ES2951000T3 - Detector para detectar material eléctricamente conductor - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un detector (10) para detectar material eléctricamente conductor. El detector (10) comprende al menos un transmisor (11), que tiene una bobina transmisora (12) y una fuente de suministro (13), un receptor (14), que tiene una bobina receptora (15), y una unidad de evaluación (dieciséis). La bobina transmisora (12) está conectada a la fuente de suministro (13). La fuente de suministro (13) está diseñada para proporcionar un voltaje alterno o una corriente alterna durante el funcionamiento. El receptor (14) está diseñado como receptor sin circuitos resonantes. El receptor (14) está conectado con la unidad de evaluación (16). La unidad de evaluación (16) está diseñada para detectar una señal inducida en la bobina receptora (15). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Detector para detectar material eléctricamente conductor
Se indica un detector para detectar material eléctricamente conductor.
Los detectores de metales pueden utilizarse para detectar objetos metálicos en movimiento. Para ello, un detector de metales puede presentar un circuito de oscilador con una o varias bobinas. El movimiento de un objeto metálico en el campo magnético de la bobina o de las bobinas conduce a un cambio de la impedancia de la bobina o de las bobinas. En el caso de varias bobinas, el movimiento de un objeto metálico cerca de las bobinas conduce adicionalmente a un cambio del acoplamiento de las bobinas. Debido a que la bobina o las bobinas están dispuestas en un circuito de oscilador, también un cambio reducido conduce a amplitudes de oscilación demasiado elevadas, en donde los cambios pueden detectarse con facilidad. Sin embargo, también es posible que otros factores, como las influencias de la temperatura o la obsolescencia de los componentes, conduzcan a un cambio de la amplitud. Con ello, los detectores de metales que están expuestos a grandes diferencias de temperatura o que se utilizan durante un periodo prolongado, presentan grandes imprecisiones en la detección de objetos metálicos.
En la solicitud US 4084135 A se describe un detector de metales con un transmisor y una bobina receptora. La bobina receptora está conectada a un amplificador.
En la solicitud DE 102010009576 A1 se describe un detector de proximidad. El mismo presenta una bobina transmisora, una bobina de referencia y dos bobinas receptoras. Las bobinas receptoras están conectadas como una bobina diferencial.
En la solicitud EP 2555019 A1 se describe un sensor de proximidad con una bobina transmisora y una bobina receptora. La bobina transmisora está conectada a un dispositivo de excitación y la bobina receptora está conectada a un dispositivo de evaluación.
En la solicitud EP 2562565 A1 se describe un detector de metales con un transmisor y dos bobinas receptoras. El transmisor presenta una bobina transmisora y un suministro de energía; y las bobinas receptoras están conectadas a un procesador.
En la solicitud US 2016/290833 A1 se describe un sensor con una bobina, en una unidad de detección.
En la solicitud EP 2493076 A1 se describe un sensor de proximidad inductivo.
Un objeto que debe solucionarse consiste en proporcionar un detector para detectar material eléctricamente conductor que pueda funcionar de forma eficiente.
El objeto se soluciona mediante lo indicado en la reivindicación independiente. En las reivindicaciones dependientes se describen configuraciones y perfeccionamientos ventajosos.
Según al menos una forma de ejecución del detector para detectar material eléctricamente conductor, el detector comprende al menos un transmisor con una bobina transmisora y una fuente de suministro. La fuente de suministro puede tratarse de una fuente de tensión o de una fuente de corriente. La bobina transmisora puede presentar material eléctricamente conductor. La bobina transmisora puede estar conectada eléctricamente a la fuente de suministro. La fuente de suministro está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento. La amplitud y la frecuencia de la tensión alterna pueden ser predeterminables.
El detector comprende además un receptor con una bobina receptora. La bobina receptora puede presentar material eléctricamente conductor. El transmisor y el receptor pueden estar dispuestos separados uno de otro. Esto puede significar que el transmisor y el receptor no están conectados uno con otro, por ejemplo mediante un cable o mediante otra conexión eléctricamente conductora.
El detector comprende además una unidad de evaluación. La unidad de evaluación está diseñada para detectar una señal inducida en la bobina receptora. La señal puede tratarse de una tensión eléctrica o de una corriente eléctrica. El receptor está conectado a la unidad de evaluación. El receptor puede estar conectado eléctricamente a la unidad de evaluación. La unidad de evaluación puede tratarse de una unidad de evaluación de señales. La unidad de evaluación puede estar diseñada para medir una tensión o una corriente. Por ejemplo, la unidad de evaluación puede presentar una primera entrada y una segunda entrada. La bobina receptora puede presentar una primera conexión y una segunda conexión, donde la segunda conexión está dispuesta en el lado de la bobina receptora apartado de la primera conexión. Cada una de las conexiones de la bobina receptora puede estar conectada de forma eléctrica con respectivamente una de las entradas de la unidad de evaluación. La unidad de evaluación puede
estar diseñada para medir la tensión que se aplica en la bobina receptora. Además, la unidad de evaluación puede estar diseñada para proporcionar el valor de la tensión medida en una salida de la unidad de evaluación.
El receptor está configurado como receptor libre de circuito de oscilador. Esto significa que el receptor se trata de un receptor sin circuito de oscilador. Además, el receptor, durante el funcionamiento del detector, no es operado como un circuito de oscilador. La bobina receptora puede estar conectada directamente de forma eléctrica a la unidad de evaluación. Esto puede significar que cada una de las conexiones de la bobina receptora está conectada directamente de forma eléctrica con respectivamente una de las entradas de la unidad de evaluación.
