene que hacer mientras las condiciones operacionales en el ambiente del equipamiento se someten a cambios y pueden cambiar significativamente en periodos de tiempo muy cortos. Virtualmente un vehículo siempre encuentra condiciones ambientales cambiantes. Además de esto, los vehículos frecuentemente funcionan en condiciones cambiantes que pueden hacer de la monitorización un desafío difícil. Por ejemplo, monitorizar la altura de suspensión por mediciones de distancia entre resorte de aire componentes puede dar información útil. Sin embargo, el ambiente donde se está haciendo la medición de altura puede presentar una gran variedad de desafíos. Por ejemplo, al medir la altura de un bastidor de vehículo por encima de la superficie de una carretera, típicamente se presentan desafíos por ruido de carretera, suciedad, polvo y vibraciones que normalmente están presentes en el ambiente que rodea el vehículo donde se está tomando la medición.
El documento US 2009/128139 A1 describe un localizador de posición de imán adaptado para determinar la posición de un imán pretendido. El localizador de posición de imán incluye una pareja de sensores ortogonales de campo magnético dispuestos lateralmente a lo largo de un eje que está sustancialmente transversal a un eje definido por uno que está nominalmente paralelo a la dirección del imán pretendido.
La patente europea EP 2792 995 A1 describe un dispositivo de medición de distancia que comprende: un módulo sensitivo, un módulo de objetivo y un módulo de evaluación, en donde el módulo sensitivo y el módulo de objetivo son montables para ejecutar un movimiento relativamente entre sí a lo largo de una trayectoria de movimiento, en donde el módulo de objetivo comprende un elemento generador de campo magnético que tiene un eje de polo magnético, en donde el módulo sensitivo comprende una primera distribución sensitiva de campo magnético que está dispuesta distante a la trayectoria de movimiento.
El documento US 2012/056616 A1 describe un dispositivo de sensor para medición de altura, un resorte de aire que comprende un dispositivo de sensor para medición de altura y un correspondiente método que permite determinar la altura también en condiciones duras como ambientes ruidosos, polvorientos o vibratorios.
Compendio
Puede ser necesario reducir el efecto de campos de dispersión magnética no deseados en la medición de distancia usando campos magnéticos.
Según la invención, se proporciona un resorte de aire según la reivindicación 1.
El resorte de aire comprende una primera placa de montaje, una segunda placa de montaje, y un miembro flexible que conecta las placas de montaje primera y segunda para formar una cámara presurizable, en donde las placas de montaje primera y segunda son movibles relativamente entre sí a lo largo de una trayectoria de movimiento. El dispositivo de medición de distancia comprende un primer módulo sensitivo, un segundo módulo sensitivo, un dispositivo de referencia, y un módulo de evaluación. El primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo se montan en la primera placa de montaje y se disponen en una línea de base horizontal, en donde el primer módulo sensitivo tiene una primera orientación con la línea de base horizontal que define un primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo módulo sensitivo tiene una segunda orientación con la línea de base horizontal que define un segundo punto de eje de medición de ángulo cero, y en donde la línea de base horizontal conecta el primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo punto de eje de medición de ángulo cero de manera que la primera orientación y la segunda orientación son la misma. Cada uno del primer y el segundo módulo sensitivo se configura para detectar la intensidad de un campo magnético y cada uno del primer y el segundo módulo sensitivo tiene una primera dirección sensitiva y una segunda dirección sensitiva. El dispositivo de referencia es movible acercándose y alejándose con respecto al primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo a lo largo de la trayectoria de movimiento que es la trayectoria de movimiento del movimiento relativo entre la primera placa de montaje y la segunda
placa de montaje. El dispositivo de referencia comprende un elemento de campo magnético configurado para emitir un campo magnético detectable por el primer y el segundo módulo sensitivo, en donde el primer módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un primer ángulo de apertura entre la segunda dirección sensitiva del primer módulo sensitivo y la posición del dispositivo de referencia como resultado de la intensidad detectada de campo magnético en las direcciones sensitivas primera y segunda, en donde el segundo módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un segundo ángulo de apertura entre la segunda dirección sensitiva del segundo módulo sensitivo y la posición del dispositivo de referencia, en donde el módulo de evaluación se configura para determinar la distancia entre la línea de base y el dispositivo de referencia basado en el primer ángulo de apertura y el segundo ángulo de apertura. El dispositivo de referencia es movible acercándose y alejándose con respecto al primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo a lo largo de una trayectoria de movimiento, en donde la trayectoria de movimiento es lineal, en donde una prolongación de la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base, y en donde la línea de base es una línea lineal virtual que interconecta los módulos sensitivos primero y segundo; en donde la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base en un punto central, en donde el punto central es equidistante del primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo; en donde el primer módulo sensitivo se dispone de manera que su segunda dirección sensitiva se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento, en donde el segundo módulo sensitivo se dispone de manera que su segunda dirección de detección se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento; y en donde la segunda dirección sensitiva del primer módulo sensitivo es paralela a la segunda dirección sensitiva del segundo módulo sensitivo.
En otras palabras, los módulos sensitivos primero y segundo están desplazados lateralmente con respecto al dispositivo de referencia y se puede detectar un ángulo de apertura entre cada uno de los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia. Estos ángulos de apertura se pueden usar para determinar la distancia entre los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia. Los módulos sensitivos primero y segundo están desplazados lateralmente entre sí a lo largo de la línea de base horizontal. La distancia vertical entre cada uno de los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia es preferiblemente la misma. La distancia vertical es la distancia paralela a la dirección de medición.
Se debe entender que un movimiento del dispositivo de referencia con respecto a los módulos sensitivos puede ser un movimiento relativo entre los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia y puede significar que el dispositivo de referencia se mueve mientras los módulos sensitivos están parados o que los módulos sensitivos se mueven mientras el dispositivo de referencia está parado o que ambos, los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia, se mueven.
Debido al hecho de que la distancia entre el dispositivo de referencia y los módulos sensitivos se determina sobre la base de los ángulos de apertura entre el dispositivo de referencia y cada uno de los módulos sensitivos, se puede reducir el efecto de campos de dispersión magnética no deseados o campos magnéticos interferentes como por ejemplo el campo magnético de la tierra.
El primer módulo sensitivo puede tener un primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo módulo sensitivo puede tener un segundo punto de eje de medición de ángulo cero. La línea de base horizontal preferiblemente conecta los puntos de eje de medición de ángulo cero primero y segundo.
Preferiblemente, la primera dirección sensitiva y la segunda dirección sensitiva son sustancialmente ortogonales entre sí y preferiblemente intersecan en un ángulo entre 80° y 100°. En una realización preferida, las direcciones sensitivas primera y segunda intersecan a 90°.
