MX2008012468A - Aparato y metodo para deteccion de desgaste en bandas de transmision y para monitoreo de desempeño de sistemas de transmision de bandas. - Google Patents

Abstract

Un aparato y método con la capacidad de monitorear bandas sin fin y sistemas relacionados con la transmisión de bandas por medio de sensores de no contacto para detectar el desgaste o el funcionamiento anormal, así como determinar el estado del sistema de la banda de transmisión y detectar tempranamente fallas tanto en la banda como en el sistema. Una unidad de detección que consta de uno o más elementos de detección independientes, escolocado adyacente a en proximidad con la banda, por ello pudiendo monitorear varios modos normales de operación que ocurren de manera simultánea en la banda. El sensor puede determinar el estado físico de toda la transmisión dentada de manera continua al procesar las señales recolectadas y detectar el daño estructural. La información recolectada es procesada por un microcontrolador integrado con el sensor. El aparato y el método para monitorear bandas sin fin desgastadas o un funcionamiento anormal utiliza un capacitar de no contacto de selección compuesta de uno o varios elementos de detección colocados adyacentes a o en proximidad a la banda y conectado a un circuito electrónico que está particularmente adaptado para detectar el cambio dinámico de capacitancia unido con efectos electrocapacitivos y piezoeléctricos exhibidos por la banda. El aparato también posteriormente es capas de monitorear componentes de transmisión relacionados con la banda al detectar si la banda está afectada por la función anómala de los componentes relacionados. El sensor monitorea de manera continua a la banda durante la operación normal de la transmisión de la banda. El sensor particularmente está adaptado para detectar las bandas que actualmente están siendo utilizadas en los talleres, en aplicaciones industriales y automotrices y con características de un polímero matriz con un soporte interno cargado con cable de fibra.<curr

Description

APARATO Y MÉTODO PARA DETECTAR LA TRANSMISIÓN DE UNA BANDA GASTADA Y MONITOREAR EL DESEMPEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE LA BANDA.

Antecedentes de la invención. En el campo de la transmisión de poder, las bandas son el medio preferido para unir elementos rotacionales . Normalmente están divididas en dos categorías generales: bandas no sincrónicas y sincrónicas. En vehículos, ambas categorías se utilizan de manera extensa. Las bandas no sincrónicas son el medio preferido para manejar accesorios como bombas de agua, compresores de aire acondicionado, bombas de dirección asistida y unidades de alternadores. Las bandas sincrónicas, a las que comúnmente nos referimos como bandas dentadas, han sido 'el medio preferente para manejar sistemas de un árbol de levas aéreo y que de manera amplia se utilizan en máquinas o motores de combustión interna donde la sincronía de un componente que sea manejado sea necesaria. Un ejemplo de una de estas bandas se muestra en la FIG. 1. Las bandas dentadas normalmente son un compuesto de fibra de vidrio, telas tejidas, hule y otros varios polímeros. Todos estos materiales exhiben propiedades piezoeléctricas : son capaces de generar cargas eléctricas mientras que están siendo deformadas.

