MXPA05000489A

MXPA05000489A - Dispositivo compacto para medir la velocidad y la direccion de rotacion de un objeto.

Info

Publication number: MXPA05000489A
Application number: MXPA05000489A
Authority: MX
Inventors: Bernard Parmentier
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-03-23
Also published as: CA2492729A1; US20050235761A1; NO337833B1; CA2492729C; CN100378437C; EP1523659A1; CN1672014A; RU2346243C2; FR2842913A1; AU2003255524A1; WO2004010089A1; NO20050070L; FR2842913B1; US7406883B2; RU2005104958A

Abstract

La invencion se refiere a un dispositivo para medir la velocidad y direccion de rotacion de un objeto (3) cerca del cual esta colocado. Comprende: - un dispositivo de deteccion magnetico (2) que suministra, en respuesta a la rotacion del objeto (3) que genera una variacion de campo magnetico, senales representativas de su velocidad y direccion de rotacion, - un conductor (4) destinado a estar conectado a una fuente de energia para suministrar corriente hacia el dispositivo de deteccion magnetico (2) por lo menos, - medios receptores de corriente (6) colocados entre el dispositivo de deteccion magnetica (2) y el conductor (4) que crean, a partir de senales que provienen desde el dispositivo de deteccion magnetico (2), una modulacion de la corriente (lout) que fluye en el conductor (4), la corriente modulada (lout) refleja tanto la velocidad como la direccion de rotacion del objeto (3) Aplicacion particularmente en la industria petrolera.