Preferiblemente, la trayectoria de movimiento es perpendicular o sustancialmente perpendicular a la línea de base horizontal.
Según la invención, la trayectoria de movimiento es lineal y una prolongación de la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base, en donde la línea de base es una línea lineal virtual que interconecta los módulos sensitivos primero y segundo.
En otras palabras, el dispositivo de referencia se mueve acercándose y/o alejándose de los módulos sensitivos. A este movimiento se le hace referencia como movimiento relativo entre dichos componentes.
Según la invención, la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base en un punto central que es equidistante del primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo.
Por tanto, los módulos sensitivos primero y segundo están desplazados lateralmente con respecto al dispositivo de referencia (o con respecto a un punto central del dispositivo de referencia) a lo largo de la línea de base horizontal de manera que los módulos sensitivos tienen la misma distancia desde la línea de la trayectoria de movimiento o desde el centro del dispositivo de referencia. En otras palabras, los módulos sensitivos del dispositivo de medición de distancia se disponen simétricos, es decir, axisimétricos, con respecto a la trayectoria de movimiento.
Según la invención, el primer módulo sensitivo se dispone de manera que su segunda dirección sensitiva se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento, y el segundo módulo sensitivo se dispone de manera que su segunda dirección de detección se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento.
Así, el efecto de campos de dispersión magnética, en particular campos de dispersión magnética uniformes, puede ser cancelado por esta disposición de los módulos sensitivos.
Según una realización adicional de la tecnología, el ángulo de inclinación del primer módulo sensitivo es el mismo que el ángulo de inclinación del segundo módulo sensitivo. Por tanto, los módulos sensitivos primero y segundo apuntan en la misma dirección, es decir, se alinean entre sí.
Según una realización adicional de la tecnología, la segunda dirección sensitiva del primer módulo sensitivo y/o del segundo módulo sensitivo se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento en un ángulo entre 1° y 89°, preferiblemente entre 5° y 70°, más preferiblemente entre 10° y 45°.
Según la invención, la segunda dirección sensitiva del primer módulo sensitivo es paralela a la segunda dirección sensitiva del segundo módulo sensitivo.
Según una realización adicional de la tecnología, el módulo de evaluación se configura para determinar el valor absoluto de la diferencia entre el primer ángulo de apertura y el segundo ángulo de apertura y para determinar la distancia entre el dispositivo de referencia y la línea de base basado en dicho valor absoluto.
Según una realización adicional de la tecnología, el dispositivo de referencia comprende un primer imán permanente. Según una realización adicional de la tecnología, el primer imán permanente tiene un eje de polo magnético que coincide con la trayectoria de movimiento. En otras palabras, el eje de polo magnético se dirige hacia los módulos sensitivos.
Según una realización adicional de la tecnología, el dispositivo de referencia comprende adicionalmente un segundo imán permanente, en donde el primer imán permanente y el segundo imán permanente se ubican equidistantemente espaciados de un eje central vertical del dispositivo de referencia.
El eje central vertical del dispositivo de referencia puede coincidir con la trayectoria de movimiento.
Según una realización adicional de la tecnología, una línea virtual que interconecta un eje de polo magnético del primer imán permanente y un eje de polo magnético del segundo imán permanente es paralela a la línea de base.
A esta línea virtual se le puede hacer referencia como línea de dispositivo de referencia. Por tanto, el primer y el segundo imán permanente pueden estar desplazados lateralmente con respecto al eje central vertical del dispositivo de referencia a lo largo de la línea de dispositivo de referencia.
Según una realización adicional de la tecnología, un eje de polo del primer imán permanente y/o un eje de polo del segundo imán permanente se inclinan con respecto a la trayectoria de movimiento en un primer ángulo de inclinación y un segundo ángulo de inclinación, respectivamente.
En otras palabras, el eje de polo del primer imán permanente y el segundo imán permanente no es perpendicular con respecto a la línea de dispositivo de referencia y la línea de base horizontal que interconecta los módulos sensitivos primero y segundo.
Según una realización adicional de la tecnología, un valor absoluto del primer ángulo de inclinación del primer imán permanente es el mismo que el valor absoluto del segundo ángulo de inclinación del segundo imán permanente. Según una realización adicional de la tecnología, el primer ángulo de inclinación está entre 1° y 25°, preferiblemente entre 5° y 20°, más preferiblemente entre 10° y 15°, más preferiblemente 15°.
Estos y otros aspectos de la presente tecnología se harán evidentes y se esclarecerán con referencia a las realizaciones ejemplares descritas más adelante en esta memoria.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 18 y 19 muestran realizaciones de la presente invención. Las Figuras 1 a 17 muestran ejemplos adicionales que no están abarcados en el alcance de la invención, incluso si se denominan “realizaciones” en las correspondiente partes de la descripción. El alcance de protección está definido por las reivindicaciones
La Figura 1 muestra esquemáticamente un primer y un segundo módulo sensitivo.
La Figura 2 muestra esquemáticamente un primer y un segundo módulo sensitivo dispuestos dentro de un campo de dispersión magnética.
La Figura 3 muestra esquemáticamente un primer y un segundo módulo sensitivo dispuestos dentro de un campo de dispersión magnética.
La Figura 4 muestra esquemáticamente un primer y un segundo módulo sensitivo.
La Figura 5 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 6 muestra esquemáticamente una trayectoria de movimiento de un dispositivo de referencia con respecto a una línea de base en conexión con un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 7 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 8 muestra esquemáticamente un primer y un segundo módulo sensitivo de un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 9 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 10 muestra esquemáticamente un dispositivo de referencia de un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 11 muestra esquemáticamente un dispositivo de referencia de un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 12 muestra esquemáticamente un módulo de evaluación de un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 13 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 14 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 15 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 16 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 17 muestra esquemáticamente un dispositivo de medición de distancia según un ejemplo de la tecnología.
La Figura 18 muestra esquemáticamente un resorte de aire según una realización ejemplar de la tecnología.
La Figura 19 muestra esquemáticamente un suspensión de rueda con un resorte de aire según una realización ejemplar de la tecnología.