El detector aquí descrito, entre otras cosas, se basa en la idea de que puede detectarse material eléctricamente conductor en el entorno del detector. Si la bobina receptora está dispuesta en un campo magnético, entonces en el caso de un cambio del campo magnético en la bobina receptora, puede inducirse una tensión. El campo magnético, por ejemplo, puede modificarse debido a que un material eléctricamente conductor se mueve en el campo magnético. Además, el detector puede utilizarse para la detección de material ferromagnético, ya que el campo magnético igualmente puede modificarse debido a que un material ferromagnético se mueve en el campo magnético. La unidad de evaluación está diseñada para detectar la señal inducida en la bobina receptora, por ejemplo una tensión. Con ello, un cambio de la tensión inducida en la bobina receptora indica que un material eléctricamente conductor, un objeto eléctricamente conductor, un material ferromagnético o un objeto ferromagnético se mueve en el campo magnético o se aproxima al detector.
Puesto que el receptor está configurado como un receptor sin circuito de oscilador, el receptor preferentemente no presenta una frecuencia de resonancia. En un circuito de oscilador, la tensión inducida en una bobina del circuito de oscilador puede depender de forma no lineal tanto de la tensión inducida, como también de otros parámetros, como influencias de la temperatura o una obsolescencia de los componentes. Por el contrario, la amplitud de la tensión inducida en la bobina receptora aquí descrita depende solamente de la inductancia de la bobina receptora. La dependencia de la amplitud, de la tensión inducida en la bobina receptora, de la inductancia de la bobina receptora, puede tener la forma de una raíz. La inductancia de la bobina receptora depende de la geometría de la bobina receptora y de los materiales que son magnéticamente o eléctricamente conductores, en el entorno de la bobina receptora. Puesto que la geometría de la bobina receptora, durante el funcionamiento del detector, en la mayoría de los casos no se modifica o sólo lo hace de forma mínima, la amplitud de la tensión inducida en la bobina receptora depende solamente de materiales en el entorno de la bobina receptora.
De este modo, el detector aquí descrito posibilita una medición más precisa de la tensión inducida en la bobina receptora, con influencias reducidas o sin influencias de la temperatura o de una obsolescencia de los componentes, en la medición de la tensión inducida. No se requiere una regulación posterior de parámetros del transmisor o del receptor durante el funcionamiento del detector.
Además, de manera ventajosa, no se requiere una adaptación exacta de parámetros de un circuito de oscilador o de dos circuitos de oscilador acoplados, ya que el receptor se trata de un receptor sin circuito de oscilador.
Además, es posible utilizar una bobina receptora con una inductancia lo más elevada posible. Cuanto mayor es la inductancia de la bobina receptora, tanto mayor es una tensión inducida en la bobina receptora. Cuanto mayor es la tensión inducida en la bobina receptora, tanto de forma más sencilla y con mayor precisión puede detectarse y medirse la tensión inducida por medio de la unidad de evaluación. La calidad de la bobina receptora en este caso no es determinante para la precisión de la medición de la tensión inducida, ya que la bobina receptora no se utiliza en un circuito de oscilador. Con ello, puede utilizarse una bobina receptora con una inductancia lo más elevada posible, sin considerar el grado de calidad de la bobina receptora. De manera ventajosa, por tanto, como bobinas receptoras pueden utilizarse por ejemplo bobinas que estén dispuestas sobre un circuito impreso (las así llamadas "bobinas de circuito impreso (PCB)"). En este caso, la unidad de evaluación debería presentar una impedancia de entrada elevada.
El detector aquí descrito, por ejemplo, puede utilizarse como detector de las ruedas en raíles, para la detección de ruedas de un tren. En ese caso, el detector puede disponerse de manera que una rueda de un tren se mueva en un campo magnético cuando el tren pase por la posición del detector, y que debido al movimiento de la rueda en el campo magnético se modifique una tensión inducida en la bobina receptora. La tensión inducida en la bobina receptora y su modificación pueden ser detectadas por la unidad de evaluación. De este modo, la unidad de evaluación puede detectar que un tren pasa por la posición del detector.
Según al menos una forma de ejecución del detector, durante el funcionamiento, la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro o la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro se acopla a la bobina transmisora. La fuente de suministro puede presentar una primera salida y una segunda salida. Entre la primera salida y la segunda salida puede aplicarse la tensión alterna proporcionada. La bobina transmisora puede presentar una primera conexión y una segunda conexión, donde la segunda conexión está dispuesta en el lado de la bobina transmisora apartado de la primera conexión. Cada una de las conexiones de la bobina transmisora puede estar
conectada de forma eléctrica con respectivamente una salida de la fuente de suministro. De este modo, durante el funcionamiento, la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro o la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro se acopla a la bobina transmisora.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la bobina transmisora, mediante la aplicación de una tensión o de una corriente en la bobina transmisora, genera un campo magnético del transmisor. Por ejemplo, la bobina transmisora, mediante la aplicación de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro en la bobina transmisora, puede generar un campo magnético del transmisor. El campo magnético del transmisor puede depender de la frecuencia de la tensión alterna y de parámetros de la bobina transmisora. El campo magnético del transmisor puede utilizarse como campo magnético para la detección de objetos metálicos o ferromagnéticos en el campo magnético del transmisor.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la bobina transmisora y la bobina receptora están dispuestas de manera que un campo magnético del transmisor generado por la bobina transmisora induce una señal en la bobina receptora. La señal puede tratarse de una tensión eléctrica o de una corriente eléctrica. Esto puede significar que la bobina receptora está dispuesta en el campo magnético del receptor. Además, es posible que la bobina transmisora y la bobina receptora estén dispuestas de manera que el campo magnético del receptor generado por la bobina transmisora induzca una señal en la bobina receptora, que puede ser detectada por la unidad de evaluación. Con ello, la bobina receptora puede estar dispuesta en el entorno de la bobina transmisora. Por ejemplo, la distancia entre la bobina receptora y la bobina transmisora es de menos de 1 m o de menos de 20 cm. La bobina transmisora y la bobina receptora pueden estar dispuestas de manera que las mismas estén acopladas una con otra. En el caso de un cambio del campo magnético del transmisor, de este modo, se modifica también la señal inducida en la bobina receptora. Esto posibilita la detección de material eléctricamente conductor o ferromagnético que se encuentra en el campo magnético del transmisor.