Bajo condiciones normales de operación, la banda se deforma por fuerzas de tensión y por fuerzas de doblado en la medida en la que la banda corre sobre las ruedas dentadas o sobre las poleas . Esas deformaciones generan cargas. Debido a la relativamente alta resistencia de los materiales de la banda, las cargas permanecen el tiempo suficiente para ser detectadas. Las cargas eléctricas generadas por los efectos piezoeléctricos son proporcionales a la tensión. Esta propiedad ha sido utilizada con éxito en transductores de fuerza y acelerómetros . La invención aquí descrita está adaptada para ambos tipos de bandas pero es particularmente idónea para bandas dentadas. Las bandas son más económicas, menos complejas y más eficientes que los otros medios utilizados, es decir cadenas o transmisión por engranaje. Los adaptadores principales para las bandas es la dificultad para determinar su duración de vida o el punto en la vida del vehículo en el que la banda podría fallar potencialmente . A la fecha, la inspección visual es la única manera para verificar el estado de una banda y sus componentes relacionados. Sin embargo, este es un procedimiento incómodo y poco práctico, las bandas dentadas, debido a su vulnerabilidad a los contaminantes, normalmente operan recubiertos y para quitar esta cubierta antes de una inspección visual normalmente es un proceso que requiere de una labor muy intensa. También, el daño a la banda y a otros componentes no siempre es aparente a simple vista, y una inspección visual puede no cumplir con el objetivo deseado. Incluso, si una banda falla, causa que el vehículo o lo manejado ya no pueda operarse y, debido a la naturaleza de los motores modernos de combustión con radios de alta compresión, una banda que falle normalmente causa un gran daño al motor o máquina afectada ya que la falla conlleva a una falta de sincronía y el riesgo de que el tren de la válvula y los pistones choquen. Aunque las bandas dentadas han evolucionado de manera considerable con el uso de materiales que han mejorado y aumentado la geometría de sus dientes, el progreso estructural no ha resuelto el problema de la expectativa de la duración para todo el sistema de manejo dentado. La expectativa incierta de la vida de La transmisión de la banda en conjunto con el alto costo de reparación y por consiguiente la insatisfacción del cliente ha obligado a los fabricantes de maquinas a calcular con considerables márgenes de seguridad al diseñar y usar dichas transmisiones. Como resultado, las bandas son manufacturadas de manera considerable más anchas de lo necesario, y el kilometraje necesario para realizar un cambio de banda es precavidamente bajo. La incertidumbre respecto a la vida de servicio de la banda ha forzado a los fabricantes de maquinas y a diseñadores de transmisores dentados a considerar el regresar al uso de cadenas en lugar de usar bandas. La tendencia en el mercado hacia el libre mantenimiento de las máquinas ha fortalecido particularmente dichas consideraciones. Aun así, los fabricantes de máquinas y motores están muy renuentes en cuanto a volver a usar cadenas ya que durante varios años han intentado resolver esta interrogante por cualquier medio posible. El arte previo muestra una intensa actividad con muchas invenciones que pretenden dirigir al problema. Las numerosas ideas presentadas no resuelven el problema y son extensamente poco prácticas como para industrializarlas. Varias soluciones no han atraído a los inversionistas ya que no son lo suficiente como para justificar el costo adicional o retos de diseño involucrados. Esta es una categoría de soluciones que llama a cambios de diseño a ser realizados en la banda. La patente U.S. Pat. No. 6,181,239 y U.S. Pat . No. 6,523,400 reivindica una solución donde la banda gastada puede ser detectada por una rotura o cambio en la autoinducción o capacitancia de un cable alojado en la banda o en una estructura metálica. Para cualquiera experto en la materia de la fabricación de bandas, dicha solución es poco práctica. Las estructuras metálicas incrustadas o alojadas en un cinturón podrían significar un tremendo alejamiento de la metodología de fabricación e introduciría gran incertidumbre respecto al impacto de dicha estructura metálica sobre toda la durabilidad de la banda. Los fabricantes de bandas tienden a tener un alcance muy conservador hacia cualquier cambio en el diseño, llevando a cabo la implementación de soluciones de ese tipo de manera dudosa. Incluso, el costo asociado con una decisión como esta hace al producto totalmente caro. Otro defecto es que dicha solución funcionaría sólo con una banda OEM instalada. En la industria de repuestos automotrices, las bandas empleadas en un sistema de transmisión particular frecuentemente son manufacturadas por varios fabricantes. A menudo, las bandas usadas para servicio vienen de un fabricante diferente que el de la banda OEM instalada. También se reconoce que las invenciones basadas en un dispositivo de encendido mecánico, fotoeléctrico o con un interruptor de encendido/apagado, de los cuales el típico ejemplo se encuentra en la patente U.S. Pat . No. 6,569,046, reivindicando el uso de un interruptor óptico o mecánico para responder a un rastreo lateral para la detección de un diente o piñón caído, todos se quedan cortos al objetivo. Estos dispositivos son vulnerables a los contaminantes y son propensos a dar falsas alarmas o a no ser tan confiables, ya que se quedan inactivas y son puestas en acción sólo después de que la banda verificada ha sido dañada. Incluso, es imposible revisar estos dispositivos en cuanto a su función ya que la entrada requerida no puede ser simulada. Debido a la probabilidad de una falsa alarma, tienen que ser calibrados para responder a fallas severas en el sistema, que pueden ocurrir cunado la banda ya está fallando de manera significante. Esto da muy poco margen de aviso si no es que ninguno a la transmisión.

