MX2007000496A

MX2007000496A - Sensor de velocidad de movimiento.

Info

Publication number: MX2007000496A
Application number: MX2007000496A
Authority: MX
Inventors: Nigel J Cronin; Adam Guy
Original assignee: Microsulis Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-08-02
Also published as: RU2007105229A; AU2005261837A1; JP5301829B2; ZA200701230B; KR20070052737A; GB2416203A; US8472011B2; CN101065673A; TW200612093A; CA2571735A1; AU2005261837B2; CN102981017A; WO2006005579A1; EP1769252A1; US20090141263A1; JP2008506131A; GB0415638D0; GB2416203B

Abstract

Un sensor de velocidad de movimiento para detectar la velocidad de movimiento de un articulo, que comprende: un alojamiento con respecto al cual, en uso, se mueve el articulo, una unidad de deteccion dispuesta dentro del alojamiento, la unidad de deteccion incluye un dispositivo de conversion adaptado para generar senales detectoras provocadas por el movimiento del articulo, y circuiteria de procesamiento adaptada para recibir las senales detectoras y senales de movimiento producidas indicativas de la velocidad de movimiento del articulo. En las modalidades, las senales detectoras se provocan por variaciones en energia optica o luminosa, en campos magneticos o intensidad de radiacion. Las variaciones pueden provocarse por variaciones sobre la superficie en el articulo, por ejemplo un diseno aleatorio o repetitivo. Tambien se describen un aparato y metodo para calibrar el sensor, tal como estan un sistema y metodos para determinar la velocidad de movimiento de un articulo utilizando el sensor.

Description

SENSOR DE VELOCIDAD DE MOVIMIENTO Campo de la Invención La presente invención se refiere a dispositivos electromecánicos, y en particular a un sensor de velocidad de movimiento.

Antecedentes de la Invención Han sido conocidas desde hace mucho tiempo técnicas para medir la velocidad de movimiento de componentes en diversas formas de equipo y en distintas industrias. Por ejemplo, están bien establecidas técnicas ópticas para medir la velocidad de rotación de componentes giratorios (tal como tornamesas de equipo fonográfico, y partes giratorias de motores automotrices y otra maquinaria rotativa) . También, el movimiento de traslación o lineal de componentes pueden medirse utilizando diversos calibradores y elementos de sensor o interruptores. Además, se conoce utilizar dispositivos ópticos para obtener datos indicativos de la posición a partir de un ratón de computadora . Surgen dificultades cuando es deseable medir con gran precisión la velocidad (tal vez relativamente lenta) del movimiento lineal axial de un artículo alargado, especialmente si el artículo es un cable o barra relativamente delicado o frágil. Tales problemas surgen, por ejemplo, cuando es la velocidad de movimiento de un instrumento médico, o el cable al cual se une, es decir, ser monitoreado/controlado con exactitud.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente intenta superar los problemas mencionados en lo anterior y proporcionar un sensor de velocidad de movimiento mejorado. La presente invención proporciona un sensor de movimiento para detectar la velocidad de movimiento de un artículo, que comprende: un alojamiento con respecto al cual, en uso, se mueve el artículo, una unidad de detección dispuesta dentro del alojamiento, la unidad de detección incluye un dispositivo de conversión adaptado para generar señales detectoras provocadas por el movimiento del artículo, y circuitería de procesamiento adaptada para captar las señales detectoras y señales de movimiento producidas indicativas de la velocidad de movimiento del artículo. Preferiblemente, el alojamiento incluye al menos una abertura que permite el movimiento del artículo con respecto al alojamiento. Preferiblemente, el alojamiento tiene una configuración mediante la cual, en uso, el movimiento del artículo dentro o cerca del alojamiento es sustancialmente lineal . Preferiblemente, al menos una abertura incluye una abertura de entrada a través de la cual, en uso, el artículo entra en el alojamiento, y una abertura de salida a través de la cual, en uso, el artículo sale del alojamiento, el artículo preferiblemente se mueve, en uso, en una trayectoria sustancialmente lineal entre la abertura de entrada y la abertura de salida. Preferiblemente, el dispositivo de conversión comprende al menos un detector de radiación adaptado para recibir radiación desde el artículo y generar señales detectoras en dependencia de la radiación recibida. Preferiblemente, la radiación es radiación óptica, la unidad de detección además incluye un emisor óptico para emitir la radiación óptica, y el detector de radiación se dispone de manera que recibe la radiación óptica después de la reflexión desde el artículo. Preferiblemente, el emisor óptico es un LED, y preferiblemente en donde el emisor óptico y el detector de radiación comprenden un dispositivo integral. Adecuadamente, en las modalidades mencionadas en lo anterior, el artículo tiene una pluralidad de marcas identificadoras o elementos reflexivos dispuestos sobre la superficie del mismo en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud. Alternativamente, en otra modalidad, el detector de radiación comprende un detector de radioactividad de bajo nivel, y el artículo tiene una pluralidad de elementos radioactivos dispuestos en el mismo o sobre el mismo en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud. En una modalidad alternativa adicional, la unidad de conversión incluye un detector magnético, y el artículo tiene una pluralidad de elementos magnéticos dispuestos en el mismo o sobre el mismo en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud, el detector magnético se adapta para generar las señales detectoras cuando el artículo, en uso, se mueve más allá del detector magnético. En aún una modalidad alternativa adicional, la unidad de conversión incluye uno o más miembros girables, tal como una o más ruedas o bolas, adaptadas para hacer contacto con el artículo y por lo tanto girarse, en uso, y un dispositivo electromecánico adaptado para generar las señales detectoras en dependencia de la velocidad de rotación de el o los miembros girables. De acuerdo con otro aspecto de la invención se proporciona un aparato para calibrar el sensor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende: una corredera montada para el viaje lineal a lo largo de una deslizadera, la corredera incluye un dispositivo para unir fijamente