MXPA06012444A - Sensor de humedad en circuito lc con factor q alto. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un dispositivo para la medicion del contenido de humedad de un sustrato. El dispositivo utiliza un circuito LC con factor Q alto que tiene una frecuencia de resonancia. El circuito LC utiliza un inductor y capacitor con factor Q alto. El dispositivo tambien utiliza un generador de senales de alta frecuencia, operable para acopar energia al capacitor, acoplado electricamente al circuito LC y a unidad de modificacion de la matriz de la fibra. La frecuencia de resonancia del circuito LC se cambia en respuesta al contenido de humedad del sustrato colocado dentro de la unidad de modificacion de la matriz de la fibra y proximo al capacitor.

Description

Los dispositivos sensores de humedad han sido desarrollados en el pasado para determinar el nivel de humedad del cabello y se han basado en varias técnicas incluyendo mediciones de resistencia para obtenerla indicación deseada. Sin embargo, estos métodos sólo funcionan bien para una cantidad y densidad conocida de sección transversal del cabello relativamente húmedo que se está midiendo. Como la densidad, humedad o compactación del cabello es variada, estas técnicas de medición fallan. Además, estas técnicas se basan principalmente en el contenido de humedad en la parte externa de la fibra del cabello para su medición y no tienen la capacidad de medir con exactitud el contenido de humedad dentro de las fibras del cabello. Por lo tanto, existe la necesidad de un dispositivo sensor de humedad que pueda determinar de forma precisa y confiable, el contenido de humedad de un sustrato, incluyendo fibras queratinosas tales como el cabello.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un dispositivo para medir el contenido de humedad de un sustrato. El dispositivo comprende un circuito LC con factor Q alto que tiene una frecuencia de resonancia. El circuito LC utiliza un inductor y un capacitor con factor Q alto. El dispositivo también comprende un generador de señales de alta frecuencia, que funciona para acoplar energía al capacitor, acoplado eléctricamente al circuito LC y a una unidad de modificación de matriz de la fibra. La frecuencia de resonancia del circuito LC es permutable en respuesta al contenido de humedad del sustrato cuando el sustrato es colocado dentro de la unidad de modificación de la matriz de la fibra y próxima al capacitor. La presente invención también proporciona un circuito para un dispositivo capaz de medir el contenido de humedad de un sustrato. El circuito comprende un circuito LC con factor Q alto, que comprende un inductor y un capacitor con factor Q alto. El circuito tiene una frecuencia de resonancia y un generador de señales de alta frecuencia acoplado eléctricamente al mismo. El generador de señales de alta frecuencia funciona para acoplar energía al capacitor. La frecuencia de resonancia del circuito LC es permutable en respuesta al contenido de humedad del sustrato colocado próximo al capacitor. La presente invención además proporciona un método para medir el contenido de humedad de un sustrato primero proporcionando un circuito LC con factor Q alto que tiene un inductor y un capacitor con factor Q alto y que tiene una curva de resonancia que se puede desfasar. Segundo, el sustrato se introduce próximo al capacitor. Tercero, se mide la salida del circuito LC con factor Q alto. Luego, se compara la salida con una referencia para determinar el contenido de humedad del sustrato.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras adjuntas, que se incorporan y constituyen parte de esta especificación, ilustran modalidades de la invención y, junto con una descripción general de la invención anterior y la descripción detallada siguiente, sirven para explicar la invención. La Figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un sensor de acoplamiento direccional de conformidad con los principios de la presente invención. La Figura 2A es una representación en circuito de un generador de señal de alta frecuencia para usarse en el sensor de la Figura 1 de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 2B es una representación en circuito de un acoplador direccional para usarse en el sensor de la Figura 1 de conformidad con una modalidad de la presente invención.

La Figura 2C es una representación en circuito de un detector para el contenido de humedad para usarse en el sensor de la Figura 1 de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 2D es una representación en circuito de un sensor de presión para usarse en el sensor de la Figura 1 de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 2E es una representación en circuito de un regulador de voltaje para usarse en el sensor de la Figura 1 de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 3 es una vista en planta superior del sensor de la Figura 1 que se muestra integrado a un tablero de circuitos impresos. La Figura 3A es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 3A-3A de la Figura 3. La Figura 4 es una vista en perspectiva de un sistema de sensor de acoplamiento direccional de conformidad con una modalidad de la presente invención. La Figura 4A es una vista frontal en elevación amplificada de un dispositivo sujetador del cabello para usarse en el sistema sensor de la Figura 4, que ilustra el dispositivo sujetador en una posición abierta para recibir el cabello dentro del dispositivo. La Figura 4B es una vista similar a la Figura 4A, ¡lustrando el dispositivo sujetador en una posición cerrada para sujetar el cabello en el dispositivo. Las Figuras 5A y 5B son vistas laterales en elevación de un cepillo para el cabello que incorpora el sensor de acoplamiento direccional de la presente invención. La Figura 6 es un gráfico que ilustra la relación entre el voltaje de salida del sensor de acoplamiento direccional y la humedad relativa de las diversas muestras de cabello.

