ES2115382T5

ES2115382T5 - Codificador de posicion.

Info

Publication number: ES2115382T5
Application number: ES95918680T
Authority: ES
Inventors: Andrew Nicholas Scientific Generics DAMES; David Thomas Eliot Scientific Generics ELY; Andrew Robert Linton Scientific Generics HOWE
Original assignee: Synaptics UK Ltd
Current assignee: Synaptics UK Ltd
Priority date: 1994-05-14
Filing date: 1995-05-15
Publication date: 2004-12-01
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: EP0760087A1; SI0760087T1; MX9605535A; CN1085332C; AU2451395A; AU679378B2; EP0760087B1; DE69502283T3; BR9507650A; DK0760087T4; CA2189959C; ATE165659T1; HK1010796A1; EP0760087B2; JP3804971B2; ES2115382T3; DE69502283T2; EP0760087B9; US5815091A; JPH10500481A

Abstract

EN UN CODIFICADOR DE POSICION LINEAL, SE PROPORCIONA UN SOPORTE SOBRE EL QUE SE MONTAN UN PAR DE BOBINADORAS DE CUADRATURA DE FASES (13 Y 15). LAS BOBINADORAS ESTAN COLOCADAS PARA QUE TENGAN UNA SENSIBILIDAD MAGNETICA SINUSOIDAL CARACTERISTICA A LO LARGO DE LA LONGITUD DEL SOPORTE (5). SOBRE UN ELEMENTO MOVIL (NO MOSTRADO) SE ENCUENTRA MONTADO UN CIRCUITO RESONANTE (10) QUE COMPRENDE UNA BOBINA (14) Y UN CAPACITADOR (17) QUE SE PUEDEN UNIR MAGNETICAMENTE CON LAS BOBINADORAS (13 Y 15). CUANDO EL CIRCUITO (10) ES ENCENDIDO, ESTE INDUCE CORRIENTES EN LAS BOBINADORAS (13 Y 15) QUE DEPENDEN DE LA POSICION DEL CIRCUITO (10) EN UN PERIODO T{SUB,S} DE LAS BOBINADORAS (13 Y 15). SE PROPORCIONA UNA UNIDAD DE PROCESAMIENTO Y DE ENCENDIDO (11) PARA SUMINISTRAR ENERGIA AL CIRCUITO (10) Y PARA PROCESAR LAS SEÑALES INDUCIDAS EN LAS BOBINADORAS (13 Y 15). EN OTROS MODELOS, EL CODIFICADOR PUEDE MEDIR LA POSICION RADIAL O ROTACIONAL EN LUGAR DE LA TRASLACION.

Description

Codificador de posición.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada generalmente con los codificadores de posición lineales, rotatorios y radiales. La invención tiene una particular relevancia, aunque no exclusiva, en los codificadores de posición sin contacto de tipo lineal, rotatorio y radial. La invención está adaptada particularmente para su utilización en sistemas en los que puedan existir interferencias electromagnéticas.

Exposición de la técnica anterior

Se han propuesto muchos tipos de sensores de posición lineales sin contacto. Un sistema similar al de la presente invención es el sistema de tipo inductor síncrono ("inductosyn") descrito en el documento US 4005396. En particular, el documento 4005396 expone un sistema que utiliza una pluralidad de devanados de onda cuadrada montados sobre la superficie de un elemento estacionario, y una bobina conectada a una fuente de alimentación de c.a. montada sobre un elemento movible. Los devanados de onda cuadrada comprenden cada uno una pluralidad de partes "altas" y "bajas" y tienen períodos diferentes. El sistema determina la posición del elemento móvil en relación con el elemento estacionario mediante la utilización de la variación en la inductancia mutua entre la bobina y la pluralidad de devanados de onda cuadrada. Más específicamente, cuando la fuente de alimentación proporciona energía a la bobina, se induce una alta corriente en el devanado de onda cuadrada si la bobina es adyacente a la parte alta del mismo. Solo se induce una baja corriente en un devanado si la bobina es adyacente a una parte baja del mismo. En consecuencia, la posición del elemento móvil a lo largo de la longitud del elemento estacionario puede ser determinada a partir de las señales en los devanados.

No obstante, este sistema tiene varias desventajas. En primer lugar, el sistema no está "balanceado", es decir, no es inmune a la interferencia electromagnética. Los presentes inventores saben que esto es porque la conexión a tierra se efectúa a través de una placa base o similar, y que no existe simetría en el sistema. De hecho, el documento US 4005396 reconoce el problema de la interferencia, y trata de resolverla mediante la aportación de un devanado adicional diseñado para detectar la interferencia electromagnética. La señal de este devanado adicional se utiliza entonces para ajustar las señales de los devanados de onda cuadrada. No obstante, dicha solución requiere un devanado de "interferencia" adicional, que aumenta la complejidad del sistema y en consecuencia el costo de fabricación.

En segundo lugar, el sistema es sensible a las variaciones en el nivel de alimentación de la fuente de alimentación, y es relativamente sensible a los cambios en la separación entre el elemento movible y el elemento estacionario. Los presentes inventores saben que esto es porque el sistema se basa en la modulación en amplitud de la señal de la fuente de alimentación y no se ejecuta ningún cálculo del tipo de relación proporcional. No obstante, este documento ofrece una solución al problema de separación que incluye la limitación del movimiento del elemento movible, suministrando una raíles de guía a lo largo de los cuales se desliza el elemento movible. Aunque esta solución puede funcionar en algunas aplicaciones, no funcionará para todas las aplicaciones. Por ejemplo, no funcionará en un sistema de ascensor, puesto que es impracticable restringir el ascensor, de forma que no exista movimiento lateral significativo dentro del hueco del ascensor.

En tercer lugar, el uso de los devanados de onda cuadrada dan lugar al problema de que si las medidas se efectúan cerca de los devanados (es decir, con una separación de típicamente menor de 1/8 del periodo de los devanados, entonces la forma del devanado según se percibe por el dispositivo de captación, da lugar a armónicos, por ejemplo, los armónicos tercero, quinto, séptimo, etc., que distorsionan los resultados medidos que se obtienen.

El presente solicitante ha propuesto ya un codificador de posición rotativo mediante el documento WO94/25829 (publicado el 10.11.94), que emplea una bobina de excitación, dos bobinas de recepción y un circuito resonante, montado sobre el elemento rotatorio. La configuración es tal que, en respuesta a una corriente de excitación en la bobina de excitación, el circuito resonante genera señales en las bobinas de recepción cuyas amplitudes dependen de la orientación del elemento rotatorio. En consecuencia, mediante el procesado adecuado, puede determinarse la orientación del miembro rotatorio. No obstante, la exposición de esta referencia no se extiende más allá de la codificación de posicionado rotatorio.

El documento US-A-5214427 expone un detector de posición que tiene devanados sensores en cuadratura, un dispositivo móvil resonante y una bobina de excitación para dar energía al dispositivo resonante. El dispositivo está dispuesto de forma que cuando se le proporciona energía, el dispositivo resonante induce señales en los devanados sensores en cuadratura que varían con la posición del dispositivo móvil resonante.

Sumario de la invención

En un aspecto, la invención proporciona un detector de posición que incluye: un primer y segundo miembros montados para un movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida; comprendiendo el mencionado primer miembro un primer circuito que tiene al menos dos bucles dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo del mencionado recorrido y estando los mencionados bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común se oponen entre sí, y un segundo circuito extendiéndose a lo largo del mencionado recorrido de medida; comprendiendo el mencionado segundo miembro un medio para interactuar con los mencionados circuitos, de forma tal que en respuesta a una señal de excitación en la entrada aplicada al mencionado segundo circuito, se induzca en el mencionado primer circuito una señal de salida, estando configurados el mencionado medio de interacción y los mencionados al menos dos bucles del mencionado primer circuito, de forma tal que la mencionada señal de salida varíe continuamente como una función de su posición relativa a lo largo del mencionado recorrido; y un medio de excitación para aplicar una señal de excitación de entrada al mencionado segundo circuito; caracterizado porque dicho segundo circuito comprende al menos dos bucles dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido de medida, extendiéndose cada uno de los bucles a lo largo del mencionado recorrido y estando los bucles conectados en serie y estando dispuestos de manera que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por medio de un campo magnético alterno de fondo común sean opuestas una a la otra, y en que dicho medio interactivo comprende un dispositivo electromagnético resonante de forma que, durante su funcionamiento, se induce una señal intermedia en el mismo por medio de la mencionada señal de excitación de entrada aplicada a dicho segundo circuito y de forma que dicha señal intermedia induce la mencionada señal de salida en dicho primer circuito.

La presente invención también proporciona un detector de la posición que incluye: un primer y un segundo miembros que son relativamente móviles a lo largo de un recorrido de medida; comprendiendo dicho primer miembro: (i) una primera circuitería que tiene una pluralidad de partes de bucle que cruzan dicho recorrido y que están conectadas juntas para formar un primer y un segundo conjuntos de bucles dispuestos en sucesión a lo largo de dicho recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo de dicho recorrido y estando conectados dichos bucles en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los bucles del mismo conjunto por un campo magnético alterno de fondo común se sumen juntos y de forma que las FEM inducidas en el primer conjunto de bucles por medio de un campo magnético alterno de fondo común sean opuestas a las FEM inducidas en el segundo conjunto adyacente de bucles; y (ii) un segundo circuito que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida; comprendiendo dicho segundo miembro un medio para interactuar con los mencionados circuitos, de forma que en respuesta a una señal de excitación de entrada aplicada a uno de los mencionados circuitos, se induce en el otro mencionado circuito una señal de salida, dicho medio de interacción y dichos primer y segundo conjuntos de bucles estando dispuestos de forma que dicha señal de salida varíe continuamente como una función de su posición relativa a lo largo del mencionado recorrido; caracterizado porque el mencionado medio de interacción comprende un dispositivo resonante electromagnético dispuesto de forma que, en funcionamiento, se induzca una señal intermedia en el mismo mediante la mencionada señal de excitación en la entrada, aplicada al mencionado circuito, y de forma que la mencionada señal intermedia induzca la mencionada señal de salida en el otro circuito mencionado; y en que las partes de bucle que cruzan el mencionado recorrido en cada conjunto de bucles están dispuestas con una densidad decreciente y creciente a lo largo del mencionado recorrido de medida de forma que la sensibilidad magnética del circuito sea sinusoidal.

La presente invención proporciona también un detector de posición que incluye: un primer y un segundo miembros montados para el movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida, comprendiendo dicho primer miembro una placa de circuito impreso que contiene una pluralidad de pistas conductoras sobre al menos dos capas de la placa, cuyas pistas están dispuestas sobre la placa y las pistas apropiadas están conectadas juntas a través de la placa en una pluralidad de agujeros pasantes, para formar un primer circuito que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida y un segundo circuito que se extiende a lo largo de dicho recorrido de medida; en el que dicho primer circuito comprende al menos dos bucles dispuestos en sucesión a lo largo de dicho recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo de dicho recorrido y estando dichos bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común son opuestas unas a otras; comprendiendo dicho segundo miembro un medio para interactuar con dichos circuitos, de forma que en respuesta a una señal de excitación de entrada aplicada a uno de los mencionados circuitos se induce una señal de salida en el otro circuito mencionado, dicho medio de interacción y dichos al menos dos bucles estando dispuestos de forma que dicha señal de salida varíe continuamente como una función de su posición relativa a lo largo de los mencionados recorridos; caracterizado porque dicho medio de interacción comprende un dispositivo electromagnético resonante dispuesto de forma que, en funcionamiento, se induce una señal intermedia en el mismo por medio de dicha señal de excitación de entrada aplicada al mencionado circuito y de forma que dicha señal intermedia induce dicha señal de salida en el mencionado otro circuito; en que dichos agujeros pasantes están agrupados en un primer y un segundo grupos que están espaciados transversalmente con relación a dicho recorrido de medida y en que dichos bucles están formados por una pluralidad de las mencionadas pistas conductoras cada una de las cuales se extiende entre un respectivo agujero pasante en el primer grupo y un respectivo agujero pasante en el segundo grupo.

Mediante el suministro de un circuito resonante en el segundo miembro, el segundo miembro no precisa conexión externa alguna o contacto eléctrico o mecánico con el primer miembro. Preferiblemente, los bucles del primer circuito se derivan de convoluciones sinusoidales opuestas del conductor, puesto que esto permite tanto la interpolación utilizando las señales recibidas para dar una mayor precisión de medida, y pudiendo permitir que las señales sinusoidales sean recibidas incluso si es pequeño el espacio entre el primer circuito y el dispositivo resonante. El uso de bucles conectados en serie y dispuestos de forma que las FEM inducidas en bucles adyacentes, mediante el campo magnético alterno de fondo común opuesto entre sí, no solo reduce la sensibilidad del detector de posición al campo magnético de fondo común, sino también a otras perturbaciones externas tales como los cuerpos metálicos situados en la proximidad del primer circuito.

Preferiblemente, se proporcionan dos o más primeros circuitos con los bucles de los respectivos circuitos separados espacialmente en el recorrido de la medida. Esto permite la determinación de las posiciones relativas del primer y segundo miembros, mediante la ejecución de un cálculo de tipo de relación proporcional que da lugar a que la salida sea insensible a la separación entre el primer circuito y el dispositivo resonante.

Al utilizarse como un codificador de posición translacional, la invención puede comprender un ascensor teniendo un medio para indicar su posición en el hueco del ascensor, siendo dicho medio el detector de posición como ya se mencionó. El codificador de posición translacional puede utilizarse para determinar la posición relativa de otros miembros fijos y movibles en ingeniería y en metrología, por ejemplo la posición de un cabezal movible de impresora de matriz de puntos o impresora de chorro de tinta o dispositivo similar, en relación con la estructura de soporte dentro de la cual efectúa el movimiento de vaivén el cabezal de la impresora.

La invención proporciona también un sensor de nivel de líquido que comprende un flotador, un soporte en el cual el flotador se guía en forma deslizable, y un codificador de posición lineal en forma de aparato de medida de posición relativa, tal como se expuso anteriormente.