Extracto de la invención. La presente invención para detectar un daño o una banda de transmisión gastada por medios de no contacto ofrece una mejora significante sobre aquellos descritos en el arte previo ya que proporciona los medios para monitorear el desempeño de la transmisión al detectar cualquier efecto o entrada perjudicial a la banda así como cualquier daño físico o estructural en la banda. Para cualquiera experto en la materia, es aparente que las bandas usadas en sistemas de cadenas de distribución mostrados en la FIG. 1 son tan durables como las cadenas, siempre que opere bajo las condiciones óptimas sin anomalías en los valores de entrada. La gran mayoría de los casos cunado falla la banda de manera prematura se debe a anomalías, como cuando después de que la banda a sido sujeta a un comportamiento de falla de los componentes unidos a ella, o contaminada con fluidos como aceite, refrigerante y otros agentes comúnmente usados en aparatos y maquinaria industrial, o que ha sido expuesta a suciedad interna como polvo, hielo, agua y pequeñas piedras que penetran a través de una cubierta agujerada. Por naturaleza, la invención puede utilizarse para monitorear una banda de transmisión contra la ocurrencia de cualquier efecto de alguna anomalía. Otro beneficio adicional que se obtiene de una implementación lista de la invención en las bandas de transmisión sin cambios requeridos en el diseño, a diferencia de las invenciones descritas en el arte previo. La invención ofrece un sistema confiable para determinar la duración de vida de una banda de transmisión y permite que el personal de diseño adopte un número de estrategias sobre como mejorar toda la calidad del sistema. En una nueva banda con fuerza uniforme, con cargas piezoeléctricas distribuidas también de manera uniforme. El nuevo sensor es sensible al cambio en la densidad de la carga y por lo tanto no tendrá una gran variación en la señal de salida. Cuando la banda esté gastada por el uso, algunas secciones de la banda se harán más débiles y cuando sean cargadas durante la operación de la maquinaria exhibirá una gran deformación de tensión la cual, de regreso, causará un gran efecto piezoeléctrico en esta área de la banda y una densidad de carga local mayor. Este nuevo sensor detecta la carga local mayor resultando en un incremento de la amplitud de la señal. Por ello, entre mayor sea la amplitud de la señal más débil estará la banda. El sensor también detecta el cambio en la capacitancia que es el resultado del cambio dinámico de las propiedades dieléctricas de la banda. Las características de la invención incluyen a un sensor de no contacto que está unido a un MPU (unidad de miro procesamiento) . El sensor opera por medio de uno o varios elementos de detección unidos a un circuito y diseñados para detectar un cambio en la permisión o cambio en la capacitancia. El sensor también detecta la capacitancia electroestática que resulta del efecto piezoeléctrico que la banda provoca cuando el material estructural tensado de la banda pasa por los elementos detectores de capacitancia durante una operación normal del sistema. Las propiedades piezoeléctricas de la banda generan una carga o construyen una electricidad casi estática en la banda durante la operación de la banda de transmisión que es proporcional a la deformación a la que esta sujeta la banda. El efecto puede utilizarse como un indicador de la debilidad de una sección de la banda cuando la sección debilitada de la banda tendrá una deformación mayor y por ello generar una carga mayor que se traduce en un nivel de la señal más alto del sensor. Los elementos de detección están colocados de cierta manera para generar respuestas de señal que corresponden a características clave de la banda y modos clave particulares de la banda y de su transmisión que se exhiben durante la operación. Los modos típicos detectados son: firma básica de la banda, vibración extendida de frecuencias naturales y engranadas, dientes de la banda que derivan RPM instantáneos y eventos de una señal por revolución. El deterioro de una banda que resulte en un daño normalmente comenzarán en un lugar de la banda, y el sensor detectará esto y generará una revolución por evento de señal en la banda, a partir de ahora referida aquí como OPRSE.

La contaminación causará un cambio permanente o semi -permanente en la constante dieléctrica y/o la capacitancia electroestática y el comportamiento piezoeléctrico de la banda la cual será registrada por cualquiera de los elementos de detección y resultará en un cambio sobre todo en la señal del umbral. La falla incipiente de cualquier componente unido causará un cambio en la tensión de la banda. El cambio en la tensión causará un cambio en la firma de vibración por lo que la extensión de la banda se exhibirá de nuevo durante una operación normal. Incluso, la firma de torsión de la banda de transmisión también cambiará. Es aparente para cualquiera experto en la materia de bandas de transmisión que los cambios en la firma pueden estar directamente relacionados a un incremento o disminución cuantitativa en la tensión de la banda. La señal derivada del circuito de detección puede procesarse por cualquier número de metodologías de procesamiento de señal. La señal basada análoga puede estar condicionada y unida a cualquier dispositivo capaz de recolectar información y análisis de señales. Sin embargo, la invención se lleva a cabo mejor como un dispositivo libre donde la señal análoga es analizada por un algoritmo DSP (procesamiento de señal digital) ejecutado por una MPU (unidad de micro procesamiento) incrustada en una estructura dentro del sensor. Los datos resultantes son almacenados dentro de la estructura de detección y, dependiendo de la estrategia del usuario final, esta información puede ser analizada posteriormente por un algoritmo en una PLC externa (controlador lógico programable) o en el vehículo controlador o puede ser almacenado para la transmisión a una base de datos central . Esta funcionalidad presentará a los usuario de bandas (OEMs) numerosos beneficios, como: permitir un alcance no lineal a los intervalos de servicios, por ejemplo, el vehículo avisará cuando la banda u otro componente de la transmisión dentada necesiten servicio contra, como aquí se menciona hasta que alcance un kilometraje predeterminado (particularmente benéfico para los vehículos sujetos a ciclos extremos de trabajo como lo son los de rescate, aseguradoras o taxis) . Detectar las señales con tiempo antes de que exista un daño severo o alguna perdida o un mal funcionamiento que pueda suceder resulta en un ahorro de gastos grandes, especialmente si la falla ocurre dentro de un periodo dentro de la garantía. Basándonos en la información recolectada, los usuarios podrían generar respuestas preactivas, a saber. Boletines de problemas en el' servicio. Basándonos también en estos datos reunidos, los usuarios podrían generar un conocimiento sobre como y que constituye la vida del servicio de una transmisión dentada y como diseñar mejor estas transmisiones. Las bandas podrían hacerse más estrechas, y por ello ahorrar milímetros en un espacio donde estos ahorros si cuentan. Empleada como una herramienta de mercadotecnia, la invención puede reducir o eliminar la actual preocupación sobre que las bandas de transmisión no son confiables, dándole al usuario final del vehículo un gran alivio. Los beneficios anteriormente mencionados también son directamente aplicables a sistemas de bandas de transmisión industriales.

Descripción Detallada y Modalidades Preferidas. La invención se entiende mejor a partir de la siguiente descripción detallada y con las modalidades preferidas en conjunto con los siguientes dibujos.