La Figura 7 es un gráfico que ilustra la relación entre el contenido de humedad del cabello en peso y la humedad relativa del cabello; La Figura 8 es un gráfico que ilustra la relación entre el voltaje de salida del sensor de acoplamiento direccional y la presión aplicada para empacar el cabello. La Figura 9A es una vista en perspectiva de un dispositivo alternativo para la medición del contenido de humedad de un sustrato; La Figura 9B es una vista en perspectiva de otro dispositivo alternativo para la medición del contenido de humedad de un sustrato; La Figura 10 es un diagrama de bloques funcional de un circuito con factor Q alto, de resonancia alta de conformidad con los principios de la presente invención; y, las Figuras 11 A, 11 B y 11C son representaciones gráficas de las curvas de resonancia ilustrativas para un circuito con factor Q alto, de resonancia alta en una condición de circuito abierto, en la presencia de un sustrato de baja humedad y en presencia de un sustrato saturado, respectivamente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Todos los documentos citados en la Descripción Detallada de la Invención se incorporan, en la parte relevante, como referencia en la presente; la cita de cualquier documento no debe interpretarse como una admisión de que representa una industria anterior con respecto a la presente invención.

A. Acoplador direccional Haciendo referencia a las figuras y particularmente a las Figuras 1 y 2A-2E, se muestra un sensor 10 de acoplamiento direccional de conformidad con los principios de la presente invención. Por simplicidad, el sensor 10 será descrito en la presente en relación con la medición del contenido de humedad del cabello. Sin embargo, será apreciado por aquellos de habilidad ordinaria en la industria que la presente invención tiene usos en una amplia variedad de aplicaciones y por lo tanto no está limitada al análisis del cabello o a la medición de contenido de humedad en un sustrato. Más bien, el sensor 10 de la presente invención es fácilmente adaptable para analizar una gran variedad de sustratos, una gran variedad de características de estos sustratos (es decir, propiedades químicas y físicas) y para medir diferentes propiedades relacionadas con la humedad de aquellos sustratos como aquellas personas de habilidad ordinaria en la industria apreciarán fácilmente. Por ejemplo, para la medición del contenido de humedad de un sustrato, el sensor 10 de la presente invención opera bajo el principio de que, conforme el contenido de humedad de un sustrato se incrementa, también lo hace su impedancia eléctrica relativa efectiva. Como se describirá con mayor detalle más adelante, el sensor 10 está diseñado para medir la impedancia relativa de un sustrato y a partir de esta medición se puede determinar el contenido de humedad del mismo. El valor para el contenido de humedad puede presentarse en una pantalla, indicarse mediante un tono audible perceptible para el usuario y/o usarse como una señal reguladora para controlar una función del dispositivo. Como se ilustra en las Figuras 1 , 2A-2E, 3 y 3A, el sensor 10 incorpora un acoplador 12 direccional de alta frecuencia que tiene un par de tiras 14a y 14b en términos generales paralelas que definen una separación 16 de acoplamiento entre las mismas. En una modalidad de la presente invención, las tiras 14a, 14b paralelas están soportadas sobre un tablero 18 de circuitos impresos FR4 (Figuras 3 y 3A) que tiene un plano base 20 formado sobre una superficie inferior del tablero 18. En una modalidad de la presente invención, la altura "h" del PCB 18 es de 1.6 mm (0.062 pulgadas), cada tira 14a, 14b tiene un ancho "w" de 3.8 mm (0.15 pulgadas) y un largo "I" de 8.9 mm (0.350 pulgadas) y una separación 16 de acoplamiento tiene una distancia de separación "s" de 0.5 mm (0.020 pulgadas) Por supuesto, se apreciará por los de destreza ordinaria en la industria, que son posibles otras dimensiones del PCB 18, tiras 14a, 14b y separación 16, lo que depende también de una aplicación particular como se describirá detalladamente a continuación. Se acopla eléctricamente un generador 22 de señal de alta frecuencia a la tira 14a y se puede operar para generar un campo electromagnético a través de la separación 16 de acoplamiento que acopla energía a la tira 14b con el sustrato colocado a través, es decir, por lo general normal al eje longitudinal de la separación 16 de acoplamiento de una manera envasada como se describirá detalladamente más adelante. El generador 22 de señal genera una señal de energía de acoplamiento en la tira 14b de acoplamiento que tiene una amplitud relacionada con la impedancia y por lo tanto, con el contenido de humedad del sustrato que se coloca a través de la separación 16 de acoplamiento. El generador 22 se pone en fase cerrada a una referencia 24 de cristal (Figura 2A) para mantener la frecuencia y por lo tanto la exactitud, estabilidad y capacidad para repetir la medición y tiene una energía 26 ajustable. El generador 22 de señal de preferencia se puede operar para generar señales en los intervalos de frecuencia VHF a UHF; es decir, entre aproximadamente 30 MHz y aproximadamente 3 GHz, aunque son posibles otros intervalos de frecuencia también. De conformidad con una modalidad de la presente invención, el generador de señales 22 puede funcionar a aproximadamente 1 GHz, tal como frecuencias en el rango de aproximadamente 860 MHz a aproximadamente 928 MHz y con más preferencia de aproximadamente 865 MHz a aproximadamente 915 MHz y con la mayor preferencia aproximadamente 915 MHz, ya que se contempla que el contenido de agua de un sustrato puede ser determinado con la mayor precisión midiendo su impedancia cerca del rango GHz. De conformidad con un aspecto de la presente invención, el sensor 10 utiliza la variación de acoplamiento de energía inversa del acoplador 12 direccional de alta frecuencia para medir el cambio de impedancia del material que se coloca a través de la separación 16 de acoplamiento. Conforme se empaca el sustrato a través de la separación 16 de acoplamiento, el acoplador 12 direccional se desbalancea y este desbalance causa un incremento monotónico en el acoplamiento de energía inversa del acoplador 12 direccional conforme la impedancia a través de la separación 16 se incrementa como resultado de un mayor contenido de humedad del material. La