el dispositivo a la corredera; un motor, acoplado a la corredera; un controlador, adaptado para controlar el motor para accionar la corredera, en uso, a velocidad constante a lo largo de la deslizadera; y un dispositivo de medición adaptado para medir, en uso, señales producidas por el sensor durante el viaje de la corredera a la velocidad constante a lo largo de la deslizadera . Preferiblemente, el dispositivo de medición se adapta para medir señales de conteo, las señales de conteo incluyen un conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración. Preferiblemente, el dispositivo de medición se adapta para calcular un valor K de calibración (en conteos por unidad de longitud, por ejemplo conteo por pulgadas) utilizando K = Cc/ncTV donde Cc es la diferencia entre el conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración, T es el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos del sensor en segundos, nc es el número de intervalos de sondeo durante el viaje de la corredera a lo largo de la deslizadera, y V es la velocidad constante de la corredera a lo largo de la deslizadera en unidad de longitud (por ejemplo pulgadas) por segundo. Preferiblemente, el aparato además incluye un tornillo de guía y una tuerca de accionamiento montada sobre el mismo, el tornillo de guía tiene una rosca de paso constante; en donde la corredera se une fijamente a la tuerca de accionamiento. El motor preferiblemente comprende un motor de velocidad gradual y se dispone para accionar el tornillo de guía a través de engranajes cooperantes. De acuerdo con otro aspecto de la invención se proporciona un método de calibración de un sensor, que comprende: proporcionar un sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; proporcionar un aparato de calibración, el aparato de calibración incluye una corredera montada para el viaje lineal a lo largo de una deslizadera, la corredera incluye un dispositivo para unir fijamente el artículo a la corredera, un motor, acoplado a la corredera, y un controlador; que opera el controlador para controlar el motor para accionar la corredera a velocidad constante a lo largo de la deslizadera; y que mide señales producidas por el sensor durante el viaje de la corredera a la velocidad constante a lo largo de la deslizadera.

Preferiblemente, la etapa de medición incluye medir una pluralidad de señales de conteo durante el viaje de la corredera, las señales de conteo incluyen un conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración. Preferiblemente, el método además incluye: calcular un valor K de calibración (en conteos por unidad de longitud, por ejemplo conteos por pulgada) utilizando K = Cc/ncTV, donde Cc es la diferencia entre el conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración, T es el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos del sensor en segundos, nc es el número de intervalos de sondeo durante el viaje de la corredera a lo largo de la deslizadera, y V es la velocidad constante de la corredera a lo largo de la deslizadera en unidad de longitud (por ejemplo pulgadas) por segundo. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, que comprende: un sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; una unidad de control acoplada al sensor para recibir señales de velocidad de movimiento de este modo producidas; en donde la unidad de control se configura para sondear el sensor, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es de duración uniforme; determinar un valor de diferencia, el valor de diferencia siendo una diferencia entre conteos definidos por señales de velocidad de movimiento sucesivas; utilizar el valor de diferencia determinado y un factor R de conversión, calcular la velocidad de movimiento del artículo utilizando R y el valor de diferencia. Preferiblemente, la velocidad de movimiento se calcula utilizando v = (d - d-?)R? donde (d - d-i) es el valor de diferencia. Preferiblemente, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es T, y el factor de conversión se determina como R = 1/KT, donde K es una constante de conversión de conteo predeterminada para el artículo. Preferiblemente, el sistema además incluye un dispositivo de despliegue adaptado para desplegar, bajo el control de la unidad de control, la velocidad de movimiento calculada del artículo. Preferiblemente, el dispositivo de despliegue se adapta para desplegar, bajo el control de la unidad de control, una representación gráfica de la velocidad de movimiento calculada del artículo. Preferiblemente, la representación gráfica comprende una representación gráfica similar a un velocímetro. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, que comprende: proporcionar un sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; proporcionar una unidad de control acoplada al sensor para recibir señales de velocidad de movimiento de este modo producidas; operar la unidad de control para sondear el sensor, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es de duración uniforme; determinar un valor de diferencia, el valor de diferencia siendo una diferencia entre conteos definidos por señales de velocidad de movimiento sucesivas; utilizar el valor de diferencia determinado y un factor R de conversión, calcular la velocidad de movimiento del artículo utilizando R y el valor de diferencia. Preferiblemente, la etapa de calcular la velocidad v de movimiento comprende utilizar v = ( - d-?)R, donde (d - C?-?) es el valor de diferencia. Preferiblemente, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es T, y el factor de conversión se determina como R = 1/KT, donde K es una constante de conversión de conteo predeterminada para el artículo. Preferiblemente, el método además incluye: proporcionar un dispositivo de despliegue; y desplegar, bajo el control de la unidad de control, la velocidad de movimiento calculada del artículo. Preferiblemente, el dispositivo de despliegue se adapta para desplegar, bajo el control de la unidad de control, una representación gráfica de la velocidad de movimiento calculada del artículo. Preferiblemente, la representación gráfica comprende una representación gráfica similar a un velocímetro.