Breve Descripción de los Dibujos La FIG. 1 muestra una vista elevada de una banda de transmisión con una posición apropiada del dispositivo de detección; La FIG. 2 muestra una vista seccional del dispositivo de detección y una estructura adyacente de la banda; La FIG. 3 muestra una vista seccional de una estructura típica de una banda ; La FIG. 4 muestra una vista lateral de una estructura típica de una banda; La FIG. 5 muestra una vista elevada de una banda representando un modo de falla cuando una banda típica muestra el cable de fibra expuesto y deficiencias típicas estructurales; La FIG. 6 muestra la vista lateral de una banda representando la falla de una estructura dentada de una banda individual ; La FIG. 7 muestra una vista elevada de una banda de transmisión representando los modos típicos de vibración en la envergadura de la banda entre dos componentes; La FIG. 8 muestra una vista seccional de una estructura típica de una banda representando la colocación perpendicular preferida de un elemento de detección; La FIG. 9 muestra una vista lateral de una banda representando la colocación perpendicular preferida de un elemento de detección; La FIG. 10 muestra una vista seccional de una estructura típica de una banda representando la colocación paralela preferida de un elemento de detección; La FIG. 11 muestra una vista lateral de una banda representando la colocación paralela preferida de un elemento de detección; La FIG. 12 muestra una vista seccional de una estructura típica de una banda representando la colocación horizontal preferida de un elemento de detección; La FIG. 13 muestra una vista lateral de una banda representando la colocación horizontal preferida de un elemento de detección; La FIG. 14 es una vista elevada que muestra un método de construcción preferido de un elemento de detección; La FIG. 15 es una vista elevada que muestra un método de construcción preferido de un elemento de detección; La FIG. 16 es una vista elevada que muestra un método de construcción preferido de un elemento de detección; La FIG. 17 es una vista elevada que muestra un método de construcción preferido de un elemento de detección; La FIG. 18 es una vista elevada que muestra un elemento de detección preferido; La FIG. 19 muestra una elevación de una porción de una transmisión dentada típica con una modalidad preferida ilustrada de un dispositivo competo de detección,- La FIG. 20 muestra una vista auxiliar del mismo dispositivo de detección que el de la FIG. 19; La FIG. 21 muestra una vista seccional de una banda representando una posición preferida de los elementos de detección y cómo los elementos están conectados al circuito electrónico; La FIG. 22 muestra un diagrama de bloque representando el camino de la señal a través de los componentes principales del dispositivo de detección y la comunicación con dispositivos externos al sensor; La FIG. 23 muestra una señal generada a unan vibración de la envergadura de 55Hz; La FIG. 24 muestra un espectro de la señal de la FIG. 23; La FIG. 25 muestra una señal generada a una vibración de la envergadura de 30Hz; La FIG. 26 muestra un espectro de la señal de la FIG. 25; La FIG. 27 muestra una señal tomando un evento de uno por revolución; La FIG. 28 muestra una señal de los pulsos de una banda dentada; La FIG. 29 muestra una vista lateral de una banda representando una sección opuesta de un elemento de detección; La FIG. 30 muestra una vista lateral de una corres representando la colocación perpendicular preferida de dos elementos de detección utilizando la cancelación de la señal; y La FIG. 31 muestra la señal de las pulsaciones de una banda dentada y un efecto de una banda contaminada.

Descripción de las Modalidades Preferidas Las características de la invención incluyen un dispositivo de detección y una metodología de análisis de señal particularmente apropiada para establecer la condición operacional de una banda de transmisión y predecir cuando la banda y/o sus componentes relacionados deben de ser reemplazados para evitar una falla en la transmisión, otra de las características de la invención es un circuito electrónico 51 y elementos de detección 36 como se muestran en la FIG. 22 que operan por medios capacitivos unidos con la electrocapacitancia y las propiedades piezoeléctricas para recolectar señales de información sin tocar la banda. Los elementos de detección 36 son capaces de detectar la banda a través de una estructura estática, a saber, un revestimiento de la banda. La naturaleza de la detección la hace particularmente bien adaptada para detectar eventos dinámicos armónicos y transitorios del paso de la banda. El circuito electrónico puede realizarse en varias maneras por aquel experto en la materia de capacitancia, electrocapacitancia y detección de circuitos piezoeléctricos . La publicación Capacitive Design and Applications , Larry K Baxter, IEEE, Piscataway, NJ, es una excelente fuente de ejemplos de dicho circuito. Un nuevo acercamiento para utilizar transistores MOS (semiconductor de oxido de metal) descritos en esa publicación es preferible debido a la facilidad con la que dichos elementos pueden integrarse a un circuito de señal mezclado, pero en términos de esta invención, cualquier circuito de señal capacitivo con las propiedades adecuadas se pueden utilizar. Esta porción del circuito está referida como un circuito análogo 51. Los elementos de detección unidos al circuito análogo están colocados alrededor de la estructura objetivo de la banda para generar mejor la entrada de la señal deseada. Los elementos de detección 51 comprenden dos electrodos colocados adyacentes que crean una capacitancia definida y proyectan un campo capacitivo. Los electrodos están orientados hacia la banda objetivo de tal manera que las propiedades dieléctricas cambiantes de la banda afectarán al campo capacitivo de cierta manera que cause un cambio en la capacitancia de los electrodos, lo cual es detectado por el circuito análogo unido 51. Los elementos de detección también detectan la carga electrocapacitiva generada en la banda que es el resultado de las propiedades piezoeléctricas del material del que está compuesta la banda por medio de un enlace inductivo.