amplitud de la energía inversa en el hilo exterior 28 de energía reflejada (Figuras 1 y 2B) de la tira 14b es generalmente una medición directa de la impedancia y por lo tanto del contenido de humedad del sustrato que se coloca a través de la separación 16 de acoplamiento. Como se describirá detalladamente a continuación, el contenido de humedad del sustrato; es decir, su contenido de agua en peso, puede determinarse a partir de la impedancia medida de la muestra. Haciendo referencia nuevamente a las Figuras 1 y 2A-2E, la señal de energía directa de la tira 14a se acopla eléctricamente a un puerto del mezclador 30 mediante un hilo exterior 32 de energía directa (Figuras 1 y 2B) y un atenuador 34. Por ejemplo, la señal de energía directa se puede atenuar hasta aproximadamente -10 dBm con el atenuador 34. La señal de energía de acoplamiento de la tira 14b se pone en fase desfasada mediante un desfasador 36 y se acopla eléctricamente a otro puerto del mezclador 30 mediante el hilo exterior 28 de energía reflejada. El mezclador 30 puede actuar como un receptor coherente ya que es muy sensible a señales de acoplamiento que están en fase con la señal de energía directa. El desfasador 36 asegura la coherencia de fase apropiada de la señal de energía reflejada en relación con la señal de energía directa para que el mezclador 30 produzca la máxima salida discernible del mezclador. Con la energía directa del mezclador configurada al nivel apropiado mediante la energía 26 ajustable, la salida del mezclador 30 se incrementa monotónicamente con un incremento en la energía de acoplamiento reflejada. El mezclador 30 desmodula o reduce a la banda de base de CC el valor de la energía de acoplamiento mediante el acoplador 12 direccional. La salida de CC del mezclador 30 se filtra y amplifica mediante el amplificador 38 para producir un voltaje de salida mensurable que se relaciona con el contenido de humedad del sustrato colocado a través de la separación 16. El amplificador 38 incluye una ganancia 40 ajustable y un desbalance de CC 42 ajustable. Con referencia a las Figuras 4, 4 a y 4b, el uso del sensor 10 para determinar el contenido de humedad del cabello que ahora se describe en relación con el sistema 44 sensor para la humedad del cabello. El sistema 44 sensor para la humedad del cabello puede utilizarse en un salón de belleza profesional, por ejemplo, para indicar rápidamente, con exactitud y confiabilidad al estilista cuándo es que el contenido de humedad del cabello del cliente se encuentra en el intervalo de aproximadamente 30-40 % en peso para que puedan lograrse los resultados óptimos de peinado. Como se ilustra en las Figuras 4A y 4B, se proporciona un dispositivo sujetador del cabello 46 que tiene tenazas 48 y 50 giratorias que terminan cada una en una agarradera 52 que puede tomarse fácilmente y ser manipulada por el estilista. Las tenazas 48 y 50 pueden colocarse en posición abierta, tal como se muestra en la Figura 4, para que un mechón de cabellos 54 se pueda recibir con facilidad entre las tenazas 48, 50 y se encuentre orientado con las fibras 54 del cabello que se extienden longitudinalmente, es decir, generalmente normal con respecto al eje longitudinal de la separación 16 de acoplamiento del acoplador 12 direccional que está soportado por la tenaza 50. Como se muestra en la Figura 8, se ha determinado que la presión de envasado del cabello 54 a través de la separación 16 de acoplamiento es importante para asegurar la confiabilidad en la medición del contenido de humedad. Con una baja densidad de empaque por debajo de aproximadamente 1.4 kg (tres (3) libras), es decir, una densidad de empaque en la región de presión 56, la señal de salida de voltaje del mezclador 30 puede ser inestable debido a una densidad de empaque insuficiente de las fibras de cabello 54 en la separación de acoplamiento 16. A presiones de empaque mayores por encima de aproximadamente siete (7) libras, es decir, una densidad de empaque en la región de presión 58, la señal de salida de voltaje del mezclador 30 comienza a fluctuar a medida en que las fibras de cabello 54 muestra el resultado de la diferencia de densidad de empaque en la separación de acoplamiento 16. A esas presiones más altas, el exceso de humedad es también rápidamente expulsado lo que produce lecturas menores que no son confiables. Empacar las fibras en la región de presión 60 puede proporcionar una señal de salida de voltaje desde el mezclador 30 que es estable para producir mediciones confiables y que se pueden repetir del contenido de humedad. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, como se muestra en las Figuras 1 , 2D, 4A y 4B, un sensor de presión 62 que incorpora un transductor 64 de presión de película, está soportado por la tenaza 48 en yuxtaposición con respecto al sensor 12 de acoplamiento direccional. El transductor 64 de presión se puede operar para generar una señal de voltaje de salida que varía con la presión de envasado aplicada en el cabello 54 que se coloca a través de la separación 16 de acoplamiento. Como se muestra en las Figuras 1 y 2D, la señal de voltaje de salida del transductor 64 de presión se amplifica por un amplificador 66 que tiene una ganancia 68 ajustable y un desbalance o desplazamiento de CC 70 y la señal de voltaje de salida amplificada se proporciona ya sea directamente en la salida del sensor 62 de presión a través de un cable de conexión 72 o se aplica como una entrada a un comparador 74 a través de un cable de conexión 76. Un voltaje activador que corresponde a la presión de activación se configura como voltaje 77 de referencia para el comparador 74. La medición del contenido de humedad se activa al momento de cruzar el umbral 77 de la presión predeterminada. Esto asegura que la compactación deseada de las fibras 54 de cabello que se colocan a través de la separación 16 de acoplamiento se logre para obtener resultados exactos, confiables y repetibles. Los expertos en la industria entenderán que la consistencia de envasado puede lograrse mediante un sistema mecánico (no se muestra) así como sin apartarse del espíritu y alcance de la presente invención. En referencia a las Figuras 1 y 4, se muestra el sensor 10 para la señal medida y la señal de presión o señal activadora del sensor 62 de presión, que se acoplan eléctricamente a través de un cable 78 a un