ITMI981912A1 - Procedimento e dispositivo per la misurazione di un movimento rotatorio - Google Patents

Description

Descrizione dell' invenzione avente per titolo:

“PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER LA MISURAZIONE DI UN MOVIMENTO ROTATORIO”

DESCRIZIONE

L’invenzione concerne un procedimento ed un dispositivo per la misurazione di un movimento rotatorio.

Per la misurazione di movimenti rotatori sono noti svariati procedimenti. Da un lato sono noti procedimenti che funzionano con magneti permanenti, su base magnetico-induttiva o magnetico-resistiva (sensori di Hall). I magneti sono comunque soggetti ad imbrattamento. Nei tempi lunghi ha pure luogo una magnetizzazione di altre parti metalliche. Non è offerta alcuna esenzione da reazioni. Inoltre è noto misurare la variazione di una frequenza di tre circuiti oscillanti, sfalsati di 120°, mediante un elemento metallico che ruota con un’elica. In questo procedimento è svantaggioso il fatto che siano necessari dispendiosi lavori manuali di equilibratura, dal momento che questo procedimento ha bisogno di circuiti oscillanti esattamente equilibrati. Esso, a causa della necessaria equilibratura manuale, è molto laborioso nella produzione e rende quindi molto costosi i dispositivi che funzionano secondo questo procedimento. Il procedimento viene quindi impiegato solo quando gli inconvenienti dei sistemi magnetici non sono più sopportabili e l’impiego di questo procedimento non è indispensabile.

Scopo dell’invenzione è di creare un procedimento ed un dispositivo per la misurazione di movimenti rotatori, che, evitando i predetti inconvenienti, siano stabili, abbiano un’alta durata, siano esenti da reazioni e non pregiudichino né alterino alcun altro elemento e, in particolare, presentino una semplice struttura dei circuiti.

In base all’invenzione il detto scopo si raggiunge con un procedimento per la misurazione di un movimento rotatorio in cui, ad un ritmo di ripetizione elevato rispetto alla frequenza di rotazione, un salto di tensione viene applicato su almeno componente elettrico, costituito da una resistenza ohmica ed un elemento di reattanza efficace, il cui elemento di reattanza efficace è sistemato vicino ad un elemento rotante dotato, almeno a tratti, in direzione perimetrale di materiale elettromagnetico, e viene misurato il tempo dall’inizio del salto di tensione fino al raggiungimento di una prestabilita tensione sulla resistenza ohmica e, mediante il tempo misurato, viene determinato il movimento rotatorio.

Il detto scopo viene raggiunto, inoltre, con un dispositivo per la misurazione di un movimento rotatorio, con un salto di tensione determinato da materiale magnetico permanente sull’elemento rotante.

In conformazioni alternative preferite, il componente elettrico può essere un componente RL o RC ed il salto di tensione essere applicato di conseguenza su un simile componente.

In un’altra conformazione preferita è previsto che il raggiungimento della tensione prestabilita venga rilevato da un detettore dei valori di soglia, o rispettivamente che sia previsto almeno un detettore dei valori di soglia, per il rilevamento del raggiungimento di una prestabilita tensione sulla resistenza ohmica, potendo il detettore dei valori di soglia essere in particolare un circuito di scatto di Schmitt.

Ulteriori conformazioni preferite del procedimento prevedono che di volta in volta vengano divisi l’uno per l’altro due tempi misurati e/o che il tempo fino al raggiungimento di una prestabilita tensione venga misurato su più di un componente elettrico, essendo allora divisi fra loro, in particolare, tempi misurati su diversi componenti elettrici.

D ritmo di ripetizione dei salti di tensione può essere di un ordine di grandezze compreso fra 200 e 1000 Hz, essendo consigliabile un ritmo di ripetizione di 256 Hz, in vista dell’elaborazione digitale.

In un’altra conformazione del dispositivo secondo l’invenzione è previsto che il dispositivo di misurazione del tempo sia un convertitore tempo-digitale e/o che il dispositivo per la misurazione dei tempi presenti un divisore per la divisione di due tempi.