La invención es aplicable también a los codificadores de posición de un eje, por ejemplo para una válvula o regulador de mariposa que tenga un eje rotatorio y un codificador de posición para cada eje, siendo el codificador un codificador rotatorio tal como se expuso anteriormente. Dicho codificador se utiliza ventajosamente para el control de ejes de recorrido angular limitado, por ejemplo, inferior a 180º, y en particular no superior a 120º. Tales ejes de recorrido limitado pueden utilizarse para controlar, por ejemplo, válvulas de puertas que pueden activarse o desactivarse dentro de un movimiento rotacional de 90º, y ejes de reguladores de admisión del acelerador de vehículos en que el movimiento angular no es usualmente mayor de 120º.

La invención es aplicable al control de procesos industriales, por ejemplo, en un medidor de flujo de fluidos que comprende un tubo ahusado y un flotador en el tubo que se desplaza hacia una posición longitudinal determinada por el flujo del fluido, proporcionándose un detector de posición según lo expuesto anteriormente, para indicar la posición relativa del flotador y el tubo. Tal aparato puede ser adicionalmente equipado con un medio en que mediante la rotación del flotador, que puede contener uno más resonadores, para que pueda ser controlado o compensado.

La presente invención proporciona también un detector de posición que incluye: un primer y un segundo miembros montados para el movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida; comprendiendo dicho primer medio un primer circuito que tiene al menos dos bucles dispuestos en sucesión a lo largo de dicho recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo de dicho recorrido y estando dichos bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común son opuestas unas a otras, y un segundo circuito que se extiende a lo largo de dicho recorrido de medida; comprendiendo dicho segundo miembro un medio para interactuar con dichos circuitos de forma que en respuesta a una señal de excitación alterna de entrada aplicada a uno de dichos primer y segundo circuitos, se induzca en el otro una señal alterna de salida que varíe como una función de la posición a lo largo de dicho recorrido del mencionado medio de interacción con relación a al menos dos bucles de dicho primer circuito; caracterizado porque dicho medio de interacción comprende un generador electromagnético de armónicos dispuesto de forma que, en funcionamiento, en respuesta a dicha señal de excitación alterna de entrada, dicho generador de armónicos induce la mencionada señal alterna de salida en el otro mencionado circuito, y en el que la frecuencia de la señal inducida es diferente a la de la señal de excitación.

Breve descripción de los dibujos

Se describirá ahora la forma en que la invención puede realizarse a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra esquemáticamente un sistema de ascensor que tiene un codificador de posición incluido en la presente invención;

La Figura 2a es una vista isométrica de un codificador de posición lineal que incluye la presente invención que se emplea en el sistema de ascensor de la Figura 1;

La Figura 2b es una vista terminal de un corte delgado de una pista del codificador de posición formando parte del codificador de la Figura 2a;

Las Figuras 2c y 2d son capas de conductores impresos, a partir de los cuales puede formarse una pista real del codificador;

La Figura 2e es una vista esquemática de la pista del codificador impreso de 2 capas resultante;

Las Figuras 2f, 2g y 2h muestran las configuraciones alternativas de los conductores que forman la pista del codificador;

La Figura 3 muestra un solo período de un "devanado espiral" y el efecto que tiene en el mismo una interferencia electromagnética de campo lejano;

La Figura 4a muestra esquemáticamente una parte del codificador de posición lineal mostrado en la Figura 2a, y que contiene una representación gráfica de su sensibilidad magnética con respecto a las posiciones del resonador, la Figura 4b es un diagrama que muestra un impulso de excitación y la Figura 4c es un diagrama que muestra la corriente inducida en el circuito resonante en respuesta a la corriente de excitación;

La Figura 5a es una representación esquemática de la excitación preferida y del circuito de procesado utilizado para determinar en el codificador de posición de las Figuras 2a y 4a la posición del circuito resonante;

La Figura 5b es un gráfico que muestra el voltaje de salida con respecto al tiempo, para un integrador que forma parte del circuito de la Figura 4a;

La Figura 6a es una representación gráfica en tres dimensiones de la sensibilidad de los devanados espirales con respecto a un campo magnético externo para la posición cambiante del resonador;

La Figura 6b es una representación gráfica en dos dimensiones de la magnitud de pico de la sensibilidad como una función de la separación entre el circuito resonante y el soporte;

La Figura 7 muestra esquemáticamente un ejemplo de un codificador de posición absoluto que incluye la presente invención;

La Figura 8a muestra otro codificador de posición absoluto que incluye la presente invención y el circuito de procesado necesario para determinar la posición del circuito resonante, y la Figura 8a muestra una forma adicional del transductor de posición absoluta y el circuito de procesado.

La Figura 9 muestra otro codificador de posición absoluta que incluye la presente invención y el circuito de procesado necesario para determinar la posición del circuito resonante;

La Figura 10 muestra otro transductor de posición absoluta que incluye la presente invención;

La Figura 11 muestra esquemáticamente un codificador alternativo de posición lineal que incluye la presente invención;

Las Figuras 12a y 12b muestran formas alternativas de un devanado espiral trifásico, conjuntamente con el circuito de excitación y procesado, pero diferente en la forma en que se aplica la energía y en la recepción de la señal de posición, y la Figura 12c muestra un devanado espiral de cuatro fases y sus circuito de procesado asociado;

La Figura 13a muestra esquemáticamente un sensor de nivel de líquido que incluye la presente invención;

La Figura 13b muestra la forma en que el transductor mostrado en la Figura 13e puede ser formado alrededor de un soporte de una forma helicoidal;

La Figura 14a muestra esquemáticamente un transductor apropiado para su utilización en un codificador de posición rotatorio que incluye la presente invención;

La Figura 14b muestra esquemáticamente un circuito resonante que es adecuado para su utilización en la realización rotatoria mostrada en la Figura 14a;

La Figura 15 muestra esquemáticamente un codificador de posición lineal que comprende un único período de devanados espirales en cuadratura;

La Figura 16 es un gráfico de la característica de resonancia típica para un circuito resonante;

Las Figuras 17 y 18 muestran esquemáticamente formas adicionales de un codificador de posición lineal;

La Figura 19 es una representación esquemática del circuito preferido de excitación y de procesado utilizado para determinar, para el codificador de posición mostrado en la Figura 18, la posición del generador de armónicos;

La Figura 20 es una vista isométrica de la configuración preferida del flotador utilizado en el sistema del sensor de nivel de líquido mostrado en la Figura 13;

La Figura 21 es una vista en planta de otra configuración del flotador, que puede utilizarse en el sistema del sensor de nivel de líquido mostrado en la Figura 13a;

La Figura 22 muestra esquemáticamente un sistema de detección de la velocidad de flujo de un fluido, que emplea un transductor de acuerdo con la presente invención;

La Figura 23a muestra esquemáticamente un flotador que es adecuado su uso en el sistema de velocidad de flujo de un fluido mostrado en la Figura 22;

La Figura 23b muestra esquemáticamente una forma preferida del flotador utilizado en el sistema de velocidad de flujo de un fluido mostrado en la Figura 22;

La Figura 23c muestra en sección otro sistema de velocidad de flujo de un fluido, utilizando dos transductores que incluyen la presente invención;

La Figura 23d muestra esquemáticamente la forma del flotador utilizado en el sistema de detección de velocidad de flujo de un fluido mostrado en la Figura 22 cuando el flotador es esférico;

La Figura 24 es una vista isométrica que muestra como pueden formarse las bobinas de excitación ortogonales alrededor del soporte en el sistema de detección de nivel de líquido mostrado en la Figura 13;

Las Figuras 25a y 25b son respectivamente vistas de una pista del codificador de posición y de las bobinas del resonador balanceadas, de acuerdo con otra realización de la invención;

La Figura 26 muestra parte de un transductor de desplazamiento de dos dimensiones, de acuerdo con otra realización de la invención;

Las Figuras 27a y 27b son diagramas que muestran la relación entre la posición de medida aparente y la posición de medida real para una sola bobina, y el uso de un par de bobinas para ajustar la posición de medida aparente, permitiendo la reducción de sus efectos adversos de la inclinación de la bobina;

Las Figuras 28a y 28b son vistas de formas alternativas de un transductor de posición radial; y

La Figura 29 muestra una forma modificada del transductor mostrado en la Figura 28b, que es adecuado para su uso en un codificador de posición lineal.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La Figura 1 muestra esquemáticamente un sistema de ascensor que tiene un ascensor que se desplaza hacia arriba y hacia abajo en el hueco del ascensor 3. Fijado a una de las paredes laterales del hueco del ascensor 3 existe un soporte 5 del transductor de material eléctricamente aislante fijado a la pared mediante puntos de fijación 7. Montado en el soporte 5 existe un transductor (no mostrado) que está conectado a una unidad de excitación y procesado 11. En esta realización, un circuito resonante 10 está montado en la parte superior del ascensor de forma tal que al ser excitado, genera señales en el transductor (no mostrado) que dependen de la posición del ascensor dentro del hueco del ascensor 3. Estas señales son entonces procesadas por la unidad de excitación y procesado 11, que determina la posición del ascensor y genera en la salida las señales 12 para el controlador del ascensor (no mostrado). El circuito de procesado puede también determinar la velocidad y aceleración del ascensor desde las indicaciones de posición anteriores, cuya información puede utilizarse por el controlador del ascensor (no mostrado) para controlar óptimamente el ascensor.

Para operar con efectividad en el entorno del ascensor, el sistema del sensor tiene que ser relativamente inmune a la separación entre el soporte del transductor 5 y el circuito resonante 10, puesto que los ascensores están predispuestos al movimiento lateral. Realmente, el sistema sería típicamente tolerante a los desplazamientos en el movimiento lateral de aproximadamente \pm 8 mm en cualquier dirección.

Los sistemas de los ascensores actuales utilizan una combinación de sensores de cables y poleas, sensores de aletas ópticos y codificadores de eje en el conjunto del motor y devanados. No obstante, estos sensores tienen los siguientes inconvenientes. En el sistema de cable y polea, el cable está conectado al ascensor y discurre sobre una rueda de polea que tiene un codificador rotatorio montado en la misma. Este sistema adolece del deslizamiento del cable sobre la polea, una dinámica deficientemente definida si la longitud del pozo del ascensor del ascensor es grande. El desgaste mecánico es también un problema. En el sistema de aletas ópticas, una aleta en cada piso interrumpe un sensor de ruptura por haz óptico montado en el ascensor. Este sistema puede utilizarse para compensar el deslizamiento del sistema de cable y polea. No obstante, puesto que el controlador del ascensor está montado en el hueco del ascensor y necesita comunicarse con el sensor, se precisa de un enlace de comunicación adicional entre el hueco del ascensor y el ascensor. El sistema del codificador del hueco del ascensor adolece de la desventaja de que es indirecto, puesto que actúa en conjunto del motor y devanados y no en el ascensor directamente. En consecuencia, conforme el sistema se altera debido, por ejemplo, al estiramiento de los cables de soporte con la carga y con el tiempo, el sistema perderá precisión.

La Figura 2a es una vista isométrica de un sensor de posición lineal que incluye la presente invención, y que puede ser utilizado en el sistema del ascensor mostrado en la Figura 1. Tal como se muestra en la Figura 2, existen un par de devanados conductores en cuadratura de fase 13 y 15, y un bucle de excitación 16 montado en un soporte 5. En una forma sencilla tal como se muestra en la Figura 2b, los devanados 13, 15 y el bucle de excitación 16 podrían tomar la forma de cables aislados de cobre u otro conductor adherido, por ejemplo, mediante un adhesivo epoxi en el patrón necesario sobre un substrato 5 de fibra de vidrio u otro material de plancha aislante plana. En una forma más desarrollada, tal como se muestra en las Figuras 2c a 2e, los patrones conductores se forman en sucesivas capas de circuito impreso que se muestran en las Figuras 2c y 2d, teniendo cada capa conductores en un patrón impreso tal como se muestra, y extendiéndose a través de agujeros pasantes. Cuando las dos capas están superpuestas y conectadas a través de los agujeros pasantes, tal como se muestra en la Figura 2e, se obtiene una pista de configuración sinusoidal o "espiral" necesaria. El mismo principio puede utilizarse para proporcionar capas adicionales, por ejemplo de otros conductores en "espiral" o de posición aproximada, indicando las pistas según lo descrito con más detalle más adelante.

Cada devanado 13 y 15 comienza desde un extremo 5a del soporte 5 y sigue un recorrido sinusoidal a lo largo hasta que alcanza el otro extremo 5b, en donde retorna a lo largo del soporte 5, siguiendo un recorrido sinusoidal hasta el extremo de inicio 5a. Los recorridos sinusoidales de ida y vuelta que forman cada devanado 13 y 15 tienen el período T_{s} y se encuentran en contrafase, es decir, están substancialmente a 180º de desfase. Los devanados 13 y 15 mostrados en la Figura 2 y descritos anteriormente, serán posteriormente referenciados como los "devanados espirales", puesto que visualmente parecen una hélice aplanada. Los devanados 13 y 15 están aislados entre sí, bien utilizando agujeros pasantes hacia el otro lado del soporte 5 en los puntos de cruce, o mediante la utilización de una estructura de conductores aislados laminados. Si se emplea una estructura laminada, el soporte 5 deberá ser no magnético y preferiblemente no conductor por razones que llegará a ser evidentes más adelante. Los devanados espirales 13 y 15 pueden formarse utilizando cualquier hilo conductor, pero se forman preferiblemente mediante el grabado por ácido o bien otra técnica de placa de circuito impreso estándar. El bucle de excitación 16 discurre alrededor de la periferia del soporte 5 y pueden comprender un único bucle de conductor, o alternativamente puede comprender muchas espiras de hilo conductor.