sistema 80 de procesamiento, como puede ser una computadora portátil o de escritorio convencionales. El sistema 80 de procesamiento se puede operar para convertir la señal de medición generada por el sensor 10 en un valor de contenido de humedad que pueda presentarse en la pantalla 82 del sistema 80. Como se describió detalladamente con anterioridad, la señal de medición se activa en respuesta a la señal de activación generada por el sensor 62 de presión. Se pueden tomar una o varias señales de mediciones en respuesta a las señal activadora. Con referencia a las Figuras 6 y 7, el voltaje de salida amplificado del sensor 10 se calibra primero sometiendo múltiples muestras de cabello a un contenido de humedad conocido por medio del uso de humedad relativa. Luego el sensor 10 se utiliza para generar una señal de medición para cada muestra de cabello a las diversas humedades relativas como se muestra en la Figura 6. Ya que el cabello muestra una relación generalmente lineal entre el contenido de humedad en peso y la humedad relativa como se muestra en la Figura 7, el sistema 80 de procesamiento se puede operar para convertir el voltaje de salida amplificado del sensor 10 en un valor que represente el contenido de humedad en peso del cabello usando un algoritmo o tabla de búsqueda de valores. Como la capacidad de absorción y/o desorción de agua del cabello dañado y del cabello sano serán diferentes, el sensor 10 de la presente invención puede usarse para proporcionar una señal que está generalmente asociada con la salud del cabello. Generalmente, la salud del cabello se caracteriza por tales factores tales como uniformidad, brillo, falta de fragilidad, falta de agrietamiento y falta de descomposición de la cutícula. Ya que cada uno de estos factores está directa o indirectamente relacionado con el contenido de humedad del cabello, el sensor 10 de la presente invención es capaz de proporcionar una indicación exacta y confiable de la salud del cabello que se mide in vivo o in vitro. El sensor 10 de la presente invención proporciona una herramienta de autoevaluación fácil de ser utilizada por el consumidor que permite medir periódicamente la salud general del cabello. Basándose en estas mediciones, el consumidor puede tomar acciones correctivas según sea necesario para mejorar la salud de su cabello. Estas acciones pueden incluir el cambio de los productos para el cuidado de cabello que utiliza, el cambio de las técnicas de peinado para el cabello que utiliza o ambas para que la salud general del cabello pueda mejorar y monitorizarse consistentemente. El sensor 10 también proporciona una herramienta útil de monitoreo para los estilistas y técnicos del cuidado cabello. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, como se muestra en las Figuras 5A y 5B, el sensor 10 está incorporado en un producto para el cuidado del cabello, como un cepillo 84, utilizado para acicalar el cabello. El cepillo 84 incluye una parte 86 de cuerpo alargado que termina en una agarradera 88. Las cerdas 90 se tienen en forma convencional desde la parte 86 del cuerpo del cepillo 84 para permitir el acicalamiento del cabello. De conformidad con los principios de la presente invención, como se muestra en la Figura 3, el generador 22 de señal, mezclador 30, regulador 92 de voltaje (Figura 2E) y los componentes electrónicos del sensor 62 de presión están integrados en el tablero 18 PCB que se soporta en una base 94 fija del dispositivo 96 sujetador del cabello (Figuras 5A y 5B). La base 94 fija ubica el acoplador 12 direccional cerca de las cerdas 90 para que las mediciones puedan tomarse fácilmente mientras que se está cepillando el cabello. El dispositivo 96 sujetador de cabello incluye un miembro de abrazadera activada 98 por resorte que coloca el transductor 64 de presión en yuxtaposición con respecto al acoplador 12 direccional. Se conecta una palanca 100 de manera funcional con el miembro de abrazadera móvil 98 para permitirle al usuario sujetar el cabello a través de la separación 16 de acoplamiento cuando se desea una medición del sensor moviendo el miembro de abrazadera 98 hacia la base 94 fija como se muestra en la Figura 5B. El cepillo 84 para el cabello puede incluir diodos emisores de luz y/o producir una señal audible, para proporcionarle una indicación al usuario sobre el estado de humedad, salud y otras condiciones del cabello basadas en la medición del sensor. A pesar de que no se muestran, se apreciará que el sensor 10 de la presente invención también puede ser incorporado en otros productos para el cuidado del cabello, tales como un peine, rizador, o un producto similar para el cuidado del cabello que de preferencia emplee el cabello del usuario durante el acicalamiento para proporcionar una medida del contenido de humedad, saludo u otro estado del cabello en base a la medición del sensor. El sensor de acoplamiento direccional 10 de la presente invención está bien adecuado para medir el contenido de humedad, salud u otra condición del cabello ya que es sensible a las variaciones de impedancia en mucha proximidad, tal como aproximadamente 0.1 pulgadas, a las superficies de las tiras 14a y 14b. La altura de esta profundidad efectiva de la sonda de medición desde las superficies de las tiras 14a, 14b, es una función del campo electromagnético que acopla las tiras 14a y 14b. La altura de la profundidad de la sonda de medición puede cambiarse para una aplicación en particular cambiando la altura del PCB 18, la constante dieléctrica del PCB 18, las dimensiones de las tiras 14a, 14b, la distancia "s" de la separación de acoplamiento y/o la energía suministrada por el generador 22 de señal. Al variar cualquiera de estos parámetros, la altura del campo de acoplamiento puede alterarse cambiando con ello la profundidad efectiva de la sonda de medición. Está contemplado que el sensor 10 pueda comprender múltiples acopladores 12 direccionales acoplados eléctricamente con al menos un generador 22 de señal para medir el contenido de humedad respectivo de los múltiples sustratos de conformidad con los principios descritos detalladamente con anterioridad. Además está contemplado que al menos dos de los acopladores 12 direccionales múltiples puedan tener diferentes profundidades de sonda de medición efectiva variando uno o más de los parámetros descritos detalladamente con anterioridad.

