ES2255144T3 - Circuito de medida. - Google Patents
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Abstract
El circuito de medición comprende una línea de transmisión simétrica (L) que conecta un transductor (T) co un amplificador de medición (S1) y un amplificador de defecto (S2). El transductor emite señales de entrada simétricas (E1, E2) a los amplificadores de medición y de defecto. El amplificador de medición (S1) emite una señal de medición (Eo) que representa la diferencia de las señales de entrada y el amplificador de defecto (S2) emite una señal de defecto (Ed) que representa la suma de las señales de entrada. La invención puede utilizarse para evaluar la calidad del circuito de medición durante el funcionamiento o la parada de la máquina vigilada gracias a la inyección de una señal auxiliar (Eg) en los terminales del transductor(T).
Description
Circuito de medida.
La presente invención se refiere a un circuito de
medida según el preámbulo de la reivindicación 1.
Este tipo de circuito es conocido de la patente
suiza nº 658 908. Este circuito tiene por objetivo por
ejemplo
detectar las vibraciones de una máquina giratoria que puede ser el motor de un avión o cualquier otra estruc-
tura vibrante. Permite evaluar la calidad del circuito, es decir detectar defectos tales como interrupciones,
cortocircuitos, aislamiento defectuoso, unión intermitente tanto a nivel del captador como a nivel de la transmisión. Además, es posible también detectar influencias parásitas exteriores que se producen por un acoplamiento electromagnético, un acoplamiento electrostático o por un bucle de tierra. De manera general, una línea de transmisión entre el transductor y el circuito de medida puede interrumpirse por uno o varios conectadores al paso de paredes o de tabiques dispuestos entre el transductor piezoeléctrico y el dispositivo de medida de las vibraciones o
presiones.
detectar las vibraciones de una máquina giratoria que puede ser el motor de un avión o cualquier otra estruc-
tura vibrante. Permite evaluar la calidad del circuito, es decir detectar defectos tales como interrupciones,
cortocircuitos, aislamiento defectuoso, unión intermitente tanto a nivel del captador como a nivel de la transmisión. Además, es posible también detectar influencias parásitas exteriores que se producen por un acoplamiento electromagnético, un acoplamiento electrostático o por un bucle de tierra. De manera general, una línea de transmisión entre el transductor y el circuito de medida puede interrumpirse por uno o varios conectadores al paso de paredes o de tabiques dispuestos entre el transductor piezoeléctrico y el dispositivo de medida de las vibraciones o
presiones.
A pesar de las posibilidades ventajosas arriba
mencionadas el circuito sufre ciertas desventajas. Las señales de
prueba respectivamente las señales de defecto dependen del
funcionamiento del dispositivo, por ejemplo del motor vigilado que
produce por su vibración la señal de prueba y de medida en el
transductor. Esta necesidad es particularmente molesta por ejemplo
para la vigilancia de un motor de avión o de una gran máquina como
turbina de gas o de vapor donde una puesta en marcha es necesaria
para obtener un resultado de prueba.
La publicación US-5,070,843 se
refiere a un captador de vibración en un motor de combustión
interno. Para detectar un defecto del captador, un generador de
corriente alternativa está conectado en tiempo de
no-utilización del captador a la línea de la señal
del captador. La frecuencia de la señal del generador está elegida
igual a la frecuencia propia del captador, el voltaje de la señal
se mide y el estado del captador está derivado de su amplitud.
Puesto que esta señal de ensayo tiene la misma polaridad que la
señal del captador y está proporcionada por la misma línea que esta
señal, la señal de ensayo no puede distinguirse de la señal del
captador, y el procedimiento de ensayo solo puede efectuarse durante
unos periodos en que el captador no produce una señal o produce una
señal de amplitud despreciable. Por esto, el generador solamente
está conectado a las líneas de señal durante una fase de
ensayo.
ensayo.
Similarmente, según el documento
GB-A-2253487, que se refiere a un
captador de aceleración para detectar el golpeteo de un motor, la
línea de conexión del captador está temporalmente conectada a un
arreglo de ensayo y al mismo tiempo separada del sistema de
detección del golpeteo. Evidentemente, durante un ensayo, el sistema
de detección del golpeteo está fuera de accionamiento.
El objetivo de la presenta invención es permitir
una vigilancia completa no solamente durante la marcha pero también
durante la parada del objeto a medir y a probar. Este objetivo se
alcanza con las medidas según la reivindicación 1. Por la inyección
de una señal auxiliar "artificial" se simula un ruido en modo
común conocido que se utiliza para probar la cadena de medida.