Descripción detallada
Por finalidades de este documento se debe entender que al hacer referencia a distancias entre dos puntos los puntos son un primer punto (punto base, o punto desde donde se iniciará la medición, pueden ser los módulos sensitivos primero y segundo como se les hace referencia anteriormente y más adelante en esta memoria) y un segundo punto (punto de destino, puede ser el dispositivo de referencia como se le hace referencia anteriormente y más adelante en esta memoria) al que se mide la distancia. Cuando se pretende una solución de medición de distancia sin contacto, y cuando se coloca el sistema sensitivo a distancia en el punto base, entonces el sistema de medición usado tiene que poder “detectar”, “apreciar” o “sentir” físicamente el punto de destino, de alguna manera. Puede haber una multitud de maneras diferentes fundamentales para conseguir esta finalidad. Algunas de estas soluciones pueden ser mediciones basadas ópticamente (tales como luz visible y luz invisible), basadas en sonido (por ejemplo, sonidos audibles y no audibles) o basadas en física. La solución de medición que se adecúa mejor para una aplicación específica puede depender de muchos factores, incluidos: condiciones ambientales (luces interferentes, sonido interferente, presión ambiente cambiante, temperatura, polvo y humedad), disponibilidad de espacio para el sistema de medición, el alcance de medición pretendido (milímetros, metros, kilómetros), resolución de medición requerida y precisión absoluta, limitaciones de costes, y similares.
En una realización, la solución de medición de distancia descrita en esta memoria se dirige específicamente a aplicaciones de resorte de aire alimentadas neumáticamente. Es aplicable a los resortes de aire que se emplean en una gran variedad de aplicaciones que incluyen, pero sin limitación a estas, maquinaria y vehículos, tales como automóviles, camiones, trenes, vehículos agrícola, vehículos mineros, vehículos de construcción, y similares. Aunque la siguiente descripción se refiere a la aplicación específica de resortes de aire, cabe señalar que este campo de aplicación se proporciona con la finalidad de ejemplo únicamente y que el dispositivo de medición de distancia también se puede usar en conexión con otras aplicaciones.
El diseño de resorte de aire al que es aplicable esta descripción incluye un miembro flexible (una bolsa de caucho elástico) que se monta de manera hermética al aire sobre placas superior e inferior para definir una cámara hermética al aire (presurizable). Al bombear aire presurizado en la cámara presurizable el resorte de aire se expandirá y al liberar el aire de la cámara presurizable el resorte de aire empezará a desplomarse. Usualmente se usan válvulas neumáticas controladas mecánicamente o controladas eléctricamente para cambiar la cantidad de aire dentro de la cámara presurizable del resorte de aire.
La distancia total máxima que se tiene que medir es equivalente al alcance de recorrido de trabajo del resorte de aire. El recorrido de trabajo total de un resorte de aire es la diferencia en distancia entre cuando el resorte de aire está totalmente expandido (la longitud de trabajo máxima del resorte de aire) y cuando el resorte de aire está totalmente contraído (la longitud de trabajo más corta posible del resorte de aire). En otras palabras, este recorrido de trabajo es el cambio de longitud del resorte de aire cuando está totalmente bombeado dentro (volumen de aire práctico máximo dentro de la bolsa de resorte de aire) y cuando casi todo el aire dentro del resorte de aire se ha bombeado fuera (volumen de aire práctico más bajo de la bolsa de resorte de aire). El término “aire” como se usa en este contexto incluye cualquier fluido, en particular gas o mezclas de gases que sean inertes al resorte de aire e incluye aire, nitrógeno, helio, otro gases nobles, aire mejorado con nitrógeno y aire mejorado con helio, por ejemplo. En particular, el término “aire” cuando se refiere a un resorte de aire puede entenderse como sinónimo de cualquier gas compresible.
Para las finalidades de este documento la medición de distancia pretendida típicamente está dentro del alcance de unos pocos milímetros a alrededor de 500 milímetros o incluso más. La resolución de medición pretendida y la repetibilidad de medición están típicamente dentro del alcance de aproximadamente 1 mm a 5 mm. Puede ser muy inconveniente y puede aumentar costes en escenarios donde se tienen que trabajar pasajes herméticos al aire en la placa superior o inferior del resorte de aire para acomodar cables eléctricos para suministro de energía eléctrica u otras finalidades. Adicionalmente, los conectores herméticos al aire de cualquier tipo son caros y típicamente tendrán un efecto adverso sobre la fiabilidad de los resortes de aire que utilizan tal tecnología.
La solución sensitiva de esta descripción funcionará bajo principios magnéticos ya que no se ven sustancialmente afectados por la luz, el sonido, la presión de aire, el polvo y/o la humedad. El sistema de sensor de esta tecnología se puede describir como que consiste en tres partes principales: (1) el módulo sensitivo (o Distribución de Sensores de Campo Magnético), la electrónica de sensor, y el punto de destino. El módulo sensitivo y la electrónica sensitiva se conectan entre sí por varios cables eléctricos aislados (por ejemplo se pueden utilizar cuatro cables). El módulo sensitivo se puede colocar en un extremo del resorte de aire y se le puede hacer referencia como punto base. La electrónica de sensor puede ser alimentada por una baja tensión de CC (corriente continua). El punto de destino o dispositivo de referencia puede ser un imán permanente pequeño y de alta intensidad. La dimensión física y las «intensidades de campo magnético de superficie» absolutas del imán permanente se someten a varios parámetros dictados por aplicación, que incluyen la distancia de medición a cubrir, espacio disponible y factores ambientales, que incluyen objetos ferromagnéticos que pueden estar situados cerca del camino de medición. Para finalidades de este documento el “camino de medición” es una línea recta vertical entre el punto de destino y el punto base. En general, con distancias de medición más grande se necesitan imanes permanentes más grandes y más potentes, requiriéndose «intensidades de campo magnético de superficie» más fuertes. En cualquier caso, el área alrededor de la medición debe estar libre de objetos ferromagnéticos en movimiento ya que pueden interferir negativamente con la medición de distancia a tomar. Sin embargo, dentro de límites, con factores de corrección apropiados se pueden tolerar objetos ferromagnéticos estáticos (no en movimiento).
Esta descripción se enfoca en medición de proximidad sin contacto usando una solución de medición de modo diferencial basada en principio magnético.
Al dispositivo de referencia referido en esta descripción puede en particular ser uno o más imanes permanentes. Así, el dispositivo de referencia no necesita ningún suministro de energía ni ninguna otra conexión externa. Sin embargo, debido al envejecimiento del imán permanente, el dispositivo de medición de distancia puede tener que satisfacer los siguientes requisitos: capacidad para gestionar cambios en la intensidad de campo magnético (envejecimiento, producto de bajo coste); precisión limitada en la orientación real del eje de polo magnético Norte-Sur (cuando se tienen que gestionar imanes de bajo coste, por ejemplo); capacidad de compensar los efectos de campos de dispersión magnética interferente (como el campo magnético de la tierra); libertad máxima en la colocación final del dispositivo sensitivo real y el dispositivo de referencia y no tener que depender de requisitos estrictos de diseño geométrico (en forma rectangular); procesamiento simple de datos de medición (procesamiento de señal rápido usando baja corriente, funcionamiento lento, y procesadores de bajo coste).