Según al menos una forma de ejecución del detector, el acoplamiento entre la bobina transmisora y la bobina receptora es de menos de 5 %. El acoplamiento entre la bobina transmisora y la bobina receptora puede ser de menos de 1 %. Cuanto mayor es el acoplamiento entre la bobina transmisora y la bobina receptora, tanto mayor es la tensión inducida en la bobina receptora. En el caso de un acoplamiento menor entre la bobina transmisora y la bobina receptora, los cambios del acoplamiento entre la bobina transmisora y la bobina receptora, debido a un movimiento de material eléctricamente conductor y/o ferromagnético en el campo magnético del transmisor, con relación al acoplamiento sin influencias, actúa en mayor grado en la tensión inducida en la bobina receptora, que en el caso de un acoplamiento mayor.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la señal inducida en la bobina receptora depende de material eléctricamente conductor en el entorno de la bobina receptora. El campo magnético del transmisor depende de material eléctricamente conductor en el campo magnético del transmisor. Por ejemplo, el campo magnético del transmisor se modifica cuando material eléctricamente conductor se mueve en el campo magnético del transmisor o cuando material eléctricamente conductor se desplaza hacia el interior del campo magnético del transmisor. Debido a un cambio del campo magnético del transmisor se modifica igualmente la señal inducida en la bobina receptora. De este modo, la señal inducida en la bobina receptora depende de si material eléctricamente conductor se mueve en el campo magnético del transmisor y, con ello, en el entorno de la bobina receptora. Esto se aplica también para el material ferromagnético.
Por ese motivo, el detector puede utilizarse para detectar material eléctricamente conductor. El material eléctricamente conductor puede detectarse en el área del campo magnético del transmisor. Si un objeto eléctricamente conductor, como por ejemplo una rueda de un tren, se mueve en el campo magnético del transmisor, entonces se modifica la señal inducida en la bobina receptora. La bobina transmisora y el objeto eléctricamente conductor, en este caso, están acoplados de forma inductiva. El cambio de la señal inducida en la bobina receptora puede ser detectado por la unidad de evaluación y, con ello, indica la presencia de un objeto eléctricamente conductor en el campo magnético del transmisor. El detector, por ejemplo, puede estar dispuesto en un raíl y puede estar diseñado para detectar un tren en la posición del detector, en donde se detecta la presencia de una rueda de un tren, donde la rueda presenta un material eléctricamente conductor o un material ferromagnético.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la unidad de evaluación está diseñada para proporcionar una señal de salida que depende de un cambio de la señal inducida en la bobina receptora. La señal de salida puede proporcionarse en la salida de la unidad de evaluación. La señal inducida en la bobina receptora puede modificarse cuando un material eléctricamente conductor o un material ferromagnético se mueve en el campo magnético del transmisor. De este modo, la señal de salida puede contener información con respecto a que un objeto eléctricamente conductor o un objeto ferromagnético fue detectado en el campo magnético del transmisor. Por ese motivo, el detector puede utilizarse para detectar material eléctricamente conductor o ferromagnético.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la unidad de evaluación está diseñada para determinar la amplitud y/o la fase de la señal inducida en la bobina receptora. Esto puede significar que la unidad de evaluación
está diseñada para determinar el valor de la tensión inducida en la bobina receptora o de la corriente inducida en la bobina receptora. La unidad de evaluación puede estar diseñada para determinar la amplitud y/o la fase de la señal inducida en la bobina receptora de forma continua o a intervalos predeterminares. De este modo puede detectarse un cambio de la señal inducida en la bobina receptora.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la unidad de evaluación está diseñada para determinar la fase de la señal inducida en la bobina receptora. A partir de una comparación de la fase de la tensión inducida en la bobina receptora con la fase de la tensión que se aplica en la bobina transmisora pueden deducirse pérdidas, como por ejemplo pérdidas por corrientes de Foucault, en el campo magnético del transmisor, o interferencias externas.
Según al menos una forma de ejecución del detector, el detector presenta otro transmisor con otra bobina transmisora y otra fuente de suministro. El otro transmisor puede tener la misma estructura que el transmisor. El transmisor y el receptor pueden estar dispuestos distanciados uno con respecto a otro. El transmisor y el otro transmisor pueden estar dispuestos aproximadamente a la misma distancia del receptor. La otra fuente de suministro puede tratarse de una fuente de tensión o de una fuente de corriente.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la otra fuente de suministro está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento, cuya frecuencia es distinta de la frecuencia de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro o de la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro. La tensión alterna o la corriente alterna proporcionada por la otra fuente de suministro durante el funcionamiento puede presentar una frecuencia mayor o una frecuencia menor que la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro durante el funcionamiento o la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro durante el funcionamiento. Debido al acoplamiento de la tensión alterna o de la corriente alterna proporcionada por la otra fuente de suministro en la otra bobina transmisora, se genera otro campo magnético del transmisor. La otra bobina transmisora y la bobina receptora pueden estar dispuestas de manera que otro campo magnético del transmisor generado por la otra bobina transmisora induzca una tensión en la bobina receptora. Con ello, la otra fuente de suministro posibilita la detección de material eléctricamente conductor con otra frecuencia de la tensión alterna, mediante la cual se genera el otro campo magnético del transmisor. Mediante la utilización de dos transmisores con distintas frecuencias pueden determinarse interferencias en ciertas frecuencias y, con ello, pueden evitarse rangos de frecuencia no deseados.