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades de la invención ahora serán descritas, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 es una vista lateral esquemática del uso de un sensor de velocidad de movimiento, de acuerdo con una modalidad de la invención, para medir la velocidad de movimiento de un cable; la Figura 2 es (a) una vista en perspectiva en primer plano, y (b) una vista en perspectiva en despiece del sensor de velocidad de movimiento de la Figura 1; la Figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema, de acuerdo con un aspecto de la invención, para llevar a cabo el movimiento controlado de un artículo, utilizando el sensor de las Figuras 1 y 2; la Figura 4 ilustra esquemáticamente en más detalle la comunicación entre el sensor de velocidad de movimiento y el módulo de control en el sistema de la Figura 3; la Figura 5 ilustra un ejemplo de una interfaz de usuario desplegada al usuario mediante el sistema de la Figura 3; la Figura 6 muestra una modalidad alternativa del sensor de velocidad de movimiento - en el caso donde se utilizan dos cables; la Figura 7 ilustra esquemáticamente (a) una secuencia de tiempo de señales de sondeo, (b) la transmisión de señales entre el sensor 2 y la unidad 44 de control, y (c) valores obtenidos en serie como resultado del sondeo; y la Figura 8 ilustra una vista en planta de un aparato de calibración que puede emplearse de acuerdo con modalidades de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 es una vista lateral esquemática que representa el uso de un sensor 2 de velocidad de movimiento, de acuerdo con una modalidad de la invención, para medir la velocidad de movimiento de un cable 4. En este caso, el cable 4 pasa a través del alojamiento 6 del sensor 2 conforme el cable 4 se desplaza en la dirección indicada por la flecha A; aunque en modalidades alternativas el cable 4 puede viajar a lo largo del lado u otra superficie del alojamiento 6, o puede viajar más allá del alojamiento 6 (con espacio libre) en las inmediaciones del mismo. Es decir, puede utilizarse cualquier disposición mediante la cual los elementos de detector de movimiento (descritos después) dentro del alojamiento 6 puedan llevar a cabo la detección de movimiento. El sensor 2 de velocidad de movimiento puede utilizarse en diversas formas y aplicaciones en las cuales debe medirse la velocidad de movimiento de un artículo alargado (flexible o rígido). Ejemplos incluyen uno o más cables utilizados para jalar y cerrar cortinas o biombos en un teatro; y los cables (típicamente de metal) utilizados para abrir y cerrar una puerta de garaje. El sensor 2 de velocidad de movimiento puede utilizarse, si este es el artículo alargado mismo, o algún objeto al cual se une, cuya velocidad de movimiento se medirá/controlará. En el ejemplo de la Figura 1, un dispositivo 8 utilizado en procedimientos médicos sobre el cuerpo humano se une al extremo del cable 4. La Figura 2 (a) muestra una vista en perspectiva en primer plano del sensor 2 de movimiento de la Figura 1. Como puede observarse, el alojamiento 6 está en dos partes - un alojamiento 10 superior y un alojamiento 12 inferior, adecuadamente fijados juntos por tornillos (no mostrados) . También, un ensamble 14 sujetador inferior puede unirse (mediante tornillos, no mostrados) al alojamiento 12 inferior: el ensamble 14 sujetador es un corte transversal generalmente en forma de U e incluye ranuras alargadas (discutidas en lo siguiente) que permiten que una cinta 16 pase a través del mismo; la cinta 16 a su vez permite que el sensor 2 se una fija y establemente a otro objeto. En el ejemplo ilustrado, la cinta 16 puede utilizarse para unir el sensor 2 a la extremidad de un cuerpo humano (no mostrado) . En uso, el cable 4 puede jalarse en la dirección de la flecha A, por ejemplo mediante un dispositivo mecánico impulsado tal como un motor eléctrico (no mostrado), a mano, o de otra manera. Opcionalmente, el motor eléctrico puede acoplarse a la misma unidad de control (no mostrado; discutido adicionalmente en lo siguiente) que recibe señales, como se describe a continuación, desde el sensor 2 indicativas de la velocidad de movimiento del cable 4. En el ejemplo ilustrado, el cable 4 comprende cable coaxial que tiene una cubierta exterior transparente, de manera que es visible el diseño repetitivo del conductor exterior entrelazado del cable 4. La detección de (movimiento de) el diseño 18 en esta modalidad se discute en detalle adicional en lo siguiente. Sin embargo, se apreciará que el diseño de esta trenza no necesita ser repetitivo, y la cubierta no necesita ser transparente. Sólo se necesita que sea suficiente la variación de superficie sobre la superficie del cable 4 que es visible mediante el sensor 2 para permitirle encontrar características reconocibles y así detectar la posición relativa. Esta variación puede ser tan pequeña que no sea visible a simple vista. Sin embargo, en cada ejemplo, se emplea preferiblemente la calibración adecuada del cable (discutida a continuación) . Opcionalmente, en esta modalidad, un adaptador 20, unido al alojamiento 6, puede proporcionarse, para la canalización inicial de un dispositivo 8 (véase figura 1) y el cable 4 en una dirección opuesta a la que se indica por la flecha A, y para guiarlo hacia el alojamiento 6 durante su viaje de retorno. En una aplicación médica, un tubo 22 unido puede utilizarse para extraer fluidos. La Figura 2 (b) es una vista en perspectiva en despiece del sensor 2 de velocidad de movimiento de la Figura 1. Se muestran los diversos componentes del sensor, incluyendo el alojamiento 10 superior, el alojamiento 12 inferior, y el ensamble 14 sujetador teniendo dos ranuras 15 alargados para recibir la cinta 16 (véase figura 2 (a)). El cable 4 pasa generalmente en paralelo al eje de elongación del alojamiento 6, y entre el alojamiento 12 inferior y una placa 24 base, la última de los cuales tiene hoyos 26 de tornillo (cuatro de ellos, en este caso) a través de los cuales pasan los tornillos de fijación (no mostrados) desde los hoyos 26 correspondientes en el alojamiento 12 inferior sobre el ensamble. Montado por encima de la placa base 24 se encuentra un PCB 28 (el cual se describirá adicionalmente a continuación), y proyección 30 (aquí: tres) se proporcionan sobre la placa 24 base para este propósito. Con referencia brevemente al corte transversal parcial representado en la Figura 2 (c) , las proyecciones tienen dos secciones de diferente diámetro, de manera que proporcionan soportes 32 sobre los cuales descansa el PCB 28, siguiendo al ensamble. Haciendo referencia a la Figura 2 (b) , montado sobre el PCB 28 se encuentra un dispositivo 32 detector acoplado mediante enlace serial a un microcontrolador 34.