Description

DISPOS ITIVO COMPACTO PARA M EDIR LA VELOCIDAD Y LA DIRECCIÓN DE ROTACIÓN DE UN OBJETO CAM PO TÉCNICO La presente invención se refiere a dispositivos compactos para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3). El dispositivo es adecuado para operar en ambientes adversas: bajo alta presión, a temperaturas elevadas y en presencia de fluidos corrosivos, por ejemplo. Su aplicación puede ser en particular en los sectores petrolero, nuclear, robótica, automotriz, etc. En el sector petrolero, se lleva a cabo una inspección de los pozos productores de hidrocarburos. Para hacer esto, se busca adquirir, en una manera tan precisa como sea posible, una cierta cantidad de datos con relación al fluido de fase múltiple que fluye en el pozo. Estos datos son por ejemplo la naturaleza, la velocidad de flujo y la proporción de las diferentes fases del fluido. En el sector automotriz, se busca por ejemplo encontrar la velocidad y la dirección de rotación de las ruedas de u-n vehículo a * fin de activar o no el sistema antibloqueo de rueda. 2 ESTADO DE LA TÉC N ICA ANTE RIOR Regresaremos ahora al sector petrolero. En un pozo productor de hidrocarburo, generalmente se está confrontado con un fl ujo trifásico formado de petróleo, gas y agua. Esas fases del fluido no tienen la misma densidad, no se mueven a la misma velocidad , no están presentes en las mismas proporciones y no entran al pozo en la misma ubicación. La distribución de las diferentes fases del fluido en flujo no es la misma dependiendo de si el pozo es vertical, inclinado u horizontal. De hecho, debido a la diferencia en la densidad de las diferentes fases del fluido, dichas fases se estratifican de manera progresiva a medida que se incrementa la inclinación del pozo. En una misma sección de un pozo que está inclinado o inclusive horizontal, se puede estar confrontado con varias fases que se mueven a diferentes velocidades y no siempre en la misma dirección. A fin de determinar la naturaleza de las fases de fluido en el pozo y sus proporciones, se pueden utilizar sensores ópticos y/o sensores de resistividad. Se pueden utilizar también mediciones de » capacidad nuclear o de densidad. Para determinar la velocidad y la dirección de rotación de los flujos en el pozo, se proporcionan varios propulsores en el pozo, en donde cada uno está destinado para girar, impulsado por el fluido en el cual está sumergido. Se combinan estos propulsores con un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación a fin de 3 te ner la capacidad de adquirir los valo res de esos pa rám etros . E s preferible que esta combinación sea sin contacto a fin de evitar la alte ración del movimiento libre del propulsor. Con por lo me nos u n i mán integ ra l con el propulsor, su rotació n genera u na variación d e cam po magnético que pueden detectar uno o bien varios senso res magnéticos. Esta variación de campo magnético es representativa de la ve l oci dad y la dirección de rotación del pro pulsor. Otra restricción que se debe considerar es que el dispositivo para m edir la velocidad y dirección de rotación está provisto con u n número de conductores, para conexión al exterior y tan peq ueños como sea posible. De hecho, dicho dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación debe, en primer lugar, ser suministrado con energía y, en segundo lugar, suministrar señales que corresponden a las mediciones que lleva a cabo. La fuente de energ ía puede ser colocada en la superficie o en un recinto a prueba de derrame colocado en el pozo cerca del dispositivo de medición. Un d ispositivo para procesar las señales suministradas por el dispositivo de medición también es colocado en dicho recinto. También se coloca » en dicho recinto un dispositivo para procesar las señales sumin istradas por los sensores ópticos y/o de resistividad. Dentro d e dicho recinto existe una presión diferente a aquella del pozo , y general mente es presión atmosférica. Los pasajes a prueba d e derrame deben estar provistos para los conductores que conectan los sensores y el dispositivo para medir la velocidad y la d irección de 4 rotación para los dispositivos de procesamiento y la fuente de energía . La formación de estos pasajes siempre es incómoda y es mejor no multiplicar su número debido al amontonamiento que ellos ocasionan a fin de no favorecer los derrames. En una aplicación nuclear, también es necesario reducir al mínimo el número de conductores combinados con el dispositivo de medición, sí dicho dispositivo de medición está colocado en un recinto radioactivo. Varios tipos de sensores de movimiento magnético capaces de medir una velocidad y/o dirección de rotación están comercialmente disponibles. Sin entrar en detalles del principio de operación de dichos sensores, ya sean sensores de efecto may, sensores de magnetorresistencía o sensores de magnetorresistencia gigantes, pueden ser clasificados en dos categorías principales. La primera categoría cubre sensores de tipo lineal, un sensor en esta categoría comprende por lo menos una parte sensible que es sensible a la intensidad de un campo magnético. Su salida proporciona señales analógicas en voltaje relativamente bajo. Dichas señales son proporcionales a la intensidad del campo magnético. « Este tipo de sensor está conectado de manera común a un circuito para procesamiento de dichas señales. El circuito es más bien complejo; comprende amplificadores, comparadores, fuentes de corriente integradas y circuitos de control de voltaje, de una manera para proporcionar señales adecuadas. A fin de ser de tamaño reducido, este circuito complejo debe tomar la forma de u n circu ito 5 integrado específico conocido por la abreviatura ASIC (Circuito I ntegrado Específico de Aplicación), lo cual incrementa de manera considerable los costos de desarrollo y el precio de costo del componente cuando solamente puede ser fabricado en pequeñas cantidades. El número de conductores unidos a este tipo de dispositivo es por lo menos de tres, aunque de manera común son más. La segunda categoría cubre sensores de tipo digital, o todos o ninguno. Estos sensores de producción masiva comprenden por lo menos una parte sensible y un circuito electrónico que suministra información digital. Proporcionan una señal cuando detectan un cierto umbral de campo magnético. Sin relacionarse con su rendimiento de temperatura, el cual no siempre es óptimo, este tipo de sensor de velocidad con frecuencia no permite una detección de la dirección, y cuando la permiten, están provistos con por lo menos cuatro conductores. Además, si la velocidad de rotación es lenta, la resolución de la medición de la velocidad no es buena, la señal suministrada comprende en forma general dos impulsos por rotación del objeto cuando se combina el objeto con un imán simple. Si se * van a utilizar más imanes, se incrementaría el agrupamiento del objeto en la rotación, la cual no siempre es posible y sería necesario colocar el sensor más cerca del objeto en rotación debido al cierre de las líneas de campo magnético desde un imán a otro. 6 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La intención específica de la presente invención es proponer un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación de un objeto, el cual no tiene las desventajas mencionadas con anterioridad. Consta de un dispositivo para medir la velocidad y la d irección de rotación de un objeto que es particula rmente compacto , el cual es adecuado para operar en ambientes adversos y que tiene el menor número posible de conductores electrónicos para su suministro de energía y la transmisión de la información que proporciona. Dicho dispositivo tiene que operar sin contacto con el objeto en movimiento. A fin de alcanzar los objetivos, la presente invención utiliza un dispositivo de detección magnético combinado con medios receptores de corriente que crean, en el conductor de fuente de energía del dispositivo de medición magnético, una modulación de la corriente que fluye en el mismo. La modulación se lleva a cabo de tal manera que codifica tanto la información relacionada con la velocidad como la dirección de rotación del objeto. Por lo tanto, la corriente consumida por el dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación transfiere la búsqueda después de la información. De manera más precisa, la presente invención se refiere a un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación de un objeto cerca del cual está colocado. Comprende 7 - un dispositivo de detección magnético que proporciona, en respuesta a una rotación del objeto que genera una variación de campo magnético, señales representativas de su velocidad y dirección de rotación, - un conductor destinado a ser conectado a una fuente de energía para suministrar corriente hacia el dispositivo de detección magnético por lo menos, - medios receptores de corriente colocados entre el dispositivo de detección magnético y el conductor que crea, a partir de las señales que provienen desde el dispositivo de detección magnético, una modulación de la corriente que fluye en el conductor, la corriente modulada que refleja tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto. Los medios receptores de corriente pueden comprender por lo menos un ensamble en serie formado de un resistor y un elemento de conmutación, por ejemplo un transistor. La frecuencia de la corriente modulada o el número de transistores que tiene refleja la velocidad de rotación del objeto. El dispositivo de detección magnético puede ser un sensor , lineal que suministra dos pares de señales fuera de fase una con la otra, las señales que son relativas a la posición angular del objeto. El dispositivo de medición puede comprender dos comparadores, la entrada de cada uno que recibe las señales de un par, la salida de cada comparador que está conectada al conductor 8 por medio de un resistor de un ensam ble en serie, los dos resistores «que tienen diferentes valores. En una configuración preferida, cada comparador incluye un elemento para conmutar los medios receptores de corriente. La corriente modulada puede tener una primera forma asimétrica cuando el objeto gira en una dirección y la misma forma aunque vista en un espejo cuando el objeto gira en la otra dirección . En otra configuración, el dispositivo de detección magnético es u n sensor digital que suministra una señal representativa de la velocidad y una señal representativa de la dirección de rotación del objeto. La corriente modulada puede tener una relación cíclica mayor que un umbral predeterminado cuando el objeto gira en una dirección y una relación cíclica menor que el umbral predeterminado cuando el objeto gira en la otra dirección. El dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto puede comprender dos comparadores, la entrada de cada uno que recibe las señales de un par, medios de codificación de la dirección de rotación del objeto, la entrada de los cuales está * conectada a la salida de los comparadores, medios de mezcla, la entrada de los cuales está conectada a la salida de los comparadores y a la salida de los medios de codificación, la salida de los medios de mezcla que suministra una señal única que refleja la velocidad y dirección de rotación del objeto, dicha señal única que controla los medios receptores de corriente.