El transmisor y el otro transmisor pueden operarse al mismo tiempo. Por ese motivo, material eléctricamente conductor puede detectarse al mismo tiempo, en el caso de distintas frecuencias. Esto es ventajoso, en caso de que en un rango de frecuencia se presente una frecuencia de interferencia externa o interna. En ese caso, puede utilizarse el respectivamente otro transmisor, en donde la frecuencia de interferencia no se encuentra en el rango de la frecuencia de la tensión alterna proporcionada. Además, es posible determinar la interferencia mediante una comparación de las dos tensiones inducidas en la bobina receptora. De este modo, el detector puede operarse con mayor fiabilidad y puede mejorarse la precisión.
Según al menos una forma de ejecución del detector, el transmisor presenta un condensador que, con la bobina transmisora, forma un circuito de oscilador. El condensador puede estar conectado eléctricamente, de forma paralela, con respecto a la bobina transmisora. El circuito de oscilador puede presentar una frecuencia de resonancia. Además, es posible que el circuito de oscilador presente al menos dos frecuencias de resonancia. La frecuencia de resonancia o las frecuencias de resonancia del circuito de oscilador pueden ser reguladas. La tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro puede ser igual o aproximadamente igual a la frecuencia de resonancia o a una de las frecuencias de resonancia del circuito de oscilador. Cuanto más cerca se encuentra la frecuencia de la tensión alterna proporcionada a la frecuencia de resonancia del circuito de oscilador, tanto mayor es la intensidad de la corriente en la bobina transmisora. Si la frecuencia de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro es igual o aproximadamente igual a la frecuencia de resonancia, o a una de las frecuencias de resonancia del circuito de oscilador, con ello, el circuito de oscilador puede excitarse de modo eficiente. Cuanto mayor es la intensidad de la corriente en la bobina transmisora, tanto mayor es la intensidad del campo magnético, del campo magnético del transmisor. Una intensidad del campo magnético elevada, del campo magnético del transmisor, puede mejorar la precisión de la detección de la señal inducida en la bobina receptora.
El receptor, según la invención, presenta otra bobina receptora. La otra bobina receptora, según la invención, presenta la misma estructura que la bobina receptora. La otra bobina receptora puede presentar una primera conexión y una segunda conexión, donde la segunda conexión está dispuesta en el lado de la otra bobina receptora apartado de la primera conexión. La unidad de evaluación puede presentar una tercera entrada y una cuarta entrada. La primera conexión de la otra bobina receptora puede estar conectada eléctricamente a la tercera entrada de la unidad de evaluación, y la segunda conexión de la otra bobina receptora puede estar conectada eléctricamente a la cuarta entrada de la unidad de evaluación. De manera alternativa, también es posible que la primera conexión de la otra bobina receptora esté conectada eléctricamente a la cuarta entrada de la unidad de evaluación, y que la segunda conexión de la otra bobina receptora esté conectada eléctricamente a la tercera entrada de la unidad de evaluación.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la bobina receptora y la otra bobina receptora presentan la misma estructura. Por ejemplo, la bobina receptora y la otra bobina receptora pueden presentar el mismo sentido del bobinado. Además, es posible que la bobina receptora y la otra bobina receptora presenten el mismo tamaño y la misma sección transversal. La bobina receptora y la otra bobina receptora pueden estar conformadas con el mismo material.
La bobina receptora y la otra bobina receptora, según la invención, presentan el mismo sentido del bobinado. Si las señales de la bobina receptora y de la otra bobina receptora se sustraen unas de otras, pueden suprimirse interferencias de modo común.
La unidad de evaluación, según la invención, presenta un amplificador diferencial. El amplificador diferencial puede presentar una primera entrada y una segunda entrada. Una de las conexiones de la bobina receptora puede estar conectada eléctricamente a la primera entrada del amplificador diferencial. Una de las conexiones de la otra bobina receptora puede estar conectada eléctricamente a la segunda entrada del amplificador diferencial. Además, es posible que una de las conexiones de la bobina receptora esté conectada eléctricamente a la segunda entrada del amplificador diferencial, y que una de las conexiones de la otra bobina receptora esté conectada eléctricamente a la primera entrada del amplificador diferencial. El amplificador diferencial puede estar diseñado para sustraer una de otra dos señales recibidas en las entradas.
Si el receptor está dispuesto en un campo interferente eléctricamente homogéneo, entonces en la bobina receptora y en la otra bobina receptora las mismas tensiones se acoplan de forma capacitiva, ya que la bobina receptora y la otra bobina receptora presentan la misma estructura. En el amplificador diferencial, las tensiones acopladas se sustraen una de otra. Las tensiones acopladas se compensan debido a que en la bobina receptora y en la otra bobina receptora las mismas tensiones se acoplan de forma capacitiva. En particular, éste es el caso cuando la bobina receptora y la otra bobina receptora presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. Con ello, mediante la utilización del amplificador diferencial puede reducirse o impedirse el acoplamiento capacitivo debido a campos interferentes eléctricos homogéneos.