Il materiale elettromagneticamente efficace può essere o un materiale elettricamente conduttore, che sia disposto a tratti lungo il perimetro dell’elemento rotante, od anche materiale magnetico permanente o ferromagnetico, che deve pure essere sistemato lungo l’intero perimetro dell’elemento rotante, avendo la magnetizzazione almeno una componente perpendicolare all’asse di rotazione.

Il vantaggio fondamentale del procedimento secondo l’invenzione e del dispositivo secondo l’invenzione consiste nel fatto che non è necessaria alcuna equilibratura nel montaggio definitivo dei dispositivi, dal momento che, con elaborazione elettronica successiva, viene intrapresa una misurazione della differenza dei tempi. Specialmente con l’impiego di TDCs quali misuratori della differenza dei tempi, si possono scegliere costanti di tempi dei componenti elettronici (componenti RL, RC) nell’ordine di grandezze comprese fra 200 e 300 nanosecondi, dunque molto brevi, sicché possono essere eseguite misurazioni rapide e con economia di corrente. Ciò è importante perché simili misurazioni di movimenti rotatori devono spesso essere attuate in punti nei quali non è offerta un’alimentazione di corrente dalla rete, e si deve quindi ricorrere all’alimentazione di corrente da batterie.

Ulteriori vantaggi preferiti dell 'invenzione consistono nel fatto che il dispositivo può presentare una struttura dei circuiti estremamente semplice, con sensori semplici e perciò economici. Il dimensionamento della resistenza ohmica e della reattanza efficace (autoinduttanza, capacità) può aver luogo impiegando componenti reperibili in commercio e quindi economici. L’assorbimento di corrente è soggetto chiaramente al procedimento citato sopra. Non è necessaria un’equilibratura manuale.

Complessivamente, con l’invenzione viene creato un procedimento economico ed un corrispondente dispositivo.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche dell’invenzione si ricavano dalle rivendicazioni e dalla seguente descrizione, nella quale è spiegato in dettaglio un esempio di realizzazione dell’invenzione, con riferimento al disegno. In esso mostra.

figura 1 - una rappresentazione schematica di una prima conformazione preferita del dispositivo secondo l’invenzione; e

figura 2 - un’altra conformazione del dispositivo secondo l’invenzione.

Il dispositivo 1 secondo l’invenzione prende le mosse da un elemento 2 rotante, come un’elica o simili, di cui debba essere misurato il movimento rotatorio e precisamente, in special modo, il numero di giri dell’ elemento 2, ed eventualmente anche il senso di rotazione. Il dispositivo rappresentato nella figura è idoneo alla determinazione del numero di giri e del senso di rotazione.

L’elemento 2 rotante è a tale scopo rivestito, nella conformazione della figura 1, a tratti di materiale 3 elettricamente conduttore, che può anche essere ferromagnetico. Il materiale elettricamente conduttore è, nella forma di realizzazione rappresentata, una piastrina di metallo che occupa, lateralmente all’elemento 2 rotante nell’esempio di realizzazione, una zona angolare di 90°; questa può anche avere un altro valore ed essere quindi inferiore o superiore e, in particolare, aggirarsi sui 160°.

Accanto all’elemento 2 rotante, e precisamente accanto ad un lato frontale del medesimo, sono disposti, nell’esempio di realizzazione, elementi di reattanza efficace sotto forma di elementi L di autoinduttanza di componenti 4 elettrici, qui componenti RL, che presentano, oltre all’ autoinduttanza L, anche una resistenza R ohmica.

I componenti RL sono (di norma) conformati in modo identico. L’autoinduttanza L e la resistenza R ohmica possono essere scelte in modo tale per cui il componente RL ha una costante t di tempo compresa fra 200 e 300 nanosecondi. 1 componenti RC sono collegati, nell’esempio di realizzazione rappresentato, ad una fonte 6 di tensione, attraverso la quale viene loro trasmesso contemporaneamente un salto S di tensione. Può anche essere previsto che siano presenti più fonti di tensione di pari conformazione, od anche che la fonte 6 di tensione sia collegata tramite interruttori ai componenti RL, sicché questi possono poi essere alimentati con salti di tensione.