B. Circuito con factor Q alto de resonancia alta Como muestra la Figura 9A, un circuito con factor Q alto de alta resonancia 112 puede incorporarse a un dispositivo de medición de humedad 100 y utilizado para medir el contenido de humedad de un sustrato, tal como una fibra queratinosa, de conformidad con los principios de la presente invención. El dispositivo de medición de humedad 100 incorpora un sensor 102 y una unidad de modificación de la matriz de la fibra 104. La unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 generalmente comprende un accionador lineal 106 y un área de empaque 108. El área de empaque 108 generalmente comprende un mecanismo de realimentación 110 (tal como una celda de carga). El sensor 102 generalmente comprende, un circuito con factor Q alto de alta resonancia 112 que se adapta fácilmente para analizar una amplia variedad de sustratos, una amplia variedad de características de estos sustratos (es decir, propiedades químicas y físicas) y para medir las diferentes propiedades relacionadas con la humedad de estos sustratos como será fácilmente apreciado por personas de habilidad ordinaria en la industria. Además, las personas de habilidad ordinaria en la industria apreciarán que la presente invención tenga uso en una amplia variedad de aplicaciones y por ello no está limitada únicamente al análisis de los sustratos queratinosos o sólo a las mediciones de contenido de humedad en el cabello. Como muestra la Figura 10, el circuito con factor Q alto de alta resonancia 112 comprende un generador de señal 122 para generar una señal de energía directamente alimentada a un inductor con factor Q alto 114. El generador de señal 122 está en fase cerrada a una referencia de cristal para mantener la frecuencia y por ello la precisión, estabilidad y capacidad para repetir la medición. El generador de señal 122 también está provisto con un dispositivo de nivel de energía ajustable 126. El generador de señal 122 es de preferencia operable para generar señales en los rangos de frecuencia de VHF a UHF, es decir, entre aproximadamente 30 Hz y aproximadamente 3 GHz, a pesar de que también son posibles otros rangos. De conformidad con una modalidad de la presente invención, el generador de señal 122 puede operar a frecuencias de aproximadamente 1 GHz, como frecuencias en el rango de aproximadamente 860 MHz a aproximadamente 928 MHz y con más preferencia de aproximadamente 865 MHz a aproximadamente 915 MHz, y con mayor preferencia a aproximadamente 915 MHz, ya que se contempla que el contenido de humedad (agua) de un sustrato puede determinarse de forma más precisa por su impedancia medida en el rango cercano a GHz. De conformidad con un aspecto de la presente invención, el circuito con factor Q alto de alta resonancia 112 es suministrado con una frecuencia de entrada fija a lo largo del circuito LC 115 sincronizado que comprende los inductores de valor fijo 114, 116 y el capacitor 1 17. Cuando se coloca un sustrato próximo al capacitor 1 17, el valor del capacitor 117 cambia de ese modo ocasionando un desfasaje en la frecuencia de resonancia del circuito con factor Q alto de alta resonancia 112. En una modalidad preferida, el sustrato es colocado próximo a las placas que comprende el capacitor 117. En una modalidad con mayor preferencia, el sustrato se coloca entre las placas del capacitor 1 17 cuando el capacitor 117 tiene una configuración de placas en paralelo. Un detector de CA/CC 18 que detecta el desfasaje resultante en la frecuencia de resonancia del circuito con factor Q alto de alta resonancia 112. Este desfasaje puede graficarse con respecto a la frecuencia de la referencia de cristal en fase cerrada para generar una curva de resonancia. El detector de CA/CC 118 puede ser provisto con un amplificador de DC, como sería conocido por una persona con habilidad en la industria.

