ES2274724B1

ES2274724B1 - Sistema de eliminacion de perturbaciones para sensores inductivos.

Info

Publication number: ES2274724B1
Application number: ES200502717A
Authority: ES
Inventors: Sergio Diez Garcia; Jose Luis Landatxe Zugarramurdi
Original assignee: Zertan SA
Current assignee: Zertan SA
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2005-11-08
Publication date: 2007-12-01
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: ES2289938B1; ES2289938A1; CN101305292A; ES2274724A1; US20080278152A1

Abstract

Sistema de eliminación de perturbaciones para sensores inductivos, para el control del movimiento de objetos móviles, comprendiendo un elemento inductivo formado por dos semibobinas iguales (L2 y L3) magnéticamente en oposición, las cuales se disponen paralelas entre sí y coplanares en relación con el plano de movimiento de un elemento magnético (1) que se incorpora sobre el objeto móvil a controlar, en posición enfrentada respecto de un punto de paso del mencionado elemento magnético (1) en el movimiento.

Description

Sistema de eliminación de perturbaciones para sensores inductivos.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con el control del movimiento de mecanismos en máquinas o aparatos mediante el empleo de un sensor inductivo, proponiendo un sistema que permite anular las perturbaciones inductivas provocadas por campos magnéticos ajenos al sistema de la detección y que pueden ocasionar un mal funcionamiento del mismo.

Estado de la técnica

Es conocida, como se describe por ejemplo en la Patente ES 200501503, la utilización de dispositivos para controlar el movimiento de determinados mecanismos, como el motor, el ABS o la caja de cambios de los vehículos, y otras aplicaciones, utilizándose sensores inductivos formados por una bobina frente a la que se hace pasar un elemento magnético móvil (imán o similar) capaz de alterar el flujo presente en dicha bobina, induciendo en la misma una pequeña fuerza electromotriz o tensión eléctrica, la cual es tratada y amplificada mediante un circuito electrónico que como consecuencia genera pulsos digitales en consonancia con el paso del elemento móvil en el que se dispone fijado el elemento magnético.

En los sensores inductivos mencionados, la variación del flujo magnético producida por el paso del elemento móvil y la correspondiente fuerza electromotriz que por ello se genera, son muy pequeñas cuando la velocidad de paso del elemento móvil es lenta, de manera que esa fuerza electromotriz inducida por el elemento móvil resulta comparable en magnitud a la fuerza electromotriz inducida por otros campos magnéticos presentes en el espacio de ubicación del sensor (que pueden ser producidos por motores, actuadotes, electroválvulas o cualquier mecanismo eléctrico-electrónico por el que circulen corrientes variables con el tiempo), los cuales si bien pueden considerarse uniformes en el volumen donde el sensor se encuentra, son sin embargo generalmente variables con el tiempo y por lo tanto susceptibles de producir una fuerza electromotriz perturbadora.

Se conoce, por otra parte, el uso de bobinas en oposición, que al ser sometidas a un campo alterno común contrarrestan sus efectos de inducción, permitiendo obtener un efecto de medida, por ejemplo para determinar el contenido de un material magnético en un objeto de material amagnético, como describe por ejemplo la Patente ES 465.446.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone un sistema que permite resolver de una manera sencilla el problema de las perturbaciones ajenas que influyen en el espacio de aplicación de un sensor inductivo, para lograr que la función de dicho sensor resulte efectiva.

Este sistema objeto de la invención consiste en formar el sensor inductivo de aplicación con dos semibobinas iguales, las cuales se disponen eléctricamente en serie y magnéticamente en oposición, colocándose dichas semibobinas paralelas y coplanares en el plano de movimiento del elemento magnético móvil del sensor, frente a una posición de paso de dicho elemento magnético móvil.

Se obtiene así un conjunto en el que las fuerzas electromotrices inducidas en las semibobinas por los campos magnéticos influyentes se contrarrestan, de forma que cuando los flujos magnéticos que influyen sobre ambas semibobinas son iguales la fuerza electromotriz inducida resultante del conjunto es nula.