En muchas aplicaciones de medición de distancia, el sistema de sensor se puede ver como sistema de medición de único eje (X) o como sistema de medición de dos ejes (X e Y, también se le hace referencia como “2D”). Hay unas pocas aplicaciones donde el sistema de medición de distancia tiene que funcionar en un ambiente de tres ejes (X, Y, Z, también referidas como 3D).
A un sistema de medición de tres ejes más comúnmente se le hace referencia como sistema de sensor de “posición”.
El planteamiento descrito aquí se puede usar para tres tipos de aplicación: Soluciones de Sensor de Único Eje, Doble Eje (2D), y Tripe Eje (3D, o posición). Sin embargo, las explicaciones de diseño en este documento se enfocan casi enteramente en un sensor de medición de distancia de Doble Eje que, sin embargo, no se debe entender como limitación.
La Figura 1 muestra dos Distribuciones de Sensores de Campo Magnético de 2 ejes (MFSA 1 y MFSA 2, del inglés Magnetic Field SensorArray) que se les hace referencia como primer módulo sensitivo 110 y segundo módulo sensitivo 120 y que se colocan uno al lado de otro con alguna distancia 112 entre sí. Los dos dispositivos MFSA-2D, es decir, los módulos sensitivos primero y segundo 110, 120, miden los vectores magnéticos en el mismo plano. La salida de
cada Distribución de Sensores de Campo Magnético es un vector que describe la intensidad de campo magnético medida y la dirección angular desde donde procedente el campo magnético medido. La dirección angular se puede entender como la posición de la fuente de campo magnético respecto a cada uno del primer y el segundo módulo sensitivo 110, 120 dentro del sistema de coordenadas abarcado por los ejes x-y indicados en la Figura 1. A los ejes xy también se les hace referencia como primera dirección sensitiva (y) y segunda dirección sensitiva (x).
La Figura 2 indica esquemáticamente el efecto de un campo de dispersión magnética uniforme (como el campo magnético de la tierra, indicado por líneas de trazos 10) que están incidiendo en ambos dispositivos de MFSA 110, 120.
En este caso, ambos dispositivos de MFSA informarán del mismo ángulo de vector del campo magnético que pasa por: El ángulo 1a de la MFSA 1 será idéntico al ángulo 2a, medido por el dispositivo MFSA 2.
Ángulo 1 a = Ángulo 2a
Cuando se restan las mediciones de ángulo de vector entre sí se cancela el efecto del campo de dispersión magnética uniforme:
Ángulo 1a - Ángulo 2a = 0
Para lograr el efecto de cancelación y evitar o eliminar efectos no deseados del campo de dispersión magnética sobre la distancia medida, no importa de qué manera está apuntando el eje de ángulo “cero” de los dispositivos de MFSA, siempre que estén apuntando en la misma dirección. En otras palabras, la orientación predeterminada de los módulos sensitivos primero y segundo no afecta a la cancelación de manera negativa siempre que los módulos sensitivos se orienten en la misma dirección.
Como se muestra en la Figura 3, ambos módulos sensitivos 110, 120 han sido girados en sentido horario unos pocos grados. Sin embargo, los ejes de medición de ángulo “cero” (que puede ser una de la primera dirección sensitiva "y" y la segunda dirección sensitiva "x" o cualquier dirección definida con referencia a la primera o la segunda dirección sensitiva) de ambas MFSA puede apuntar en la misma dirección, es decir, la primera dirección sensitiva del primer módulo sensitivo 110 es paralela a la primera dirección sensitiva del segundo módulo sensitivo 120.
Debido a la rotación angular de los módulos sensitivos 110, 120 mostrados en la Figura 3 y comparado con los módulos sensitivos mostrados en la Figura 2, el valor absoluto del ángulo medición del campo de dispersión magnéticâ uniforme (Ángulo 1b y Ángulo 2b en la Figura 3) será ahora más pequeño (en comparación con el ejemplo anterior, Ángulo 1a y Ángulo 2a en la Figura 2). Sin embargo, los ángulos 1b y 2b son idénticos de nuevo y cuando se restan entre sí el valor restante será cero. Lo que significa que el efecto del campo de dispersión magnética uniforme ha sido cancelado de nuevo.
Ángulo 1b - Ángulo 2b = 0
Este es el concepto básico de diseño del dispositivo de sensor de campo magnético diferencial que se usará para medir la distancia al dispositivo de referencia. Además, los módulos sensitivos primero y segundo pueden ser rotados en sentido horario o sentido antihorario para ser adaptados a las circunstancias geométricas dentro de un resorte de aire. Por lo tanto, el dispositivo de medición de distancia como se describe en la presente memoria se puede usar de manera flexible y se puede adaptar a diversos diseños de resorte de aire.
La Figura 4 muestra los módulos sensitivos primero y segundo 110, 120 con referencia a la línea de base 150. La línea de base 150 es una línea virtual que interconecta los puntos de referencia de cero magnético 111, 121 de los módulos sensitivos. El punto de referencia de cero magnético es el punto cero del eje-y y del eje-x, es decir, el punto de cruce de estos ejes. En otras palabras, los módulos sensitivos 110, 120 se posicionan a la misma altura, es decir, su punto de referencia cero está a la altura de la línea de base. Las dos distribuciones de sensores de campo magnético se orientan en la misma dirección. En otras palabras, los ejes-y de los módulos sensitivos primero y segundo intersecan la línea de base 150 en el mismo ángulo. El mismo se aplica a los ejes-x, puesto que los ejes-x típicamente intersecan los ejes-y a 90°. El eje de medición de ángulo cero de ambos módulos sensitivos apunta en la misma dirección. Los dos puntos cero de medición magnética (puntos de referencia de cero magnético 111, 121) de los módulos sensitivos se conectan por una línea imaginaria que es la línea de base 150.
La Figura 5 muestra un dispositivo de medición de distancia 100 con un primer módulo sensitivo 110 y un segundo módulo sensitivo 120 que se posicionan en la misma altura en la línea de base 150. Un dispositivo de referencia 130 se dispone opuesto a los módulos sensitivos 110, 120 y se configura para moverse a lo largo de una trayectoria de movimiento 160 acercándose y/o alejándose de los módulos sensitivos, como indican las flechas. El dispositivo de referencia se dispone entre los dos módulos sensitivos, es decir, tiene un desplazamiento lateral con respecto a ambos módulos sensitivos. En otras palabras, la dirección angular del dispositivo de referencia con respecto a uno cualquiera de los módulos sensitivos no es 0° ni 90°, sino algún ángulo entremedio. Dependiendo de la posición del dispositivo de referencia, es decir, la distancia desde la línea de base 150, los ángulos medidos por los módulos sensitivos varían. Basado en los valores angulares medidos por los módulos sensitivos, se puede determinar la posición del dispositivo de referencia, y por lo tanto, también se puede determinar la distancia entre el dispositivo de referencia y la línea de
base.