UN elemento de detección 36 colocado frente a la estructura de la banda, como se muestra en las FIGS. 8 y 9, causará una señal de respuesta que es particular al paso de la estructura dentada 21. La señal de respuesta del elemento se muestra en la FIG. 28 donde la distancia 80 corresponde al extremo dentado de la banda 17.

En términos de la invención, dos o más elementos de detección 36, 38 colocados como se muestra en las FIGS. 8,9 y FIG. 13 espaciados por múltiples extremos dentados de la banda 16 que tendrán el efecto de incrementar una señal de respuesta de los dientes que pasan.

Un elemento de detección 37 orientado hacia la extensión en la dirección principal del movimiento de la banda como se muestra en las FIGS. 19 y 20, de manera predominante causarán una señal de respuesta que es particular al movimiento lateral 27 como se muestra en la FIG. 7 de la envergadura de la banda. 14. El movimiento lateral normalmente es el resultado de una vibración natural de la envergadura. La FIG. 23 muestra una señal de respuesta típica de una vibración natural de la envergadura 27 mostrada en la FIG. 7 con un periodo de oscilación 84 y una amplitud 73. La FIG. 24 muestra un espectro de frecuencia de esa señal donde 74 denota la frecuencia natural 71 de la envergadura de la banda 14. Un elemento de detección 37 con un tamaño equivalente a tres o más extremos dentados de la banda 16 es insensible al paso de la banda dentada y por lo tanto actuará como filtro para las señales de engranaje generadas por la banda dentada. El elemento de detección sólo detectará las frecuencias relacionadas con el engranaje 70 si se presentan en un movimiento lateral 26 de la envergadura de la banda.

Un sensor que comprende varios elementos de detección 36, 37, y 38, como se muestra en la FIG. 21, se conecta al circuito análogo 51 utilizando un interruptor de multiplexación 50. El interruptor de multiplexación es controlado por el MPU 53 mostrado en la FIG. 22 y hace posible muestrear la señal desde cada elemento de detección 36, 37, y 38, de manera individual, de manera colectiva o en la combinación requerida por la estrategia DSP empleada.

Un par de elementos de detección 36 están colocados en el lado opuesto o en el mismo lado de la banda, como se muestra en la FIG. 30, en tal distintiva colocación que están espaciados por un incremento de medio extremo de la banda 45 y, como consecuencia, una está viendo hacia una punta dentada mientras que la otra esta apuntando hacia una raíz. Esta configuración del elemento de detección causa efecto en una reducción significante en la señal de respuesta debido al paso de los dientes de la banda 20 por la naturaleza de las señales 46, 47 cancelando la una a la otra 81 como se muestra en la FIG. 30 donde el diagrama 81 ilustra esta cancelación. Esto es particularmente benéfico cuando el sensor está hecho para observar una OPRSE (evento de señal de una por revolución, por sus siglas en inglés) o cuando se busca un daño interno en la estructura o un desgaste en la banda. Una OPRSE aparece cuando hay un daño debido a una deficiencia estructural o cuando se detecta algún deterioro de la banda 17. En la mayoría de los casos, la banda dañada comenzará en un punto y, en el curso de una siguiente operación, se expandirá, causada una falla en toda la banda. Una OPRSE es una indicación de que la banda 17 está fallando y que debe de ser remplazada rápidamente. La FIG. 5 muestra dos tipos de daño en la banda que comúnmente son indicados por una OPRSE: una ruptura incipiente de una cuerda 22 y una deficiencia en el polímero 23. La FIG. 6 muestra daño en la banda 17 debido a una estructura dentada deficiente 24 o a un diente roto 25. Estos tipos de daños aparecerán en un rastreo de la señal como un evento de señal claramente discernible. Un ejemplo del mencionado rastreo de la señal se muestra en la FIG. 27 donde el extremo de la señal 79 representa a dicha OPRSE en un punto particular de la banda, mientras que la distancia 78 representa una revolución completa de la banda que pasa por los elementos de detección. El extremo de la señal 79 puede sumarse sobre un número de ciclos antes o después de una comparación con un nivel de umbral para evitar señales perdidas o desviadas y falsas alertas.

Si una banda 17 usado en una transmisión como se muestra en la FIG. 1 se contamina con fluidos como aceite, anticongelante, o cualquier otro fluido contaminante que puede dejar algún residuo en la banda causando un cambio suficiente en sus propiedades dieléctricas y/o electrocapacitivas , el ensamble del sensor detectará la presencia de los fluidos y registrará un cambio en todo el umbral de la señal como se muestra en la FIG. 31 donde 82 denota el nivel de la señal medida antes de la contaminación y 83 denota el nivel de la señal medida después de la contaminación.