El dispositivo 32 detector comprende adecuadamente un chip de ratón óptico comercialmente disponible, paquete de LED y lentes (ADNK-2620; disponible de Agilent Technologies) ; y el microcontrolador 34 comprende adecuadamente un microcontrolador de serie de Microchip 16 (Parte No. PIC16F627). En uso, el LED (no mostrado) del dispositivo 32 detector proyecta la luz de cierta longitud de onda generalmente en forma descendente, a través de la abertura 36 de lector óptico en la placa 24 base; la luz es incidente sobre el (diseño 18 repetitivo del cable 4) y la luz se refleja de regreso fuera del cable enfocado mediante el lente hacia un elemento de sensor del dispositivo 32 detector. A partir de la variación en la señal óptica recibida provocada por el movimiento del diseño 18 sobre el cable 4, el dispositivo 32 detector genera señales electrónicas correspondientes que pasan por el microcontrolador 34. A su vez, el microcontrolador 34 pasa señales a través del cable 38 (por ejemplo interfaz RS-232 convencional) a una unidad de control remoto, la cual se describe en más detalle a continuación. Se notará que la precisión de la medición por el sensor 2 de movimiento óptico se determina en gran parte por el grado de huelgo entre el cable 4 y el lente. Cierta forma de la superficie de canal, portador o guía, utilizada en una modalidad preferida, por lo tanto es importante para guiar el cable 4 en su lugar bajo el lente. Entre más grande sea el movimiento vertical del cable 4 en esta guía, menos precisa será la medición de velocidad de movimiento. Se apreciará que cada uno de los componentes 10, 12, 14, 24, 28 del sensor 2 puede hacerse de materiales convencionales (por ejemplo plásticos) utilizando técnicas de moldeo bien conocidas. Y, cuando se ensambla, el sensor 2 puede ser de dimensiones compactas y puede estar en una forma similar a un ratón de computadora convencional. En una modalidad alternativa, se utiliza la detección magnética de la velocidad de movimiento. Aquí, se colocan imanes dentro o sobre el cable. Pueden emplearse dos maneras posibles de detectar los campos magnéticos. En una primera técnica, el cable pasa a través de un rollo de cable que es incorporado en el alojamiento. Conforme los imanes en el cable pasan a través del rollo generan una corriente (pulso) que se detecta. Ya sea la velocidad de generación de estos pulsos, o la magnitud de cada pulso, permiten el cálculo de la velocidad de movimiento. En una segunda técnica, una sonda Hall se utiliza para medir el campo magnético. Una vez más, la velocidad de detección de los pulsos del campo magnético junto con el conocimiento de la separación entre imanes, permite que se calcule la velocidad de movimiento. En una modalidad alternativa adicional, se utilizan elementos reflectores para detectar la velocidad de movimiento. En lugar del chip Agilent descrito en lo anterior, un fotodiodo o fototransistor se utiliza junto con un cable que incorpora más y menos secciones reflexivas. Se utilizan bandas alternativamente que tienen reflectividad superior e inferior. Conforme cada banda más reflexiva pasa el sensor, aumenta el grado de luz detectada por el fotodetector. Una vez más, conocer la separación de las bandas y la velocidad de los pulsos detectados permite el cálculo de la velocidad de movimiento. En una modalidad alternativa adicional, se utiliza detección de radioactividad para la detección de la velocidad de movimiento. Aquí, las partículas radioactivas se separan regularmente sobre el cable. Un sensor de radioactividad (tal como aquel utilizado en detectores de humo) se utiliza para detectar la radiación resultante y proporcionar un pulso cuando cada partícula pasa el sensor. Una vez más, el conocimiento de la separación entre partícula y la velocidad de pulsos permite el cálculo de la velocidad. En una modalidad alternativa adicional, se utiliza medición de resistencia para la detección de la velocidad de movimiento. Alternativamente, el artículo tiene regiones de diferente resistencia dieléctrica y pasa a través de las placas de un condensador. Alternativamente, el artículo tiene regiones de diferente espesor y se hace una medición de proximidad. Alternativamente, el artículo tiene regiones de opacidad y transparencia, con una fuente y detector que están una frente a la otra con el artículo que pasa entre las dos. (Esta opacidad y transparencia podrían ser para luz visible, cualquier señal electromagnética, radioactividad, campo magnético, o campo eléctrico) . Todas estas modalidades alternativas pueden utilizarse junto con el ejemplo proporcionado en lo anterior que emplea el chip de LED/sensor óptico Agilent, para proporcionar información adicional sobre la posición del cable. Por ejemplo, una banda reflexiva pequeña, o partícula magnética pueden colocarse cerca del extremo del cable. Si el alojamiento incorpora el dispositivo de detección pertinente, cuando el cable alcanza esta posición, un solo pulso será liberado hacia el sistema para señalizar que se está acercando el extremo del cable. La Figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema, de acuerdo con un aspecto de la invención, para llevar a cabo el movimiento controlado de un artículo, utilizando el sensor 2 de velocidad de movimiento descrito anteriormente. El sistema (generalmente designado 40) incluye una PSU 42, un módulo 44 de control y una interfaz 46 de usuario (Ul) . Como se menciona, el sensor 2 de velocidad de movimiento se acopla al módulo 44 de control mediante enlace serial (38). Como es convencional, la Ul 46 puede desplegar información gráfica, audible o gráfica y audible (no mostrada) al usuario a través de tecnología de despliegue o altavoz bien conocida, bajo el control del módulo 44 de control. Como se menciona con referencia a la Figura 1, en la modalidad ilustrada, el cable 4 puede unirse a un dispositivo 8 médico (aplicador de tratamiento) cuya velocidad de movimiento se monitoreará/controlará. Opcionalmente, por lo tanto, con referencia a la Figura 3, el sistema 40 puede incluir el dispositivo 8 médico (aplicador) , un módulo 48 de energía capaz de ajustar la energía proporcionada al dispositivo 8 médico en dependencia de los datos de velocidad de movimiento proporcionados hacia él mediante el módulo de control, y un interruptor de pie 50 operable por el usuario que permite al usuario alternar el encendido o apagado. La Figura 4 ilustra esquemáticamente en más detalle la comunicación entre el sensor 2 de velocidad de movimiento y el módulo 44 de control en la Figura 3. Cuando el sensor 2 se conecta al sistema 40 para proporcionar la retroalimentación al usuario, los datos se transfieren adecuadamente mediante un protocolo estándar, tal como RS232. El sensor 2 se conecta con la unidad 44 de control del sistema 40, y el puerto de comunicaciones (no mostrado) del sistema 40 regularmente sondeado por el software 52 del sistema para extraer los datos sobre la posición del sensor. A partir de los datos de posición, se puede derivar la velocidad de movimiento. Sin embargo, se apreciará que otros protocolos (y cables) pueden utilizarse en vez de RS232, por ejemplo RS485, RS422, I2C, USB, GP1B, protocolo paralelo u otro. La velocidad del sondeo del sensor 2 para determinar la velocidad de movimiento se determina por el grado de resolución del sensor y la velocidad de movimiento deseada (como se discute a continuación) . La Figura 5 representa un ejemplo de una vista de Ul desplegada al usuario por el sistema 40 de la Figura 3.