Además, resulta las ventajas siguientes:
- La señal de prueba auxiliar es independiente de
la amplitud y de la frecuencia de vibración,
- los parámetros tales como frecuencia o amplitud
son previsibles,
- la presencia del transductor puede
detectarse.
La invención se describirá a continuación a
título de ejemplo y mediante unos dibujos anexos en los cuales:
La figura 1 es una vista esquemática de un
circuito de medida con un transductor piezoeléctrico,
La figura 2 muestra las señales a las bornas del
transductor respectivamente a las entradas de los amplificadores S1
y S2, y
La figura 3 ilustra los detalles de un
transductor según la invención.
La figura 1 muestra esquemáticamente un circuito
de medida según la invención. Un transductor piezoeléctrico T está
unido de manera simétrica a los dos hilos conductores a y b de una
línea de transmisión simétrica blindada L. El transductor T está
encerrado en un recinto blindado B que puede conectarse
eléctricamente al blindaje de la línea de transmisión o cable L. A
su salida del cable, los conductores a y b están unidos
respectivamente a dos amplificadores de carga A1 y A2 provisto cada
uno de un condensador de contrarreacción Cf. Las salidas de los
amplificadores A1 y A2 están unidas a un amplificador de medida o
somador S1 que libera una tensión de salida
Eo.
Eo.
El transductor T que está destinado a medir las
vibraciones de un motor, por ejemplo de avión o de
máquina-herramientas, etc. (no representado) sobre
el cual está montado, tiene una sensibilidad expresada en pC/g
(picocoulomb/g). Para una aceleración g dada, dicho transductor
libera unas cargas Q+ y Q- en principio de mismo valor pero de
polaridad opuesta a la entrada de los amplificadores de carga A1 y
A2 que liberan a su salida unas tensiones E1 y E2 proporcionales a
las cargas pero en oposición de fase (figura 2). Estas tensiones
están dadas por las relaciones:
E1 = Q+/Cf
\hskip1cmy
\hskip1cmE2 = Q-/Cf
Y la tensión Eo de salida del somador S1 está
dada por
Eo = E1 – E2 =
2Q/Cf,
\hskip1cmsi
\hskip1cmE2 = -E1
Admitiendo por ejemplo una sensibilidad del
transductor de 50 pC/g, una aceleración de punta de 1g y Cf de
valor 1 nF, las cargas Q+ y Q- tienen cada una un valor de punta de
50 pC y la relación arriba muestra que Eo = 0,1 V de punta
El circuito de la figura 1 permite pues medir las
vibraciones del dispositivo sobre el cual está montado el
transductor. Sin embargo, para evaluar unos defectos de calidad del
transductor o de línea de transmisión o incluso del dispositivo de
medida mismo, tales como interrupciones, cortocircuitos, aislamiento
defectuoso, contacto intermitente así como señales parásitas
inducidas del exterior en el circuito de medida, es ventajoso y
necesario no solamente tratar las señales E1 y E2 en modo
diferencial pero también en modo común. A tal efecto, se prevé un
amplificador de defecto A3 que es también un somador S2, como
indicado en figura 1.
El amplificador de defecto A3 libera una señal de
defecto Ed, el cual representa la suma de las señales aplicadas a
su entrada.
En el circuito representado a la figura 1, se ha
tenido en cuenta el hecho de que señales parásitas E1n y E2n pueden
superponerse a las señales útiles E1 y E2. Como mostrado por la
figura 3, las cargas Q1n y Q2n correspondientes a las señales
parásitas E1n Y E2n están también presentes sobre los hilos
conductores a y b respectivamente.
Como indicado a la figura 2, la cual ilustra
igualmente las señales E1 y E2, las señales parásitas E1n y E2n
están inducidas con la misma fase sobre cada uno de los hilos
conductores a y b de la línea de transmisión L. Las flechas
utilizadas en la representación de señales a la figura 2 p. ej.
entre Q+ y E1 significan "causa" o "da lugar a".
Para efectuar una prueba durante la marcha o la
parada de la máquina vigilada por el transductor, respectivamente
el circuito de medida, se prevé un generador auxiliar G cuya señal
de salida Eg de frecuencia conveniente que difiere de la frecuencia
de medida está alimentada por un hilo conductor D' del cable L al
transductor T donde la señal está transmitida por unas capacidades
de inyección Ct1 y Ct2 de mismo valor a las bornas c y d del
transductor. Con preferencia las capacidades Ct1 y Ct2 están
integradas en el captador T según la figura 3. El generador G
alimenta dos electrodos g, cada uno entre una capa aislante exterior
i y una capa de materia piezoeléctrica p del transductor. Como
mostrado por la figura 3, una señal alternativa auxiliar de misma
fase Qt1, Qt2 está así transmitida sobre las bornas c y d del
transductor. La señal Eg1 a la salida del amplificador de carga A1
corresponde a la señal Qt1. La señal Eg2 a la salida del
amplificador de carga A2 corresponde a la señal Qt2.