Cada extremo de los devanados espirales 13 y 15 y el bucle de excitación 16 están conectados a la unidad de excitación y procesado 11. Tal como comprenderán aquellos especializados en la técnica, en la práctica el circuito de excitación y procesado 11 puede proporcionarse mediante una fuente de alimentación y un único circuito integrado semiconductor.

La Figura 2a muestra una bobina de hilo 14 y un condensador 17, que conjuntamente forman el circuito resonante 10 que está montado en la parte superior del ascensor 1 mostrado en la Figura 1. Tal como se representa mediante las flechas 19, el circuito resonante 10 está libre para moverse a lo largo de la longitud del soporte 5, es decir, a lo largo del eje X de la Figura 2a. Preferiblemente, el eje 21 de la bobina 14 es ortogonal respecto de la superficie del soporte 5 sobre el cual están montados los devanados espirales 13 y 15, ya que esto proporciona el mayor acoplamiento magnético entre los devanados espirales 13 y 15 y la bobina 14. La configuración del bucle de excitación 16 está diseñada para proporcionar un acoplamiento constante con el circuito resonante 10, independientemente de su posición a lo largo de la longitud del soporte 5.

El hilo utilizado para formar la bobina 14 puede ser de cualquier material conductor pero preferiblemente hilo de Litz, que es un cable compuesto de múltiples hilos que tienen baja resistencia a la c.a. El hilo de Litz se encuentra disponible en Elektrisola Dr. Gerd Schilbach GmbH & Co., de Inderhuvttenwiese D-5226 Reichshof-Eckenhagen, Alemania.

Las Figuras 2f, 2g y 2h muestran configuraciones alternativas de los devanados. En la Figura 2f, los devanados tienen, al ser observados globalmente, una configuración hexagonal, en la Figura 2g son triangulares y en la Figura 2h son ondas cuadradas.

El funcionamiento del sistema sensor mostrado en la Figura 2 será descrito brevemente ahora. Cuando tiene que determinarse la posición de la bobina 14 a lo largo del eje X en relación con el soporte 5, se aplica una ráfaga de corriente de excitación al bucle de excitación 16. La frecuencia de la ráfaga deberá ser tal que provoque la resonancia del circuito 10. Cuando termina la ráfaga, el circuito 10 continua resonando durante un periodo corto de tiempo, e induce una corriente en cada devanado espiral 13 y 15. La magnitud de la corriente inducida depende de la posición del circuito resonante 10 a lo largo del eje X. En consecuencia, mediante el adecuado procesado de las corrientes inducidas en los devanados espirales 13 y 15, puede determinarse la posición del circuito resonante 10 dentro de un periodo de los devanados 13 y 15. Tal como será evidente más adelante, se necesitan dos devanados espirales en cuadratura de fase para dar lecturas no ambiguas en todo el período T_{s} de los devanados espirales 13 y 15. En la realización presente, la posición absoluta se determina mediante la utilización de un contador dentro de la unidad de procesado de la excitación 11, que cuenta los períodos a través de los cuales se ha movido el circuito resonante desde un punto de referencia. Preferiblemente, el punto de referencia se define por un bucle conductor adicional (no mostrado) en una posición seleccionada sobre el soporte 5, y esto permite que la unidad de procesado de la excitación 11 recupere la posición absoluta después de que se haya suprimido la alimentación, sencillamente moviendo el circuito resonante 10 hasta que el nivel de la señal en este bucle adicional sea el máximo. Adicionalmente, puede conseguirse una precisión mejorada, promediando los valores obtenidos a través de varias etapas mencionadas de excitación y procesado.

Aunque el funcionamiento del circuito descrito anteriormente es similar en algunos puntos respecto a un transformador de fase variable del tipo "inductosyn" para detectar el desplazamiento lineal, utilizando los devanados espirales 13 y 15 se proporcionan varias ventajas. En particular, puesto que los devanados 13 y 15 no son digitales en su naturaleza, es decir, varían continuamente a lo largo de la longitud del soporte 5, la resolución del sistema es teóricamente infinita. En la práctica, no obstante, las señales de salida son procesadas digitalmente, y la resolución del convertidor analógico -digital (CAD) en el circuito de procesado que digitaliza las señales de los devanados 13, 15, determinará la resolución del sistema. Otra ventaja de los devanados espirales es que puesto que los recorridos sinusoidales de ida y vuelta que forman cada devanado 13 y 15 se encuentran en contrafase, las corrientes inducidas que circulan en cualquier bucle y su bucle adyacente, se encuentran en direcciones opuestas, de forma que los campos magnéticos correspondientes son de polaridad opuesta y se equilibran realmente. En consecuencia, son inmunes relativamente a la interferencia electromagnética. Esto se debe a que, tal como se muestra en la Figura 3, cualquier corriente inducida en un bucle A de un devanado debido a la radiación electromagnética de fondo 23 se cancela mediante la corriente inducida por la misma radiación electromagnética de fondo en el bucle adyacente B del devanado. Otra ventaja de los devanados espirales es que su sensibilidad de campo magnético medida a cualquier distancia de los devanados en una línea paralela a sus ejes es sinusoidal. Como resultado de ello, el sistema puede ser más tolerante a los cambios en la separación entre el circuito resonante 10 y el soporte 5, es decir, en el movimiento a lo largo del eje Y, que en los sistemas inductosyn de la técnica anterior. En particular, la sensibilidad del devanado espiral permanece sinusoidal incluso para pequeñas separaciones entre el circuito resonante 10 y los devanados 13 y 15. Adicionalmente, el sistema es relativamente insensible a la suciedad, polvo, grasa, etc., que pueden afectar al correcto funcionamiento de los sensores de posición del tipo óptico.

Deberá observarse que puesto que el bucle de excitación 16 genera un campo magnético uniforme a lo largo de la longitud de los devanados 13 y 15, y puesto que los devanados están equilibrados, el bucle de excitación y los devanados 13 y 15 son realmente ortogonales. En otras palabras, el bucle de excitación 16 no inducirá, en teoría, corriente en los devanados 13 y 15, y por tanto el sistema podría ser operado en el modo de ondas continuas (CW), es decir, con la excitación y recepción de las señales al mismo tiempo. No obstante, en la práctica y debido a las imperfecciones en los devanados espirales especialmente en los extremos de los mismos, se inducirá cierta corriente en los mismos por la corriente del bucle de excitación. Así pues, el modo preferido de operación, al menos en esta realización, es el eco de impulsos, es decir transmitiendo y entonces recibiendo y procesando después de haber suprimido la excitación.

El principio de funcionamiento del sistema mostrado en la Figura 2 será descrito ahora con más detalle, con referencia a las Figuras 4, 5 y 6. La Figura 4a es un diagrama esquemático que muestra parte de los devanados espirales 13 y 15, del bucle de excitación 16 y el circuito resonante 10. Tal como se muestra mediante las flechas 19, el circuito resonante 10 está libre para moverse en cualquier dirección a lo largo del eje de los devanados espirales 13 y 15, es decir, a lo largo del eje X. La Figura 4a muestra también un gráfico de la función de sensibilidad S(x) de cada devanado espiral con respecto a la densidad de flujo magnético generado por el circuito resonante 10 como una función de la posición x del circuito resonante 10 a lo largo del soporte 5. Conforme el circuito resonante 10 se mueve a lo largo de los devanados espirales 13 y 15, las funciones S_{13}(x) y S_{15}(x) de sensibilidad correspondientes, varían de forma sinusoidal en cuadratura de fase, y que están dadas por:

(1)S_{13}(x) = A \ cos\left(\frac{2\pi x}{T_{s}}\right)

(2)S_{15}(x) = A \ sen\left(\frac{2\pi x}{T_{s}}\right)

(en donde x y T_{s} son tal como se definieron antes y A es la amplitud de pico de la función de la sensibilidad).

La Figura 4b muestra la ráfaga de la corriente de excitación que se aplica al bucle de excitación 16 mostrado en la Figura 4a. Cada ráfaga comprende un número de ciclos de una corriente de excitación. El número de ciclos transmitidos depende de la frecuencia de resonancia y del factor de calidad (Q) del circuito resonante 10. En esta realización se aplica una ráfaga de 64 ciclos de una señal de onda triangular que tiene un período de 6 ms a la bobina de excitación 16, que es suficiente para provocar la resonancia del circuito 10. La Figura 4c muestra que la corriente I_{r} en el circuito resonante 10 aumenta en magnitud, y comienza a disminuir el nivel justamente antes de suprimir la corriente de excitación. Después de terminar la ráfaga, el circuito 10 resuena todavía, pero la amplitud de la corriente I_{r} disminuye de una forma exponencial en el tiempo. Para permitir que el tiempo de la señal se estabilice, la unidad de excitación y procesado 11 espera durante un corto período de tiempo, aproximadamente 4 ciclos de excitación en esta realización, antes de procesar las señales de los devanados 13 y 15.

En consecuencia, después de haber suprimido la ráfaga de la corriente de excitación, la corriente que fluye en el circuito 10 puede ser representada por:

(3)I_{r} = I^{\exists}{}_{r} e^{-t/\tau} sen(2\pi f_{r}t)

en donde f_{r} es la frecuencia de resonancia del circuito 10, que en esta realización es aproximadamente 166 KHz, en donde el término exponencial que contiene el tiempo t y el tiempo de amortiguación \tau representa la disminución exponencial en la amplitud de la corriente en el tiempo.

La corriente I_{r} que circula en el circuito resonante 10 crea una densidad de campo magnético B_{r}, en la dirección del eje de la bobina 14 que forma parte del circuito resonante, y que puede representarse por:

(4)B_{r} = K_{1}I^{\exists}{}_{r} e^{-t/\tau}sen(2\pi f_{r}t)

en donde K_{1} es una constante de proporcionalidad que depende de la naturaleza física de la bobina 14, es decir, del número de espiras, del radio, etc. La densidad del flujo magnético alterno B_{r} induce una fuera electromotriz (FEM) en cada devanado espiral 13 y 15, que es proporcional a la velocidad de cambio de la densidad de flujo magnético B_{r}, y que está modulada en amplitud por la función de sensibilidad respectiva S_{13}(x) y S_{15}(x) del devanado espiral correspondiente 13 y 15. En consecuencia, cuando el circuito resonante 10 se encuentra en la posición mostrada en la Figura 4, la FEM inducida en el devanado espiral 13 estará dada por:

(5)FEM_{13} = 2\pi f_{r}K_{2}I^{\exists}{}_{r}e^{\tfrac{-t}{\tau}}S_{13}(d)cos(2\pi f_{r}t)

y la FEM inducida en el devanado espiral 15 estará dada por:

(6)FEM_{15} = 2\pi f_{r}K_{2}I^{\exists}{}_{r}e^{\tfrac{-t}{\tau}}S_{15}(d)cos(2\pi f_{r}t)

en donde K_{2} es una constante de proporcionalidad dependiente de K_{1} y del área encerrada por cada devanado espiral.

En la presente realización, en que cada devanado espiral 13 y 15 tiene separación de pico a pico de aproximadamente 35 mm y un período de 200 mm y con la bobina 14 del circuito 10 que tiene una longitud de 100 mm (es decir, en la dirección Z de la Figura 4a), un ancho de 50 mm (es decir, en la dirección X de la Figura 4a) y una separación de 10 mm desde el soporte 5, y teniendo el bucle de excitación 16 un ancho de 45 mm (es decir, en la dirección Z de la Figura 4a), en el devanado espiral puede inducirse una FEM de pico de aproximadamente 180 mV por amperio de corriente de excitación.

Para determinar en que parte a lo largo de los devanados espirales se encuentra el circuito resonante 10, es decir, determinar el valor de d dentro del período T_{s}, las señales de los devanados espirales 13 y 15 son procesadas en la unidad de excitación y procesado 11. La Figura 5a muestra esquemáticamente el circuito de excitación y procesado que puede ser utilizado para calcular la posición del circuito resonante 10 dentro del período T_{s} de los devanados espirales 13 y 15. Tal como se muestra en la Figura 5a existe un generales de señales 41 que genera la corriente de excitación que se aplica al bucle de excitación 16 por medio de conmutador 42, amplificador 23 y transformador 24a. Tal como se mencionó anteriormente, en la presente realización la corriente de excitación es una onda triangular que tiene el período de 6 \mus, y que se aplica al bucle de excitación 16 en una ráfaga de una duración de 384 \mus. Después de haber suprimido la señal de excitación del bucle de excitación 16, es decir, cuando el conmutador 42 se abre, las señales del devanado espiral 13 son llevadas para alimentar un terminal de un conmutador de dos vías 26 a través de un transformador 24b, el cual suprime el ruido de modo común, y un mezclador 27a que demodula las señales de entrada. De forma similar, las señales del devanado espiral 15 son llevadas para alimentar el otro terminal del conmutador de dos vías 26 a través de otro transformador 24c y el mezclador 27b. Cada mezclador 27a y 27b demodulan las señales de entrada, multiplicándolas con una versión desplazada en fase 39 de la señal de transmisión. En particular, una versión desplazada en fase de +90º o una versión desplazada en fase de -90º. Se precisa un desfase de -90º puesto que el circuito resonante 10 imparte un desfase de -90º en la señal de excitación. La razón de la alternativa de +90º se explicará más adelante. En consecuencia, las señales en la salida del mezclador 27a están dadas por:

(7)V_{13} = K_{3}S_{13}(d) + K_{3}S_{13}(d)cos4\pi f_{r}t

y las señales de la salida del mezclador 27b están dadas por:

(8)V_{15} = K_{3}S_{15}(d) + K_{3}S_{15}(d)cos4\pi f_{r}t

Estas señales son entonces multiplexadas por el conmutador 26 y filtradas por el filtro pasabajos 29 para suprimir las componentes de alta frecuencia para dar:

(9)\tilde{V}_{13} = K_{4} \ cos\left(\frac{2\pi d}{T_{s}}\right)

(10)\tilde{V}_{15} = K_{4} \ cos\left(\frac{2\pi d}{T_{s}}\right)

Las señales filtradas se convierten entonces en señales digitales mediante un convertidor analógico-digital del tipo de doble rampa, que ha sido adaptado para utilizar como entradas las dos señales en cuadratura y que entrega a la salida la relación de las dos señales filtradas. Esto se consigue de la forma siguiente. Primeramente, la señal \tilde{V}_{13} del devanado espiral 13 se aplica al integrador 31 (que tiene una constante de tiempo RC) para un instante fijo t_{o}. La salida del integrador 31 irá ascendiendo con pendiente \tilde{V}_{13}/RC si \tilde{V}_{13} es positivo y descenderá con pendiente \tilde{V}_{13}/RC si \tilde{V}_{13} es negativo. Mientras que el integrador 31 se encuentra en ascenso, o en descenso según sea el caso, un contador (no mostrado) en el microprocesador 33 efectúa el cómputo ascendente a una velocidad fija f_{c}. Después y al final del tiempo fijado t_{o}, el microprocesador 33 almacena el valor N_{13} al que ha llegado el contador (no mostrado), y acciona el conmutador 26 de forma que la señal \tilde{V}_{15} del devanado espiral 15 se aplique al integrador 31. Conforme se acciona el conmutador 26, el microprocesador 33 activa el bloque 35 de desfase de +90º si el signo de la señal del devanado 15 es el mismo que el signo de la señal del devanado 13, de lo contrario mantiene el desfase de -90º. Esto asegura que el integrador 31 siempre estará en ascenso en la dirección opuesta en respuesta a \tilde{V}_{15} con respecto a lo que hace en respuesta a \tilde{V}_{13}. En consecuencia, si las señales de los dos devanados son ambas positivas, entonces se aplicará el desfase de +90º, y V_{15} se invertirá, y por ello el integrador 31 estará en descenso con pendiente \tilde{V}_{15}/RC. Mientras que el integrador 31 esta en descenso, el contador dentro del microprocesador 33 efectúa el cómputo ascendente a la misma velocidad f_{c} que durante la etapa de ascenso. Cuando la salida del integrador 31 alcanza cero, la salida del comparador 37 conmuta y detiene el contador en el microprocesador 33.