El dispositivo de referencia se trasladará acercándose y/o alejándose de la línea de base de manera casi perpendicular. El dispositivo de referencia puede ser un imán permanente con sus líneas de flujo encaradas hacia el centro de las dos MFSA. En otras palabras, el eje central del dispositivo de referencia es perpendicular a la línea de base e interseca la línea de base en un punto que es equidistante del primer y el segundo módulo sensitivo. Las direcciones magnéticas de las líneas de flujo (Norte-Sur o Sur-Norte) no afectan a las prestaciones de medición de este diseño de sensor. Lo mismo se aplica a las intensidades absolutas de campo magnético de señal del dispositivo de referencia, que también son de poca importancia. Sin embargo, cuanto más grande pueda ser la intensidad de campo magnético, más grande puede ser la distancia de medición.
Cabe señalar que el movimiento real del dispositivo de referencia no debe seguir la trayectoria de movimiento lineal mostrada en la Figura 5. El dispositivo de referencia se puede mover en cualquier clase de trayectoria. Sin embargo, los módulos sensitivos medirán la distancia del dispositivo de referencia desde la línea de base, dicha distancia es el espaciamiento a lo largo de la trayectoria de movimiento lineal.
La línea de base 150 interconecta los dos módulos sensitivos 110, 120. El eje o camino del dispositivo de referencia 130 que se mueve acercándose y/o alejándose de la línea de base 150 aquí se llama la trayectoria de movimiento 160 o línea de trayectoria. Un extremo de la línea de trayectoria se conecta a la línea de base. Cuando se usan MFSA de medición en 2D (dos ejes) como módulos sensitivos primero y segundo, entonces el camino de movimiento del dispositivo de referencia (la trayectoria de movimiento) y la línea de base pueden tener que estar en el mismo plano bidimensional.
Sin embargo, cuando el dispositivo de referencia no está en movimiento en una línea recta acercándose y/o alejándose de la línea de base, y cuando el plano en el que el dispositivo de referencia se está moviendo y/o el eje de movimiento del dispositivo de referencia no es en el mismo plano que el usado por las dos MFSA y se requiere determinar no solo la distancia entre el dispositivo de referencia y la línea de base sino el posicionamiento exacto del dispositivo de referencia con respecto a los módulos sensitivos primero y segundo en el espacio tridimensional, entonces la MFSA tiene que poder medir en tres ejes (como MEMS de medición 3D, sistemas micro-electromecánicos). Este escenario se muestra en la Figura 6. El plano en el que se ubica la línea de base 150 y el plano en el que se ubica la trayectoria de movimiento 160 no son el mismo sino que intersecan en un ángulo distinto de 0°.
La Figura 7 muestra una realización ejemplar de un dispositivo de medición de distancia. Los puntos de referencia cero de los dos módulos sensitivos 110, 120 se colocan en la misma línea de base 150. Hay una distancia 112 entre los dos puntos de referencia cero, mientras que hay una distancia medida (o calculada) 170 entre el dispositivo de referencia 130 y la línea de base 150. La distancia 170 es la distancia o altura medidas.
El dispositivo de referencia se está moviendo a lo largo de la trayectoria de movimiento. Esta trayectoria se puede recta o puede ser curvada. El punto final de la trayectoria de movimiento puede finalizar en cualquier lugar en la línea de base. Sin embargo, cuando se cumplen ciertas condiciones, entonces el procesamiento de señal de medición puede ser muy simple y no requiere cálculos trigonométricos complejos. Condiciones operacionales simplificadas de la trayectoria de movimiento de dispositivo de referencia pueden ser: la trayectoria de movimiento es una línea recta (no curvada en ninguna dirección) y extremos perpendiculares (en un ángulo de 90 grados) sobre la línea de base y el punto de intersección de la trayectoria de movimiento y la línea de base está exactamente a mitad de camino entre los dos módulos sensitivos.
La Figura 8 muestra esquemáticamente posibles posiciones relativas del dispositivo de referencia con respecto a los módulos sensitivos.
El área alrededor de los dos módulos sensitivos 110, 120 puede estar dividida en seis secciones en forma rectangular 181,182, 183, 184, 185, 186 que se encuentran en el mismo plano que el plano de medición de los módulos sensitivos. La línea de base que interconecta los dos módulos sensitivos está construyendo la línea horizontal central entre las secciones 181, 182, 183 (por encima de la línea de base) y las secciones 184, 185, 186 (por debajo de la línea de base). Siempre que el dispositivo de referencia se esté moviendo dentro de una y la misma área (como, por ejemplo, en el Área 181 que está marcada en la Figura 8), el dispositivo de medición de distancia aquí descrito puede determinar la distancia del dispositivo de referencia a la línea de base.
El alcance de medición más grande (distancia alcanzable más larga desde la línea de base) se puede lograr si el dispositivo de referencia se ubica en las secciones 182 y 185.
La Figura 9 muestra un dispositivo de medición de distancia 100 con un dispositivo de referencia 130 que tiene dos imanes permanentes 132 y 134. La intensidad de campo magnético absoluta y el tamaño físico del dispositivo de referencia pueden ser algunos de los parámetros de diseño que influyen en el alcance de medición alcanzable. Sin embargo, el alcance de medición también puede ser influenciado por la sensibilidad de los módulos sensitivos y la distancia entre los módulos sensitivos así como por las interferencias magnéticas y/o la condiciones operacionales.
El dispositivo de referencia puede comprender un único imán permanente o dos imanes permanentes. En el último caso, cada uno de los imanes permanentes puede ser más pequeño comparado con la solución de único imán. En
particular, el alcance de medición puede ser extendido colocando dos imanes permanentes uno al lado de otro, como se muestra en la Figura 9.
Los dos imanes permanentes 132 y 134 se disponen uno al lado de otro a lo largo de una línea de dispositivo de referencia 136 que preferiblemente es paralela a la línea de base 150. La línea de dispositivo de referencia 136 interconecta el centro de los imanes permanentes 132 y 134. Un eje vertical central del dispositivo de referencia es equidistante a cada uno de los imanes permanentes 132 y 134. Este eje vertical central puede corresponder preferiblemente a la trayectoria de movimiento y puede intersecar la línea de base 150 en un punto que es equidistante a los módulos sensitivos.