Se la fonte 6 di tensione è collegata al lato degli elementi di autoinduttanza L opposto alle resistenze R ohmiche, il lato delle resistenze ohmiche opposto agli elementi di autoinduttanza è collegato alla terra E, e dunque a massa.

Il dispositivo secondo l invenzione presenta inoltre un dispositivo 7 per la misurazione dei tempi, che sarà preferibilmente un convertitore tempo-digitale o time-to-digitai-converter -TDC. Nel dispositivo 7 per la misurazione dei tempi sono integrati detettori 8 dei valori di soglia che sono collegati, di volta in volta attraverso un cavo 9, con una presa 11 intermedia fra elemento L di autoinduttanza e resistenza R ohmica, sicché attraverso gli stessi viene prelevata la tensione che si trova di volta in volta sulla resistenza ohmica e si può stabilire quando essa ha superato un valore prestabilito.

Durante il movimento rotatorio degli elementi 2 rotanti viene applicato, dalla fonte 6 di tensione, sui componenti 4 RL un salto S di tensione, ad esempio di 3 V, ad un ritmo di ripetizione, ad esempio e preferibilmente, di 256/secondo. La tensione sulla resistenza R ohmica aumenta in modo esponenziale, mentre il superamento di un prestabilito valore di soglia viene rilevato dai detettori 8 dei valori di soglia. Nello stesso tempo viene misurato, dal dispositivo 7 per la misurazione del tempo, il tempo trascorso dall’applicazione del salto S di tensione fino al raggiungimento del valore di soglia.

Il tempo fino al raggiungimento del valore di soglia dipende dalla circostanza se, nell’ istante della misurazione, il materiale 3 metallico si trova o meno nella zona del rispettivo componente 4 RL. Nel primo caso il tempo di salita è inferiore che nel secondo dei casi citati, perché nel materiale elettricamente conduttore, come la piastrina metallica, vengono generate correnti parassite. La differenza di tempo si aggira fra 1 e 2%. La differenza di tempo viene rilevata ed analizzata dal dispositivo 7 per la misurazione dei tempi, avvenendo ciò di preferenza nel senso che due dei tempi misurati su due diverse combinazioni RL, che erano state introdotte da uno stesso salto di tensione, vengono divisi l’uno per l’altro. Sistemando almeno tre componenti 4 RL, come nell’ esempio di realizzazione rappresentato, viene reso possibile anche il rilevamento del senso di rotazione, dal momento che il dispositivo 7 per la misurazione dei tempi può allora riconoscere, dopo che la piastrina 3 metallica è passata davanti ad un componente RL, davanti a quale degli altri componenti RL essa passerà subito dopo. Nel caso che siano presenti solo tre componenti RL, questi saranno egualmente disposti in modo simmetrico, vale a dire sfalsati di 120°, sull’elemento 2 rotante.

Una simile conformazione a tre componenti RL, sfalsati in modo simmetrico di volta in volta di 120° sul perimetro del’elemento 2 rotante, è rappresentata nella figura 2. A prescindere da ciò, la sostanziale differenza della conformazione della figura 2, rispetto a quella della figura 1, consiste nel fatto che materiale (soltanto) elettricamente conduttore non è previsto solo a tratti sul perimetro dell’elemento 2 rotante, ma che, su tutto il perimetro dell’elemento 2 rotante, è previsto materiale 3 ’ magnetico permanente, la cui magnetizzazione è orientata in direzione radiale, sicché i poli Nord e Sud tracciati si contrappongono diagonalmente. Le bobine presentano preferibilmente un’anima di ferrite. Inoltre può essere previsto che, nella zona delle bobine, sia previsto di volta in volta un magnete permanente, per cui la sistemazione viene preliminarmente caricata magneticamente, sicché le bobine vengono azionate nella loro zona marcatamente non lineare, potendosi quindi ottenere variazioni di autoinduttanza grandi e ben rilevabili.