La FIG. 1 muestra una de las aplicaciones primarias para la invención como un dispositivo de monitoreo para bandas de transmisión utilizadas para mantener sincronía de los ejes de leva en motores de combustión interna y comúnmente referidos como transmisiones dentadas. En la banda de transmisión, el nuevo sensor 30 se coloca adyacente a una rueda dentada del eje de levas 7. En esta posición, el sensor 30 está mejor equipádo para monitorear a la transmisión y detectar cualquier anomalía de salida hacia la banda 17 así como también para detectar cualquier daño en la banda. Ya que el sensor opera por 30 medios de no contacto, esta espaciado como se muestra en la FIG.' 2 con suficientes aberturas 34 y 35 para no interferir con la estructura de la banda en movimiento 17. El sensor 30 tiene todos los elementos de detección 36, 37, 38 y la electrónica necesaria alojada en su estructura, como se muestra con la línea punteada dentro de la FIG. 22, la cual permite que el sensor opere de manera autónoma. El sensor 30 está conectado al controlador del motor del vehículo y puede funcionar como un suplemento normalmente practicado del controlador maestro del motor del vehículo 58 y comunicarse con el controlador por medio de un cable 31 o una antena inalámbrica 32. El trayecto de la señal es el siguiente: el elemento de detección 36 detecta la banda 17 por medio del campo eléctrico 72. El elemento 36 está unido al circuito análogo 51 por medios de multiplexación 50 mostrados en la FIG. 21. el circuito genera una señal análoga 61 que es convertida en una corriente de datos digitales por medio de un adaptador A/D 52 y se almacena en una unidad de micro procesamiento MPU 53. El MPU 53 realiza el procesamiento de la señal digital DSP por medio de un algoritmo incluido. Un DSP adecuado es bien conocido por aquellos expertos en la materia del análisis de señales digitales.

El ensamble del sensor 30 puede operar como una unidad independiente con una batería incluida para el suministro de poder que permita la operación de manera independiente del poder suministrado al vehículo. Esta opción es particularmente adecuada para aplicaciones posteriores al mercado.

La electrónica incorporada en el ensamble del sensor 30 se comunica con el vehículo, ya sea a través de un cable o sin cable, utilizando un protocolo serial de comunicación automotriz, por ejemplo, LIN (Red de interconexión local, por sus siglas en inglés) o CAN (Red de controlador de área, por sus siglas en inglés) 57, o algún derivado de dichos protocolos (FIG. 22) .

La electrónica incorporada en el ensamble del sensor 30 tiene un microcontrolador incluido MPU 53 el cual es previamente programado con un algoritmo capaz de tomar decisiones independientes basándose en la señal detectada si ocurre alguna falla inminente en la banda o en la transmisión.

El ensamble del sensor 30 puede utilizarse como una herramienta del sistema de monitoreo donde el sensor puede de manera periódica, o si se solicita, transmitir parámetros almacenados del desempeño del tiempo de la transmisión, como la tensión de la banda o el rastro de torsión de un eje de leva, al controlador ECU del vehículo 58. El parámetro de desempeño puede trasmitirse de manera inalámbrica al fabricante del vehículo si el vehículo está equipado con una comunicación de enlace ascendente o descargado en la fecha establecida de mantenimiento para una base de datos OEM de un vehículo 59.

Los elementos de detección pueden ser manufacturados de varias maneras bajo la condición de que el tamaño de la detección deseada y el valor de capacitancia se logre a parte de sintonizar el área de superficie de los elementos, lo que determina la capacidad de detección de los elementos de detección para efectos electrocapacitivos . El elemento base de detección está hecho de dos estructuras metálicas que están espaciadas con una distancia predispuesta por un componente dieléctrico. La FIG. 14 muestra un elemento de detección que comprende dos barras paralelas de cobre 40 y 41 que han sido esbozadas en una PCB (panel de circuito impreso, por sus siglas en inglés) 39 utilizando métodos de fabricación de paneles de circuitos de la industria electrónica estándar. La FIG. 15 muestra como la barra de cobre 40 rodeada por la barra de cobre 41 con forma de U incrementa la capacitancia del elemento de detección mientras que mantiene una pequeña huella. La FIG. 16 muestra dos barras de cobre 40 y 41 con forma de herradura. La FIG. 17 muestra otra manera de hacer un elemento de detección enroscando dos cables 40 y 41 cada uno enfundado en un dieléctrico. El grosor de la cubierta del cable delimita la distancia entre los dos cables que constituyen los electrodos. La FIG. 29 muestra dos placas metálicas o tiras 42 soldadas en los lados contrarios del material dieléctrico, donde la distancia entre ellos es equivalente a la mitad o a toda la distancia del extremo de la banda dentada 16 de la banda objetivo 17. La estructura del elemento de detección esta hecha para detectar el paso de la estructura dentada de la banda.

Modalidades Preferidas del Método Los elementos de detección 36, 37 y 38, conectados a un circuito análogo 51, salen hacia una señal alternada análoga continuamente modulada como se muestra en la FIG. 28. la señal es convertida y transferida a una unidad de almacenamiento y calculación MPU 53 unida al circuito análogo 51. Basado en la señal un algoritmo DSP incorporado calcula la velocidad instantánea de la banda de transmisión .