Como puede observarse, se despliega gráficamente un medidor 60 "tipo velocímetro". El medidor 60, además de desplegar valores específicos, que incluyen el valor 62 actual, también tiene varias zonas coloreadas, que incluyen una zona 64 verde, dos zonas 66, 68 naranjas, y una zona 70 roja. De este modo, el usuario tiene retroalimentación visual en cuanto a si la velocidad de movimiento del artículo 4 detectado por el sensor 2 (véase Figura 1) (i) está en un valor óptimo (apuntador 71 señalando directamente arriba) , (ii) está en un valor aceptable (apuntador 72 dentro de la zona 64 verde) , (iii) está en un valor un tanto inaceptable (apuntador 72 dentro de las zonas 66, 68 naranjas), o (iv) está en un valor altamente inaceptable (apuntador 72 dentro de la zona 70 roja) . Alternativa o adicionalmente, puede emitirse información audible por la Ul 46, que corresponden a las diferentes zonas mencionadas en lo anterior, es decir, con zonas verde->naranja->roja que corresponden a tonalidad cada vez más alta (frecuencia sónica), o corresponden a pulsos sónicos ("pitidos") que se emiten a diferente velocidad (en aumento verde->naranja->rojo) para diferentes zonas . Adicionalmente, se puede provocar que la Ul 46 mediante software de despliegue (en 74) la distancia total recorrida por el artículo 4 (cable) , y/o (en 76) el tiempo total transcurrido durante el viaje del artículo. La Figura 6 muestra una modalidad alternativa del sensor 2' de velocidad de movimiento - en el caso donde se utilizan dos cables. La construcción es igual que la modalidad de las Figuras 1 y 2, excepto como sigue. Aquí, dos cables 4a, 4b atados, que corren en paralelo por la mayor parte de su longitud, se separan primero antes de pasar al sensor 2 ' . El cable 4a de aplicador (por ejemplo que suministra energía a un dispositivo de tratamiento (no mostrado)) pasa a través del sensor 2' transversalmente. El cable 4b paralelo, que tiene marcas identificadoras detectables sobre el mismo, pasa a través del sensor 2', tiene su marca identificadora detectada por el dispositivo detector (véase Figura 2), y sale del sensor 2' longitudinalmente . Aunque el sensor de velocidad de movimiento ha sido descrito en lo anterior en relación con una aplicación médica simple, se apreciará por personas expertas en la técnica que la invención puede emplearse en cualquier situación en la cual se vaya a medir y/o controlar la velocidad de movimiento de un artículo. Ejemplos incluyen toda clase de dispositivos operados por cable, equipo y maquinaria. Las cortinas operadas por cable (automáticas) y las puertas de garaje mencionadas en lo anterior son ejemplos típicos. El movimiento de barras, cables y roscas en movimiento en ambientes de fabricación (por ejemplo la industria del tejido) también pueden medirse utilizando las técnicas de acuerdo con la invención. La Figura 7 (a) ilustra esquemáticamente una secuencia de tiempo de señales de sondeo emitida por la unidad 44 de control bajo la línea 38 de serie hacia el sensor 2 (véase Figura 7 (b) ) . Como puede observarse, el sondeo (aquí ilustrado esquemáticamente como un solo pulso de duración t) ocurre a intervalos regulares con un intervalo T de sondeo. Los pulsos de sondeo son etiquetados La Figura 7 (b) muestra la transmisión de señales entre el sensor 2 y la unidad 44 de control, de manera que, en respuesta al pulso px un conteo d se regresa por el sensor 2. Adecuadamente, el conteo cx se define por una señal digital de multi-bit enviada bajo la línea 38 de serie. Antes del uso, se reestablece el sensor 2. Durante el uso el sensor 2 no necesita reestablecerse . En una modalidad, el intervalo T de sondeo es 0.2 segundos. La Figura 7 (c) muestra valores obtenidos en serie como resultado del sondeo. En la primera fila es la secuencia de pulsos Pi de sondeo, y en la segunda son los conteos d ue se regresan en respuesta al pulso de sondeo respectivo. Para poder convertir estos valores d a valores que representan movimiento, el valor de conteos desde el tiempo en que el sensor 2 fue sondeado por último se resta del valor de conteos actual. Esto da el número de conteos que el cable 4 se ha movido con respecto al sensor 2 durante el intervalo T de sondeo. El número de conteos entonces se divide (o multiplica) por una constante (conteos por pulgada) para dar la distancia desplazada actual en las unidades requeridas por el sistema (unidad 44 de control) . Luego se divide por el intervalo de tiempo para dar la velocidad de movimiento. De este modo, la velocidad, es decir la velocidad promedio durante el último intervalo Ti de sondeo para un pulso i de sondeo dado se da en la tercer fila en la Figura 7 (C) : velocidad v = (ci - d-?)R, donde R es un factor de conversión. Si ha sido determinado antes, por ejemplo utilizando técnicas de calibración adecuadas, discutidas a continuación, de manera que el número de conteos por pulgada para el cable es K, entonces R = 1/(KT). La velocidad v (en pulgadas/segundo) se calcula por la unidad 44 de control utilizando esta relación, y utilizando un valor almacenado para R. En la modalidad descrita, K está alrededor de 460 conteos por pulgada, y T = 0.2 s. Así que, por ejemplo, si el cable se mueve 10 conteos en 0.2 segundos, la velocidad es (10/460) /0.2 = 0.1087 pulgadas por segundo. Como se menciona, esto da un valor de velocidad v cada 0.2 segundos. Ésta no es una velocidad instantánea, sino un valor que es la velocidad promedio sobre los 0.2 s previos. El intervalo T de sondeo también es importante para determinar la precisión. Está relacionado con la velocidad de movimiento del cable 4. Si T es tan corto que muy pocos conteos han sido acumulados entre sondeos, entonces ocurrirán errores de discretización, cuando la velocidad medida parecerá