Si el receptor está dispuesto en un campo interferente magnéticamente homogéneo, entonces en la bobina receptora y en la otra bobina receptora se induce la misma tensión, ya que la bobina receptora y la otra bobina receptora presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. Esas tensiones inducidas pueden sustraerse unas de otras en el amplificador diferencial. Puesto que en la bobina receptora y en la otra bobina receptora se induce la misma tensión, las tensiones inducidas se compensan. En particular, éste es el caso cuando la bobina receptora y la otra bobina receptora presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. Con ello, mediante la utilización del amplificador diferencial pueden suprimirse o impedirse acoplamientos inductivos de campos interferentes magnéticos homogéneos.
El amplificador diferencial puede presentar un filtro de paso de banda. De este modo, la frecuencia de la tensión alterna que se aplica en la bobina transmisora, puede ser una frecuencia de paso del filtro de paso de banda. De este modo, se suprimen solamente los campos interferentes, pero no la señal que debe detectarse.
Cuanto mayor es la supresión de modo común del amplificador diferencial y cuanto mayor es la similitud de la estructura, de modo tanto más eficiente pueden suprimirse las influencias debido a campos interferentes eléctricos o magnéticos homogéneos.
Según al menos una forma de ejecución del detector, el amplificador diferencial está diseñado para proporcionar una señal de salida, donde la señal de salida depende de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la bobina receptora y de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la otra bobina receptora. Esto puede significar que después de la sustracción de influencias de eventuales campos interferentes, la señal de salida depende de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la bobina receptora y de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la otra bobina receptora.
La bobina receptora y la otra bobina receptora, según la invención, respectivamente en uno de sus extremos están conectadas a un amplificador diferencial, y en su otro extremo están conectadas a un suministro de tensión. Esto posibilita la supresión de influencias debido a campos interferentes eléctricos o magnéticos homogéneos.
Según la invención, un regulador está conectado al amplificador diferencial. El regulador puede estar diseñado para activar los suministros de corriente, a los que se encuentran conectadas la bobina receptora y la otra bobina receptora, de manera que la señal de salida del amplificador diferencial siempre resulte cero. Para ello, en el regulador se determina una señal de regulación. La señal de regulación depende de la señal que debe ser detectada por el receptor. Con ello, a partir de la señal de regulación puede determinarse la señal que debe detectarse.
Según al menos una forma de ejecución del detector, la bobina receptora presenta la forma de un ocho con dos mitades de la bobina. Esto significa que la bobina receptora puede tratarse de una bobina en ocho. Si una bobina de
esa clase está dispuesta en un campo interferente magnético homogéneo, entonces en ambas mitades de la bobina se induce la misma tensión con diferente signo. De este modo, ventajosamente, se compensan las dos tensiones inducidas.
A continuación, el detector aquí descrito se explica con mayor detalle en combinación con ejemplos de ejecución y las figuras asociadas.
Las figuras 1 y 2 muestran ejemplos de un detector para detectar material eléctricamente conductor.
En la figura 3 se muestra la función de transmisión de un receptor.
En la figura 4 se muestra un ejemplo de ejecución de un receptor con una unidad de evaluación.
Las figuras 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 y 13 muestran ejemplos de ejecución de la bobina receptora y de la otra bobina receptora.
En la figura 1 se muestra esquemáticamente un ejemplo de un detector 10 para la detección de material eléctricamente conductor, el cual no se trata de un ejemplo de ejecución. El detector 10 presenta un transmisor 11 con una bobina transmisora 12 y una fuente de suministro 13. La fuente de suministro 13 puede tratarse de una fuente de tensión o de una fuente de corriente. La bobina transmisora 12 está conectada eléctricamente a la fuente de suministro 13. La fuente de suministro 13 presenta una primera salida 27 y una segunda salida 28. La bobina transmisora 12 presenta una primera conexión 23 y una segunda conexión 24, donde la segunda conexión 24 está dispuesta en el lado de la bobina transmisora 12 apartado de la primera conexión 23. La primera conexión 23 de la bobina transmisora 12 está conectada eléctricamente a la primera salida 27 de la fuente de suministro 13. La segunda conexión 24 de la bobina transmisora 12 está conectada eléctricamente a la segunda salida 28 de la fuente de suministro 13. La fuente de suministro 13 está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento. La tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro 13 o la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro 13, durante el funcionamiento, se acopla a la bobina transmisora 12. La bobina transmisora 12, mediante la aplicación de la tensión alterna en la bobina transmisora 12, genera un campo magnético del transmisor.
De manera opcional, el transmisor 11 presenta un condensador 20 que forma un circuito de oscilador con la bobina transmisora 12. Puesto que el condensador 20 es opcional, éste se encuentra representado con líneas discontinuas en la figura 1. El condensador 20 está conectado eléctricamente, de forma paralela, con respecto a la bobina transmisora 12.
De forma contigua a la bobina transmisora 12 está representado esquemáticamente el hecho de que el campo magnético del transmisor, generado por la bobina transmisora 12, presenta una intensidad del campo magnético que puede modificarse en el tiempo. Además, de manera esquemática está representado un objeto eléctricamente conductor o ferromagnético 29, que se encuentra en el área del campo magnético del transmisor. En este caso, la bobina transmisora 12 y el objeto 29 están acoplados de forma inductiva.
