ES2209020T3 - Sensor angular inductivo. - Google Patents

Abstract

SE DESCRIBE UN SENSOR ANGULAR INDUCTIVO MONTADO DE FORMA REDUNDANTE CON DOS OSCILADORES LC MONTADOS AL MENOS IGUALMENTE PROXIMOS. A TRAVES DEL ACOPLAMIENTO INDUCTIVO DE LOS OSCILADORES SE SINCRONIZA CON RESPECTO A LA FRECUENCIA Y SITUACION DE FASE, CON LO CUAL SE EVITAN INFLUJOS CONTRARIO NO DESEADOS.

Description

Sensor angular inductivo.

La invención se refiere a un sensor angular inductivo para un automóvil.

Como sensores para el registro de posición, especialmente para el registro del ángulo de desviación de elementos controlados o regulados por motor, se utilizan en automóviles cada vez más, principalmente, potenciómetros. Su ventaja, es decir, la de ser especialmente económicos, está frente a los inconvenientes de la sensibilidad al ensuciamiento, así como de la capacidad de desgaste.

Para evitar estos inconvenientes se utilizan sensores angulares que trabajan fuertemente sin contacto, que funcionan, por ejemplo, de acuerdo con principios magneto-resistivos, capacitivos o inductivos.

Un sensor angular inductivo está constituido, según el principio, por una bobina excitadora, impulsada por corriente alterna, cuyo campo magnético induce, en una o varias bobinas receptoras, tensiones cuya amplitud o diferencia de fase depende de la posición de un elemento de acoplamiento inductivo desplazable con respecto a las bobinas.

Especialmente en aplicaciones críticas en cuanto a seguridad, tal como, por ejemplo, la medición de la posición angular de una válvula de estrangulación regulable por motor, son previstos, por motivos de seguridad, sensores que miden por duplicado. En el caso de un potenciómetro, puede ser realizado como sensor, uno que mida por duplicado y, por consiguiente, como sencillo potenciómetro doble.

La estructura de un sensor angular inductivo que mida por duplicado es, en cambio, problemática, ya que en la estructura próxima localmente de dos sistemas inductivos de sensor, y especialmente mediante la superposición de los campos magnéticos generados por las bobinas excitadoras, puede producirse una influencia mutua de los sistemas de sensor.

Supóngase un sensor angular inductivo duplicado constituido, hasta el elemento inductivo de acoplamiento, cuyo posicionado debe ser medido, por dos sistemas de sensor completos e independientes. Si se utilizan para ello dos sistemas de sensor de estructura ampliamente idéntica y, por tanto, con dos osciladores, que deben accionar las bobinas excitadoras con una tensión alterna de la misma frecuencia, se consigue ya con las mínimas desviaciones de frecuencia, oscilaciones en las señales de las bobinas receptoras, las cuales dificultan o hacen casi imposible notablemente la evaluación de las señales de recepción.

Un remedio imaginable sería elegir las frecuencias de oscilador muy diferentes, de manera que sean filtradas fácilmente posibles frecuencias diferenciales. Para ello el osciloscopio y la conexión de evaluación, cada uno de los cuales puede ser unido ventajosamente con un circuito de conexión, debería estar dimensionado, sin embargo, de otra manera, para cada uno de los dos sistemas de sensor, lo que significa un coste doble de desarrollo. También los costes de producción de dos circuitos de conexión diferentes, con número de piezas sencillo, serían, con mucho, más elevados que la producción de un circuito de conexión con doble número de piezas.

Es finalidad de la invención, por tanto, proporcionar un sensor angular inductivo de estructura redundante, que pueda ser fabricado del modo más sencillo y económico posible y excluya una influencia perturbadora recíproca de los sistemas de sensor.

Según la invención se consigue esta finalidad mediante las características distintivas de la reivindicación 1. Configuraciones y variantes ventajosas están citadas en las características de las reivindicaciones subordinadas.

La idea de la invención está basada en prever dos osciladores que están realizados como osciladores LC y acoplados entre sí por medio de las bobinas excitadoras. Los osciladores LC pueden estar realizados "blandos", es decir, ser sintonizables dentro de un cierto campo de frecuencia, sin que su comportamiento oscilatorio se volviese inestable o se rompiesen las oscilaciones.