Los medios de codificación de ia dirección de rotación pueden comprender un conmutador regulable D. El dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de u n objeto puede comprender medios para mezcla, la entrada de los cuales está conectada al dispositivo de detección magnético y la salida de los cuales suministra una señal única que refleja la velocidad y dirección de rotación del objeto, dicha señal única que controla los medios receptores de corriente. Los medios de mezcla pueden estar formados por un circuito en base a puertas lógicas. El dispositivo de detección magnético, el conductor y los medios receptores de corriente por lo menos pueden ser encapsulados en un recinto hecho de material non magnético, ei conductor que es accesible desde el exterior del recinto. El recinto puede ser formado de metal tal como titanio o acero inoxidable. El dispositivo de detección magnético está conectado a otro conductor de su fuente de suministro, ei otro conductor que permanece confinado dentro del recinto. La presente invención se refiere también a un sistema magnético para adquirir datos en un flujo, de manera particular para pozos de hidrocarburos, el cual comprende un dispositivo de medición así caracterizado, y del cual el objeto toma la forma de un propulsor no magnético integrado con por lo menos un imán. 10 A fin de alterar tan poco como sea posible el flujo en el cual está sumergido el propulsor, el propulsor y el dispositivo de medición son colocados en la misma línea uno en relación con el otro, a lo largo del eje de rotación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIB UJ OS La presente invención se comprenderá en forma más clara al leer la descripción de las modalidades que se proporcionan , solamente a manera de indicación y de ninguna manera como limitante, y por medio de referencia a los dibujos anexos en los cuales: La figura 1 es un diagrama eléctrico de una primera modalidad de un dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de acuerdo con la invención. La figura 2 es un diagrama eléctrico de un dispositivo de detección magnético que podría ser utilizado en la figura 1. La figura 3 es un diagrama eléctrico de un comparador que podría ser utilizado en la figura 1. Las figuras 4A a 4D son diagramas de sincronización de los componentes Is, Ivcl, Ivc2, Ivc, de la corriente lout que fluye en el conductor del dispositivo que mide la velocidad y dirección de rotación en la figura 1 , la figura 4E que proporciona la forma de la corriente lout. 1 1 La figura 5 es un diagrama eléctrico de una segunda modalidad de un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación de acuerdo con la invención. La figura 6 es un diag rama eléctrico de medios de mezcla que podrían utilizarse en la figura 1. Las figuras 7A a 7D son diagramas de sincronización de la señal S suministrada por los medios de mezcla y los componentes Is , Ivc, de la corriente lout que fluye en el conductor de fuente de suministro del dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación en la figura 5, la figura 7D que proporciona la forma de la corriente lout. La figura 8A es un diagrama eléctrico de otra modalidad de un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación de acuerdo con la invención. La figura 8B es un diagrama eléctrico de los medios de mezcla que podrían ser utilizados en la figura 8A. La figura 9 es una representación de un sistema magnético para adquirir datos de acuerdo con la invención, que comprende una sección transversal del dispositivo para medir !a velocidad y la * dirección de rotación en la figura 1. Partes idénticas, similares o equivalentes en las diferentes figuras descritas a continuación tienen las mismas referencias numéricas a fin de facilitar el paso de una figura a otra. 12 Las diferentes partes mostradas en las figuras n o están necesariamente a una escala uniforme, a fin de hacer más fácil la com pren sión de las figuras .

D ESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESP ECÍF ICAS Se hará referencia a la fig ura 1 , la cual m uestra u n diag rama eléctrico de un dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotació n de un objeto de acuerdo con la invención . Esta es una configu ración preferida de la invención debido a q ue es particularmente simple, compacta y no costosa. Se asume que este dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación está destinado a ser utilizado en el campo de extracción de hidrocarburos y, en este caso, el objeto es un propulsor integral con por lo menos un imán . El dispositivo para medir la velocidad y I dirección de rotació n com prende, dentro de un recinto protector metálico no magnético 1 , un dispositivo de detección magnético 2 que suministra señales representativas de la velocidad y la dirección de rotación de un * objeto 3 con el cual coopera, el objeto 3 que al girar genera u na variación de campo magnético cerca del dispositivo de detección magnético 2. La variación de campo magnético es periódica cuand o la velocidad de rotación es sustancialmente constante. En este ejemplo, el propulsor tiene la referencia 30 y el imán la referencia 31 . Este recinto 1 puede también ser utilizado para una 1 3 conexión a tierra como se verá más adelante y, en este caso, se forma fuera de un material eléctricamente conductor. A fin de funcionar, una corriente eléctrica debe operar a través el dispositivo de detección magnética 2. Se pretende q ue esté conectado a una fuente de energía (no representada) por medio de un conductor de suministro de energía eléctrica 4. Dicho conductor 4, conectado al dispositivo de detección magnético 2, es accesible desde el exterior del recinto protector 1 . Dicho dispositivo de detección magnético 2 también está conectado a otro conductor eléctrico 5 de su suministro de energía. El otro conductor 5 también puede ser conectado a una segunda terminal (la cual, de manera general, es tierra) de la fuente de energía para el retorno de la corriente y, en este caso, sale de! recinto protector 1 como el conductor 4. En una modalidad particularmente interesante, dicho otro conductor 5 permanece confinado dentro del recinto protector 1 y se coloca en contacto eléctrico con el recinto protector 1 , el cual está conectado de manera general a tierra. En forma más precisa, el recinto protector 1 es colocado en el cuerpo de un dispositivo de adquisición de datos, en contacto eléctrico con éste, y éste es el ? cuerpo del dispositivo que está conectado a tierra. Existe solamente un solo conductor 4 que sale del recinto 1 . A fin de hacer que las señales suministradas por el dispositivo de detección magnético 2 sean accesibles sin incrementar el número de conductores eléctricos que salen del dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación del objeto, el dispositivo para medir 14 la velocidad y la dirección de rotación del objeto 3 comprende medios receptores de corriente 6 colocados entre el dispositivo de detección magnético 2 y el conductor eléctrico 4. Los medios receptores d e co rriente 6 reciben las seña les desde el dispos itivo d e detección magnético 2 , si es apropiado después del formateo , y crear en el conductor de su ministro de energía 4 una modulación de la am plitud de la corriente q ue circula en el mismo con las señal es desde el dispositivo de detección magnético. La corriente q ue fluye desde el conductor de suministro de energía 4 transfiere entonces la información con relación tanto a la velocidad como a la dirección de rotación del objeto. En esta modalidad, el dispositivo de detección mag nético 2 es un sensor de efecto de magnetorresistencia de la categoría de los sensores lineales. De hecho es un sensor de posición angular. Proporciona señales representativas del desplazamiento angular a que existe entre el campo magnético de giro y una dirección de referencia fija (por ejemplo la dirección de la corriente que fluye en los elementos que constituyen el sensor). Su diagrama equivalente se muestra en la figura 2. Para ser capaz de detectar dos tipos de información, en otras palabras la velocidad y la dirección de rotación , se necesitan dos celdas sensibles que van a suministrar las señales fuera de fase, por ejemplo por medio de p/2. En la modalidad descrita, el sensor magnético 2 comprende una primera celda sensible 20 y una segunda celda sensible 21 , en donde esas dos celdas sensibles están 1 5 co nf ig uradas cada una con cuatro elementos de magnetorres iste n ci a montados en un puente. Los elementos de magnetorresistencia son referidos como 201 a 204 para la primera celda sensible 20 y 21 1 a 214 para la seg unda celda sensible 21 . La resistencia d e dich os elementos varía como una función de la intensidad del cam po magnético. La primera celda sensible 20 suministra un par de se ñales de voltaje en oposición de fase , una proporcional a si no, y l a otra a sin(a-7t) . La segunda celda sensible 21 suministra un par de señales de voltaje en oposición de fase, una proporciona l a cosa y la Las dos celdas sensibles 20, 21 son parte del mismo sensor magnético lo que significa que tienen características similares y más o menos el mismo comportamiento de temperatura. En vez de utilizar dos celdas sensibles de un mismo sensor mag nético, se puede idear la utilización de dos sensores mag néticos d istintos. Esta configuración es menos ventajosa, ya que las mediciones pueden ser falsificadas, de manera particular en relación a la d irección de rotación, si e! dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación opera en un ambiente en el cual la * temperatura esté sujeta a variación y si los sensores tien en d iferentes sensibilidades. Cada par de señales de voltaje es aplicado a la entrada de un com parador, los comparadores son referidos C 1 para el prime r par y C2 para el segundo par. 16 La salida del primer comparador C1 es conectada por medio de un primer resistor de calibración R 1 al conductor eléctrico 4. La salida del segundo comparador C2 está conectada por medio de un segundo resistor de calibración R2 al conductor de suministro de energía eléctrica 4. Esos dos resistores de calibración R 1 y R2 tienen diferentes valores. Se puede seleccionar por ejemplo R2 = 2R 1 , en donde R 1 es igual a un kilo Ohm. Los valores de resistencia se seleccionan como una función de la modulación de amplitud de la corriente. Sin