ser uno de varios valores discretos. El intervalo de sondeo podría necesitar (dependiendo de si tales errores son importantes en la aplicación) ser elegido de manera que se lean suficientes conteos por el sensor 2 entre los pulsos de sondeo para hacer tales errores irreconocibles. Un movimiento de cable más rápido permitirá una velocidad superior de sondeo (y por lo tanto T más corto) . Uno más lento requerirá una velocidad inferior de sondeo. Por otro lado, si T se hace demasiado largo, entonces la velocidad registrada comenzará a rezagar notablemente el movimiento actual, a medida que sea efectivamente un promedio durante el intervalo T de sondeo. En la modalidad actualmente preferida, el valor eficaz más bajo del intervalo T de sondeo, con una velocidad de retirada (es decir velocidad de movimiento del cable 4) de 10 cm/min o más grande, está alrededor de 0.2 s.

En una modalidad alternativa, si se requiere una velocidad promedio, pero sin T grande y por lo tanto intervalos largos entre actualizaciones de velocidad, entonces pueden utilizarse intervalos T de sondeo más cortos junto con un cálculo promedio de rodaje: aquí, la unidad 44 de control calcula el valor promedio de los n resultados de velocidad precedentes. Es decir tiene la ventaja de que velocidad desplegada o medida variará más finamente con el tiempo. Entre más corto sea el intervalo T de sondeo, menos entrecortada será la respuesta. Entre más grande sea n, más amortiguada será la respuesta. Esto produce ventajas en el despliegue de la velocidad al usuario, particularmente cuando se emplea el despliegue "tipo velocímetro" mencionado en lo anterior de la velocidad de cable (véase Figura 5) . El número n de valores de velocidad anteriores que se promediaban puede ser cualquier número adecuado, por ejemplo de algunos a algunas decenas de valores. Típicamente, n < 32. En una modalidad preferida, n es 16 (es decir proporcionar una velocidad promediada sobre 16 x 0.2 = 3.2 s) . Sin embargo, se apreciará que, dependiendo de la aplicación, el límite superior sobre n puede ser varias decenas, varias centenas o más. El límite superior puede tener cualquier valor adecuado razonablemente aplicable a los parámetros del aparato que se utiliza.

El número de conteos medidos por unidad de distancia variará ligeramente con la velocidad de retirada. Una velocidad de retirada superior resultará en un número ligeramente inferior de conteos por unidad de distancia. Para poder calcular el factor de calibración apropiado para utilizarlo en el sistema para convertir el número de conteos a distancia y por lo tanto velocidad, ha sido diseñado y construido un dispositivo para retirar con precisión el cable a través del sensor a una velocidad fija establecida. Esto por lo tanto quiere decir que el factor de calibración para cualquier velocidad de retirada particular puede calcularse con precisión. La Figura 8 ilustra una vista en planta de un aparato 802 de calibración que puede emplearse de acuerdo con modalidades de un aspecto de la invención. El aparato 802 de calibración incluye una base 804 rígida sobre la cual varios componentes, descritos a continuación, se montan fijamente. Éstos incluyen un motor 806 de velocidad gradual que se acopla a una computadora (no mostrada) a través de cables 808, y accionado bajo el control de la computadora, como se conoce bien en la técnica. El motor 806 de velocidad gradual transmite el movimiento rotativo a un tornillo 810 de guía a través de engranajes 812, 814 cooperadores, del tipo engranaje recto. El tornillo 810 de guía se monta para su rotación sobre una estructura 816 rígida que incluye placas 818, 820 de extremo, y deslizadora 822. El tornillo 810 de guía se proporciona con una rosca 824 helicoidal externa de paso constante conocido; y una tuerca 826 de accionamiento se proporciona sobre el tornillo 810 de guía y tiene una rosca interna cooperadora (no mostrada) . La tuerca 826 de accionamiento a su vez se une rígidamente a una corredera 830 montada sobre la deslizadora 822. La corredera 830 y la deslizadora 822 preferiblemente tienen elementos guía cooperadores y/o ruedas/rodamientos (no mostrados) de manera que facilitan el deslizamiento de baja fricción de la corredera 830 a lo largo de la deslizadora 822. Adecuadamente, la longitud de viaje de la corredera 830 sobre la deslizadora 822 es del orden de 0.5-1.0m. Un sensor 2 que se va a calibrar se proporciona a una distancia adecuada (por ejemplo 1-2 m) a partir de la placa 820 de extremo de la estructura 816 y se fija con relación a la misma, por ejemplo por sujeción o tornillos (no mostrado) . El cable 4 pasa a través del sensor 2 y su extremo 832 se sujeta (por ejemplo mediante placas y tornillos adecuados) mediante un elemento 834 de sujeción sobre la corredera 830. La calibración (para determinar los conteos por pulgada K del cable 4 utilizando el sensor 2) consiste de lo siguiente. El sensor 2 se ajusta para calcular el valor d de conteo acumulado después de los intervalos T de sondeos sucesivos. La tuerca 826 de accionamiento se coloca al final de su viaje adyacente a la placa 820 de extremo de la estructura 816. Con el cable 4 pasando a través del sensor 2, y con cualquier reserva excesiva en el cable 4 removida, el motor 806 de velocidad gradual se energiza y se acciona a velocidad rotacional constante mediante la computadora de control (no mostrada) ; de este modo, la corredera 830 se acciona a lo largo de la deslizadora mediante la tuerca 826 de accionamiento a una velocidad V lineal constante conocida (pulgada/s) . Una operación de calibración puede comprender medir el conteo al final del viaje de la corredera 830 y aquel al comienzo del viaje. Más preferiblemente, una operación de calibración comprende medir el