La Figura 5b muestra con más detalle la salida de la señal del integrador 31, cuando las señales de ambos devanados son positivas. El valor de N_{13} está dado por el instante t_{o} multiplicado por la velocidad f_{c} a la cual el contador efectúa el cómputo ascendente. No obstante, es evidente a partir de la Figura 5b que en t_{o} el voltaje V_{m} está dado por t_{o} veces la velocidad a la cual el voltaje del integrador asciende. En consecuencia, N_{13} está dado por:

(11)N_{13} = f_{c}t_{o} = f_{c}V_{m}\left(\frac{RC}{\tilde{V}_{13}}\right)

De forma similar, el valor de N_{15} está dado por el tiempo invertido por el integrador 31 para efectuar el cómputo descendente hasta cero, es decir, t_{1} multiplicado por la velocidad f_{c} a la cual el contador efectúa el cómputo ascendente. No obstante, a partir de la Figura 5b, es evidente que t_{1} es igual a V_{m} dividido por la velocidad a la cual el voltaje del integrador efectúa el descenso, es decir:

(12)N_{15} = f_{c}t_{1} = f_{c}V_{m}\left(\frac{RC}{\tilde{V}_{15}}\right)

En consecuencia, dividiendo N_{13} por N_{15} la señal digital resultante es equivalente a \tilde{V}_{15}/\tilde{V}_{13}, que es igual a:

(13)\frac{\tilde{V}_{15}}{\tilde{V}_{13}} = \frac{K_{4} \ sen\left(\frac{2\pi d}{T_{s}}\right)}{K_{4} \ cos\left(\frac{2\pi d}{T_{s}}\right)} = tang\left(\frac{2\pi d}{T_{s}}\right)

En consecuencia, el valor de d puede ser determinado, mediante el microprocesador 33, mediante la ejecución de una función inversa de tangente y utilizando un desplazamiento apropiado dependiendo del signo de la salida de las señales demoduladas de los mezcladores 27a y 27b. Más particularmente, d está determinado a partir de la siguiente ecuación:

(14)d = \left[arctang\left(\frac{\tilde{V}_{15}}{\tilde{V}_{13}}\right) + \pi (si \tilde{V}_{15}<0)\right]\frac{T_{s}}{2\pi}

Tal como se apreciará por aquellos especializados en la técnica, la ecuación 14 puede ser implementada mediante la utilización de N_{15} para direccionar una tabla de consulta, puesto que el valor de N_{15} estará relacionado directamente con la posición del circuito resonante 10. En esta realización, el signo de la salida de las señales de los mezcladores 27a y 27b está determinado mediante la comparación de las mismas con tierra utilizando el comparador 37. Para conseguir esto, el conmutador 28 controlado por el microprocesador 33 está previsto que permita que las señales del filtro 29 puenteen el integrador 31. Suponiendo que ello haga que el circuito de procesado invierta aproximadamente 400 \mus en determinar la posición del circuito 10 dentro de un período del devanado espiral, efectuando después una lectura aproximadamente cada milisegundo. En consecuencia, si se pierde la posición absoluta, la velocidad del ascensor puede determinarse todavía en el supuesto de que no se mueva más rápido de 100 ms^{-1}, ya que de lo contrario podrán producirse errores escalonados.

El circuito de excitación y procesado mostrado en la Figura 5a y descrito anteriormente, se proporciona a modo de ejemplo solamente, y no deberá ser considerado como limitación en modo alguno.

En la realización anterior, el circuito resonante 10 es excitado mediante una ráfaga de corriente de excitación desde el oscilador loca 41, el cual está sintonizado a la frecuencia de resonancia del circuito 10. La frecuencia de resonancia f_{r} es preferiblemente del orden de 10 KHz a 1 MHz. Frecuencias mucho más inferiores, es decir, aproximadamente 100 Hz, dan lugar a bajas amplitudes inducidas de la FEM en los devanados y a deficiente tiempo de respuesta. Mucho más altas, es decir, aproximadamente 100 MHz, dan lugar a la pérdida de precisión debido al interacoplamiento entre los devanados espirales 13 y 15, y a un incremento en la complejidad y costo del sistema electrónico de procesado.

Se mencionó anteriormente que el sistema mostrado en la Figura 2 es relativamente tolerante a alteraciones en la separación o espacio libre entre los devanados espirales 13 y 15 y el circuito resonante 10. La razón de esto se explicará ahora con referencia a las Figuras 6a y 6b. La Figura 6a es un gráfico en tres dimensiones de la función de sensibilidad S(x,y) para un período de un devanado espiral. El eje X de la Figura 6a representa la posición del circuito resonante 10 a lo largo del devanado espiral 13, el eje Y representa la distancia del circuito resonante 10 desde el devanado espiral 13 y el eje Z representa la magnitud de la función de sensibilidad S (x,y) del devanado espiral 13 a la densidad de flujo magnético generado por el circuito resonante 10. La Figura 6b es un gráfico en dos dimensiones de la magnitud de pico S^{\exists}(y) de la función de sensibilidad como una función de la separación entre el circuito resonante 10 y el soporte 5. El valor de pico S^{\exists}(y) de la función de sensibilidad se muestra que disminuye conforme el circuito resonante 10 se desplaza alejándose del devanado espiral 13, es decir, con el incremento de "y". No obstante, la Figura 6a muestra que la función de sensibilidad S(x,y) varia sinusoidalmente con el cambio de la posición del circuito resonante 10 a lo largo del soporte, independientemente de la separación "y" entre el circuito resonante 10 y el soporte 5. En otras palabras, con los devanados espirales sinusoidales el problema de la distorsión armónica que es común con los dispositivos de la técnica anterior queda eliminado o al menos reducido.

En consecuencia, la función de sensibilidad del devanado espiral 3 puede ser representada por:

(15)S_{13}(x,y) = \tilde{S}(y)cos\left(\frac{2\pi x}{T_{s}}\right)

La función de sensibilidad para el devanado espiral 15 que se muestra en la Figura 1 tiene también una magnitud de pico dada por S^{\exists}(y). En consecuencia, cuando se ejecuta el cálculo de relación proporcional mostrado en la ecuación 13, quedará eliminada la dependencia con respecto a la separación "y". Los inventores han establecido que el rendimiento global de los sistemas no está comprometido con las separaciones de entre cero y al menos un cuarto del periodo T_{s} de la espiral. Los devanados espirales utilizados en la presente realización tienen un período de 200 mm. En consecuencia, el sistema puede soportar separaciones de hasta 50 mm, y hará frente por tanto al requisito de movimiento lateral de \pm8 mm con facilidad.

Adicionalmente, es posible utilizar la magnitud de las señales inducidas en los devanados espirales para determinar la separación entre el circuito resonante 10 y el soporte 5. No obstante, puesto que la magnitud está afectada por otras variables del sistema tal como la potencia de excitación, etc., los cálculos de la separación pueden ser no precisos.

Teóricamente, los devanados espirales puede tener cualquier período T_{s}, y por tanto el sensor puede ser de cualquier longitud. No obstante, conforme aumenta el período T_{s} de los devanados, disminuye la resolución a la cual el detector puede detectar los cambios en la posición. La razón es que los pequeños cambios en la posición del circuito resonante 10 dentro del período T_{s} de los devanados espirales, solo generan pequeños cambios en las señales del sensor. Que estos pequeños cambios sean detectados o no, depende de la resolución del convertidor analógico-digital (CAD) utilizado en el circuito de procesado, de la relación señal/ruido de la señal recibida y de la precisión espacial de los devanados. Usualmente, para una aplicación dada, la resolución del CAD está fijada por otros parámetros del sistema o por el costo, y puede ser típicamente un CAD de 8 bits. Los inventores han establecido que para un CAD de 8 bits, la resolución alcanzada con el sensor espiral es de aproximadamente 1/400 del período T_{s} de los devanados espirales. En consecuencia, cuando el diseñador del sistema especifica la resolución que se precisa, especifica realmente el período de los devanados espirales.

En la primera realización se utilizó un contador para permitir al sistema mantener el seguimiento de la posición absoluta del circuito resonante. Otra solución a este problema es proporcionar un conjunto de paso grande y otro de paso fino de devanados espirales a lo largo del sensor. Un ejemplo de tal configuración es el que se muestra esquemáticamente en la Figura 7, que muestra parte de un soporte de 2,4 metros de longitud, el cual tiene un conjunto de devanados espirales 13 y 15 en cuadratura de paso fino con 200 mm de periodo, y un conjunto de devanados espirales 43 y 45 de cuadratura de paso grande con periodo de 2,4 m montados sobre el mismo. Las señales de los devanados espirales de paso fino se utilizan para determinar la posición del circuito resonante dentro del período espiral de paso fino, y las señales de los devanados de paso grande se emplean para determinar cual es el periodo adyacente de los devanados de paso fino del circuito resonante. Tal como se muestra en la Figura 7, el conjunto de paso fino y paso grande de los devanados 13, 15 y 43, 45 están superpuestos sobre la parte superior entre sí, y al igual que en la primera realización, se utilizan agujeros pasantes o similar en los cruces de los conductores. Esta configuración es la preferida puesto que maximiza la simetría del sistema, que a su vez maximiza la linealidad y la inmunidad a la interferencia. Para que funcione esta solución, los devanados de paso grande deberán ser capaces para distinguir los períodos de los devanados de paso fino. Si esto no es posible, entonces deberán utilizarse uno o más devanados de periodicidad intermedia.

Las soluciones alternativas al problema de la ambigüedad del período es el mostrado en la Figura 8. En particular, la Figura 8a muestra un primer devanado espiral 13 que tiene un período T_{1}, y un segundo devanado espiral 47 que tiene un período ligeramente mayor T_{1} + \Deltat_{1}. Los devanados en cuadratura adicionales serán también precisos, pero por claridad solo se muestran en el extremo del proceso 5a del soporte 5. La diferencia en fase entre las señales de salida de los dos conjuntos de devanados en cuadratura 13, 47 indica cual es el periodo adyacente del circuito resonante, y las señales de uno de los conjuntos de devanados espirales en cuadratura pueden ser utilizadas para determinar la posición dentro del periodo de la forma descrita anteriormente. Por ejemplo, las señales I_{1} y Q_{1} del primer conjunto de los devanados espirales en cuadratura pueden utilizarse para determinar la posición del circuito resonante 10 dentro del período, y las señales I_{1} y Q_{1}, I_{2} y Q_{2}, de todos los devanados pueden ser utilizadas para direccionar una tabla de consulta (LUT) de diferencias de fase que proporcione a la salida cual periodo es adyacente al circuito resonante 10. La tabla de consulta será específica para un sensor en particular, en la que los devanados tengan un período T_{1} y un período T_{1} + \Deltat_{1}, y tendrán que ser recalculados para otro sensor en que estos períodos estén cambiados. No obstante, después de un cierto número de períodos de devanados espirales, esta solución fallará puesto que el patrón se repetirá. La Figura 8 muestra una forma de ampliar el período del patrón. En particular, en la Figura 8a se emplea un tercer devanado espiral 48, que tiene un período T_{1} + \Deltat_{2} distinto al período del devanado 47. Las salidas de los tres devanados espirales (y también las salidas de los devanados en cuadratura correspondientes (no mostrados)) pueden ser utilizadas para inferir el período correcto.

Otra solución incluso al problema de la ambigüedad del periodo es la mostrada en la Figura 9, que emplea un conjunto de devanados de código Gray 51, similar a los empleados en el documento US 4005396, en combinación con los devanados espirales en cuadratura 13 y 15. Los devanados de código Gray 51 se muestran dispuesto en forma adyacente a los devanados espirales 13 y 15 para mayor claridad. Preferiblemente, los devanados de código Gray 51 están superpuestos en la parte superior de los devanados espirales 13 y 15 para una mayor simetría y mínima susceptibilidad a la interferencia de fondo. En esta realización, las señales de la escala de código Gray son aplicadas al descodificador de períodos 53, que determina el periodo de los devanados espirales en que está adyacente el circuito resonante (no mostrado), y el posicionamiento aproximado dentro de un único periodo queda detectado según como se expuso anteriormente. No obstante, esta realización adolece de la desventaja de que es relativamente complicada y costosa de fabricar, debido a los numerosos cables adicionales que son necesarios para proporcionar los devanados de código Gray 51.