La restante struttura della conformazione della figura 2 corrisponde a quella della figura 1, sicché per elementi eguali sono stati scelti numeri di riferimento eguali. Anche il funzionamento è sostanzialmente lo stesso, in particolare il dispositivo 8 per la misurazione dei tempi. Se l’elemento 2 rotante ruota con il magnete 3’ permanente, il campo magnetico su una bobina varia a seconda della posizione angolare del magnete 3’ rispetto alla bobina e genera una variazione dell’ autoinduttanza, dipendente dall’angolo, che viene analizzata nel modo descritto con riferimento alla figura 1.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la misurazione di un movimento rotatorio in cui, ad un ritmo di ripetizione elevato rispetto alla frequenza di rotazione, viene applicato un salto di tensione su almeno un componente elettrico, costituito da una resistenza ohmica e da un elemento di reattanza efficace, il cui elemento di reattanza efficace è sistemato vicino ad un elemento rotante, dotato in direzione perimetrale, a tratti, di materiale elettromagneticamente efficace, ed in cui viene misurato il tempo fra linizio del salto di tensione ed il raggiungimento di una prestabilita tensione sulla resistenza ohmica e, tramite il tempo misurato, viene determinato il movimento rotatorio.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il salto di tensione viene applicato su un componente RL.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il salto di tensione viene applicato su un componente RC.
4. 4. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il raggiungimento della prestabilita tensione viene rilevato da un detettore dei valori di soglia.
5. 5. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che vengono divisi di volta in volta l’uno per l’altro due tempi misurati.
6. 6. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il tempo per il raggiungimento di una prestabilita tensione viene misurato su più di un componente elettrico.
7. 7. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che vengono divisi l’uno per l’altro tempi misurati contemporaneamente su diversi componenti elettrici.
8. 8. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che, oltre al numero di rotazioni, viene anche determinato il senso di rotazione.
9. 9. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il materiale previsto a tratti nella direzione perimetrale dell’elemento rotante è materiale elettricamente conduttore.
10. 10. Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che il materiale previsto per l’elemento rotante è un materiale magnetico permanente.
11. 11. Dispositivo per la misurazione di un movimento rotatorio, con un elemento (2) rotante dotato, in direzione perimetrale, almeno a tratti di materiale (3) elettromagnetico, con almeno un componente (4) costituito da una resistenza ohmica ed un elemento di reattanza efficace (R; L; C), il cui elemento (L; C) di reattanza efficace è sistemato vicino all’elemento (2) rotante, con una fonte (6) di tensione per la generazione di salti di tensione sul componente (4) elettrico, ad un ritmo di ripetizione elevato rispetto alla frequenza di rotazione, e con un dispositivo (7) per la misurazione del tempo, per misurare il tempo dall’inizio di un salto di tensione fino al raggiungimento di una prestabilita tensione sulla resistenza (R) ohmica. -
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il componente (4) elettrico è un componente RL.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il componente (4) elettrico è un componente RC.
14. 14. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato da almeno un detettore (8) dei valori di soglia, per rilevare il raggiungimento di una prestabilita tensione sulla resistenza (R) ohmica.
15. 15. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (7) per la misurazione del tempo è un convertitore tempo-digitale ( time-to-digìtal-converter: TDC).
16. 16. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 9 a 13, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (7) per la misurazione del tempo presenta un divisore per la divisione di due tempi.
17. 17. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 10 a 16, caratterizzato dal fatto che l’elemento rotante è dotato a tratti, in direzione perimetrale, di materiale elettricamente conduttore.
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 17, caratterizzato dal fatto che l’elemento rotante è dotato di materiale magnetico permanente.
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 18, caratterizzato dal fatto che il materiale magnetico permanente è magnetizzato perpendicolarmente all’asse di rotazione dell’elemento rotante.
20. 20. Dispositivo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che il materiale magnetico permanente è previsto su tutto il perimetro dell ’elemento rotante.