El detector 10 presenta además un receptor 14 con una bobina receptora 15. Además, el detector 10 presenta una unidad de evaluación 16. El receptor 14 está conectado a la unidad de evaluación 16, y el receptor 14 está configurado como un receptor sin circuito de oscilador. La bobina receptora 15 presenta una primera conexión 23 y una segunda conexión 24, donde la segunda conexión 24 está dispuesta en el lado de la bobina receptora 15 apartado de la primera conexión 23. La unidad de evaluación 16 presenta una primera entrada 25 y una segunda entrada 26. La primera conexión 23 de la bobina receptora 15 está conectada eléctricamente a la primera entrada 25 de la unidad de evaluación 16. La segunda conexión 24 de la bobina receptora 15 está conectada eléctricamente a la segunda entrada 26 de la unidad de evaluación 16. La unidad de evaluación 16 está diseñada para detectar una señal inducida en la bobina receptora 15, por ejemplo una tensión eléctrica o una corriente eléctrica.
Como muestra la figura 1, la bobina transmisora 12 y la bobina receptora 15 están dispuestas de manera que el campo magnético del transmisor generado por la bobina transmisora 12 induce una tensión en la bobina receptora 15. De este modo, la tensión inducida en la bobina receptora 15 depende de si un material eléctricamente conductor o un material ferromagnético se encuentra o se mueve en el área del campo magnético del transmisor. Se representa esquemáticamente que en la bobina receptora 15 se induce una tensión alterna, en donde la amplitud es esencialmente menor que la amplitud de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro 13. El acoplamiento de la bobina transmisora 12 con la bobina receptora 15, por ejemplo, puede ser de menos de 5 %. Con ello, la unidad de evaluación 16 debería ser suficientemente sensible para detectar tensiones reducidas.
La unidad de evaluación 16 está diseñada para determinar la amplitud y/o la fase de la tensión inducida en la bobina receptora 15. Además, la unidad de evaluación 16 puede estar diseñada para proporcionar una señal de salida que depende de un cambio de la tensión inducida en la bobina receptora 15. Puesto que el receptor 14 está configurado
como un receptor sin circuito de oscilador, la amplitud y la fase de la tensión inducida en la bobina receptora 15 dependen solamente de la inductancia de la bobina receptora 15. A diferencia de ello, en un circuito de oscilador, los cambios de temperatura o la obsolescencia de los componentes pueden influir en la tensión inducida en la bobina. De manera ventajosa, de este modo, en el detector 10 aquí descrito, la amplitud y la fase de la tensión inducida en la bobina receptora 15 sólo dependen de forma mínima o de forma que puede no considerarse, de los cambios de temperatura o de la obsolescencia de los componentes, y dependen principalmente de la amplitud que debe medirse y de la fase de la tensión inducida en la bobina receptora 15.
En la figura 2 se muestra otro ejemplo de ejecución del detector 10. Adicionalmente con respecto a la estructura mostrada en la figura 1, el detector 10 presenta otro transmisor 17 con otra bobina transmisora 18 y con otra fuente de suministro 19. El otro transmisor 17 presenta la misma estructura que el transmisor 11. El transmisor 11 y el otro transmisor 17 se diferencian en el hecho de que la otra fuente de suministro 19 está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento, cuya frecuencia es distinta de la frecuencia de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro 13 del transmisor 11 o de la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro 13. En la figura 2 se representa esquemáticamente que la tensión alterna proporcionada por la otra fuente de suministro 19 presenta una frecuencia menor que la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro 13. De este modo, también mediante el campo magnético del transmisor generado por la otra bobina transmisora 18 se induce una tensión en la bobina receptora 15, y es detectada por la unidad de evaluación 16.
Los puntos por debajo del otro transmisor 17 indican que el detector 10 puede presentar otros transmisores 17. En la figura 3 se muestra la función de transmisión del receptor 14. Sobre el eje x está marcada de forma logarítmica la frecuencia de la señal inducida en la bobina receptora 15, en unidades arbitrarias. Sobre el eje y está marcada de forma logarítmica la amplitud de la señal inducida en la bobina receptora 15. Preferentemente se utilizan frecuencias en el rango marcado con rayas, para determinar la amplitud de la señal inducida en la bobina receptora 15. En esa área, la señal inducida en la bobina receptora 15 depende de la inductancia de la bobina receptora 15. La señal inducida puede tratarse de una tensión eléctrica.
En la figura 4 se muestra un ejemplo de ejecución del receptor 14. El receptor 14 presenta la bobina receptora 15 y otra bobina receptora 21. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. De manera similar a la bobina receptora 15, la otra bobina receptora 21 presenta una primera conexión 23 y una segunda conexión 24, donde la segunda conexión 24 está dispuesta en el lado de la otra bobina receptora 21 apartado de la primera conexión 23. La unidad de evaluación 16 presenta además una tercera entrada 30 y una cuarta entrada 31. La primera conexión 23 de la otra bobina receptora 21 puede está conectada eléctricamente a la tercera entrada 30, y la segunda conexión 24 de la otra bobina receptora 21 está conectada eléctricamente a la cuarta entrada 31. Además, la unidad de evaluación 16 presenta un amplificador diferencial 22. En la figura 4 está representado esquemáticamente el hecho de que en el entorno del receptor 14 puede presentarse una señal de interferencia 32 homogénea. La señal de interferencia 32 homogénea, por ejemplo, puede presentarse debido a un campo interferente eléctrico o magnético homogéneo. En el caso de un campo interferente eléctrico homogéneo, en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21 se acopla la misma tensión, ya que la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la misma estructura. En el caso de un campo interferente magnético homogéneo, en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21 se induce la misma tensión, ya que la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. En el amplificador diferencial 22, las tensiones acopladas o inducidas se sustraen una de otra. De este modo se compensan las tensiones acopladas o inducidas. Además, el amplificador diferencial 22 está diseñado para proporcionar una señal de salida, donde la señal de salida depende de la amplitud de la señal inducida en la bobina receptora 15 y de la amplitud de la señal inducida en la otra bobina receptora 21. De manera ventajosa, mediante la utilización del amplificador diferencial 22 se reduce o se impide el acoplamiento capacitivo o inductivo debido a campos interferentes.