Los inventores consideran otras soluciones al problema de la ambigüedad de la fase, tal como proporcionar un identificador del tipo digital de código de barras a lo largo de la longitud de la pista de recorrido del sensor, que pueda identificar exclusivamente que periodo es adyacente al circuito resonante 10. En la Figura 10, este código de barras está provisto mediante la pista inferior independiente 44 mostrada, que es una pista de datos digitales pseudo-aleatoria que codifica los períodos de los devanados espirales 13 y 15. Al igual que en la realización de la Figura 9, el identificador del código de barras se muestra adyacente a la pista por simplicidad, pero está superpuesto preferiblemente sobre la parte superior de los devanados 13 y 15.

En las realizaciones anteriores se proporcionaron dos devanados espirales en cuadratura de fase 13 y 15, para generar señales en cuadratura a partir de las cuales puede determinarse la posición del circuito 10 dentro de un periodo T_{s} de forma no ambigua. La Figura 11 muestra otra forma en la que las señales en cuadratura pueden ser generadas, pero esta vez utilizando solamente un único devanado espiral 13. En particular, la Figura 11 muestra un devanado espiral multiperiodo 13, un bucle de excitación 16 y dos circuitos resonantes 10a y 10b que tienen distintas frecuencias de resonancia f_{1} y f_{2} respectivamente. Los dos circuitos resonantes 10a y 10b están fijados relativamente entre sí con una separación de un cuarto del periodo T_{s} del devanado espiral. Tal como se indica por una flecha 19, los dos circuitos resonantes 10a y 10b están libres para moverse a lo largo de la longitud del soporte (no mostrado) en cualquier dirección. Cuando una corriente de excitación que tiene una frecuencia f_{1} se aplica al bucle 16, el circuito 10a resonará y generará una señal en el devanado espiral 13 dependiente de sen[2\pid/T_{s}], en donde d es la posición del circuito 10a dentro de un periodo espiral. Similarmente, cuando una corriente de excitación que tiene una frecuencia f_{2} se aplica al bucle de excitación 16, el circuito 10b resonará y generará una señal en el devanado espiral 13, dependiente de sen[2\pi(d+T_{s}/4)/T_{s}], es decir, cos [2\pid/T_{s}]. En consecuencia, las señales en cuadratura se generan y a partir de las cuales se puede determinar la posición del circuito 10a (y por tanto del circuito 10b) dentro de un periodo espiral.

En las realizaciones anteriores, la señal de excitación se aplica a un bucle de excitación 16 alrededor de la periferia del soporte 5. Una desventaja de utilizar dicho bucle de excitación es que no está equilibrado y por tanto adolecerá de interferencia electromagnética, creándola al mismo tiempo. La Figura 12a muestra un sistema de devanados espirales de tres fases, que utiliza uno de los devanados para excitar el circuito resonante 10, como resultado de lo cual el bucle de excitación está también equilibrado. En particular, la Figura 12a muestra tres devanados espirales 53, 55 y 57, en cada uno está desfasado 120º con respecto a los otros dos, y una representación vectorial de las señales inducidas en los devanados por el circuito resonante 10. En esta realización, el devanado 53 se utiliza para excitar el circuito resonante 10 y las señales en el devanado 53 y la substracción de vectores de las señales de los devanados 55 y 57 se emplean para determinar la posición del circuito resonante. La substracción vectorial de las señales en los devanados 55 y 57 genera una señal que esta en cuadratura de fase con la señal en el devanado 53, y se representa en la representación vectorial mediante la flecha de trazos 59. No obstante, en esta realización, cuando el circuito resonante 10 es adyacente a un punto de cruce del devanado 53, la señal de excitación se aplica al devanado 55 más bien que al devanado 53. Adicionalmente, la señal en el devanado 55 y la señal que representa la substracción vectorial de las señales en los devanados 53 y 57 se emplean para determinar la posición del circuito resonante. De esta forma, el sistema asegura que el circuito resonante 10 sea excitado para todas las posiciones a lo largo del soporte, y asegura los devanados de excitación y recepción están equilibrados.

En la Figura 12b, los tres devanados espirales 53, 55 y 57 están alimentados en un extremo con una fase respectiva de una corriente de excitación de c.a. trifásica, a través de la unidad de excitación y procesado 11. Los devanados están conectados conjuntamente en el otro extremo para proporcionar la línea neutra del sistema trifásico, y la señal que aparece en la línea neutra es retornada a la unidad de procesado 11. El circuito resonante 10 desequilibra la línea neutra y da lugar a una señal cuya amplitud depende de la separación del circuito resonante 10 de los devanados 53, 55, 57, y cuya fase depende la posición del circuito 10 dentro de un período de los devanados.

La Figura 12c muestra incluso otra configuración que pueden tomar los devanados espirales. En particular, en la Figura 12c existen cuatro devanados espirales 63, 65, 67 y 69 separados cada uno de los demás en 1/8 del período de los devanados. Al igual que en otras realizaciones, se proporciona un bucle de excitación 16 alrededor de la periferia del soporte 5 y del bucle de excitación 16, y los extremos de los devanados espirales 63, 65, 67 y 69 son llevados a la unidad de excitación y procesado 11. Los inventores han establecido que mediante la utilización de dicho sistema de cuatro fases, se suprimen cualesquiera armónicos espaciales generados en los devanados.

En las anteriores realizaciones, los devanados espirales 13 y 15 están situados esencialmente en un solo plano. No obstante, es también posible bobinar los devanados espirales alrededor de un soporte según un patrón helicoidal y conseguir las mismas ventajas que el patrón plano. Esta forma de la invención es particularmente apropiada para su utilización en la detección de niveles de fluidos. La Figura 13a muestra esquemáticamente un sensor de nivel de líquido que emplea los devanados del tipo espiral que incluyen la presente invención. En la Figura 13a, el soporte 1305 tiene una forma cilíndrica alrededor de la cual están bobinados los devanados espirales 1313 y 1315 de una forma helicoidal. Tal como se percatarán los especializados en la técnica, el soporte 1305 tiene que ser transparente al campo magnético generado por el circuito resonante 1310, ya que de lo contrario afectará al funcionamiento correcto del sensor. Se muestra también en la Figura 13a el bucle de excitación 1316 que proporciona energía al circuito resonante 1310 montado en el flotador 1320. Preferiblemente, el flotador 1320 es toroidal y se acopla sobre el soporte 1305 y los devanados 1313 y 1315, y puede flotar libremente hacia arriba y hacia abajo del soporte cilíndrico 1305, conforme el nivel del líquido (no mostrado) sube o baja dentro de la vasija (no mostrada), según lo mostrado por la flecha 1319. En esta realización, el flotador 1320 está también restringido de forma que no gira alrededor del soporte 1305. Tal como se percatarán los especializados en la técnica, si el flotador 1320 pudiera girar, entonces la posición indicada por la unidad de procesado 1311 cambiaría para la misma altura. Si se hubiera utilizado una espiral plana a lo largo del soporte 1305, entonces este problema de rotación no provocaría el mismo problema. Este problema se discute más adelante con más detalle.

La Figura 13b muestra como los devanados espirales 1313 y 1315 se arrollarían alrededor del soporte 1305. Esencialmente, los devanados espirales 1313 y 1315 están formados a partir de cuatro hilos 1313a, 1313b y 1315a, 1315b, comenzando en la parte externa del soporte 1305, separados a intervalos de 90º, y siendo rotados según un patrón helicoidal a lo largo de la longitud del soporte 1305. En el extremo distal (no mostrado) del soporte 1305, los hilos separados entre sí en 180º están conectados juntos, de forma tal que los hilos 1313a y 1313b forman un devanado espiral 1313, y los hilos 1315a y 1315b forman el segundo devanado espiral en cuadratura 1315. Pueden devanarse también devanados adicionales alrededor del soporte 1305, para proporcionar un codificador periódico cuando exista una pluralidad de periodos de los devanados espirales. El funcionamiento de esta realización es similar al funcionamiento de la primera realización. Una ventaja de este diseño helicoidal es que es mucho más fácil de fabricar que el diseño plano, puesto que los hilos se bobinan sencillamente alrededor del soporte.

Las Figuras 14a y 14b muestran como puede ser modificado el transductor "espiral" para estar adecuado en su utilización en un codificador de posición giratorio. En particular, la Figura 14a muestra un soporte circular fijo 1405, sobre el cual están bobinados los devanados espirales 1413 y 1415 de una forma circular. En esta realización, existen tres períodos de cada devanado espiral 1413 y 1415 alrededor de un soporte. Al igual que en la realización lineal, los cruces pasantes de los conductores son evitados mediante la utilización de pasos hacia el otro lado del soporte, o mediante el uso de una estructura laminada aislante de los conductores. Existe también un bucle de excitación 1416 montado en el soporte 1405, que se emplea para excitar el circuito resonante montado en el elemento movible, que estará libre para girar alrededor del eje del soporte. Para mantener la linealidad en el sistema, el circuito resonante deberá ser todo lo simétrico que sea posible.

La Figura 14b muestra el elemento giratorio 1401 que girará con respecto al soporte 1405 mostrado en la Figura 14a alrededor del punto central 1491, según lo indicado por las flechas 1419. Montado sobre el elemento giratorio 1401, existe un circuito resonante 1410 que está diseñado para maximizar la linealidad del sistema. El funcionamiento de esta realización giratoria es similar al funcionamiento de las realizaciones lineales.

En las realizaciones anteriores se proporcionaron devanados espirales multiperíodo a lo largo del soporte del codificador de posición. No obstante, en algunas aplicaciones puede ser suficiente un soporte de longitud más corta, en cuyo caso necesita proporcionarse un conjunto de un solo periodo de devanados espirales. La Figura 15 muestra un soporte 1505 que soporta una bobina de excitación 1516 y dos devanados espirales 1513 y 1515 en cuadratura de fase, que ocupan un solo período T_{s}. Los devanados están conectados a una unidad de excitación y procesado 1511 al igual que anteriormente. Aunque esta forma del dispositivo puede ser apropiada para algunas aplicaciones, se prefiere menos porque los defectos finales reducen la precisión.

En las realizaciones anteriores, se montó un circuito resonante en un objeto movible. Esto tiene la ventaja de que todavía genera un campo magnético después de haber suprimido la señal de excitación, lo que significa que no se precisa de fuente de alimentación en el objeto movible. No obstante, es igualmente posible el fijar la posición del circuito resonante y permitir que se mueva el soporte. Adicionalmente, es también posible determinar la posición de una pluralidad de objetos movibles mediante la utilización de un circuito resonante que tenga una frecuencia de resonancia diferente en cada objeto. La Figura 16 muestra a característica de resonancia de un circuito resonante. Idealmente, si las frecuencias de resonancia tienen que estar cerca conjuntamente, entonces esta característica deberá tener un valor máximo alto, un valor mínimo bajo y un ancho de pico estrecho \bumpeqw, o en otras palabras, el resonador deberá tener un factor de calidad alto (Q). Un procedimiento de mejorar esta característica es emplear un resonador de cuarzo o de tipo cerámico, en serie con la bobina 14 y el condensador 17. En dicha realización, el valor de la inductancia de la bobina 14 y el valor de la capacitancia del condensador 17 se seleccionan preferiblemente de forma que su impedancias se cancelen a la frecuencia de resonancia del resonador de cuarzo o cerámico, ya que esto maximiza el agudeza de la característica de resonancia. Los resonadores de cuarzo o cerámicos son adecuados preferiblemente para el montaje superficial sobre las placas de circuito impreso, ya que esto minimiza el espacio requerido para los mismos. Los resonadores cerámicos adecuados son suministrados por AVX Kyocera, Stafford House, Station Road, Aldershot, Hants, Reino Unido, o Murata, distribuidos por Cirkit, Mercury House, Calleza Park, Aldermaston, Reading, Berkshire,
Reino Unido.

En la Figura 17, la configuración del soporte 1705, la bobina de excitación 1716 y los devanados 1715 y 1713 son al igual que anteriormente. No obstante, en esta realización existen dos objetos movibles (no mostrados) teniendo cada uno un circuito resonante respectivo 1710A y 1710B que tienen distintas frecuencias de resonancia. La posición de cada objeto movible asociado con los respectivos circuitos resonantes 1710A y 1710B, puede determinarse mediante la excitación de cada circuito resonante por turno, o mediante la excitación de todos los circuitos resonantes al mismo tiempo utilizando una señal de "ruido blanco", es decir, una señal conteniendo todas las frecuencias, y utilizando las técnicas de procesado de señales, perfectamente conocidas, de determinar la posición de cada objeto movible. Aunque las frecuencias de resonancia asociadas con cada objeto pueden tener cualquier valor, se eligen preferiblemente para que estén cercanas conjuntamente, de forma que el ancho de banda del sistema no sea demasiado grande. De lo contrario, los circuitos electrónicos serán complejos y por tanto más costosos.

En las realizaciones anteriores, las señales en los devanados espirales se procesan solamente después de haber suprimido la señal de excitación. La razón de esto es reducir la interferencia causada por el interacoplamiento con la señal de excitación. No obstante, si se emplea un generador de armónicos en lugar del circuito resonante, entonces es posible distinguir las señales generadas por el generador de armónicos de la señal de excitación. En consecuencia, si se suministra una bobina de excitación independiente, entonces será posible determinar la posición del generador de armónicos mientras que la señal de excitación esté siendo aplicada todavía a la bobina de excitación. Esto es posible puesto que el generador de armónicos tiene una característica magnética no lineal, el cual genera, en respuesta a una señal de excitación, un campo magnético con componentes que incluyen armónicos de la frecuencia de excitación. Estos armónicos de frecuencia más alta pueden ser distinguidos de la señal de excitación, y pueden utilizarse, por tanto, para determinar la posición del generador de armónicos mientras que la señal de excitación están siendo aplicada todavía a la bobina de excitación.