Las Figuras 10 y 11 muestran un planteamiento adicional que puede aumentar el alcance de medición. Los imanes permanentes 132, 134 pueden ser abatidos con referencia a la trayectoria de movimiento de manera que hay un ángulo 137A, 138A en el que los ejes centrales 133, 135 de los imanes permanentes 132, 134 intersecan con la trayectoria de movimiento 160 o ángulos 137B, 138B en los que los ejes centrales 133, 135 intersecan con la línea de dispositivo de referencia 136.
Abatir los imanes permanentes puede ayudar a que las líneas de flujo magnético que discurren hacia los módulos sensitivos se extiendan aún más. Para lograr una curva de medición de línea simétrica y recta, los dos imanes permanentes pueden tener idénticas especificaciones (tamaño e intensidad) y los ángulos de inclinación pueden ser del mismo valor absoluto, pero en sentido opuesto, es decir, los imanes se inclinan uno hacia otro, como se muestra en las Figuras 10 y 11.
El abatimiento hacia dentro se puede hacer simétricamente. El nivel de abatimiento óptimo depende del alcance de medición pretendido, la intensidad magnética física de los imanes permanentes, la relación altura-diámetro del imán real, y la distancia entre los dos imanes. Para la mayoría de aplicaciones el alcance de abatimiento adecuado hacia dentro (para cada imán) es de 0 grados a menos de 20 grados. Ir más allá de límite de abatimiento superior puede reducir rápidamente las prestación del sensor de distancia y por lo tanto puede ser no deseable. Los imanes permanentes pueden ser abatidos alrededor de 15 grados, por ejemplo.
La Figura 12 muestra un módulo de evaluación 140. El módulo de evaluación 140 comprende dos interfaces de distribución de sensores 144, 145 para interconectar el primer y el segundo módulo sensitivo. Además, el módulo de evaluación 140 comprende un controlador 143, por ejemplo un procesador o cualquier otra clase de unidad de cálculo automatizado, y una unidad de suministro de energía 141. La unidad de suministro de energía 141 puede proporcionar al módulo de evaluación energía eléctrica recibido de una fuente de energía (no se muestra) por medio de la interfaz de alimentación 146. El control puede enviar o recibir datos por medio de una interfaz de entrada/salida (E/S) 142 que puede comprender una E/S digital en serie, una E/S analógica y/o un interfaz a conectar a un bus de datos, por ejemplo un bus digital como CAN o CAN-abierto.
Los módulos sensitivos se configuran para proporcionar la intensidad absoluta de campo magnético medida y el ángulo de donde procede o a donde va a ir esta señal, es decir, la posición de la fuente de campo magnético. Esta información es trasmitida a la unidad de evaluación 140 por medio de las interfaces 144, 145.
El controlador 143 requerirá las Señales de Vector 2D del campo magnético medido, por lo que únicamente la información angular puede ser de importancia. Dependiendo del diseño de sistema de sensor puede ser aplicable la forma más simple de procesamiento de señal que está construyendo el promedio de los dos valores de ángulo proporcionados por los dos módulos sensitivos y entonces aplicar un procedimiento de linealización de señal y una conversión desde medición angular en un valor de distancia real. Ambos se pueden hacer sin ninguna computación usando una tabla de búsqueda. Sin embargo, el cálculo también puede ser hecho por el controlador 143. El valor angular promedio (Ángulo 1 - Ángulo 2)/2 será convertido en un valor de distancia al extraer este valor de la tabla de búsqueda o al calcular la valor. El valor de distancia depende de los valores angulares medidos por los módulos sensitivos y la distancia entre los dos módulos sensitivos.
La Figura 13 muestra ejemplarmente el planteamiento de computación de distancia. Se puede aplicar una computación de señal simple cuando el dispositivo de referencia 130 se está moviendo en una línea recta, es decir, cuando la trayectoria de movimiento 160 es lineal y orientada de forma casi perpendicular acercándose y/o alejándose de la línea de base 150. El eje de movimiento del dispositivo de referencia estará casi a medio camino entre los dos módulos sensitivos 110, 120. Así, las distancias 112A y 112B son la misma y la mitad de la distancia 112.
Cuando el dispositivo de referencia 130 se está moviendo a lo largo de la trayectoria de movimiento 160 entonces una de las maneras más fáciles de computar los datos de medición es: restar el ángulo 1 del ángulo 2 (lo que significa que los ángulos medidos por el primer y el segundo módulo sensitivo) y usando una tabla de búsqueda para convertir el ángulo resultante en información de distancia.
Como se puede ver en la Figura 13, las direcciones sensitivas primera y segunda de ambos módulos sensitivos se inclinan con respecto a la trayectoria de movimiento y la línea de base en un ángulo distinto de 0° y 90°, respectivamente.
La Figura 14 muestra las líneas de flujo magnético del dispositivo de referencia 130. En una realización ejemplar, las líneas de flujo magnético 50 generadas por el dispositivo de referencia 130 son detectadas por los módulos sensitivos primero y segundo 110, 120 en sentido opuesto. En comparación, las líneas de flujo magnético 10 generadas por la fuente de campo de dispersión magnética uniforme como el campo magnético de la tierra son detectadas por los módulos sensitivos primero y segundo 110, 120 apuntando en la misma dirección. Esto es por lo que el modo diferencial cancelará los efectos provocados por campos de dispersión magnética uniforme, y no cancelará la señal provocada por el dispositivo de referencia.
La Figura 15 muestra un dispositivo de medición de distancia 100, en donde los valores angulares entre los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia se indican esquemáticamente.
En esta ilustración esquemática se muestran dos ángulos de vector diferentes medidos por el primer módulo sensitivo 110 (160°) y medidos por el segundo módulo sensitivo 120 (200°).
Ángulo 1 a - Ángulo 2a = 160° - 200° = -40°
Cuando se restan entre sí los ángulos medidos (construyendo la diferencia), entonces el resultado restante son -40° en este ejemplo. Este valor angular diferencial se usa como indicador para la distancia entre el dispositivo de referencia y la línea de base.
La Figura 16 muestra esquemáticamente el efecto de los campos de dispersión magnética uniforme sobre la medición angular de los módulos sensitivos 110, 120. Los campos de dispersión magnética uniforme 10 afectarán a las mediciones de ángulo del campo magnético emitido por el dispositivo de referencia. Dependiendo de la intensidad del campo de dispersión interferente 10, el efecto puede ser más grande o más pequeño.
Empezando desde los valores mostrados en la Figura 15, en la ilustración esquemática de la Figura 16 las mediciones angulares informadas por el primer módulo sensitivo 110 (150°) y por el segundo módulo sensitivo 120 (190°) han cambiado bajo la influencia del campo de dispersión magnética interferente.