Sin querer limitarse por la teoría, se cree que un sustrato debe ser colocado por lo menos dentro de los campos limítrofes del capacitor 1 17 para la determinación del contenido de humedad del sustrato. Los campos limítrofes del capacitor 117 son las líneas de fuerza generadas por un campo eléctrico presente entre por lo menos dos placas conductoras del capacitor 117. Aunque se cree que colocar el sustrato próximo a las placas del capacitor 1 17, en donde el campo eléctrico es más intenso, proporcionaría los resultados más reproducibles para la determinación del contenido de humedad del sustrato, una persona con habilidades en la industria también sería capaz de determinar el contenido de humedad de un sustrato colocado dentro de los campos limítrofes generados por las placas del capacitor 117 no próximos al mismo. Adicionalmente, una persona con habilidad en la industria también comprendería que cualquier configuración del capacitores adecuada para utilizar en el circuito LC anteriormente descrito. Esto podría incluir, pero sin limitarse a, capacitores coplanares, capacitores de placas no en paralelo, capacitores de placa interdigitados, capacitores de placas múltiples y combinaciones de éstos. Como se muestra en las Figuras 11A-11C, las curvas de resonancia 119 del circuito con factor Q alto de alta resonancia 112 pueden usarse para medir el contenido de humedad de un sustrato. En este sentido, una frecuencia fija insertada en un circuito LC 115 puede generar la curva de resonancia ilustrativa 119a, mostrada en la Figura 11 A. La curva de resonancia ilustrativa 119a de ese modo muestra un valor de circuito abierto (es decir, ninguna sustancia está presente próxima al capacitor 117 donde la salida del detector de CA/CC 118 proporciona una señal a la izquierda del pico de resonancia 20a. Como se muestra en la Figura 11 B, una vez introducido un sustrato que contiene menos que 50 por ciento, de preferencia menos que 10 por ciento, con más preferencia menos que 1.0 por ciento, aún con más preferencia menos que 0.5 por ciento y con la mayor preferencia sin humedad en el circuito LC 115 próximo al capacitor 117, se puede observar que la curva de resonancia 119b y el pico de resonancia 120b se desfasa hacia la izquierda con respecto a la entrada de la frecuencia fija al circuito LC 115. Esta condición es generalmente llamada la condición de valores iniciales. Una vez introducido un sustrato saturado en el circuito LC 115 próximo al capacitor 117 (no mostrado), puede observarse que la curva de resonancia 119c y el pico de resonancia 120c se desfasa más hacia la izquierda con respecto a la entrada de frecuencia fija al circuito LC 115 de la que se muestra bajo la condición de valores iniciales. Este estado se muestra en la Figura 11 C. Como es conocido por una persona con habilidad en la industria, el rango dinámico de un sistema de procesamiento de señales puede definirse como el máximo nivel de dB sostenible sin sobreflujo, u otra distorsión, (condición saturado) menos el nivel de dB del ruido de piso (condición de valores iniciales). El rango dinámico del dispositivo de medición de humedad 100 se determina comparando el desfasaje general medido de la curva de resonancia 119 y del pico de resonancia 120 en la transición de la condición de valores iniciales (la Figura 1B) al estado saturado (la Figura 11C). También sería conocido por una persona con habilidades en la industria que la introducción de un sustrato próximo a las placas del capacitor de placas en paralelo 117 del circuito LC 115 puede generar curvas de resonancia 119 y picos de resonancia 120 que tienen desfasajes diferentes de los descritos en la presente. Refiriéndose nuevamente a la Figura 10, la señal medida por el detector de CA/CC 1 18 puede ser acoplada eléctricamente con un sistema de procesamiento, como una PC convencional o computadora portátil como conocerá una persona con habilidad en la industria. El sistema de procesamiento puede funcionar para convertir la salida generada por el detector de CA/CC 1 18 en un valor de contenido de humedad que puede mostrarse (es decir, diodo electroluminiscente, CRT, LCD), o impreso en un medio a través de dispositivos conocidos por aquellos con habilidades en la industria. Adicionalmente, el sistema de procesamiento y muestra puede ser incorporado en un único aparato (un dispositivo integrado) adecuado para utilizar como un dispositivo 'independiente' para utilizar en laboratorios, negocios o establecimientos clínicos, o como un aparato de 'sostenimiento con la mano' adecuado para utilizar en la casa o de viaje. Por ejemplo, un dispositivo de medición de humedad 100 que comprende un circuito con factor Q alto de alta resonancia 1 12 puede ser incorporado en un dispositivo de sostenimiento con la mano que puede ser usado por un salón profesional para indicar rápida, precisa y confiablemente al estilista cuándo el contenido de humedad del cabello del cliente se encuentra en el rango apropiado para alcanzar los resultados óptimos de peinado o tratamiento. Además, la información generada por el detector de CA/CC 118 puede estar acoplada eléctricamente y almacenada en un dispositivo de memoria (es decir, EEPROM, tarjetas de memoria flash, discos de almacenamiento de computadoras, u otros medios de almacenamiento de datos conocidos por aquellos con habilidades en la industria) integrado al dispositivo de medición de humedad 100, o comunicado a través de un módem, codee, USB, RS-232, inalámbrico y/o mediante cables y lo similar, a un sistema de computadora remoto (nacional o internacional) para el procesamiento, almacenamiento y/o muestra. El voltaje de salida amplificado del detector de CA/CC 118 se calibra primero sometiendo múltiples