embargo, son posibles otros valores. Los comparadores asociados con los resistores de calibración R1 y R2 codifican las señales proporcionadas por el sensor de posición angular 3. Los comparadores C1 y C2 son comparadores integrados convencionales. Un comparador tiene dos estados de salida; suministra un voltaje de alto nivel o un voltaje de bajo nivel y hace esto como una función de las señales que son aplicadas a sus entradas. Un diagrama simplificado del principio de un comparador . convencional se muestra en la figura 3. Comprende como etapa de entrada un par diferencial formado por los transistores Q1 y Q2. La » entrada de inversión se hace en base al transistor Q1 . La entrada sin inversión se hace en base al transistor Q2. Dicho par diferencial es colocado entre dos terminales de suministro, por medio de, en un lado una fuente formada de un espejo de corriente que comprende los transistores Q6 y Q7 y una resistencia de polarización R' y, en el otro lado, una carga formada de un espejo de corriente que 17 comprende los transistores Q3 y Q4. Comprende una etapa de salida formada de un transistor colector abierto Q5. Dicho transistor Q5 es un transistor interruptor. La salida del comparador se hace en el colector del transistor Q5. En el dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación, es este conector el que está conectado al conductor 4 por medio de uno de los resistores de calibración R 1 , R2. Los resistores de calibración R1 y R2 reemplazan los resistores de descenso que son utilizados comúnmente en la salida de este tipo de comparador y que generalmente tienen valores de alrededor de 10 kilo Ohms. Se mencionará nuevamente la operación del comparador. Cuando el voltaje aplicado a la entrada sin inversión es más positivo que el voltaje aplicado a la entrada de inversión, el voltaje en la base del transistor Q5 desciende y el transistor Q5 se bloquea. El voltaje en la salida del comparador es tomado para el nivel alto; es igual al voltaje de suministro. El resistor de de descenso reduce el voltaje de salida del comparador para el voltaje de suministro cuado el transistor Q5 se bloquea. Cuando el voltaje aplicado a la entrada sin inversión es menos * positivo que el voltaje aplicado a la entrada de inversión, el voltaje en la base del transistor Q5 se incrementa y el transistor Q5 se satura. El voltaje de salida del comparador es tomado hasta el nivel bajo. Los comparadores C1 y C2 representados en la figura 1 pueden ser separados en un bloque de entrada en un bloque de entrada C 10, 18 C20 que comprende el par diferencial, la carga y la fuente, el bloque de entrada que es seguido por una etapa de salida C 1 1 , C21 formada del transistor Q5, en otras palabras un elemento de conmutación. Los medios receptores de corriente 6 son formados entonces a partir de dos ensambles en series 61 , 62, el primero 61 q ue comprende una etapa de salida C1 1 del comparador C1 y el resistor R1 en serie, el segundo 62 que comprende la etapa de salida C21 del comparador C2 y el resistor R2 en serie. Dichos medios receptores de corriente 6 son controlados por los voltajes aplicados a la base de cada uno de los transistores Q5 de la etapa de salida C1 1 , C21 de los dos comparadores C1 , C2. La corriente lout que fluye en el conductor de suministro de energía eléctrica 4 se puede separar en una corriente de suministro Is para el suministro del dispositivo de detección magnético 2 y los comparadores C1 , C2, una corriente Ivc absorbida por los medios receptores de corriente 6, dicha corriente Ivc separada en una corriente Ivc1 absorbida por el primer ensamble 61 de los medios receptores de corriente 61 de los medios receptores de corriente 6 y una corriente Ivc2 absorbida por el segundo ensamble 62 de los » medios receptores de corriente 6. La figura 4A muestra en forma esquemática la forma de la corriente Is, la figura 4B la forma de la corriente Ivc1 y la figura 4C la forma de la corriente Ivc2 como una función del tiempo. La figura 4D muestra la corriente Ivc absorbida por los medios receptores de corriente 6, la cual es la suma de la corriente Ivc1 y la corriente 1 9 Ivc2. Se asume que el objeto 3 hace u n giro en una dirección y un giro en la otra dirección. La corriente de suministro Is es sustancialmente constante d urante el tiempo cuando el objeto 3 es impulsado en rotación . La corriente Ivc1 , Ivc2 están fuera de fase por %I2 ya que una refleja el seno y la otra el coseno de un mismo ángulo. Cuando el objeto gira en una dirección, la corriente Ivc1 se adelanta a la corriente Ivc2 y cuando el objeto 3 gira en la otra dirección es lo opuesto. Las amplitudes de las corriente Ivc1 e Ivc2 son diferentes ya que los resistores de calibración R1 y R2 son diferentes. El hecho de seleccionar el resistor R1 , R2 en una relación de 2 permite que la amplitud de una de las corrientes sea el doble de la otra corriente. La corriente Ivc toma la forma de una señal asimétrica que se repite dos veces para cada giro del objeto 3. Tiene una cierta forma cuando el objeto 3 gira en una dirección y la misma forma aunque se ve en un espejo cuando el objeto 3 gira en la otra dirección. Su frecuencia o el número de transiciones de la señal asimétrica reflejan la velocidad del objeto. La corriente refleja tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto 3. . ¦ » La corriente lout está representada en la figura 4E. Tiene las mismas características que la corriente Ivc ya que la corriente Is simplemente ha sido agregada a ésta. Por lo tanto es de la forma de la corriente absorbida por el dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación que indica la dirección de rotación. La frecuencia de la corriente lout indica, por su parte, la velocidad de 20 rotación . La corriente lout transfiere la información ta nto sobre la velocidad como sobre la d irección de rotación del objeto 3. La co rriente lout tiene 8 transiciones por revolución del objeto 3. I ncl uso si el objeto 3 gira a baja velocidad , la corriente l out tie ne buena resolución de velocidad. El dispositivo para detectar la velocidad y la dirección de rotación no necesita ser colocado en presen cia de un cam po magnético estabilizado a fin de operar en forma correcta. Las mediciones q ue toma no son afectadas por una variació n de temperatura aunque actúan sobre la intensidad del campo magnético y/o la sensibilidad del sensor magnético. Este tipo de dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación no es muy sensible a una variación ligera en la posición relativa del objeto en relación con el sensor magnético debido a la presencia de los comparadores C1 y C2 , los cuales reciben cada u no dos señales en oposición de fase desde la misma celda sensible. La figura 5 muestra, a partir de un mismo sensor magnético 2 , otros medios de procesamiento de las señales que suministra. Los comparadores C1 y C2, como se muestra en la figura 1 , están » representados nuevamente. Su salida está conectada al conductor de suministro eléctrico 4 por medio de un resistor de descenso Ra. Ahora los comparadores C 1 y C2 son utilizados en una manera convencional y ya no como medios receptores de corriente para modular la corriente que fluye en el conductor de suministro de energ ía 4. Como se mencionó con anterioridad en la presente , l os 21 comparadores suministran señales en impulsos que tienen relacion es cíclicas cerca del 50%. Solamente son distinguidas debido a que están fuera de fase por %¡2. Su frecuencia es representativa de la velocidad de rotación del objeto. En esta configuración, también se encuentran los medios receptores de corriente 6 colocados entre el dispositivo de detección magnético 2 y el conductor de suministro de energía 4 para modular la corriente que fluye en el conductor de suministro de energía a fin de reflejar tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto. Sin embargo, ahora los medios receptores de corriente 6 son atacados por una señal única S obtenida a partir de las señales suministradas por los comparadores C1 , C2_ Se verá ahora como generar la señal única S que transfiere la información tanto sobre la velocidad como sobre la dirección de rotación. Primero se va a extraer una señal S1 que refleja de manera directa la dirección de rotación. Para hacer esto, se utilizan medios para codificar la dirección de rotación 50 que puede tomar la forma de un conmutador regulable D. La salida del primer comparador C1 · está conectada a la entrada de datos D del conmutador regulable D, la salida del segundo comparador C2 está conectada a la entrada H del sincronizador del conmutador regulable D. Es posible lo inverso. La salida Q del conmutador regulable D emite la señal S1 ; es de alto nivel cuando el objeto gira en una dirección y de bajo nivel cuando el objeto gira en la otra dirección. 22 Se proporcionan también medios de mezcla 51 que combi nan las señales desde los comparadores C1 , C2 (referidos respectivamente C1 , C2 para simplificación) y los medios de cod ificación de la dirección de rotación 50, a fin de generar la señal única S representativa tanto de la velocidad como de la dirección de. rotación del objeto. La señal S está destinada a controlar los medios receptores de corriente 6 que están dedicados a modular la corriente que fluye en el conductor 4. Los medios de mezcla 51 tienen un efecto en la relación cíclica. Proporcionan una señal que tiene una relación cíclica mayor que el umbral predeterminado cuando el objeto gira en una dirección y una señal que tiene una relación cíclica menor que el umbral predeterminado cuando el objeto gira en la otra dirección. La frecuencia de dicha señal es directamente representativa de la velocidad de rotación del objeto. El umbral predeterminado es, en esta configuración, igual a 50%. Dichos medios de mezcla 51 pueden formarse por medio del circuito lógico ilustrado en Ja figura 6. Dicho circuito lógico comprende una primera puerta AND 60, una entrada de la cual está » conectada a la salida del primer comparador C1 y la otra entrada de la cual está conectada a la salida del segundo comparador C2. La salida de la primera puerta AN D 60 está conectada a la entrada de un primer inversor 61. La salida del primer inversor 61 está conectada a una de las entradas de una segunda puerta AND 63. La otra entrada de la segunda puerta AND 63 está conectada a la salidá 23 de los medios de codificación de la d i rección d e rotación 50. La sal ida Q de los medios de codificación 50 también está vincu lada a la entrada de un segundo inversor 62. La salida del segu ndo i nverso r 62 está co nectada a las entradas de u na tercera puerta A N D 64. La otra entrada de la tercera puerta AN D 64 está conectada a la sal id a de la primera puer.ta AN D 60. La salida de la segunda puerta A N D 63 está co n ectada a una de las entradas de u na puerta OR excl us iva 65. La otra entrada de la puerta OR exclusiva 65 está conectada a la sal ida de la tercera puerta A N D 64. La salida de la pu erta OR exclusiva 65 suministra la señal única S que refleja tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto. Dicha señal S está ilustrada en el diagrama de la figura 7A. En el primer segmento , la señal S tiene una relación cíclica menor que el 50%; esto sig nifica que el objeto gira en una dirección. En el segundo segmento, la señal S tiene una relación cíclica mayor a 50%; esto significa que el objeto gira en la otra dirección. La frecuencia de dicha señal S es directamente representativa de !a velocidad del objeto. La señal única S es aplicada a la entrada de los medios receptores de corriente 6 destinados a modular la corriente lout que » fluye en el conductor eléctrico 4. Dichos medios receptores de corriente 6 están formados por un elemento de conmutación Q representado en la forma de un transistor cuya base está conectada a la salida de los medios de mezcla 51 , el colector del cual está conectado a l conductor 4 por medio de un resistor R y el emisor del cual está conectado al otro conductor 5. 24 La corriente lout que fluye en el conductor eléctrico 4 puede ser separada en una corriente de suministro Is del dispositivo de detección magnético 2 y el componente electrónico situado corriente arriba de los medios receptores de corriente 6 y u na corriente Ivc absorbida por los medios receptores de corriente 6 cuando son controlados por la señal S. El diagrama en la figura 7B muestra !a forma de la corriente Is, el diagrama de la figura 7C muestra la forma de la corriente Ivc, su forma es trazada sobre aquella de la señal S. El diagrama en la figura 7D muestra la forma de la corriente lout. En lugar de utilizar un sensor magnético lineal del tipo de dispositivo de detección magnético, es posible utilizar un sensor magnético digital comercialmente disponible 80 que tiene una salida 81 que proporciona una señal Sv que refleja de manera directa la velocidad del objeto 3 y una salida 82 que suministra una señal Ss que refleja en forma directa la dirección de rotación del objeto 3. Esta modalidad está representada en la figura 8A. El sensor magnético puede ser un sensor magnético de efecto Hall o puede ser un sensor magnético de magnetorresistencia gigante. Las dos salidas del sensor magnético están conectadas a los * medios de mezcla 83 a fin de generar la señal única S representativa tanto de la velocidad como de la dirección de rotación del objeto 3, dicha señal única S que está destinada a controlar los medios receptores de corriente 6 destinados para modular la corriente que fluye en el conductor de suministro de energía 4. 