La Figura 18 muestra una realización en la que un generador de armónicos 1901 está montado sobre el elemento movible (no mostrado) en lugar de un circuito resonante. Esta realización se describe con referencia a un diseño de espiral plana, pero es aplicable también a otras realizaciones descritas anteriormente. La Figura 18 muestra un soporte 1905 sobre el cual están montados los devanados espirales 1913 y 1915 y un bucle de excitación. El bucle de excitación 1916 tiene que ser capaz de excitar el generador de armónicos 1901 dentro de su zona no lineal cuando se encuentre en cualquiera de sus posiciones permitidas, es decir, a lo largo de la longitud total del soporte 1905. El bucle de excitación 1916 montado alrededor de la periferia del soporte 1905 mostrado en la Figura 17, es un ejemplo de un bucle de excitación apropiado.

La Figura 19 muestra un ejemplo del generador de señales que genera la señal de excitación, y el circuito de procesado en el bloque de excitación y proceso 1911 mostrado en la Figura 18. En particular, un generador de onda pseudo-cuadrada 2061 genera una señal de excitación que tiene una frecuencia fundamental f pero sin los armónicos 3f, 9f, 15f, etc, que está siendo aplicada continuamente al bucle de excitación 1916. Las señales de los devanados espirales en cuadratura 1913 y 1915, (y de otros devanados 1971 si se precisara la posición absoluta), son llevadas al multiplexor analógico 2026 controlado por microprocesador 2033. La señal de cada devanado es amplificada mediante el amplificador 2073 y mezcladas en el mezclador 2027 con una señal 2039 cuya frecuencia es tres veces la frecuencia de la frecuencia fundamental f de la señal de excitación, es decir, el tercer armónico. En consecuencia, el componente de la señal recibida que tiene la frecuencia 3f (que es el componente de interés generado por el generador de armónicos 2001) será demodulado, mientras que los demás componentes no lo serán. El componente demodulado es entonces eliminado de los componentes de frecuencia alta mediante el filtro pasabajos 2029, convertido en una señal digital en el CAD 2075 y llevado al microprocesador 2033, en donde se almacena temporalmente. Una vez que las señales de todos los devanados han sido procesadas de esta forma, el microprocesador 2033 calcula la posición absoluta del objeto movible, utilizando la ecuación 14 anterior.

El generador de armónicos 1901 está hecho típicamente de un material magnético no lineal que puede ser excitado más allá de su punto de saturación, en su zona no lineal mediante la señal de excitación, por ejemplo, con la cinta de fibras hiladas en fundido por rotación al vacío Schmelze 6025. Alternativamente, una bobina conectada a un elemento eléctrico no lineal tal como un diodo, puede ser también un generador de armónicos adecuado 1901 (en cuyo caso el circuito de procesado estaría sintonizado al segundo armónico de la señal de excitación).

Un problema existente con la realización del generador de armónicos descrita anteriormente, es que la presencia de otros materiales férricos dentro del sistema puede generar también señales de armónicos de fondo. No obstante, esta distorsión puede ser minimizada (i) reduciendo la coercitividad y permeabilidad del generador de armónicos 1901, de forma que genere armónicos a niveles más bajos del campo del transmisor que los materiales ferrosos circundantes, por ejemplo, perfectamente por debajo de 50 A/m; y/o (ii) utilizando materiales con un punto de saturación agudo de forma que puedan ser medidos altos niveles de armónicos de alta frecuencia, que no se encuentren típicamente en los materiales ferrosos. Los materiales adecuados que tienen estas características son los metales amorfos de fusión por rotación, (Metglass) suministrados por Allied Signal, de 6 Eastmans Road, Persippany NJ 07054, New Jersey, EE.UU.; y materiales magnéticos pulverizados tal como las aleaciones de níquel. Adicionalmente, el factor de forma del material deberá ser alto para permitir la consecución de una alta permeabilidad. Esto puede conseguirse utilizando muestras finas y largas de muestras planas muy delgadas.

Los materiales magnéticos excitados hasta la zona no lineal con un campo de c.a. de una sola frecuencia sin componente de corriente continua (c.c.), generan armónicos impares de la corriente de excitación. No obstante, si se emplean materiales de permeabilidad muy baja, entonces el campo terrestre puede ser suficiente para degradar la generación de armónicos impares, por la polarización del generador de armónicos fuera de la zona no lineal. Una posible solución para el sistema es aplicar un campo de polarización de c.c. para contrarrestar el campo terrestre. La polarización de c.c. necesaria puede ser determinada minimizando el nivel detectado de los armónicos pares, o maximizando el nivel detectado de los armónicos impares.

Otra posibilidad al utilizar un generador de armónicos, es excitarlo con dos frecuencias de excitación diferentes F_{1} y F_{2}. En dicha realización, el generador de armónicos generará un campo magnético teniendo componentes de intermodulación, es decir, componentes en F_{1} \pm F_{2}.

La realización del generador de armónicos es altamente adecuada para medir la posición de un flotador, puesto que es altamente resistente a la suciedad, sal, agua, etc., que pueden provocar una amortiguación eléctrica de un resonador de inductancia/condensador, y puede operar con grandes espacios libres entre el flotador y el soporte. Adicionalmente, el generador de armónicos tiene la ventaja sobre el circuito resonante que se acoplará con los devanados espirales independientemente de su orientación. Esto es cierto incluso cuando el generador de armónicos esté compuesto por un metal amorfo que tenga un eje magnético preferido, puesto que es posible posicionar el material en orientaciones alternativas, obteniéndose por tanto un dispositivo isotrópico apropiado.

En las realizaciones en que se utiliza un circuito resonante, su forma, masa, frecuencia de resonancia, etc., estarán dictados por la aplicación en particular, y dictarán también hasta cierto valor la precisión del sistema. Los inventores han establecido que se consigue un alto grado de precisión, cuando el diámetro de la bobina que forma parte del circuito resonante es aproximadamente el doble del ancho de los devanados espirales, y aproximadamente igual a la mitad del período de los devanados espirales.

La Figura 20 es una vista isométrica de un diseño de un resonador con núcleo de aire que es apropiado para el resonador de flotador mostrado en la Figura 13a. El flotador 2120 es un tubo de material no conductor preferiblemente no magnético, por ejemplo plástico o cristal, que tiene una longitud l, y que tiene un diámetro interno suficientemente grande para encajar sobre el soporte 1305 y los devanados espirales 1313 y 1315 mostrados en la Figura 13a. Una bobina de hilo 2114 está bobinada alrededor del exterior del flotador 2120 de forma tal que su eje magnético está dirigido radialmente con respecto al flotador 2120. En esta realización esto se consigue devanando una primera parte 2114a de la bobina 2114 alrededor del flotador en un primer plano con un primer ángulo respecto del plano de tubo en sí, y después devanando una segunda parte 2114b de la bobina 2114 alrededor del flotador 2120 en un segundo plano diferente con un según ángulo respecto del plano del tubo en sí, de forma tal que el efecto combinado de las dos partes 2114a y 2114b de la bobina 2114 dé lugar a una bobina que tenga un eje radial. Se conectará un condensador (no mostrado) a los dos extremos de la bobina 2114 para formar un circuito resonante con la bobina 2114.

No obstante, en algunas aplicaciones será un prerrequisito un flotador de longitud corta l. En dicha realización, el diseño mostrado en la Figura 20 no será adecuado, y se precisará de un diseño alternativo al igual que el mostrado en la Figura 21. En particular la Figura 21 muestra en planta un flotador plano similar a un disco 2220 teniendo de nuevo un diámetro interno suficientemente grande para acoplarse sobre el soporte 1305 y los devanados espirales 1313 y 1315 mostrados en la Figura 13a. Dos partes 2114a y 2214 b de una bobina 2214 están montadas sobre el flotador 2220, de la forma mostrada tal que el eje de la bobina 2214 es radial con respecto al flotador 2220. Los extremos de la bobina 2214 están conectados a un condensador 2217, formando por tanto un circuito resonante. Las partes de la bobina 2214a y 2214b están bobinadas preferiblemente alrededor de varillas de ferrita 2281 y 2283, ya que éstas concentran el campo magnético generado por la bobina 2214 cuando el circuito resonante está en resonancia.

En las realizaciones anteriores, se supone que el eje del circuito resonante es fijo. No obstante, en algunas aplicaciones, tal como en los medidores de flujo de fluidos, el circuito resonante puede girar. La Figura 22 muestra como una forma del transductor de la presente invención puede ser utilizado en un sensor de velocidad de flujo de un fluido. El fluido se hace pasas hacia arriba a través de una tubería vertical 2385 hecha de un material no conductor preferiblemente no magnético que es de forma ahusada internamente tal como se muestra. La posición vertical tomada por un flotador 2320 depende de la velocidad del flujo del fluido. La Figura 23a muestra con más detalle el flotador 2320 mostrado en la Figura 22. Dentro del flotador 2320 existe un circuito resonante 2410 cuyo eje es horizontal. No obstante, el flotador 2320 que en este caso es generalmente cónico, tiende a girar en el flujo del fluido, de forma que el eje 2421 del circuito resonante 2410 cambiará. De acuerdo con la señal del transductor, variará con el tiempo para una altura. En la presente realización, el flotador 2320 permanece vertical debido a su forma generalmente cónica, y solo girará alrededor de su eje vertical. Cuando el circuito 2410 se encuentre en resonancia, y cuando el flotador esté girando, la FEM inducida en ambos devanados espirales del transductor, estará modulada en amplitud por cos\theta, en donde \theta es la orientación angular del flotador, y que es cero cuando el eje 2421 del circuito 2410 es perpendicular a la superficie del soporte 2305. No obstante, el efecto de la rotación en las señales inducidas puede ser suprimido mediante el cálculo de relación proporcional efectuado en la ecuación 13 anterior, puesto que la FEM inducida en ambos devanados espirales está afectada por la misma modulación. En consecuencia, la rotación del flotador 2320 alrededor de un eje vertical no impedirá la determinación de su posición vertical. No obstante, si por cualquier razón el flotador para de girar cuando el eje del circuito resonante es ortogonal a la superficie del soporte 2305, es decir, cuando \theta = 90º ó 270º, entonces la altura no puede determinarse puesto que ya no existe ningún acoplamiento entre el circuito resonante 2410 y los devanados espirales (no mostrados).

La Figura 23b muestra como el flotador 2320 mostrado en la Figura 23a puede ser modificado para resolver el problema anterior. En la Figura 23b el flotador 2320 tiene los circuitos resonantes 2410a y 2310b que tienen el eje horizontal aunque vertical, y teniendo cada uno una frecuencia de resonancia distinta f_{1}y f_{2}. En consecuencia, en esta realización, existirá siempre una señal de salida en los devanados espirales (no mostrados), debido al campo magnético de al menos uno de los circuitos resonantes, a partir del cual puede determinarse la altura del flotador, independientemente de la orientación angular del mismo.

Adicionalmente, tal como comprenderán los especializados en la técnica, es también posible determinar la orientación angular \theta del flotador 2220 a partir de las señales generadas en cualquiera de los devanados espirales. Esto será evidente para aquellos especializados en la técnica, puesto que la señal inducida en un devanado espiral debida a un circuito resonante (después de la demodulación y filtrado) está dada por:

(18)\tilde{V}^{f1} = S(x,y)cos\Theta

y la señal inducida en el mismo devanado espiral debida al otro circuito resonante (después de la demodulación y filtrado) está dada por:

(19)\tilde{V}^{f2} = S(x,y)sen\Theta

En consecuencia, la orientación angular \theta puede ser calculada a partir de una función inversa de tangente de la relación \tilde{V}^{f1}/\tilde{V}^{f2}. Adicionalmente, la velocidad de rotación del flotador puede ser determinada también mediante el seguimiento de \theta conforme cambie. Esto es ventajoso puesto que la velocidad de rotación depende también de la velocidad del flujo del fluido.

La Figura 23c muestra en sección transversal una solución alternativa a este problema. En particular, la Figura 23c muestra la tubería 2385 a través de la cual fluye el fluido, el flotador 2320 dentro de la tubería 2385 y dos soportes 2405a y 2405b situados en planos ortogonales adyacentes a la tubería 2385, teniendo cada uno un conjunto de devanados espirales (no mostrados) montados en los mismos. En esta realización, solo está montado un único circuito resonante (no mostrado) en el eje horizontal en el flotador 2320. Tal como comprenderán los especializados en la técnica, existirá siempre una señal de salida de los devanados espirales en al menos uno de los soportes, y por tanto la altura del flotador puede ser determinada siempre, independientemente de la orientación angular del mismo. Al igual que en la realización mostrada en la Figura 23b, será también siempre posible determinar la orientación angular del flotador 2320. No obstante, tal como comprenderán los especializados en la técnica, en esta realización las señales de los dos soportes 2405a y 2405b tendrán que utilizarse para determinar la orientación
angular.

En las realizaciones anteriores que describen un sensor de velocidad de flujo de un fluido, el flotador estaba diseñado especialmente para girar solo alrededor de un eje vertical. La Figura 23d muestra otra realización de un sensor de velocidad de flujo de un fluido en donde el flotador 2420 es esférico, y puede girar por tanto alrededor de cualquier eje. En esta realización, se montan un solo conjunto de devanados espirales (no mostrados) sobre un soporte 2305 adyacente a la tubería 2385. El flotador 2420 está libre para flotar dentro de la tubería 2385 que está ahusada al igual que antes, y contiene tres circuitos resonantes 2410a, 2410b y 2410c que tienen ejes ortogonales, y teniendo preferiblemente distintas frecuencias de resonancia. En esta realización, existirá siempre algún acoplamiento entre al menos uno de los circuitos resonantes 2410a, 2410b ó 2410c dentro del flotador 2420 y un conjunto de devanados espirales (no mostrados). En consecuencia, la altura del flotador 2420 puede ser siempre determinada, independientemente de su orientación angular. Adicionalmente, puede ser también posible determinar la velocidad de rotación del flotador 2420 alrededor de sus ejes, puesto que las señales inducidas en los devanados espirales (no mostrados) para las tres frecuencias de resonancia, dependerán de la rotación de la velocidad de giro del flotador 2420 alrededor del eje del circuito resonante correspondiente.