En el caso general, la señales de salida Eo y Ed
están dadas por las relaciones siguientes:
- Eo = |E1| + |E2| + \DeltaEn + \DeltaEg = 2Q/Cf + \DeltaEn + \DeltaEg
- 1)
- Ed = \DeltaE + |E1n| + |E2n| + |Eg1| + |Eg2| de donde
- 2)
- Ed = |E1n| + |E2n| + |Eg1| + |Eg2|
- 2')
Con
\DeltaEn = |E1n| - |E2n|
\DeltaE = |E1| - |E2|
\DeltaEg = |Eg1| - |Eg2|
Qt1 = Eg x Ct1
Qt2 = Eg x Ct2
Ct1 \cong Ct2
La ecuación 2) es valida si la máquina vigilada
está en marcha mientras que la ecuación 2') es valida si la máquina
vigilada está parada.
Las relaciones 1), 2) y 2') arriba permiten
evaluar la calidad del circuito de medida.
En el caso normal, es decir si todos los
elementos del circuito funcionan correctamente, las señales de
salida Eo y Ed están dadas por las relaciones 1), respectivamente
2), 2'), y la señal Eo es proporcional a la intensidad de las
vibraciones del motor.
En caso de un cortocircuito, sea en el
transductor, sea a lo largo de la línea de transmisión las señales
Eo y Ed son 0. Si el cortocircuito existe entre una de las bornas c
o d y la caja B o entre un punto de la línea a o la línea b y el
blindaje C' del cable, una de las señales de entrada del dispositivo
de evaluación es 0 y las señales de medida Eo y de defecto Ed son
iguales y en principio iguales a la mitad del valor de la señal Eo
en el caso normal.
En el caso de una interrupción en el transductor,
la amplitud de las señales Eo y Ed depende del lugar donde se
encuentra el corte, y esto por el hecho de que la corriente debe
volver a cerrarse por la capacidad de acoplamiento entre el
blindaje (recinto) del transductor y el blindaje del cable L. Lo que
precede muestra que el conocimiento de las señales Eo y Ed puede
proporcionar, al menos en teoría, unas informaciones sobre el lugar
del corte, entre el transductor y el dispositivo de detección.
En el caso de aislamiento defectuoso del
transductor o de la línea, la amplitud de la señal Eo será
intermediaria entre 0 y 2Q/Cf. En caso de unión intermitente, las
amplitudes de las señales E0 y Ed son función de la duración de la
interrupción de la unión t de su recurrencia.
Examinemos ahora la detección de señales
parásitas (noise) inducidas del exterior en el circuito de medida.
La primera de estas influencias está producida por lo que se llama
un bucle de masa (ground loop) en el caso en que la masa de la
máquina está unida a la masa de la electrónica. Una corriente
circulando en este bucle producido mediante unas capacidades
parásitas Cp, que pueden ser diferentes entre ellas, una señal
parásita en cada uno de los hilos conductores de la línea de
transmisión. Estas señales están en fase y su suma aparece a la
salida Ed, mientras que su diferencia afecta la salida Eo. Este
efecto parásito puede por consiguiente detectarse.
Otra influencia es la producida por acoplamiento
electromagnético (electromagnetic noise). En este caso, una
corriente alternativa de fuerte intensidad circula en un conductor
próximo a la línea de transmisión L y paralelamente a ésta. A pesar
del blindaje de la línea, esta corriente puede inducir en cada uno
de los hilos conductores de ésta una tensión parásita E1n y E2n,
estas tensiones están en fase pero pueden ser de intensidades
diferentes. Según las relaciones 1) y 2) mencionadas más arriba, la
diferencia de valores absolutos de la influencia resultante de
estas tensiones aparece a la salida Eo y su suma a la salida Ed. En
relación con sus frecuencias, pueden por consiguiente
detectarse.
Finalmente existe también una influencia
capacitiva (electrostatic noise) producida por ejemplo por las
capacidades entre contactos de un conectador próximo a los que en
este conectador corresponden a los conductores a y b de la línea de
transmisión, durante el traspaso de una pared. A través de las
capacidades parásitas, unas tensiones inducidas parásitas pueden
existir a la entrada del dispositivo de medida. Como anteriormente,
estas tensiones pueden detectarse por las tensiones Eo y Ed medidas
a la frecuencia de las tensiones perturbadoras.