25 Dichos medios de mezcla 83 pueden ser comparables a aquellos de las figuras 5 y 6 y llevar a cabo una codificación de las señales aplicadas en su entrada en la base de una relación cíclica. La figura 8B muestra una modalidad de los medios de mezclado 83. Involucra un circuito lógico que comprende un monoestable 85 cuya entrada está conectada a la salida 81 del sensor magnético 80 (una que suministra la señal Sv). El monoestable 805 es utilizado para separar la simetría de la señal Sv que tiene una relación cíclica igual a 50%. Genera impulsos de anchura controlada a fin de obtener una señal que tiene una relación cíclica diferente a 50%. La salida del monoestable 805 está conectada a la entrada de un primer inversor 800. La salida del primer inversor 800 está conectada a una de las entradas de una primera puerta AND 801. La otra entrada de la primera puerta AND 801 está conectada a ia salida 82 del sensor magnético 82 del sensor magnético 80 (uno que proporciona la señal Ss). La salida 82 del sensor magnético 80 también está conectada a la entrada de un segundo inversor 802. La salida del segundo inversor 802 está conectada a una de las entradas de una segunda puerta AND 803. La otra entrada de la segunda puerta AND 803 está * conectada a la salida 81 del sensor magnético 80. La salida de la primera puerta AND 801 está conectada a una de las entradas de una puerta OR exclusiva 804. La otra entrada de la puerta exclusiva OR está conectada a la salida de la segunda puerta AND 803. La salida de la puerta exclusiva OR suministra la señal única S que refleja tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto. Cuando 26 tiene una relación cíclica menor del 50% por ejemplo , significa que el objeto está girando en una dirección. Cuando tiene una relación cíclica mayor del 50% por ejemplo, significa que el objeto está girando en la otra dirección. La frecuencia de dicha señal única S es directamente representativa de la velocidad del objeto. La señal única S se usa para controlar los medios receptores de corriente 6 q ue toman la misma forma que aquellos mostrados en la figura 5. Otra diferencia del dispositivo para medir la velocidad de rotación de la figura 8A es que el otro conductor 5 también es accesible desde el exterior del recinto protector 1. Dicho otro conductor 5 ya no está confinado dentro del recinto protector 1. El recinto protector 1 puede estar hecho de un material no magnético que es resistente al ambiente en el cual va a ser sumergido. En a aplicación petrolera, el fluido está a aproximadamente 150°C, su presión es de aproximadamente 10a Pa y puede ser muy corrosivo. Puede contener compuestos sulfurosos, arena y otros residuos en suspensión, etc. el recinto protector 1 puede estar hecho de un titanio o acero inoxidable no magnético por ejemplo. * Puede tomar la forma de un pequeño tubo cilindrico, con eje XX', que tiene un diámetro externo de aproximadamente 5 milímetros y una longitud de aproximadamente 25 milímetros. El dispositivo de detección magnético 2 y los circuitos asociados C 1 , C2, R1 , R2 toman la forma de un modelo de multi-microcircuito o CM. Dicho módulo es insertado dentro del recinto 1 permitiendo que el 27 conductor 4 se extienda hacia fuera y, si es apropiado, ei otro conductor 5. El recinto 1 es llenado después con un material de relleno, tal como resina epoxy, a fin de intertrabar todo en conjunto. La figura 9 representa un sistema magnético para adqui rir datos en un flujo, de manera particular para pozos de hidrocarburos. Comprende en sección transversal el dispositivo para medir la velocidad y la dirección de rotación de acuerdo con la inven ción en su configuración de la figura 1. El sistema comprende además el objeto 3 q ue toma la forma de un propulsor no magnético 30 integral con por lo menos un imán 31. El sensor magnético 2, los comparadores C1 , C2 y los resistores de calibración R 1 , R2 están montados en un soporte 6, por ejemplo del tipo de circuito impreso flexible. Las conexiones eléctricas entre el sensor magnético angular 2, los comparadores C1 , C2 y los resistores de calibración R1 , R2 están formados sobre el soporte 6. Los componentes utilizados (por ejemplo los comparadores C1 , C2), cuando están integrados, pueden ser montados sin revestir sobre el soporte 6. El material de relleno es referido como 7. A fin de ocupar tan poco espacio como sea posible, las dos caras principales del soporte 6 sostienen los · componentes. En el ejemplo de la figura 9, los resistores R1 , R2 son fijados sobre una cara del soporte 6 y los comparadores C1 , C2 sobre la otra cara. El sensor magnético 2 está ubicado en el extremo del soporte 6. Está fijado de manera sustanciatmente perpendicular al plano del soporte 6. 28 El objeto 3 puede estar ubicado en la extensión del recinto 1 , a lo largo del eje de rotación 32, como se muestra en las figuras 1 , 5, 8A y 9. El eje de rotación 32 de! objeto y el eje XX' del recinto 1 están fusionados. Cuando el objeto está colocado com o en las figuras 1 , 5, 8A y 9, la distancia entre el objeto 3 y el sensor magnético 2 puede ser de varios milímetros. Esta distancia depende de la sensibilidad del sensor y la intensidad del campo magnético , la cual es una función de las dimensiones del imán y su material. En la figura 9, se muestra que el objeto 3 puede estar colocado cerca del recinto 1 , sus ejes 32 , XX' están desplazados aunque sustancialmente paralelos. El objeto 3 en esta posición se muestra como una línea punteada. Aunque se han representado y descrito varias modalidades de la invención de una manera detallada, se comprenderá que se pueden hacer varios cambios y modificaciones sin ir más allá del alcance de la invención.