Una de las principales ventajas del sistema de detección espiral sobre los sensores existentes de velocidad de flujo de un fluido (que utilizan un flotador magnético y un dispositivo de seguimiento magnético), es que no ejerce ninguna fuerza sobre el flotador. En consecuencia, el sistema es más preciso que los sistemas existentes de detección de velocidad de flujo de un fluido. Adicionalmente, mediante la medida tanto de la altura del flotador como de la velocidad de giro, existe un rango dinámico incrementado sobre el cual es posible una indicación exacta del flujo.

En la realización mostrada en la Figura 13a, se supuso que el flotador 1320 no podría girar alrededor de un eje vertical. No obstante, si el flotador 1320 puede girar, entonces para asegurar que el circuito resonante estará siempre excitado, independientemente de la orientación angular del flotador, o bien se proporcionan dos bobinas de excitación ortogonales y un resonador de eje horizontal, o bien se proporciona una sola bobina de excitación y dos circuitos resonantes de ejes horizontales pero ortogonales, a fin de que pueda determinarse la orientación angular del flotador. La orientación angular del flotador tiene que determinarse de forma que pueda efectuarse una corrección adecuada de la posición indicada.

La Figura 24 muestra como dos bucles de excitación ortogonales 2516a y 2516b pueden montarse alrededor del soporte 1305 utilizando en el sistema de detección del nivel de líquido mostrado en la Figura 13a. Las dos bobinas de excitación 2516a y 2516b no necesitan situarse en planos ortogonales, aunque es lo preferido, puesto que simplifica el procesado requerido para determinar la posición y la orientación angular del flotador 13 mostrado en la Figura 13a.

Las Figuras 25a y 25b muestran una forma adicional de los devanados y del circuito resonante. En la Figura 25a el soporte 2605 soporta los devanados 2653, 2655 y 2657 dispuestos en una configuración trifásica. El circuito resonante asociado 2610 muestra las bobinas 2614 dispuestas en configuración espiral, a fin de que formen un circuito resonante equilibrado con una multiplicidad de bucles extendiéndose a lo largo de la dirección de medida. La configuración multi-bucle tiene la ventaja de promediar la señal a través de los distintos devanados, y por tanto minimizando errores debidos a los defectos en la fabricación de los devanados 2653, 2655 y 2657.

La Figura 26 muestra uno de los devanados que se utilizaría en un codificador de posición de dos dimensiones, utilizando los devanados espirales que incluyen la presente invención. En particular, la Figura 26 muestra un devanado espiral 2815, cuya densidad de bobinas varia de una forma sinusoidal a lo largo de eje x de la Figura 26. Como resultado de ello, la sensibilidad del devanado 2815 a una fuente cercana de campo magnético variará de una forma sinusoidal con la distancia x. Se precisará también de un devanado espiral en cuadratura de fase (no mostrado), cuya densidad e bobinas varíe de una forma sinusoidal con la distancia a lo largo del eje x. Esto proporciona un dispositivo de desplazamiento lineal de una dimensión. No obstante, si se proporciona un conjunto adicional de devanados en cuadratura de fase, superpuestos sobre los devanados 2815 y el devanado en cuadratura correspondiente (no mostrado), cuyas densidades de devanados varíen de forma sinusoidal por distancia unitaria en la dirección "y", entonces se proporciona un transductor de dos dimensiones. Por mayor claridad, en la Figura 26 en la Figura 26 no se muestran algunos de los devanados. La Figura 26 muestra un circuito resonante 2810 cuya posición puede variar en la dirección x e y. Si se proporciona una bobina de excitación (no mostrada) para excitar el resonador 2810, entonces puede determinarse la posición del resonador en la dirección x e y con respecto al origen 0, a partir de las señales inducidas en los cuatro devanados espirales de la forma anteriormente descrita.

Los inventores han establecido también que mediante un diseño cuidadoso del circuito resonante, es posible reducir (dentro de unos límites) el efecto evidente de la inclinación del circuito resonante. La Figura 27a muestra esquemáticamente una bobina de hilo 2914 que tiene el eje 2921 que forma parte del circuito resonante que está montado sobre el miembro movible (no mostrado). La Figura 27a muestra también el soporte 2905 sobre el cual están montados los devanados espirales (no mostrados). El sistema está diseñado para generar la posición del circuito resonante a lo largo de la longitud del soporte. Si el circuito resonante se inclina, es decir, el eje 2921 del circuito resonante está desplazado a través de T radianes, el codificador de posición generaría la posición que estaría en el punto 2988. No obstante, a través de la experimentación los inventores han establecido que éste no es el caso. De hecho, el codificador de posición indica que el circuito de resonancia es el punto adyacente 2989, el cual está aproximadamente a mitad del recorrido entre la posición actual 2987 y la posición esperada 2988. Esto significa que el circuito resonante aparece estar en el punto 2990, y aparece que se mueve a lo largo del plano de medida aparente 2992, que es diferente del plano real 2991 en que está situado el circuito resonante. Adicionalmente, los inventores han descubierto que mediante la utilización de un circuito resonante, que comprende dos partes de bobinas conectadas en serie y espacialmente separadas a lo largo de la dirección de medida, es posible desplazar el plano aparente de medida 2992 alejándolo o acercándolo al soporte 2905. Esto tiene implicaciones importantes en aplicaciones tales como en la detección de la posición del cabezal de una impresora de chorro de tinta, en donde puede ser imposible situar las bobinas en el plano de medida requerido debido a las restricciones de espacio.

La Figura 27b muestra una realización en que el resonador comprende dos bobinas conectadas eléctricamente, y en donde la distancia entre los ejes respectivos 2921 es 2D. Las dos bobinas están fijadas al objeto movible de forma tal que si el objeto movible se inclina, entonces los dos circuitos resonantes se inclinarán alrededor del punto 2982. Los inventores han establecido que pueden variar el plano aparente de medida 2992, según lo mostrado por la flecha 2993, cambiando la distancia 2D entre las bobinas 2914a y 2914b. Preferiblemente, la distancia entre las dos bobinas no es un múltiplo exacto del período del devanado. En un experimento, (i) cada parte de la bobina 2914a y 2914b compuesta por cuarenta espiras de hilo de cobre de 0,2 mm alrededor de un carrete de ferrita que tiene 8 mm de sección transversal y 18 mm de longitud; (ii) se seleccionó un condensador adecuado para hacer que el circuito resonante resuene a 150 kHz; (iii) se seleccionó una separación real de 25 mm entre el centro de las bobinas y la superficie del soporte 2905; (iv) se utilizó una periodo espiral de un paso de 50 mm y de 20 mm de pico a pico; y (v) se utilizó una separación entre las bobinas (es decir, 2D) de 116 mm. Los resultados obtenidos muestran que el plano efectivo de medida 2992 fue situado a 120 mm por encima de la pista y la posición indicada por el sistema codificador de posición es el punto 2987, dentro de un margen de \pm0,4 mm con cambios angulares de hasta \pm4º. Para los mismos cambios angulares y una sola bobina, el codificador de posición indica el punto 2987 dentro de un margen de \pm8 mm. Esto representa una mejora de precisión de un factor de 20. En un segundo experimento con una configuración similar, pero con una separación (2D) entre las bobinas de 100 mm, el plano aparente del sistema 2992 de medida se encontró que fue de 10 mm por encima de la pista. En un tercer experimento con una configuración similar pero con una separación (2D) de 96 mm, el plano aparente de medida 2992 se encontró que estaba en la superficie del soporte 2905. En consecuencia, en una aplicación de una impresora de chorro de tinta, en que la boquilla de la cual es proyectada la tinta sobre el papel está sujeta a inclinación, sería ventajoso si el plano aparente de medida se hiciera que fuera igual al plano del papel. Esto puede conseguirse mediante la selección de una separación adecuada D. Con esta configuración, la precisión del sistema queda incrementada, puesto que sobre el plano aparente de medida, la posición no cambia mucho para pequeños cambios en la inclinación.

La Figura 28a muestra una forma en la que los devanados espirales mostrados en la Figura 2 puede ser modificados para fabricar un transductor apropiado para su uso en un codificador de radio. En particular, la Figura 28a muestra un devanado 3013 que comienza en el punto 3008a y que se arrolla en una espiral en sentido horario hasta el punto 3008b, en que cambia la dirección y se arrolla en la dirección inversa hasta el punto 3008c, en donde cambia de nuevo, etc. En consecuencia, con esta configuración el devanado 3013 tiene una función de sensibilidad magnética sinusoidal que varia en función del radio. En otras palabras, el devanado tiene un patrón de detección magnética "multipolar" en cualquier dirección. También se precisará un segundo devanado espiral en cuadratura 3015, pero solo se muestra el comienzo del mismo para mayor claridad. El funcionamiento de esta realización es similar al funcionamiento de las realizaciones lineales, y no se describirá de nuevo.

La Figura 28b muestra una modificación del sistema del transductor espiral mostrado en la Figura 28a. En particular, en la configuración de la Figura 28c cada parte del devanado completa varias revoluciones antes de cambiar de dirección. Adicionalmente, la densidad de devanado de los devanados entre el cambio en las direcciones se efectúa para que varíe de forma que la sensibilidad magnética del devanado sea sinusoidal en cualquier dirección radial.

Si el elemento movible puede solo moverse a lo largo del eje X mostrado en la Figura 28b, entonces solo se requiere un codificador lineal. En dicha realización, es posible modificar los devanados cortándoles idealmente a lo largo de las líneas punteadas 3081 y 3083, y conectando las partes correspondientes de los devanados que queden restantes. La Figura 29 muestra el patrón del devanado resultante si así se efectúa. En particular, la densidad de devanado de los devanados 3113 varía de una forma sinusoidal con la distancia a lo largo de la longitud del soporte 3105. Las líneas de trazos generalmente indicadas por el numeral de referencia 3185 representan las conexiones a las partes correspondientes del devanado. Existirá también un devanado en cuadratura, pero no se muestra para mayor claridad.

El transductor de la presente invención puede ser aplicado a varias aplicaciones. Las realizaciones han descrito ya el uso del transductor en aplicaciones tales como el control de posición de un ascensor, detección del nivel de líquidos y en la detección de la velocidad de flujo de fluidos. Otras aplicaciones incluyen la detección de posición de válvulas, posicionamiento del cabezal de impresión de una impresora, dispositivos de entrada de plumas de gráficos, grúas, sensor de rotación de un regulador de mariposa, sensores de rotación ABS, sensores de amortiguadores/altura de deslizamiento y pistas detectoras de posición en almacenes.

Adicionalmente, el circuito resonante montado en el elemento movible puede también trasladar de nuevo información al circuito de procesado. Por ejemplo, esta información podría ser la temperatura o presión de un fluido en un medidor de flujo. Esto se consigue permitiendo que una característica del resonador varíe dependiendo de la cantidad medida. Por ejemplo, la frecuencia de un resonador podría hacerse que cambiara con la temperatura, mediante la adición de una red de resistencias que dispusiera de un termistor conectado al circuito resonante. Otra posibilidad sería cambiar la frecuencia de resonancia con la presión utilizando, por ejemplo, una célula piezoeléctrica cuya capacitancia cambie con la presión como parte del circuito resonante. Un sistema de medida de las características como el mencionado tendría la ventaja de que no se necesitarían conexiones eléctricas para el dispositivo de medida.

Claims

1. Un detector de posición que incluye:

un primer y segundo miembros (5, 1) montados para realizar un movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida;

comprendiendo el mencionado primer miembro (5) un primer circuito (55) que tiene al menos dos bucles (A, B) configurados en dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo del mencionado recorrido y estando los mencionados bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno (23) de fondo común son puestas una a la otra, y un segundo circuito (53) que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida;

comprendiendo el mencionado segundo miembro (1) un medio (10) para interactuar con los mencionados circuitos, de forma tal que en respuesta a una señal de excitación en la entrada aplicada a dicho segundo circuito, se induzca en el mencionado primer circuito una señal de salida, estando dispuestos el mencionado medio de interacción y los mencionados al menos dos bucles del mencionado primer circuito, de forma tal que la mencionada señal de salida varíe continuamente como una función de su posición relativa a lo largo del mencionado recorrido; y

un medio de excitación (41) dispuesto para aplicar una señal de excitación de entrada al mencionado segundo circuito (53);

en el que dicho segundo circuito (53) comprende al menos dos bucles (A, B) dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido, extendiéndose cada bucle a lo largo del mencionado recorrido y estando los bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común (23) son opuestas una a la otra, y en el que dicho medio de interacción (10) comprende un dispositivo electromagnético resonante (14, 17) dispuesto de forma que, en funcionamiento, se induce una señal intermedia (I_{r}) en el mismo por medio de la mencionada señal de excitación de entrada aplicada a dicho segundo circuito y de forma que dicha señal intermedia induce la mencionada señal de salida en el mencionado primer circuito.

2. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los mencionados bucles están constituidos por las convoluciones sinusoidales opuestas de conductor.

3. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho primer miembro comprende una pluralidad de los mencionados primeros circuitos (55, 57) que están eléctricamente separados unos de otros y están situados unos sobre los otros, y en el que la pluralidad de bucles de los respectivos primeros circuitos están separados especialmente a lo largo del mencionado recorrido.

4. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además un segundo dispositivo resonante electromagnético (10b) separado, y a una distancia fija a lo largo, de dicho recorrido desde el primer dispositivo electromagnético resonante (10a), y en el que la separación espacial entre los dos dispositivos electromagnéticos resonantes (10a, 10b) es tal que la señal de salida inducida en dicho primer circuito por el mencionado primer dispositivo electromagnético resonante (10a) está en cuadratura de fase con la señal de salida inducida en el primer circuito por el mencionado segundo dispositivo electromagnético resonante (10b).

5. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo una pluralidad de dichos dispositivos electromagnéticos resonantes (1710a, 1710b), teniendo cada uno de ellos una frecuencia resonante respectiva diferente y estando dispuestos de forma que en funcionamiento, cada dispositivo electromagnético resonante (1710a, 1710b) induce una señal alterna a la frecuencia resonante correspondiente en dicho primer circuito cuya amplitud varía con su posición relativa a los bucles del mencionado primer circuito.

6. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además un medio de procesado (33) para procesar la señal inducida en dicho primer circuito y para proporcionar una indicación desde el mismo de la posición relativa de los mencionados primer y segundo miembros.

7. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho medio de excitación (41) es operable para aplicar un pulso de dicha señal de excitación durante un primer intervalo de tiempo y en el que dicho medio de procesado (33) es operable para procesar la mencionada señal inducida durante un segundo intervalo de tiempo posterior tras el mencionado primer intervalo de tiempo.

8. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en el que dicho medio de procesado (33) comprende un demodulador (27) que está en concordancia con la fase de la señal inducida en el mencionado primer circuito por el mencionado dispositivo resonante.

9. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicho primer miembro comprende dos o más de los mencionados primeros circuitos, en el que los bucles de los respectivos primeros circuitos están espacialmente separados a lo largo de dicho recorrido y en el que dicho medio de procesado (33) es operable para realizar un cálculo de la relación trigonométrica de las señales inducidas en los mencionados dos o más primeros circuitos.

10. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha señal de salida inducida en dicho primer circuito varía de forma sinusoidal como una función de la posición a lo largo de dicho recorrido del mencionado dispositivo resonante con relación a los mencionados al menos dos bucles, y en el que un periodo (T_{s}) de dicha variación sinusoidal corresponde a un movimiento relativo de la extensión de dos de los mencionados bucles conectados en serie.

11. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el dicho dispositivo electromagnético resonante comprende una bobina (14) y un condensador (17).

12. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los bucles de dicho primer circuito están situados sobre una superficie sustancialmente plana de dicho primer miembro (5).

13. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 12 cuando dependa de la reivindicación 11, en el que el eje de la bobina (14) es generalmente perpendicular a dicha superficie plana de dicho primer elemento (5).

14. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 13, en el que dicho primer circuito (13) comprende más de dos de los mencionados bucles que están dispuestos en sucesión sobre dicho recorrido, y en el que dicha bobina (2614) comprende un número de bucles similares a aquéllos del mencionado primer circuito (13), cuyos bucles se extienden sobre el recorrido de medida y están dispuestos de forma que cuando el dispositivo resonante entra en resonancia, la señal de salida inducida en dicho primer circuito representa una posición promedio de dicho dispositivo resonante (10) con relación a dicho primer circuito (13) sobre un número de los bucles del mencionado primer circuito.

15. Un detector de posición que incluye:

un primer y un segundo miembros (5, 1) que son relativamente móviles a lo largo de un recorrido de medida;

dicho primer miembro (5) comprendiendo: (i) un primer circuito (2815) que tiene una pluralidad de partes de bucle que cruzan el mencionado recorrido y que están conectados juntos para formar un primer y un segundo conjuntos de bucles (A, B) dispuestos en sucesión a lo largo de dicho recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo del mencionado recorrido y estando dichos bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los bucles del mismo conjunto por un campo magnético alterno de fondo común (23) se sumen juntas y de forma que las FEM inducidas en el primer conjunto de bucles por un campo magnético alterno de fondo común (23) sean opuestas a las FEM inducidas en el segundo conjunto adyacente de bucles; y (ii) un segundo circuito (16) que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida;

comprendiendo dicho segundo miembro (1) un medio (2810) para interactuar con dichos circuitos, de forma que en respuesta a una señal de excitación de entrada aplicada a uno de los mencionados circuitos se induce una señal de salida en el otro mencionado circuito, dicho medio de interacción y dicho primer y segundo conjuntos estando dispuestos de forma que dicha señal de salida varíe continuamente como una función de su posición relativa a lo largo del mencionado recorrido;

en el que dicho medio de interacción (10) comprende un dispositivo electromagnético resonante (14, 17) dispuesto de forma que, en funcionamiento, se induce una señal intermedia (I_{r}) dentro del mismo por medio de dicha señal de excitación de entrada aplicada al mencionado circuito y de forma que dicha señal intermedia induce dicha señal de salida en el mencionado otro circuito;

y en el que las partes de bucle que cruzan el mencionado recorrido en cada conjunto de bucles están dispuestas con una densidad decreciente y creciente a lo largo del recorrido de medida de forma que la sensibilidad magnética del circuito sea sinusoidal.

16. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 15, en el que los mencionados bucles tienen por lo general una forma cuadrada.

17. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 15 ó 16, en el que dicho dispositivo electromagnético resonante comprende una bobina (14) y un condensador (17).

18. Un detector de posición de acuerdo con las reivindicaciones 15 a 17, en el que los bucles del mencionado primer circuito se encuentran situados sobre una superficie sustancialmente plana del mencionado primer miembro (5).

19. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 18 cuando dependa de la reivindicación 17, en el que el eje de la bobina (14) es generalmente perpendicular a la mencionada superficie plana del mencionado primer miembro (5).

20. Un detector de posición que incluye:

un primer y un segundo miembros (5, 1) montados para el movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida;

comprendiendo el mencionado primer miembro (5) una placa de circuito impreso que contiene una pluralidad de pistas conductoras sobre al menos dos capas de la placa, cuyas pistas están dispuestas sobre la placa y las pistas apropiadas están conectadas juntas a través de la placa en una pluralidad de agujeros, para formar un primer circuito (13) que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida y un segundo circuito (16) que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida;

en el que dicho primer circuito comprende al menos dos bucles (A, B) dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo del recorrido de medida y estando los mencionados bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común (23) sean opuestas unas a otras;

dicho segundo miembro (1) comprendiendo un medio (10) para interactuar con los mencionados circuitos, de forma que en respuesta a una señal de excitación de entrada aplicada a uno de los mencionados circuitos se induce en el otro mencionado circuito una señal de salida, dicho medio de interacción y dichos al menos dos bucles estando dispuestos de forma que dicha señal de salida varíe de manera continua como una función de su posición relativa a lo largo del mencionado recorrido;

en el que dicho medio de interacción (10) comprende un dispositivo electromagnético resonante (14, 17) dispuesto de forma que, en funcionamiento, se induce una señal intermedia (I_{r}) en el mismo por la mencionada señal de excitación de entrada aplicada al mencionado circuito y de forma que dicha señal intermedia induce la mencionada señal de salida en el otro mencionado circuito;

en el que los mencionados agujeros están agrupados en un primer y un segundo grupos que están espaciados transversalmente con relación al mencionado recorrido de medida y en el que dichos bucles están formados por una pluralidad de las mencionadas pistas conductoras cada una de las cuales se extiende entre un respectivo agujero en el primer grupo y un respectivo agujero en el segundo grupo.

21. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 20, en el que los mencionados bucles están constituidos por convoluciones sinusoidales opuestas de conductor.

22. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, en el que dicho primer miembro comprende una pluralidad de los mencionados primeros circuitos (13, 15) que están separados eléctricamente unos de otros y están situados unos sobre otros, y en el que la pluralidad de bucles de los respectivos primeros circuitos están espacialmente separados a lo largo del mencionado recorrido.

23. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 22, en el que dicho primer miembro comprende dos de los mencionados primeros circuitos (13, 15) y en el que los bucles de los respectivos primeros circuitos están espacialmente separados a lo largo del mencionado recorrido en la mitad de la distancia (T_{s}/2) de cada uno de los mencionados bucles.

24. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 23, comprendiendo una pluralidad de los mencionados dispositivos electromagnéticos resonantes (1710a, 1710b), teniendo cada uno de ellos una respectiva frecuencia resonante diferente y estando dispuestos de forma que en funcionamiento, cada dispositivo electromagnético resonante (1710a, 1710b) induce una señal alterna a la correspondiente frecuencia resonante en el otro mencionado circuito cuya amplitud varía con su posición relativa a los bucles del mencionado primer circuito.

25. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 24, comprendiendo además un medio de excitación (41) para aplicar dicha señal de excitación de entrada a uno de los mencionados primeros y segundos circuitos y un medio de procesado (33) para procesar la señal inducida en el otro mencionado circuito y para proporcionar una indicación del mismo de la posición relativa de los mencionados primer y segundo miembros.

26. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el mencionado medio de excitación es operable para aplicar la mencionada señal de excitación de entrada al mencionado segundo circuito (16).

27. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 25 ó 26, en el que el mencionado medio de excitación (41) es operable para aplicar un pulso de la mencionada señal de excitación durante un primer intervalo de tiempo y en el que dicho medio de procesado (33) es operable para procesar dicha señal inducida durante un segundo intervalo de tiempo posterior tras el mencionado primer intervalo de tiempo.

28. Un detector de posición de acuerdo con las reivindicaciones 25 a 27, en el que el mencionado medio de procesado (33) comprende un demodulador (27) que está adaptado a la fase de la señal inducida en el otro circuito mencionado por dicho dispositivo resonante.

29. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, en el que el mencionado primer miembro comprende dos o más de los mencionados primeros circuitos, en el que los bucles de los respectivos primeros circuitos están especialmente separados a lo largo del mencionado recorrido y en el que dicho medio de procesado (33) es operable para realizar un cálculo de la relación trigonométrica de las señales inducidas en los mencionados dos o más primeros circuitos.

30. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 29, en el que la mencionada señal de salida inducida en el mencionado otro circuito varía de manera sinusoidal como una función de la posición a lo largo del mencionado recorrido de dicho dispositivo resonante a los mencionados al menos dos bucles, y en el que un periodo (T_{s}) de dicha variación sinusoidal corresponde a un movimiento relativo de la extensión de dos de los mencionados bucles conectados en serie.

31. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 20 a 30, en el que dicho dispositivo electromagnético resonante comprende una bobina (14) y un condensador (17).

32. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 31, en el que el eje de la bobina (14) es generalmente perpendicular a la superficie de la mencionada placa de circuito impreso que contiene las pistas conductoras que forman los mencionados primer y segundo circuitos.

33. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 32, en el que el mencionado dispositivo resonante (10) comprende al menos dos bobinas conectadas en serie (2914a, 2914b) separadas una de la otra en el mencionado recorrido por una distancia que puede hacerse variar para reducir los efectos de la inclinación.

34. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mencionado primer circuito comprende más de dos de los mencionados bucles que están dispuestos en sucesión a lo largo del mencionado recorrido.

35. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo resonante comprende una bobina (14), un condensador (17) y un resonador de tipo cuarzo o cerámico conectado en serie con dicha bobina y condensador.

36. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mencionado primer miembro (5) está fijo y en el que el mencionado segundo miembro (1) es móvil con respecto al mencionado primer miembro.

37. Un detector de posición de acuerdo con la reivindicación 36, en el que dichos primer y segundo circuitos yacen sustancialmente en el mismo plano, y en el que dicho dispositivo resonante (10) es móvil con relación al primer y segundo circuitos en un plano que es sustancialmente paralelo al plano en el que yacen los mencionados primer y segundo circuitos.

38. Un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho recorrido de medida es lineal.

39. Un ascensor comprendiendo un ascensor (1) un hueco de ascensor (3) y un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 38 para determinar la posición del ascensor (1) dentro del hueco del ascensor (3).

40. Un sensor del nivel de un líquido que comprende un flotador (1320), un soporte (1305) sobre, o dentro de, el cual el flotador está guiado en forma deslizable, y un detector de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 38 para indicar la posición relativa del mencionado flotador (1320) y del mencionado soporte (1305).

41. Un medidor del flujo de un fluido que comprende un tubo ahusado (2385) y un flotador (2320) en el tubo que está desplazado en una posición longitudinal determinada por el flujo del fluido, y un detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 38, para indicar la posición relativa del flotador (2320) y del tubo (2385).

42. Un medidor del flujo de un fluido según la reivindicación 41, en que el flotador puede girar y soporta una pluralidad de dispositivos electromagnéticos resonantes (2410a, 2410b, 2410c), comprendiendo cada uno una bobina y un condensador, y en que los ejes de las bobinas de la pluralidad de dispositivos resonantes son ortogonales entre sí.

43. Un medidor del flujo de un fluido según la reivindicación 42, en que el flotador puede girar y en el que dos primeros circuitos substancialmente planos son provistos en planos mutuamente perpendiculares.

44. Un detector de posición que incluye:

un primer y segundo miembros montados para el movimiento relativo a lo largo de un recorrido de medida;

comprendiendo el mencionado primer miembro un primer circuito (1913) que tiene al menos dos bucles configurados en sucesión a lo largo del mencionado recorrido de medida, extendiéndose cada bucle a lo largo del mencionado recorrido, y estando los mencionados bucles conectados en serie y estando dispuestos de forma que las FEM inducidas en los mencionados bucles adyacentes por un campo magnético alterno de fondo común son opuestas entre sí, y un segundo circuito (1916) que se extiende a lo largo del mencionado recorrido de medida;

el mencionado segundo miembro comprende un medio (1901) para interactuar con los mencionados circuitos, de forma tal que en respuesta a una señal de excitación alterna de entrada, aplicada a uno de los mencionados primer y segundo circuitos, se induzca en el otro circuito una señal alterna de salida que varía como una función de la posición a lo largo del mencionado recorrido del mencionado medio de interacción, con relación a dos al menos de los mencionados bucles del mencionado primer circuito;

en el que el mencionado medio de interacción comprende un generador electromagnético de armónicos dispuesto de forma que, en funcionamiento, en respuesta a la mencionada señal de excitación alterna, el mencionado generador de armónicos induce la mencionada señal alterna de salida en el otro circuito mencionado, y en el que la frecuencia de la señal inducida es diferente a la de la señal de excitación.