conteo al menos en un "inicio de calibración", es decir un tiempo predeterminado después de que la corredera ha empezado su movimiento sobre la deslizadora, y ha alcanzado claramente la velocidad constante, y medir el conteo en el "punto final de la calibración", es decir un tiempo predeterminado antes de que la corredera haya terminado su movimiento. Esto tiene el beneficio de eliminar la distorsión debido a períodos de aceleración y desaceleración. Si la diferencia entre el conteo al final del viaje de la corredera 830 y aquel al comienzo del viaje son Cc, y el número de intervalos T de sondeo es nc, que los conteos por pulgada K pueden obtenerse a partir de V = (Cc/K)/ncT o K = Cc/ncTV Ésta es una operación de calibración. Se apreciará que, para una combinación de sensor-cable, esta operación puede repetirse algunas o muchas veces, y los valores K obtenidos promediados. Una vez que se conoce el valor K, este puede utilizarse para medir la velocidad de movimiento, como se discute en lo anterior con relación a la Figura 7. Se apreciará por personas expertas en la técnica que, una vez que ha sido establecido un valor para K, uno o más de los otros parámetros en la relación K = Cc/ncTV, por lo tanto pueden obtenerse. Será inmediatamente aparente que, aunque han sido utilizadas pulgadas como unidades en ciertas modalidades, pueden utilizarse otras unidades. Es decir, en lugar de expresar K en conteos por pulgada, ésta puede ser conteos por mm, por cm, por m, o conteos por unidad acostumbrada; y en lugar de expresar V en pulgadas/segundo, ésta puede estar en mm/s, cm/s, m/s; etc.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones.
REIVINDICACIONES 1. Un sensor de velocidad de movimiento para detectar la velocidad de movimiento de un artículo, caracterizado porque comprende: un alojamiento con respecto al cual, en uso, se mueven los artículos, una unidad de detección dispuesta dentro del alojamiento, la unidad de detección incluye un dispositivo de conversión adaptado para generar señales detectoras provocadas por el movimiento del artículo, y circuitería de procesamiento adaptada para recibir las señales detectoras y producir señales de movimiento indicativas de la velocidad de movimiento del artículo. 2. El sensor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el alojamiento incluye al menos una abertura que permite el movimiento del artículo con respecto al alojamiento.
3. El sensor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el alojamiento tiene una configuración mediante la cual, en uso, el movimiento del artículo dentro o cerca del alojamiento es sustancialmente lineal .
4. El sensor de conformidad con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque al menos una abertura incluye una abertura de entrada a través de la cual, en uso, el artículo ingresa al alojamiento, y una abertura de salida a través de la cual, en uso, el artículo sale del alojamiento, el artículo preferiblemente se mueve, en uso, en una trayectoria sustancialmente lineal entre la abertura de entrada y la abertura de salida.
5. El sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de conversión comprende de al menos un detector de radiación adaptado para recibir la radiación desde el artículo y generar señales detectoras en dependencia de la radiación recibida.
6. El sensor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la radiación es radiación óptica, la unidad de detección además incluye un emisor óptico para emitir la radiación óptica, y el detector de radiación se dispone de manera que recibe la radiación óptica después de la reflexión desde el artículo.
7. El sensor de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el emisor óptico es un LED, y preferiblemente en donde el emisor óptico y el detector de radiación comprenden un dispositivo integral.
8. El sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el artículo tiene una pluralidad de marcas identificadoras o elementos reflexivos dispuesta sobre la superficie de la misma en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud.
9. El sensor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el detector de radiación comprende un detector de radioactividad de bajo nivel, y el artículo tiene una pluralidad de elementos radioactivos dispuestos en el mismo o sobre el mismo en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud.
10. El sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la unidad de conversión incluye un detector magnético, y el artículo tiene una pluralidad de elementos magnéticos dispuestos en el mismo o sobre el mismo en un diseño repetitivo a lo largo de su longitud, el detector magnético se adapta para generar las señales detectoras cuando el artículo, en uso, se mueve más allá del detector magnético.
11. El sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la unidad de conversión incluye uno o más miembros girables, tal como una o más ruedas o bolas, adaptadas para hacer contacto con el artículo y de este modo girarse, en uso, y un dispositivo electromecánico adaptado para generar las señales detectoras en dependencia de la velocidad de rotación del o los miembros girables.
12. Un aparato para calibrar el sensor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende: una corredera montada para el viaje lineal a lo largo de una deslizadora, la corredera incluye un dispositivo para unir fijamente el artículo a la corredera; un motor, acoplado a la corredera; un controlador, adaptado para controlar el motor para accionar la corredera, en uso, a velocidad constante a lo largo de la deslizadora; y un dispositivo de medición adaptado para medir, en uso, señales producidas por el sensor durante el viaje de la corredera a la velocidad constante a lo largo de la deslizadora .