Con ello, la fuerza electromotriz inducida por los campos magnéticos ajenos, que solo varían con el tiempo, es igual en ambas semibobinas y por lo tanto se anula, mientras que la fuerza electromotriz que ocasiona el elemento magnético móvil es diferente en las dos semibobinas, ya que la posición de dicho elemento magnético varía respecto de las dos semibobinas durante el movimiento, con lo que se obtiene una fuerza electromotriz resultante por la influencia del paso de dicho elemento magnético móvil, permitiendo el control de su movimiento.

Mediante un ajuste adecuado de las propiedades magnéticas y geométricas de los elementos componentes, el sistema se puede adaptar además para que las semiondas positivas o negativas de ambas semibobinas del sensor se sumen eléctricamente, con lo cual se optimiza la relación de la señal de la fuerza electromotriz inducida que se obtiene por la influencia del elemento magnético móvil, respecto de la influencia de las perturbaciones.

En el caso de que el campo perturbador no sea totalmente uniforme en el espacio ocupado por las semibobinas del sensor, tal efecto se puede contrarrestar también, actuando sobre los núcleos de las semibobinas, de forma que la señal de salida del sensor en ausencia de movimiento del elemento magnético móvil sea nula.

Por todo ello, el mencionado sistema objeto de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la función a la que se halla destinado.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra en esquema la disposición funcional de un sensor inductivo convencional afectado por un campo de perturbaciones.

La figura 2 muestra en dos gráficas comparativas las fuerzas electromotrices inducidas en la bobina del sensor de la figura anterior por el elemento magnético móvil del sensor y por las perturbaciones, y de la fuerza electromotriz resultante de la suma de las anteriores.

La figura 3 es un esquema de la disposición funcional de un sensor inductivo según el objeto de la invención afectado por un campo de perturbaciones.

La figura 4 es una representación en perspectiva de la realización de dicho sensor objeto de la invención.

La figura 5 muestra las gráficas de las fuerzas electromotrices inducidas por las perturbaciones en las semibobinas del sensor de la invención y de la fuerza electromotriz resultante de la suma correspondiente.

La figura 6 muestra las gráficas de las fuerzas electromotrices inducidas por el elemento magnético móvil del sensor en las semibobinas de dicho sensor de la invención y de la fuerza electromotriz resultante de la suma correspondiente.

La figura 7 es un esquema de la disposición de las semibobinas del sensor de la invención según una conexión contraria.

La figura 8 es un esquema de la disposición de las semibobinas del sensor de la invención con el devanado en sentido contrario.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un sistema para cancelar el efecto de las perturbaciones causadas por influencias externas en los sensores inductivos que se utilizan para controlar movimientos de mecanismos, utilizando una disposición que permite anular la influencia de las perturbaciones por elementos ajenos.

Un sensor inductivo convencional del tipo indicado consta (figura 1) de una bobina (L1), la cual se dispone enfrentada al elemento móvil que se trate de controlar, incorporándose en dicho elemento móvil un elemento magnético (1), que puede ser cualquier tipo de conductor magnético, el cual al pasar por delante de la bobina (L1) altera el flujo magnético presente en la misma, induciendo en dicha bobina (L1) una fuerza electromotriz o tensión eléctrica, de manera que amplificándose esa señal mediante un circuito electrónico se generan pulsos digitales en consonancia con el movimiento del elemento móvil en el que va incorporado el elemento magnético (1).

En los lugares de aplicación de los mencionados sensores inductivos suelen existir sin embargo elementos ajenos, como motores, actuadores, electroválvulas, etc., que generan influencias magnéticas, de modo que la bobina (L1) resulta afectada por la influencia del campo magnético (B_{1}) del elemento magnético (1) al pasar por delante de dicha bobina (L1) y por la influencia del campo magnético (B_{2}) de los elementos ajenos.