Ángulo 1 a - Ángulo 2a = 150° - 190° = -40°
Sin embargo, cuando se aplica el mismo proceso matemático (construyendo la diferencia) el valor de ángulo restante es el mismo: -40°. En otras palabras, el campo de dispersión magnética uniforme influye en la medición de ambos módulos sensitivos de la misma manera y se eliminará cuando se aplique el modo diferencial.
La cancelación de campos de dispersión magnética uniforme puede funcionar mejor cuando el dispositivo de referencia está en un alcance cercando a los módulos sensitivos. En cualquier caso, el procesamiento de señal de modo diferencial aquí descrito reduce enormemente los efectos no deseados de los campos de dispersión magnética uniforme.
La Figura 17 muestra un dispositivo de medición de distancia 100, en donde el dispositivo de referencia 130 se dispone de manera alternativa en comparación con la realización mostrada en las Figuras 13 a 16. El diseño de sistema de sensor aquí descrito también funcionará cuando las líneas de flujo 50 discurran horizontalmente (paralelas a la línea de base) a través del dispositivo de referencia.
Algunos rasgos del dispositivo de medición de distancia descritos en esta memoria pueden resumirse de la siguiente manera:
La fuente de campo magnético (dispositivo de referencia) se define por las dimensiones físicas del dispositivo de referencia, en particular su altura y anchura, y su intensidad absoluta de campo magnético. Puede haber uno o más imanes permanentes usados como fuente de campo magnético. Los módulos sensitivos pueden ser definidos y descritos por la sensibilidad de los dispositivos sensitivos individuales de campo magnético y la distancia absoluta entre los módulos sensitivos primero y segundo. La trayectoria de movimiento del dispositivo de referencia puede ser perpendicular (o angulada) con respecto a la línea de base y se puede disponer simétricamente (en la medio) entre el primer y el segundo módulo sensitivo. La trayectoria de movimiento puede ser una línea recta o una línea curvada y el dispositivo de referencia puede permanecer dentro (o no dentro) de las fronteras de una de las seis posibles secciones 181 a 186. Los campos de dispersión magnética interferente pueden ser descritos por la intensidad de campo magnético y por la uniformidad / no uniformidad del campo de dispersión.
En una realización preferida, la fuente de campo magnético (dispositivo de referencia) comprende dos imanes permanentes, colocados uno al lado de otro, desplazados lateralmente entre sí y abatidos con respecto al eje central del dispositivo de referencia. Los imanes permanentes son de diseño y especificaciones idénticos y las dimensiones físicas pueden ser definidas por una relación de altura versus diámetro entre < 1 y > 0,2. Los módulos sensitivos se pueden disponer de manera que la distancia entre el primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo es función del alcance de medición pretendido y la especificación del dispositivo de referencia.
El dispositivo de medición de distancia se puede usar como sensor de altura para resortes de aire (en camiones, coches de pasajeros y otras aplicaciones industriales), para determinar posiciones de válvula, como equipamiento de
procesos de fabricación, para determinar una posición camión-remolque (p. ej., durante el proceso de acoplamiento o como dirección asistencia para evitar el efecto tijera cuando se conduce un camión-remolque hacia atrás), y/o para medición de altura automática de objetos en maquinaria de clasificación.
Puede ser de poca a ninguna importancia cuál sea la intensidad absoluta de campo magnético del imán permanente. El dispositivo de medición descrito en esta memoria puede ser inmune a cualquier efecto de envejecimiento del imán permanente y permite medir la distancia de forma sin contacto. Los módulos sensitivos pueden ser sensores de estado sólido de ejes 2D o 3D de efecto Hall con un salida de señal analógica o una interfaz de bus digital en serie (como I2C o SPI, por ejemplo). El dispositivo de medición permite mucha flexibilidad relacionada con la manera que se colocan relativamente entre sí los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia. Esto permite una adaptación fácil a diferentes aplicaciones donde el espacio puede estar restringido. El espacio entre los módulos sensitivos y el dispositivo de referencia se puede rellenar con cualquier tipo de sustancia que no tenga propiedades ferromagnéticas (incluido aluminio, arena, madera, yeso, polvo, agua, aceite, etc.). La orientación de líneas de flujo magnético de la fuente de campo magnético (en relación a la línea de base) se puede cualquier de las cuatro posibles direcciones: Norte-Sur, Sur-Este, Sur-Norte y Oeste-Este. Sin embargo, se pueden lograr mejores prestaciones de medición y compensación de campos de dispersión magnética uniforme cuando las líneas de flujo apuntan hacia la línea de base (solución Norte-Sur o Sur-Norte). El punto de referencia angular (ángulo de 0°) de los módulos sensitivos pude apuntar en cualquier dirección siempre que ambos hagan lo mismo. No hay necesidad de ningún procedimiento de calibración.
La Figura 18 muestra un resorte de aire 200 con un primer elemento de montaje 210, un segundo elemento de montaje 220, y un miembro flexible 230, por ejemplo un fuelle. El primer elemento de montaje en forma de placa superior, el segundo elemento de montaje en forma de un placa inferior, y el fuelle contienen o incluyen un volumen que es la cámara presurizable 240. Los módulos sensitivos primero y segundo 110, 120 se disponen en el primer elemento de montaje 210 y el dispositivo de referencia 130 se dispone en el segundo elemento de montaje 220 opuesto al primer elemento de montaje. Hay un movimiento relativo de los elementos de montaje 210, 220 a lo largo de la trayectoria de movimiento 160.
En un modo de funcionamiento del resorte de aire, la placa superior y la placa inferior se pueden mover una hacia otra a lo largo de la flecha de dirección 160 por movimientos de la placa inferior y/o por movimientos de la placa superior.
La Figura 19 ilustra una suspensión de rueda 320 y un chasis 310 de un vehículo, que se enlazan mecánicamente entre sí y tienen un resorte de aire 100 para amortiguar vibraciones de la rueda 325 debido a condiciones de carretera irregular, en donde uno de los elementos de montaje del resorte de aire se monta en la suspensión de rueda 320 y el otro de los elementos de montaje del resorte de aire se monta en la chasis 310 del vehículo.
La suspensión de rueda 320 se puede mover a lo largo de la flecha 322 cuando la rueda se mueve sobre una calle irregular y, como resultado de las vibraciones de la rueda 325 y de la suspensión de rueda 320, los elementos de montaje del resorte de aire se mueven frecuentemente acercándose y/o alejándose entre sí como se indica con la flecha 160. El resorte de aire y en particular la cámara presurizable dentro del resorte de aire se adapta para amortiguar las vibraciones tanto de la suspensión de rueda como del chasis del vehículo en cuanto a no trasferir o trasmitir estos vibraciones desde una de estas partes a la otra, respectivamente.