mechones de cabellos a un contenido de humedad conocido mediante el uso de humedad relativa. El detector de CA/CC 118 se utiliza luego para generar una señal de medida para cada mechón de cabello en las diferentes humedades relativas, como se ha descrito anteriormente. Como el cabello muestra generalmente una relación lineal entre el contenido de humedad en peso y la humedad relativa, mencionada anteriormente, el sistema de procesamiento puede funcionar para convertir el voltaje de salida amplificado (señal) del detector de CA/CC 118 en un valor que represente el contenido de humedad en peso del cabello utilizando una tabla de consulta o un algoritmo. Como es del conocimiento de una persona con experiencia en la industria, la tabla de consulta o el algoritmo pueden contener valores de referencia de la señal que se usan para comparar con el voltaje de salida amplificado del detector de CA CC 118. Refiriéndose nuevamente a la modalidad ilustrativa mostrada en la Figura 9a, el dispositivo de medición de humedad 100 es provisto con una unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 que generalmente comprende un accionador lineal 106, y un área de empaque 108. El área de empaque 108 generalmente comprende un mecanismo de realimentación 1 10 (tal como una celda de carga). El accionador lineal 106 puede desviarse a una posición abierta para que la fibra sea fácilmente recibida en el área de empaque 108. De preferencia, las fibras están orientadas para extenderse a lo largo, es decir, generalmente normal al eje longitudinal del área de empaque 108 de la unidad de modificación de la matriz de la fibra 104. Sin embargo, una persona con habilidad en la industria apreciará fácilmente que la orientación de una fibra dentro del área de empaque 108 no requiere explícitamente tal alineación dentro del área de empaque 108 debido a que el accionador lineal 106 puede controlar la densidad de empaque. Como ya se mencionó antes, se ha determinado que la presión de empaque de un sustrato dentro del área de empaque 108 es importante para asegurar la confiabilidad de la medición del contenido de humedad. Adicionalmente, proporcionar un área de empaque 108 con un mecanismo de realimentación 1 10 puede asegurar que la compactación del sustrato colocado dentro del área de empaque 108 logra resultados precisos, confiables y repetibles. Como sería del conocimiento de una persona con experiencia en la industria, tipos de accionadores lineales 106 ilustrativos, pero no limitantes, incluyen accionadores eléctricos, accionadores magnéticos, accionadores mecánicos, accionadores térmicos y combinaciones de éstos. Con referencia a la Figura 9b, la unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 puede ser incorporada como un dispositivo de sostenimiento con la mano 130. En este sentido, un sustrato 154 ilustrativo, tal como una fibra, puede colocarse dentro del área de empaque 108 de la unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 del dispositivo de sostenimiento con la mano 130. La unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 puede fácilmente recibir al sustrato 154 cuando el mecanismo de realimentación 110 (como una celda de carga) es desviado a una posición abierta (abrazaderas 125 de la unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 del dispositivo de sostenimiento con la mano 130 estando en una posición abierta). Será comprendido por las personas de habilidad ordinaria en la industria que la consistencia de empaque puede lograrse por cualquier sistema que incorpore una unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 sin alejarse del espíritu y alcance de la presente invención. Por ejemplo, una unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 que incorpora un sensor 102 puede ser utilizada por un usuario final, como un profesional de salón para indicar, rápida precisa y confiablemente, el contenido de humedad del cabello de un cliente, o por un consumidor para rápida, precisa y confiablemente, indicar el contenido de humedad de su cabello en su hogar. Adicionalmente, una persona con habilidad en la industria será capaz de proporcionar un dispositivo de medición de humedad 100 que incorpore un sensor 102 y una unidad de modificación de la matriz de la fibra 104 en un dispositivo capaz de realizar mediciones múltiples a lo largo del eje longitudinal de un sustrato 154 o en cualquier punto sobre y/o dentro del sustrato 154. Aún cuando se han ilustrado y descrito las realizaciones particulares de la presente invención, será claro para aquellas personas con experiencia en la industria que pueden realizarse diversos cambios y modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Se ha pretendido, por consiguiente, cubrir en las reivindicaciones anexas todos los cambios y modificaciones que están dentro del alcance de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1 . Un dispositivo para medir el contenido de humedad de un sustrato; el dispositivo comprende: Un circuito LC con factor Q alto que tiene una frecuencia de resonancia, el circuito LC que comprende un inductor con factor Q alto inductor y un capacitor; y, un generador de señales de alta frecuencia acoplado eléctricamente al circuito LC, el generador de señales de alta frecuencia es operable para acoplar energía al capacitor; y. una unidad de modificación de la matriz de la fibra; y, caracterizado porque la frecuencia de resonancia del circuito LC se cambia en respuesta al contenido de humedad del sustrato cuando el sustrato se coloca dentro de la unidad de modificación de la matriz de la fibra y próxima al capacitor.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la unidad de modificación de la matriz de la fibra comprende el capacitor.