De manera general, el circuito de medida según la
invención permite, por la evaluación de las señales Eo y Ed,
detectar defectos tales como cortocircuitos, interrupciones, etc.,
tanto en el transductor como en la línea de transmisión, o incluso
en el dispositivo de medida mismo, así como la detección de las
influencias parásitas viniendo del exterior.
El esquema del dispositivo de medida
comprendiendo los elementos A1, A2, S1, y A3 (S2) es particularmente
sencillo. Para la puesta en práctica del circuito de medida, se
puede prever que las señales de medida Eo y de defecto Ed,
eventualmente después de filtrado de los componentes de frecuencias
indeseables, y después de enderezamiento y digitalización, están
utilizados en un algoritmo adecuado permitiendo liberar unas
indicaciones sobre la cualidad del circuito de medida.
En las figuras descritas arriba, los
amplificadores de carga A1 y A2 se han representado como formando
parte del dispositivo de medida según la invención. Esto sin
embargo no es una obligación y estos amplificadores pueden sin otro
estar montados en el recinto B de blindaje de éste. En este caso,
ya no son las cargas Q+ y Q- del transductor que constituye las
señales de entrada del dispositivo de medida pero las tensiones
|E1| + |E1n| + |Eg1| y |E2| + |E2n| + |Eg2|. Asimismo el generador
G puede integrarse en el recinto B del transductor.
En vez de las capacidades integradas al
transductor según la figura 3, unos condensadores Ct1, Ct2 pueden
preverse como indicado en la figura 1. La solución según la figura 3
presenta la ventaja de que la presencia o la ausencia del
transductor T está indicada por la presencia, respectivamente la
ausencia, de la señal auxiliar sobre las líneas a y b. Esta señal
podría generarse por excitación electromecánica del transductor
alimentado por la señal de salida Eg del generador auxiliar G. En
este caso, las señales auxiliares sobre los hilos conductores a y b
están en fase opuesta lo que lleva a unas informaciones opuestas Ed
para ciertas condiciones, en particular el estado normal del
circuito.
En vez del transductor piezoeléctrico, cualquier
otro transductor conveniente, por ejemplo un transductor inductivo,
capacitivo, resistivo o electro-óptico puede utilizarse con el
circuito electrónico descrito antes o un circuito análogo adaptado
a la característica específica del transductor.
Para ciertas aplicaciones, la señal auxiliar
podría ser una señal continua (DC).
Claims (5)
1. Circuito de medida comprendiendo un
transductor unido a un dispositivo de medida por una línea de
transmisión, estando este transductor (T) conectado simétricamente
y el dispositivo de medida (A1, A2, A3, S1) efectuando la suma de
los valores de las señales sobre las bornas del transductor (T) para
liberar una señal de defecto (Ed), y la diferencia de los valores
de las señales sobre las bornas del transductor (T),siendo la señal
de diferencia una señal de medida (Eo), caracterizado por
unos medios (G, D, Ct1, Ct2) para inyectar una señal auxiliar a las
bornas del transductor (T) a fin de poder detectar defectos y
efectos parasitarios del transductor y/o otras partes del
circuito.
2. Circuito según la reivindicación 1,
comprendiendo una línea de transmisión (L) entre el transductor (T)
y el dispositivo de medida (A1, A2, A3, S1) caracterizado por
al menos un hilo conductor suplementario (D') en la línea de
transmisión alimentado por un generador (G) de dicha señal auxiliar
y acoplado a las bornas del transductor (T).
3. Circuito según la reivindicación 1 o 2 con un
transductor piezoeléctrico, caracterizado porque el
transductor (T) comprende unos electrodos (g) integrados en la pila
de elementos piezoeléctricos y alimentados por dicha señal
auxiliar, estando esta señal transmitida por vía capacitiva a las
bornas del transductor.
4. Circuito según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado por un amplificador de medida (S1)
efectuando la diferencia de las señales (E1, E2) proporcionadas por
el transductor (T).
5. Circuito según la reivindicación 4,
caracterizado porque
el amplificador de medida (S1) amplifica las
señales (E1, E2) proporcionadas por el transductor (T) y la señal
auxiliar (Eg1, Eg2) respectivamente en modo diferencial, y
un amplificador de defecto (S2) amplifica las
señales (E1, E2) proporcionadas por el transductor (T) y la señal
auxiliar (Eg1, Eg2), respectivamente en modo común.
Applications Claiming Priority (1)
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| ES2255144T3 true ES2255144T3 (es) | 2006-06-16 |
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Country Status (5)
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