De manera ventajosa, no se compensa la tensión inducida por el movimiento de un material eléctricamente conductor o ferromagnético en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 están dispuestas en el campo magnético del transmisor de manera que no se compensen las tensiones inducidas debido a un cambio del campo magnético del transmisor en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21. Para ello, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21, por ejemplo, están dispuestas una junto a otra. El campo magnético del transmisor puede no ser homogéneo, de manera que no se compensen las tensiones inducidas en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21.
En la figura 5 se muestra un ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 con la otra bobina receptora 21. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 están conectadas, ambas, al amplificador diferencial 22. Los respectivamente otros extremos de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21 están conectados
a un potencial de referencia 33. El potencial de referencia 33 se trata por ejemplo de una puesta a tierra. Esto significa que la bobina receptora 15, en uno de sus extremos, está conectada al amplificador diferencial 22, y en su otro extremo, al potencial de referencia 33. La otra bobina receptora 21, en uno de sus extremos, está conectada al amplificador diferencial 22, y en su otro extremo, al potencial de referencia 33. La bobina receptora 21, en su extremo que está conectado al potencial de referencia 33, está conectada al extremo de la otra bobina receptora 21, que igualmente está conectado al potencial de referencia 33. El amplificador diferencial 22 está diseñado para sustraer una de otra las dos tensiones recibidas. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 están dispuestas una junto a otra en el campo magnético del transmisor.
En la figura 6 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 con la otra bobina receptora 21. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la estructura mostrada en la figura 5 y, como en el ejemplo de la figura 5, están conectadas al amplificador diferencial 22. Los respectivamente otros extremos de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21 respectivamente están conectados a una fuente de tensión 34. Las fuentes de tensión 34 respectivamente están conectadas a un potencial de referencia 33. El receptor 14 puede ser operado de manera que las dos fuentes de tensión 34 respectivamente proporcionen la misma tensión continua, y abastezcan de ésta a la bobina receptora 15 y a la otra bobina receptora 21. De manera alternativa es posible que los extremos de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21, que no están conectados al amplificador diferencial 22, estén conectados solamente a una fuente de tensión 34 en común. El receptor 14 es operado de manera que las dos fuentes de tensión 34 respectivamente proporcionan la misma tensión alterna, y abastecen de la misma a la bobina receptora 15 y a la otra bobina receptora 21. La frecuencia de esa tensión alterna corresponde a la frecuencia de la tensión alterna que se aplica en la bobina transmisora 12. De ese modo pueden compensarse diferencias mínimas entre la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21.
En la figura 7 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 con la otra bobina receptora 21. En comparación con el ejemplo de ejecución mostrado en la figura 6, el amplificador diferencial 22 está conectado a un regulador 35. El regulador 35 está conectado a las dos fuentes de tensión 34 y está diseñado para regular la tensión que proporcionan las mismas. El receptor 14 puede ser operado de manera que la señal de salida del amplificador diferencial 22 siempre resulte cero. Debido a esto se logra que el regulador 35, en el caso de que la señal de salida del amplificador diferencial 22 sea distinta de cero, regule las tensiones proporcionadas por las fuentes de tensión 34 de manera que la señal de salida del amplificador diferencial 22 resulte cero. En ese caso, la señal de regulación del regulador 35 corresponde a la señal que debe detectarse. La utilización del regulador 35 es ventajosa, ya que las influencias de la temperatura en el amplificador diferencial 22 no influyen en la señal emitida por el regulador 35.
En la figura 8 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 con la otra bobina receptora 21. En comparación con el ejemplo de ejecución mostrado en la figura 7, la señal de salida del amplificador diferencial 22 se digitaliza. El amplificador diferencial 22 está conectado a un convertidor analógico-digital 36 que está diseñado para convertir la señal de salida del amplificador diferencial 22 en una señal digital. El convertidor analógico-digital 36 está conectado al regulador 35 y está diseñado para proporcionar al regulador 35 la señal de salida digitalizada. El regulador 35, mediante un convertidor digital-analógico 36, está conectado al otro extremo de la bobina receptora 15, y mediante otro convertidor digital-analógico 36, está conectado al otro extremo de la otra bobina receptora 21. De este modo, los extremos de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21, que no están conectados al amplificador diferencial 22, son abastecidos de una tensión alterna que presenta la misma frecuencia que la tensión alterna que se aplica en la bobina transmisora 12. Mediante el convertidor digital-analógico 36, además, puede intensificarse la tensión alterna proporcionada. Como en el ejemplo de ejecución en la figura 7, el regulador 35 regula las tensiones alternas proporcionadas de manera que la señal de salida del amplificador diferencial 22 siempre resulte cero. El filtro de paso de banda del amplificador diferencial 22, en este caso, de manera adicional, actúa como filtro de suavizado para el convertidor analógico-digital 36.
En la figura 9 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 con la otra bobina receptora 21. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la forma de un ocho con dos mitades de la bobina. Si una bobina de esa clase está dispuesta en un campo interferente magnético homogéneo, entonces en ambas mitades de la bobina se induce la misma tensión con diferente signo. De este modo se compensan las dos tensiones inducidas. La bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 están conectadas al amplificador diferencial 22. En este caso, en la bobina receptora 15, la otra mitad de la bobina, en comparación con la otra bobina receptora 21, está conectada al amplificador diferencial 22, de manera que se compensan las tensiones inducidas en la bobina receptora 15 y en la otra bobina receptora 21, debido a campos homogéneos. Por debajo de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 están representadas en una vista lateral esquemática. Se muestra que la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 pueden estar dispuestas desplazadas una sobre otra.