Lista de signos de referencia 10 campo de dispersión magnética
50 campo magnético generado por el dispositivo de referencia 100 dispositivo de medición de distancia
110 primer módulo sensitivo
111 punto de referencia de cero magnético
112 distancia entre primer y segundo módulo sensitivo
120 segundo módulo sensitivo
121 punto de referencia de cero magnético
130 dispositivo de referencia
132 imán permanente
133 eje central
134 imán permanente
135 eje central
136 línea de dispositivo de referencia
137 ángulo de inclinación
138 ángulo de inclinación
140 módulo de evaluación
141 unidad de suministro de energía
142 Interfaz de E/S
143 controlador
144 interfaz de distribución de sensores
145 interfaz de distribución de sensores
146 interfaz de potencia
150 línea de base
155 ángulo entre línea de base y trayectoria de movimiento 160 trayectoria de movimiento
170 distancia medida
180 plano de medición
181 primera sección
182 segunda sección
183 tercera sección
184 cuarta sección
185 quinta sección
186 sexta sección
y primera dirección sensitiva
x segunda dirección sensitiva 1a primer ángulo de apertura 2a segundo ángulo de apertura 200 resorte de aire
210 primera placa de montaje 220 segunda placa de montaje 230 miembro flexible
240 cámara presurizable
310 chasis
320 suspensión de rueda 322 movimiento de suspensión 325 rueda
Claims (10)
1. Un resorte de aire (200) con un dispositivo de medición de distancia (100),
el resorte de aire (200) comprende:
una primera placa de montaje (210),
una segunda placa de montaje (220), y
un miembro flexible (230) que conecta la primera placa de montaje y la segunda placa de montaje para formar una cámara presurizable (240),
en donde la primera placa de montaje (210) y la segunda placa de montaje (220) son movibles relativamente entre sí a lo largo de una trayectoria de movimiento (160),
en donde el dispositivo de medición de distancia (100) comprende:
un primer módulo sensitivo (110),
un segundo módulo sensitivo (120),
en donde el primer módulo sensitivo (110) y el segundo módulo sensitivo (120) se montan en la primera placa de montaje (210),
un dispositivo de referencia (130), en donde el dispositivo de referencia (130) se monta en la segunda placa de montaje (220),
un módulo de evaluación (140),
una línea de base horizontal (150), en donde el primer módulo sensitivo tiene una primera orientación con la línea de base horizontal que define un primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo módulo sensitivo tiene una segunda orientación con la línea de base horizontal que define un segundo punto de eje de medición de ángulo cero, y en donde la línea de base horizontal conecta el primer punto de eje de medición de ángulo cero y el segundo punto de eje de medición de ángulo cero de manera que la primera orientación y la segunda orientación son la misma, en donde cada uno del primer y el segundo módulo sensitivo se configura para detectar la intensidad de un campo magnético (50) en una primera dirección sensitiva (y) y una segunda dirección sensitiva (x),
en donde el dispositivo de referencia se configura para emitir un campo magnético (50) detectable por el primer y el segundo módulo sensitivo,
en donde el primer módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un primer ángulo de apertura (1a) entre la segunda dirección sensitiva (x) y la posición del dispositivo de referencia como resultado de la intensidad detectada de campo magnético,
en donde el segundo módulo sensitivo se configura para detectar el campo magnético y para determinar un segundo ángulo de apertura (2a) entre la segunda dirección sensitiva (x) y la posición del dispositivo de referencia, en donde el módulo de evaluación se configura para determinar la distancia entre la línea de base y el dispositivo de referencia basado en el primer ángulo de apertura y el segundo ángulo de apertura
en donde el dispositivo de referencia es movible acercándose y alejándose con respecto al primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo a lo largo de la trayectoria de movimiento (160), en donde la trayectoria de movimiento es la trayectoria de movimiento del movimiento relativo entre la primera placa de montaje y la segunda placa de montaje,
en donde la trayectoria de movimiento es lineal, en donde una prolongación de la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base, y en donde la línea de base es una línea lineal virtual que interconecta los módulos sensitivos primero y segundo;
en donde la trayectoria de movimiento interseca con la línea de base en un punto central, en donde el punto central es equidistante del primer módulo sensitivo y el segundo módulo sensitivo;
en donde el primer módulo sensitivo (110) se dispone de manera que su segunda dirección sensitiva (x) se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento (160),
en donde el segundo módulo sensitivo (120) se dispone de manera que su segunda dirección de detección (x) se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento; y
en donde la segunda dirección sensitiva (x) del primer módulo sensitivo es paralela a la segunda dirección sensitiva (x) del segundo módulo sensitivo.
2. El resorte de aire de la reivindicación 1,
en donde la segunda dirección sensitiva (x) del primer módulo sensitivo y/o del segundo módulo sensitivo se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento en un ángulo entre 1 ° y 89°.
3. El resorte de aire de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2,
en donde el módulo de evaluación se configura para determinar un valor absoluto de la diferencia entre el primer ángulo de apertura y el segundo ángulo de apertura y para determinar la distancia entre el dispositivo de referencia y la línea de base basado en dicho valor absoluto.
4. El resorte de aire de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
en donde el dispositivo de referencia comprende un primer imán permanente.
5. El resorte de aire de la reivindicación 4,
en donde el primer imán permanente tiene un eje de polo magnético que coincide con la trayectoria de movimiento.
6. El resorte de aire de la reivindicación 4,
en donde el dispositivo de referencia comprende además un segundo imán permanente, en donde el primer imán permanente y el segundo imán permanente se ubican equidistantemente espaciados de la trayectoria de movimiento.
7. El resorte de aire de la reivindicación 6,
en donde una línea virtual que interconecta un eje de polo magnético del primer imán permanente y un eje de polo magnético del segundo imán permanente es paralela a la línea de base.
8. El resorte de aire de la reivindicación 6 o 7,
en donde un eje de polo del primer imán permanente y/o un eje de polo del segundo imán permanente se inclina con respecto a la trayectoria de movimiento en un primer ángulo de inclinación y un segundo ángulo de inclinación, respectivamente.
9. El resorte de aire de la reivindicación 8,
en donde un valor absoluto del primer ángulo de inclinación del primer imán permanente es el mismo que el valor absoluto del segundo ángulo de inclinación del segundo imán permanente.
10. El resorte de aire de la reivindicación 8 o 9,
en donde el primer ángulo de inclinación está entre 1° y 25°.
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