13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo de medición se adapta para medir señales de conteo, las señales de conteo incluyen un conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración.
14. El aparato de conformidad con la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque el dispositivo de medición se adapta para calcular un valor K de calibración (en conteos por unidad de longitud, por ejemplo conteos por pulgada) utilizando K = Cc/ncTV donde Cc es la diferencia entre el conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración, T es el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos del sensor en segundos, nc es el número de intervalos de sondeo durante el viaje de la corredera a lo largo de la deslizadora, y V es la velocidad constante de la corredera a lo largo de la deslizadora en unidad de longitud (por ejemplo pulgadas) por segundo.
15. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, 13 ó 14, caracterizado además porque incluye un tornillo de guía y una tuerca de accionamiento montada sobre el mismo, el tornillo de guía tiene una rosca de paso constante; en donde la corredera se une fijamente a la tuerca de accionamiento.
16. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el motor preferiblemente comprende un motor de velocidad gradual y se dispone para accionar el tornillo de guía a través de engranajes cooperadores.
17. El método de calibración de un sensor, caracterizado porque comprende: proporcionar un sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; proporcionar un aparato de calibración, el aparato de calibración incluye una corredera montada para el viaje lineal a lo largo de una deslizadora, la corredera incluye un dispositivo para unir fijamente el artículo a la corredera, un motor, acoplado a la corredera, y un controlador; operar el controlador para controlar el motor para accionar la corredera a velocidad constante a lo largo de una deslizadora; y medir las señales producidas por el sensor durante el viaje de la corredera a la velocidad constante a lo largo de una deslizadora.
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa de medición incluye medir una pluralidad de señales de conteo durante el viaje de la corredera, las señales de conteo incluyen un conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración.
19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque incluye: calcular un valor K de calibración (en conteos por unidad de longitud, por ejemplo conteos por pulgada) utilizando K = Cc/ncTV, donde Cc es la diferencia entre el conteo al comienzo de una operación de calibración y un conteo al final de una operación de calibración, T es el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos del sensor en segundos, nc es el número de intervalos de sondeo durante el viaje de la corredera a lo largo de una deslizadora, y V es la velocidad constante de la corredera a lo largo de una deslizadora en unidad de longitud (por ejemplo pulgadas) por segundo.
20. El sistema para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, caracterizado porque comprende: un sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; una unidad de control acoplada al sensor para recibir las señales de velocidad de movimiento de este modo producidas; en donde la unidad de control se configura para sondear el sensor, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es de duración uniforme; determinar un valor de diferencia, el valor de diferencia siendo una diferencia entre conteos definidos por señales de velocidad de movimiento sucesivas; utilizar el valor de diferencia determinado y un factor R de conversión, calcular la velocidad de movimiento del artículo utilizando R y el valor de diferencia.
21. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la velocidad de movimiento se calcula utilizando v = (d - d-?)R donde (d ~ Ci-i) es el valor de diferencia.
22. El sistema de conformidad con la reivindicación 20 ó 21, caracterizado porque el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es T, y el factor de conversión se determina como R = 1/KT, donde K es una constante de conversión de conteo predeterminada para el artículo.
23. El sistema de conformidad con la reivindicación 20, 21 ó 22, caracterizado porque el sistema además incluye un dispositivo de despliegue adaptado para desplegar, bajo el control de la unidad de control, la velocidad de movimiento calculada del artículo.
24. El sistema de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el dispositivo de despliegue se adapta para desplegar, bajo el control de la unidad de control, una representación gráfica de la velocidad de movimiento calculada del artículo.
25. El sistema de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la representación gráfica comprende una representación gráfica similar a un velocímetro.
26. El método para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, caracterizado porque comprende: proporcionar un sensor de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11; proporcionar una unidad de control acoplada al sensor para recibir las señales de velocidad de movimiento de este modo producidas; operar la unidad de control para sondear el sensor, el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es de duración uniforme; determinar un valor de diferencia, el valor de diferencia siendo una diferencia entre conteos definidos por señales de velocidad de movimiento sucesivas; utilizar el valor de diferencia determinado y un factor R de conversión, calcular la velocidad de movimiento del artículo utilizando R y el valor de diferencia.
27. El método de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque la etapa de calcular la velocidad v de movimiento comprende utilizar v = (ci - C?-?)R donde (d - d-i) es el valor de diferencia.
28. El método de conformidad con la reivindicación 26 ó 27, caracterizado porque el intervalo de sondeo entre sondeos sucesivos es T, y el factor de conversión se determina como R = 1/KT, donde K es una constante de conversión de conteo predeterminada para el artículo.
29. El método de conformidad con la reivindicación 26, 27 ó 28, caracterizado además porque incluye: proporcionar un dispositivo de despliegue; y desplegar, bajo el control de la unidad de control, la velocidad de movimiento calculada del artículo.
30. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el dispositivo de despliegue se adapta para desplegar, bajo el control de la unidad de control, una representación gráfica de la velocidad de movimiento calculada del artículo.
31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque la representación gráfica comprende una representación gráfica similar a un velocímetro.
32. Un sensor sustancialmente como se describe en lo anterior con referencia a los dibujos anexos.
33. Un aparato para calibrar un sensor, sustancialmente como se describe en lo anterior con referencia a los dibujos anexos.
34. Un método de calibración de un sensor, sustancialmente como se describe en lo anterior con referencia a los dibujos anexos.
35. Un sistema para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, sustancialmente como se describe en lo anterior con referencia a los dibujos anexos.
36. Un método para determinar la velocidad de movimiento de un artículo, sustancialmente como se describe en lo anterior con referencia a los dibujos anexos.