La influencia del elemento magnético (1) sobre la bobina (L1) depende de la velocidad (V) del movimiento de dicho elemento magnético (1), en tanto que la influencia de los elementos ajenos es variable con el tiempo, produciendo ambas influencias sendas fuerzas electromotrices inducidas en la bobina (L1), cuyas curvas se hallan representadas (a y b) en la figura 2, de forma que dichas fuerzas electromotrices se suman dando lugar a una fuerza electromotriz resultante (\varepsilon), que corresponde a la curva (c) representada en la figura 2.

La influencia del campo (B_{2}) de los elementos ajenos constituye por lo tanto una perturbación que influye en la acción del sensor, pudiendo distorsionar dicha acción hasta el punto de hacer inservibles los datos que proporciona, cuando la fuerza electromotriz inducida por los elementos ajenos es de una magnitud semejante a la fuerza electromotriz que induce el elemento magnético (1).

Esto es debido a que la fuerza electromotriz resultante (\varepsilon) del sensor de la figura 1, que corresponde a la curva (c) de la figura 2, es la suma de las fuerzas electromotrices (\varepsilon_{1} y \varepsilon_{2}) que inducen el elemento magnético (1) y los elementos ajenos, correspondientes con las curvas (a y b) de la figura 2, de acuerdo con la fórmula:

\varepsilon = - d(\phi_{1} + \phi_{2})_{L1} / d(t)

donde \phi_{1} y \phi_{2} son los flujos de los campos magnéticos B_{1} y B_{2} del esquema de la figura 1.

Es decir que, en este caso, la señal (\varepsilon_{2}) causada por el campo perturbador B_{2} uniforme en el espacio pero variable con el tiempo, se superpone y mezcla con la señal (\varepsilon_{1}) producida por el movimiento del elemento magnético (1), haciendo difícil o imposible discriminar el paso de dicho elemento magnético (1) por delante de la bobina (L1).

Según el sistema de la invención (figuras 3 y 4), el sensor inductivo se forma con dos semibobinas (L2 y L3), las cuales se disponen magnéticamente en oposición, situadas paralelas entre sí y coplanares respecto del plano de movimiento (2) del elemento magnético (1), en posición enfrentada respecto de un punto de paso de dicho elemento magnético (1).

Las dos semibobinas (L2 y L3) se disponen con sus devanados y las conexiones entre ellas y al circuito exterior de forma que las influencias magnéticas sobre dichas semibobinas (L2 y L3) producen un efecto de mutua cancelación de las fuerza electromotrices (\varepsilon_{L2} y \varepsilon_{L3}) inducidas en las mismas, siendo nula la fuerza electromotriz (\varepsilon) resultante en los bornes de conexión al exterior cuando la influencia magnética es la misma sobre las dos semibobinas (L2 y L3). Para ello las semibobinas (L2 y L3) pueden ser conectadas eléctricamente en oposición, como el ejemplo de la figura 7, o ser dispuestas con sus devanados en sentidos contrarios, como el ejemplo de la figura 8.

De esta manera se consigue que la fuerza electromotriz inducida por el campo perturbador (B_{2}) sea nula o próxima a cero en la salida del conjunto de las semibobinas (L2 y L3), manifestándose solo la fuerza electromotriz inducida por el campo magnético (B_{1}) del elemento magnético móvil (1), ya que la distancia de este último respecto de las semibobinas (L2 y L3) es diferente y varía durante el movimiento del paso por delante de las mismas, de modo que la influencia de dicho elemento magnético (1) genera una inducción distinta en ambas semibobinas (L2 y L3), por lo que a la salida del conjunto se tiene una fuerza electromotriz resultante (\varepsilon) que sirve como señal de la actuación del sensor en su función.

Esto es debido a que al generar el efecto de la inducción una fuerza electromotriz contraria en ambas semibobinas (L2 y L3), la fuerza electromotriz resultante (\varepsilon) del conjunto es la diferencia entre las fuerzas electromotrices (\varepsilon_{L2} y \varepsilon_{L3}) inducidas en dichas semibobinas (L2 y L3), es decir:

\varepsilon = \varepsilon_{L2}- \varepsilon_{L3}

\varepsilon = - d(\phi_{1} + \phi_{2})_{L2} / d(t) + d(\phi_{1} +, \phi_{2})_{L3} / d(t)

donde \phi_{l} y \phi_{2} son los flujos de los campos magnéticos B_{1} y B_{2} del esquema de la figura 3.