Mediante el acoplamiento de los dos osciladores, vibran éstos con las mismas frecuencia y diferencia de fase, por lo que se pueden evitar de forma sencillamente sorprendente vibraciones especialmente perturbadoras.

Es ventajoso además que los osciladores LC sean muy económicos, ya que las bobinas excitadoras constituyen al mismo tiempo las inductividades de los circuitos de oscilación LC y además se puede prescindir de medios adicionales de estabilización de frecuencia (cuarzos).

Es ventajoso además que el "campo de estirado" de la frecuencia de los osciladores pueda ser predeterminado mediante el dimensionado de los componentes de oscilador. Especialmente debido a la fracción disipativa de los elementos constructivos utilizados, los factores de calidad de los osciladores pueden ser predeterminados tan bajos, que, en el caso de una variación influida externamente de su frecuencia de oscilación, los osciladores siguen trabajando establemente dentro de un campo de desviación de al menos

\pm 1 KHz de la frecuencia básica.

Por medio del acoplamiento recíproco de los osciladores mediante las bobinas excitadoras, es posible no solamente, sino hasta conveniente, disponer ambas bobinas excitadoras mutuamente próximas en el espacio, e incluso, de forma ventajosa, sobre una placa conductora.

Las bobinas excitadoras individuales pueden estar realizadas, por ejemplo, por pistas conductoras, con forma espiral o también concéntrica, y ser dispuestas mutuamente concéntricas.

Es conveniente además prever como placa de circuito impreso una de varias capas, sobre la que estén dispuestas también las bobinas receptoras realizadas como pistas conductoras, así como los circuitos de conexión para la generación de oscilación y para la evaluación de señal.

Es ventajoso realizar los dos sistemas de sensor acoplados inductivamente, pero separados galvánicamente, de manera que, en el caso de un fallo de un sistema de sensor, el segundo pueda ser capaz de funcionar totalmente. Esto produce la configuración conveniente de todos los componentes eléctricos, hasta en las bobinas de excitación y de recepción, para componer un circuito de conexión. Como mediante la configuración según la invención del sensor angular inductivo puede utilizarse dos veces el mismo circuito de conexión, éste puede ser fabricado con elevado número de piezas y, por consiguiente, de forma especialmente económica.

Un ejemplo de realización de un sensor angular inductivo según la invención es descrito detalladamente, a continuación, a partir del dibujo representado.

Para ello la figura única muestra un croquis de la placa de circuito impreso perteneciente al sensor angular inductivo.

Como la figura representa solamente un plano de una placa de circuito impreso de varias capas (7), no están ilustradas directamente en la figura todas las conexiones eléctricas citadas a continuación, ya que éstas son fabricadas, a menudo, mediante contactos (8) entre los planos de la placa de circuito impreso (representados por los elementos con forma de punto en los extremos de pista conductora). Para aclaración del principio estructural, descrito a continuación, del sensor angular inductivo según la invención, esto es, sin embargo, insignificante.

Tampoco está representado el elemento inductivo de acoplamiento, realizable como elemento metálico, bobina de cortocircuito o componente similar, cuya posición angular respecto a la disposición de bobinas sobre la placa conductora es detectada por el sensor angular.

El sensor angular inductivo está constituido por dos sistemas de sensor independientes galvánicamente, pero, sin embargo, acoplados inductivamente. Cada sistema de sensor está constituido, respectivamente, por un circuito integrado de conexión (1, 2) y una bobina excitadora (3, 4), así como varias bobinas receptoras, que constituyen estructuras (por ejemplo, con forma de meandro, con forma triangular) periódicas sobre distintos planos de placa conductora en la dirección periférica de la disposición circular de pista conductora. Las líneas de conexión (5, 6) de estas bobinas receptoras (en el ejemplo representado hay cinco por cada sistema de sensor), por lo demás, no representadas, están dirigidas a los circuitos de conexión (1, 2), cada uno de los cuales contiene una conexión de evaluación de las señales de la bobina receptora.

A partir de los diferentes valores de amplitud y diferencias de fase de las señales de bobina receptora, la conexión de evaluación determina la posición angular exacta del elemento inductivo de acoplamiento.