En la figura 10 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21. En este caso, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la estructura mostrada en la figura 9. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21, como se muestra en la figura 8, están conectadas a fuentes de tensión 34 y a un regulador 35.
En la figura 11 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21. En este caso, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la estructura mostrada en la figura 9. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21, como se muestra en la figura 7, están conectadas a fuentes de tensión 34 y a un regulador 35.
En la figura 12 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21. En este caso, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la estructura mostrada en la figura 9. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21, como se muestra en la figura 6, están conectadas a fuentes de tensión 34.
En la figura 13 se muestra otro ejemplo de ejecución de la bobina receptora 15 y de la otra bobina receptora 21. En este caso, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21 presentan la estructura mostrada en la figura 9. Además, la bobina receptora 15 y la otra bobina receptora 21, como se muestra en la figura 5, respectivamente están conectadas a un potencial de referencia 33.
Lista de símbolos de referencia
10: Detector
11: Transmisor
12: Bobina transmisora
13: Fuente de suministro
14: Receptor
15: Bobina receptora
16: Unidad de evaluación
17: Otro transmisor
18: Otra bobina transmisora
19: Otra fuente de suministro
20: Condensador
21: Otra bobina receptora
22: Amplificador diferencial
23: Primera conexión
24: Segunda conexión
25: Primera entrada
26: Segunda entrada
27: Primera salida
28: Segunda salida
29: Objeto
30: Tercera entrada
31: Cuarta entrada
32: Señal de interferencia
33: Potencial de referencia
34: Fuente de tensión
35: Regulador
36: Convertidor
Claims (14)
1. Detector (10) para detectar material eléctricamente conductor, el detector (10) comprende:
- al menos un transmisor (11) con una bobina transmisora (12) y una fuente de suministro (13),
- un receptor (14) con una bobina receptora (15), y
- una unidad de evaluación (16), donde
- la bobina transmisora (12) está conectada a la fuente de suministro (13),
- la fuente de suministro (13) está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento,
- el receptor (14) está configurado como receptor sin circuito de oscilador,
- el receptor (14) está conectado a la unidad de evaluación (16),
- la unidad de evaluación (16) está diseñada para detectar una señal inducida en la bobina receptora (15), - el receptor (14) presenta otra bobina receptora (21),
- la bobina receptora (15) y la otra bobina receptora (21) presentan la misma estructura y el mismo sentido del bobinado,
- la unidad de evaluación (16) presenta un amplificador diferencial (22),
- un regulador (35) está conectado al amplificador diferencial (22),
caracterizado porque
- la bobina receptora (15) y la otra bobina receptora (21), respectivamente en uno de sus extremos, están conectadas al amplificador diferencial (22), y los respectivos otros extremos de la bobina receptora (15) y de la otra bobina receptora (21) respectivamente están conectados a una fuente de tensión (34),
- el receptor (14) es operado de manera que las dos fuentes de tensión (34) respectivamente proporcionan una tensión alterna, y respectivamente abastecen de la misma a la bobina receptora (15) y a la otra bobina receptora (21), y
- la frecuencia de esa tensión alterna corresponde a la frecuencia de la tensión alterna que se aplica en la bobina transmisora (12).
2. Detector (10) según la reivindicación 1, en el cual, durante el funcionamiento, la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro (13) o la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro (13) se acopla a la bobina transmisora (12).
3. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la bobina transmisora (12), mediante la aplicación de una tensión o de una corriente en la bobina transmisora (12), genera un campo magnético del transmisor.
4. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la bobina transmisora (12) y la bobina receptora (15) están dispuestas de manera que un campo magnético del transmisor generado por la bobina transmisora (12) induce una señal en la bobina receptora (15).
5. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la unidad de evaluación (16) está diseñada para proporcionar una señal de salida que depende de un cambio de la señal inducida en la bobina receptora (15).
6. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la unidad de evaluación (16) está diseñada para determinar la amplitud y/o la fase de la señal inducida en la bobina receptora (15).
7. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el detector (10) presenta otro transmisor (17) con otra bobina transmisora (18) y con otra fuente de suministro (19).
8. Detector (10) según la reivindicación precedente, en el cual la otra fuente de suministro (19) está diseñada para proporcionar una tensión alterna o una corriente alterna durante el funcionamiento, cuya frecuencia es distinta de la frecuencia de la tensión alterna proporcionada por la fuente de suministro (13) o de la corriente alterna proporcionada por la fuente de suministro (13).
9. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el transmisor (11) presenta un condensador (20) que, con la bobina transmisora (12), forma un circuito de oscilador.
10. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el amplificador diferencial (22) está diseñado para proporcionar una señal de salida, donde la señal de salida depende de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la bobina receptora (15), y de la amplitud y de la fase de la señal inducida en la otra bobina receptora (21).
11. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el regulador (35) está conectado a las dos fuentes de tensión (34) y está diseñado para regular la tensión que proporcionan las mismas, donde el regulador (35), en el caso de que la señal de salida del amplificador diferencial (22) sea distinta de cero, regula las tensiones proporcionadas por las fuentes de tensión (34) de manera que la señal de salida del amplificador diferencial (22) resulte cero.
12. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la bobina receptora (15) y la otra bobina receptora (21) presentan la forma de un ocho con dos mitades de la bobina.
13. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la bobina receptora (15) y la otra bobina receptora (21) están dispuestas desplazadas una sobre otra.
14. Detector (10) según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el acoplamiento entre la bobina transmisora (12) y la bobina receptora (15) es de menos de 5 %.
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