El elemento de detección 37 conectado a un circuito análogo 51, salen hacia una señal alternada análoga continuamente modulada como se muestra en las FIG. 23 y 25. La señal es convertida en una señal binaria y transferida a una unidad de almacenamiento y calculación MPU 53 unida al circuito análogo 51. basándose en dicha señal, el MPU 53 con el algoritmo DSP integrado, calcula una frecuencia natural 74 de la envergadura particular de la banda a la cual el elemento de detección se encuentra adyacente. Para cualquiera experto en la materia de bandas de transmisión, la frecuencia calculada 74 puede estar correlacionada al nivel de tensión en la envergadura de la banda. Un cambio en la frecuencia 74 como se muestra en la FIG. 26 es por lo tanto indicativa de un cambio en la tensión de la banda. El monitoreo de la frecuencia proporciona un medio para detectar si el nivel de la tensión en la banda ha cambiado el umbral externo operacional predeterminado . Incluso, si la señal mostrada en la FOG. 25 exhibe contenido adicional de la frecuencia, como en la porción incluida 77, la señal es indicativa de un movimiento adicional inducido de la envergadura de la banda. El componente de la frecuencia es comúnmente asociado con la banda y la unión de la rueda dentada 26 y será idéntico con la señal de frecuencia medida del paso de la banda dentada 20. Este fenómeno se agrava por un mal emparejamiento en dicha unión 26 como resultado de una tensión incorrecta aplicada a la estructura de la banda. Otra porción del algoritmo DSP incorporado en el MPU 53 está diseñada para monitorear la ocurrencia y magnitud de dicha frecuencia y para comparar dicha señal con límites operacionales predeterminados . En el caso de que el umbral de la señal deba sobrepasar los límites operacionales, el algoritmo incluido en el MPU 53 genera una alarma defectiva de la banda de transmisión.

La señal generada por el paso de los dientes 20 se utiliza al calcular (DSP) el ángulo de fase de torsión del eje de leva. Los datos son recopilados como el rastro de la transmisión de torsión y puede ser utilizada para diagnosticar un cambio en condiciones operacionales de la banda de transmisión.

El MPU 53 incluido en el sensor 30 tiene un algoritmo DSP incorporado que monitorea las señales derivadas de los elementos de detección 36, 37, 38 y 42 y determina si la banda objetivo 17 o el comportamiento operacional exhibido de la transmisión de la banda que es conducido a causar una falla en la banda 17 o en la transmisión de la banda. En el caso de una falla inminente, el algoritmo genera un código de falla que puede ser utilizado para notificar al conductor/operador que el vehículo debe llevarse prontamente a servicio, o el código de falla puede ser transmitido al OEM del vehículo a al proveedor del servicio para una acción posterior.

El sensor 30 está conectado al arnés del cable del vehículo por medio de un conector N33N. El algoritmo incluido se comunica por medio del arnés del cable del vehículo ECU Unidad de control del motor, por sus siglas en inglés) utilizando un protocolo digital de comunicación en red LIN/CAN 57.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método para determinar la condición física y estructural de una banda movible compuesta de polímero y fibra bajo condiciones normales de operación que comprende, detectar las propiedades instantáneas dinámicas dieléctricas y electrocapacitivas de una porción de la banda en la medida en la que la banda se mueve por medio de un dispositivo de detección de capacitancia para producir señales instantáneas de capacitancia, separar las señales instantáneas de capacitancia dinámica producidas por al menos un elemento de detección del dispositivo de detección desde cualquier señal de capacitancia estática simultáneamente presente, comparar las señales instantáneas de capacitancia dinámica con un nivel de umbral de una señal de capacitancia dinámica y, en respuesta a una brecha cíclica del nivel de umbral de la señal de capacitancia dinámica por las señales instantáneas de capacitancia dinámica, accionando una señal de salida.

2. El método de la reivindicación 1 donde las señales instantáneas de capacitancia dinámica que separan el nivel de umbral de la señal de capacitancia dinámica se suman sobre un periodo de tiempo predeterminado previo a la activación de la señal de salida.

3. El método de la reivindicación ldonde la señal de salida es una señal de alerta.

. Un dispositivo de detección de capacitancia comprende por lo menos un elemento de detección adaptado para una locación adyacente de una banda normalmente movible compuesta de polímero y fibra. dicho elemento de detección adaptado para producir una señal eléctrica cíclicamente cambiante en respuesta a cambios dinámicos en las propiedades dieléctricas de la banda a medida que la banda se mueve y pasa por el dispositivo de detección, y medios eléctricos computacionales incluyendo por lo menos un convertidor de análogo a digital, un microprocesador y medios para proporcionar una señal de salida en respuesta a una brecha cíclica de un nivel de umbral de cambio dinámico en el dieléctrico de la banda.

5. El dispositivo de detección de la capacitancia de la reivindicación 4 donde una pluralidad de elementos de detección están agrupados sobre y por lo menos un lado de la banda.