Pero al ser las semibobinas (L2 y L3) iguales y próximas entre sí, el efecto de la influencia del campo magnético (B_{2}) puede considerarse igual sobre ambas en cualquier instante de tiempo, con lo cual:

\varepsilon_{\phi 2} = - d(\phi_{2})_{L2} / d(t) + d(\phi_{2})_{L3} / d(t) = 0

Esto se halla gráficamente reflejado en la figura 5, donde las curvas (e, f) corresponden a las respectivas fuerzas electromotrices inducidas por el campo magnético (B_{2}) en las semibobinas (L2 y L3), mientras que la línea (g) corresponde a la suma resultante de esas dos fuerzas electromotrices parciales.

En tanto que el campo (B_{1}), debido a la distancia entre las semibobinas (L2 y L3) y a la distancia del elemento magnético (1) respecto de ellas, no produce flujos \phi_{1L2} y \phi_{1L3} iguales en un instante de tiempo dado, con lo cual se tiene siempre en la salida del conjunto unos impulsos de tensión que permiten controlar el paso del elemento magnético (1) y por lo tanto el movimiento del elemento móvil en el que dicho elemento magnético (1) va incorporado.

Lo cual se halla gráficamente reflejado en la figura 6, donde las curvas (h, i) corresponden a las respectivas fuerzas electromotrices inducidas por el campo magnético (B_{1}) en las semibobinas (L2 y L3), mientras que la curva (j) corresponde a la suma resultante de esas dos fuerzas electromotrices parciales.

Mediante la elección de la distancia entre los ejes de las semibobinas (L2 y L3) y de la distancia entre dichas semibobinas (L2 y L3) y el elemento magnético móvil (1), se puede hacer que las semiondas positivas o negativas de ambas semibobinas (L2 y L3) se produzcan con un desfase temporal tal que sus amplitudes se sumen eléctricamente, como muestran las representaciones de las figuras 5 y 6, con lo cual se mejora el efecto de la señal resultante por la inducción del elemento magnético (1), respecto del efecto de la inducción perturbadora por los elementos ajenos, optimizando el resultado de la función del sensor.

Claims

1. Sistema de eliminación de perturbaciones para sensores inductivos, del tipo de los que comprenden una bobina inductiva frente a la cual se hace pasar un elemento magnético incorporado sobre un elemento móvil cuyo movimiento se trata de controlar, caracterizado porque en la función de bobina inductiva se disponen dos semibobinas iguales (L2 y L3), las cuales se establecen magnéticamente en oposición, situadas paralelas entre sí y en el plano del movimiento del elemento magnético (1) que se incorpora sobre el elemento móvil a controlar, colocándose dichas semibobinas (L2 y L3) con una separación entre ellas y a una distancia respecto del elemento magnético (1), para que las semiondas positivas o negativas de las inducciones que causan en ellas las influencias magnéticas de dicho elemento móvil se produzcan con un desfase, de modo que la influencia de los campos magnéticos ajenos al dispositivo, que solo varían con el tiempo, causan en dichas semibobinas (L2 y L3) inducciones iguales que se anulan entre sí, mientras que la influencia del elemento magnético (1) varía con respecto a ambas semibobinas (L2 y L3) en función del movimiento de dicho elemento magnético (1), dando lugar a pulsos resultantes en la salida del conjunto.

2. Sistema de eliminación de perturbaciones para sensores inductivos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las semibobinas (L2 y L3) se disponen conectadas eléctricamente en serie pero en sentidos opuestos.

3. Sistema de eliminación de perturbaciones para sensores inductivos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las semibobinas (L2 y L3) se disponen conectadas eléctricamente en serie, con sus devanados en sentidos contrarios.