Claims

29 REIVI ND ICACIONES

1 . Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3), cerca del cual está colocado, el dispositivo q ue comprende: un dispositivo de detección magnético (2) que suministra, en respuesta a la rotación del objeto (3) que genera una variación de campo magnético, señales representativas de su velocidad y dirección de rotación, un conductor (4) destinado a estar conectado a una fuente de energía para suministrar corriente hacia el dispositivo de detección magnético (2) por lo menos, medios receptores de corriente (6) colocados entre el dispositivo de detección magnética (2) y el conductor (4) que crea, a partir de señales que provienen desde el dispositivo de detección magnético (2), una modulación de la corriente (lout) que fluye en el conductor (4), en donde la frecuencia de la corriente modulada (lout) o el número * de transiciones que tiene refleja la velocidad del objeto (3); y la forma de la corriente modulada (lout) refleja la dirección de rotación del objeto (3).

2. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 1 , 30 caracterizado porque los medios receptores de corriente (6) comprenden por lo menos un ensamble en serie (61, 62) formado de un resistor (R1, R2) y un elemento conmutador (Q5).

3. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dispositivo de detección magnético (2) es un sensor lineal que suministra dos pares de señales fuera de fase una en relación con la otra, las señales que son relativas a la posición angular del objeto.

4. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque comprende dos comparadores (C1, C2), la entrada de cada uno que recibe las señales de un par, la salida de cada comparador (C1, C2) que está conectada al conductor (4) por medio de un resistor (R1, R2) de un ensamble en serie, los dos resistores (R1, R2) que tienen diferentes valores.

5. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad cori la reivindicación 4, caracterizado porque cada comparador (C1, C2) incluye un elemento » de conmutación (Q5) para los medios receptores de corriente (6).

6. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la corriente modulada (lout) tiene una primera forma asimétrica cuando el objeto gira en 31 una dirección y la misma forma aunque vista en un espejo cuando el objeto (3) gira en la otra dirección.

7. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el dispositivo de detección magnético (2) es un sensor digital que suministra una señal representativa de la velocidad y una señal representativa de la dirección de rotación del objeto.

8. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, 7, caracterizado porque la corriente modulada (lout) tiene una relación cíclica mayor que un umbral predeterminado cuando el objeto (3) gira en una dirección y una relación cíclica menor que un umbral predeterminado cuando el objeto (3) gira en la otra dirección.

9. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 8 vinculada a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende dos comparadores (C1, C2), la entrada de cada uno que recibe las señales de un par, medios de codificación (50) de la dirección de rotación del objeto, la entrada de los cuales está conectada a la salida de los comparadores (C1, C2), medios de mezcla (51), la entrada de los cuales está conectada a la salida de los comparadores (C1, C2) y a la salida de los medios de codificación (50), la salida de los medios de mezcla (51) que 32 suministra una señal única (S) que refleja la velocidad y la dirección de rotación del objeto (3), la señal única que controla los medios receptores de corriente (6). '

10. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque los medios de codificación (50) de la dirección de rotación comprenden un conmutador regulable (D).

11. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 8 vinculada a la reivindicación 7, caracterizado porque comprende medios de mezcla (83), la entrada de los cuales está conectada al dispositivo de detección magnético (80) y la salida de los cuales suministra una señal única (S) que refleja la velocidad y dirección de rotación del objeto (3), dicha señal única que controla los medios receptores de corriente (6).

12. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque los medios de mezcla (51, 83) están formados por un circuito en base a puertas lógicas (60 ? a 65, 800 a 805).

13. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el dispositivo de detección magnético (3, 80), el conductor (4) y los medios receptores de corriente (6) por lo menos están encapsulados en un recinto (1) 33 hecho de material no magnético, el conductor (4) que es accesible desde el exterior de dicho recinto (1).

14. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el recinto (1) está formado de metal por ejemplo titanio o acero inoxidable.

15. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el dispositivo de detección magnético (3, 80) está conectado a otro conductor (5) de su fuente de suministro, dicho otro conductor (5) que está en contacto eléctrico con el recinto (1).

16. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque comprende además un objeto (3) en la forma de un propulsor no magnético (30) integral con por lo menos un imán (31).

17. Dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el propulsor (30) y el dispositivo de medición están en la misma línea uno en relación con el otro, a lo largo del eje del propulsor. 34 RESU M EN DE LA I NVENCIÓ N La invención se refiere a un dispositivo para medir la velocidad y dirección de rotación de un objeto (3) cerca del cual está colocado . Comprende: - un dispositivo de detección magnético (2) que sum inistra, en respuesta a la rotación del objeto (3) que genera u na variación de campo magnético, señales representativas de su velocidad y dirección de rotación, - un conductor (4) destinado a estar conectado a una fuente de energía para suministrar corriente hacia el dispositivo de detección magnético (2) por lo menos, -medios receptores de corriente (6) colocados entre el dispositivo de detección magnética (2) y el conductor (4) que crean, a partir de señales que provienen desde el dispositivo de detección magnético (2), una modulación de la corriente (lout) que fluye en el conductor (4) , la corriente modulada (lout) refleja tanto la velocidad como la dirección de rotación del objeto (3). Aplicación particularmente en la industria petrolera.