6. El dispositivo de detección de la capacitancia de la reivindicación 4 donde una pluralidad de elementos de detección están espaciados adyacentes a la banda en locaciones a lo largo de la dirección del movimiento de la banda.

7. El dispositivo de detección de la capacitancia de la reivindicación 4 donde la señal de salida es una alerta.

8. Un método para determinar la condición física de una banda compuesta de polímero y fibra en movimiento bajo condiciones normales de operación que comprende, detectar el campo electroestático dinámico instantáneo de una porción de la banda en la medida en la que la banda se mueve por medio de un dispositivo de detección para producir señales dinámicas instantáneas, separar las señales dinámicas instantáneas producidas por al menos un elemento de detección del dispositivo de detección de alguna señal estática de manera simultánea presente, comparar las señales dinámicas instantáneas con un nivel umbral de la señal dinámica y, en respuesta a una separación cíclica del nivel del umbral de la señal dinámica por las señales dinámicas instantáneas, activando una señal de salida.

9. El método de la reivindicación 8 donde las señales instantáneas dinámicas que separan el nivel del umbral se suman sobre un periodo de tiempo predeterminado antes de activar la señal de salida.

10. El método de la reivindicación 8 donde la señal de salida es una señal de alerta.

11. Un dispositivo de detección que comprende por lo menos un elemento de detección adaptado para una locación adyacente de una banda movible compuesta de polímero y fibra, dicho elemento de detección adaptado para producir una señal eléctrica que de manera cíclica cambie en respuesta a cambios dinámicos en el campo electroestático de la banda en la medida en la que la banda se mueve y pasa el dispositivo de detección, y los medios computacionales eléctricos, incluyendo por lo menos un convertidor de análogo a digital, y un microprocesador y medios para proporcionar una señal de salida en respuesta a una abertura cíclica del nivel del umbral del cambio dinámico en el campo electroestático de la banda.

12. E dispositivo de detección de la reivindicación 11 donde una pluralidad de elementos de detección están agrupados sobre y por lo menos de un lado de la banda.

13. El dispositivo de detección de la reivindicación 11 donde una pluralidad de elementos de detección están espaciados adyacentes a la banda en locaciones a lo largo de la. dirección de movimiento de la banda.

14. El dispositivo de detección de la reivindicación 11 donde la señal de salida es una señal de alerta.

15. Un método para determinar la condición física y la deterioración de una banda en movimiento compuesta de polímero y fibra bajo condiciones normales de operación comprende, detectar la carga eléctrica generada por la unión piezoeléctrica presente en una porción de la banda a medida que la banda se mueve por medio de un sensor de carga de no contacto por donde la señal se produce en respuesta a la densidad instantánea de la carga de la porción de la banda.

16. El método de la reivindicación 15 donde la señal es proporcional a la densidad de la carga.

17. El método de la reivindicación 15 donde las señales producidas sobre un periodo de tiempo seleccionado que separan un nivel especifico del umbral son sumadas previo a la activación de la señal de salida.

18. El método de la reivindicación 17 donde la señal de salida es una señal de alerta.

19. Un dispositivo de detección que comprende por lo menos un elemento de detección electro- conductivo para ser alineado con la dirección del movimiento de la banda por lo menos un elemento de detección electro- conductivo para estar perpendicular a la dirección del movimiento de dicha banda y por lo menos un elemento de detección electro- conductivo que se encuentre en un plano paralelo a la dirección de movimiento de dicha banda, el elemento de detección mencionado configurado para por lo menos de manera parcial rodear una porción de dicha banda que ahí mismo está en movimiento. Resumen Un aparato y método con la capacidad de monitorear bandas sin fin y sistemas relacionados con la transmisión de bandas por medio de sensores de no contacto para detectar el desgaste o el funcionamiento anormal, así como determinar el estado del sistema de la banda de transmisión y detectar tempranamente fallas tanto en la banda como en el sistema. Una unidad de detección que consta de uno o más elementos de detección independientes, es colocado adyacente a en proximidad con la banda, por ello pudiendo monitorear varios modos normales de operación que ocurren de manera simultánea en la banda. El sensor puede determinar el estado físico de toda la transmisión dentada de manera continua al procesar las señales recolectadas y detectar el daño estructural. La información recolectada es procesada por un microcontrolador integrado con el sensor. El aparato y el método para monitorear bandas sin fin desgastadas o un funcionamiento anormal utiliza un capacitor de no contacto de selección compuesta de uno o varios elementos de detección colocados adyacentes a o en proximidad a la banda y conectado a un circuito electrónico que está particularmente adaptado para detectar el cambio dinámico de capacitancia unido con efectos electrocapacitivos y piezoeléctricos exhibidos por la banda. El aparato también posteriormente es capas de monitorear componentes de transmisión relacionados con la banda al detectar si la banda está afectada por la función anómala de los componentes relacionados. El sensor monitorea de manera continua a la banda durante la operación normal de la transmisión de la banda. El sensor particularmente está adaptado para detectar las bandas que actualmente están siendo utilizadas en los talleres, en aplicaciones industriales y automotrices y con características de un polímero matriz con un soporte interno cargado con cable de fibra .