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el capacitor comprende por lo menos dos placas y el sustrato está colocado próximo a las placas.

4. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la unidad de modificación de la matriz de la fibra además comprende un accionador lineal.

5. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la unidad de modificación de la matriz de la fibra además comprende un área de empaque para colocar el sustrato, la área de empaque además comprende un mecanismo de realimentación.

6. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el generador de alta frecuencia generador de señales de alta frecuencia es operable de 30 Hz a 3 GHz.

7. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende un detector de CA/CC operable acoplado al circuito LC con factor Q alto, el detector de CA/CC es capaz de detectar el cambio de la frecuencia de resonancia del circuito LC.

8. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el detector de CA/CC tiene una salida, la salida está acoplada eléctricamente a un sistema seleccionado del grupo que comprende sistemas de procesamiento, sistemas de comunicaciones, sistemas de exhibición, sistemas de almacenamiento y combinaciones de éstos.

9. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el sistema está integrado con el dispositivo.

10. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el detector de CA/CC tienen una salida, la salida está comunicada con un sistema seleccionado del grupo que comprende sistemas de procesamiento, sistemas de comunicaciones, sistemas de exhibición, sistemas de almacenamiento y combinaciones de éstos.

11. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el sustrato es una fibra queratinosa.

12. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la unidad de modificación de la matriz de la fibra comprende un miembro básico fijo que soporta el circuito LC con factor Q alto y un miembro móvil que soporta la unidad de modificación de la matriz de la fibra en yuxtaposición con el circuito LC con factor Q alto.

13. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la frecuencia de resonancia del circuito LC proporciona una primera frecuencia en respuesta a un primer sustrato colocado dentro de la unidad de modificación de la matriz de la fibra, el primero sustrato tiene menos que 50 por ciento de humedad en peso del sustrato, y caracterizado además porque la frecuencia de resonancia del circuito LC proporciona una segunda frecuencia en respuesta a un segundo sustrato colocado dentro de la unidad de modificación de la matriz de la fibra; el segundo sustrato está saturado.

14. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque el dispositivo tiene un rango dinámico, el rango dinámico comprende una comparación de la primera frecuencia de resonancia y la segunda frecuencia de resonancia.

15. Un circuito para un dispositivo capaz de medir el contenido de humedad de un sustrato, el circuito comprende: Un circuito LC con factor Q alto que tiene una frecuencia de resonancia, el circuito LC que comprende un inductor y un capacitor con factor Q alto; y, un generador de señales de alta frecuencia acoplado eléctricamente al circuito LC y operable para acoplar energía al capacitor; y, caracterizado además porque la frecuencia de resonancia del circuito LC se puede cambiar en respuesta al contenido de humedad del sustrato colocado próximo al capacitor.

16. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque además comprende un detector de CA/CC, el detector de CA/CC es operable acoplado al circuito, el detector de CA/CC es capaz de detectar el cambio de la frecuencia de resonancia del circuito LC.

17. El circuito de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el detector de CA/CC además comprende un amplificador de DC.

18. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque el circuito tiene una curva de resonancia desfasable.

19. El circuito de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque dicho generador de alta frecuencia generador de señales de alta frecuencia es operable de 30 MHz a 3 GHz.

20. Un método para medir el contenido de humedad de un sustrato, el método caracterizado porque comprende los pasos de: (a) Proporcionar un circuito LC con factor Q alto que tiene una curva de resonancia desfasable, el circuito LC comprende un inductor y un capacitor con factor Q alto, y un generador de señales de alta frecuencia acoplado eléctricamente al circuito LC, el generador de señales de alta frecuencia es operable para acoplar energía al capacitor; (b) introducir el sustrato próximo al capacitor; (c) medir una salida del circuito LC con factor Q alto; y, (d) comparar la salida con una referencia para determinar el contenido de humedad del sustrato.