En los circuitos de conexión (1, 2) están integradas además las conexiones de oscilador, que accionan las bobinas excitadoras (3, 4) con una corriente alterna. Aquéllos están realizados, según la invención, como osciladores LC "blandos", cuya frecuencia de oscilación puede ser modificada, mediante influencia exterior, dentro de un campo prefijado de frecuencia, sin que esto produzca un comportamiento oscilatorio inestable o, incluso, una rotura de oscilación.

El componente inductivo de cada oscilador LC es constituido por la bobina excitadora asociada (3, 4). Mediante la disposición espacialmente próxima de las bobinas excitadoras (3, 4), los osciladores experimentan un acoplamiento inductivo, que produce una vibración, con las mismas frecuencia y fase, de ambos osciladores. La frecuencia común de vibración puede desviarse además totalmente de las frecuencias que generarían, sin ser influidos, cada uno de los osciladores.

El sensor angular inductivo resuelve, por consiguiente, el problema de que también osciladores precisos en frecuencia muestren desviaciones de la frecuencia básica prefijada. Si ahora dos osciladores rígidos en frecuencia, por ejemplo, osciladores de cuarzo, generan campos alternos con frecuencia sólo aproximadamente igual, resultan efectos indeseables, especialmente vibraciones, con la frecuencia diferencial de los dos osciladores, que dificulta o hace hasta casi imposible la evaluación de la posición angular del elemento inductivo de acoplamiento a partir de las señales emitidas por las bobinas receptoras.

Un remedio, aunque menos ventajoso, sería aquí prever osciladores con frecuencias de vibración claramente diferentes, de manera que las frecuencias diferenciales no sean perturbadoras o fácilmente filtrables. Pero como aquí los circuitos de conexión, tanto para la generación de vibración, como para la evaluación de señal, deberían estar realizados de forma claramente diferente entre sí, esta solución sería considerablemente más costosa.

Otra solución podría ser prever solamente un oscilador que mande ambas bobinas excitadoras. Esta solución no corresponde, sin embargo, a la exigencia de proporcionar un sensor angular totalmente redundante, que presente dos sistemas de sensor que funcionen de modo mutuamente independiente. En el caso de un solo oscilador, un fallo del mismo significa también un fallo de funcionamiento de todo el sensor angular.

Resulta especialmente ventajoso, por tanto, el sensor angular según la invención con dos osciladores que se auto-sincronizan, tanto con respecto al coste, como bajo el punto de vista de la seguridad de funcionamiento.

Lista de referencias

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 1, 2 \+ Circuitos de conexión\cr  3, 4 \+ Bobinas excitadoras\cr 
5, 6 \+ Líneas de conexión (de las bobinas receptoras\cr  \+ con los
circuitos de conexión)\cr  7 \+ Placa conductora (de varias
capas)\cr  8 \+
Contactos.\cr}

Claims (5)

1. Sensor angular inductivo para un automóvil

- con dos osciladores con al menos frecuencias de vibración aproximadamente iguales,

- con al menos una bobina excitadora asociada con cada oscilador (3, 4),

- con al menos una bobina receptora asociada con cada oscilador,

- y al menos un elemento inductivo de acoplamiento,

- en el que los osciladores están realizados como circuitos de oscilación LC y acoplados inductivamente entre sí mediante las bobinas excitadoras (3, 4).

2. Sensor angular inductivo, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el factor de calidad de los osciladores está prefijado tan bajo que los osciladores, en el caso de una variación, influida externamente, de su frecuencia de vibración, funcionan establemente dentro de un campo de desviación de al menos \pm 1 kHz de la frecuencia básica.

3. Sensor angular inductivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque un oscilador, a excepción de la correspondiente bobina excitadora, así como un circuito de evaluación conectado con las bobinas receptoras asociadas con el oscilador, están reunidos en un circuito de conexión (1, 2), y porque el sensor angular inductivo presenta dos circuitos de conexión (1, 2) con la misma estructura.

4. Sensor angular inductivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque las bobinas excitadoras (3, 4), las bobinas receptoras, así como los circuito de conexión (1, 2), están dispuestos sobre una placa de circuito impreso (7) de varias capas.

5. Sensor angular inductivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque cada una de las bobinas excitadoras (3, 4) está configurada como pista conductora, con forma espiral o concéntrica, y porque las bobinas excitadoras (3, 4) están dispuestas entre sí de forma concéntrica.