ES2304975T3 - Un sistema de sensor que comprende un sensor de aceleracion y un sensor de posicion. - Google Patents
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Abstract
Un sistema codificador con un codificador para la determinación de la aceleración y un codificador para la determinación de la posición, en el que: - el codificador para la determinación de la aceleración se compone de un cuerpo con una estructura de medición (1) eléctricamente conductora, no ferromagnética así como un dispositivo (3) para la generación de un campo magnético (Phi1), que actúa sobre la estructura de medición (1) y de un detector (4) para la detección de un campo de medición magnético (Phi2) o de modificaciones de campo, que se genera debido a corrientes turbulentas generadas en la estructura de medición (1); - el codificador para la determinación de la posición comprende un medio de medición (2); - la estructura de medición ferromagnética (1) y el medio de medición (2) están configurados sobre un cuerpo común, caracterizado porque - el detector (4) del medio de medición (2) se dispone de forma opuesta y explora el mismo en una zona de exploración, en la que la estructura de medición (1) y el medio de medición (2) se disponen superpuestos o integrados entre sí y se puede obtener una señal de aceleración (U) y una señal de posición (P) a partir de esta zona de exploración común.
Description
Un sistema de sensor que comprende un sensor de
aceleración y un sensor de posición.
Sistema codificador con un codificador de
aceleración y un codificador de posición.
La invención se refiere a un sistema codificador
de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Un sistema de codificación de este tipo se
describe en el documento EP 0 661 543 B1. Se compone de un
codificador de aceleración en forma de un sensor de Ferraris, en el
que un flujo magnético atraviesa verticalmente un disco
eléctricamente conductor como estructura de medición. Este flujo
magnético se genera por un imán. Si el disco se mueve con respecto
al imán se producen corrientes turbulentas que generan a su vez un
campo magnético. La modificación de este campo o flujo magnético se
detecta por un detector en forma de una bobina y es una medida de
la aceleración. En el borde de este disco se aplica un medio de
medición que se puede explorar de forma óptica o inductiva, que se
explora para la determinación de la posición del disco por un
cabezal de exploración.
Es desventajoso que el disco requiere
relativamente mucho espacio.
Por lo tanto, es objetivo de la invención
configurar un sistema codificador con un codificador de aceleración
y un codificador de posición de tal forma que se consiga una
construcción lo más compacta posible.
Este objetivo se resuelve por un sistema
codificador con las características de la reivindicación 1.
En las reivindicaciones dependientes se indican
perfeccionamientos y configuraciones ventajosas.
El sistema codificador de acuerdo con la
invención presenta la ventaja de que el medio de medición requerido
para la medición de la posición se proporciona directamente sobre la
estructura de medición para la medición de la aceleración y, por
tanto, se dispone con ahorro despacio. La señal de aceleración y la
señal de posición se obtienen de una zona de exploración común. Se
ha observado que no se requieren zonas de exploración situadas de
forma adyacente transversalmente con respecto al sentido de la
medición.
De forma ventajosa, el medio de medición no
influye en las características eléctricas de la estructura de
medición del codificador de aceleración. El medio de medición del
codificador de aceleración se puede realizar en una capa separada o
en un paquete de capas que está unido de tal forma con la estructura
de medición del codificador de aceleración,
que la estructura de medición se puede extender independientemente de las capas que llevan el medio de medición.
que la estructura de medición se puede extender independientemente de las capas que llevan el medio de medición.
Alternativamente, el medio de medición se puede
configurar en la propia estructura de medición, donde en ese caso
se tienen que tomar medidas como filtrado de señal, atenuación de
señal, multiplexado o conmutación entre varios detectores o
promediación para obtener la señal de aceleración en la medida de lo
posible sin influencias por el medio de medición.
La invención se explica a continuación con más
detalle mediante los dibujos. Se muestra:
En la Figura 1, un primer ejemplo de realización
de un sistema codificador de acuerdo con la invención,
En la Figura 2, un segundo ejemplo de
realización,
En la Figura 3, un tercer ejemplo de
realización,
En la Figura 4, una vista en perspectiva de la
estructura de medición del tercer ejemplo de realización y
En la Figura 5, un cuarto ejemplo de
realización.
El sistema codificador de acuerdo con la Figura
1 se compone de un disco 1 de un material eléctricamente conductor,
sobre cuya superficie se configura un medio de medición en forma de
una graduación incremental 2 que se puede explorar de forma
fotoeléctrica. Para esto, el disco 1 puede estar estructurado sobre
su propia superficie, incluyendo, a modo de ejemplo, parcialmente
en sentido periférico (el sentido del movimiento X) cavidades,
formando las cantidades y elevaciones dispuestas de forma alterna
una rejilla de fase reflectante conocida.
La graduación 2, sin embargo, también se puede
configurar como una capa separada o como un paquete de capas sobre
el disco 1, esta realización se indica con un trazo de rayas en la
figura 1.
Para la medición del aceleración del disco 1 en
el sentido del movimiento X (giro) se proporciona un imán 3 o una
bobina para la generación del campo magnético \Phi1, que actúa
sobre el disco 1 verticalmente con respecto al sentido del
movimiento X. El campo magnético \Phi1 genera en el disco 1
corrientes turbulentas que son proporcionales a la velocidad del
movimiento del disco 1. Estas corrientes turbulentas generan un
campo magnético adicional \Phi2 que se detecta por una bobina 4.
La tensión U inducida en la bobina 4 es proporcional a la
aceleración del disco 1. Este principio de la medición de
aceleración también se conoce como principio de Ferraris.
De acuerdo con la invención, la señal de
posición P para la medición de la posición se obtiene a partir de
de la misma zona del disco 1, a partir de la cual también se obtiene
la aceleración U. Para esto se asigna a la graduación 2 un cabezal
de exploración 5 que contiene de forma conocida una fuente de luz y
un fotorreceptor. La luz de la fuente de luz está orientada hacia
la graduación 2, se modula en ese lugar dependiendo de la posición
y se refleja hacia el fotorreceptor.
Cuando la graduación 2 es un componente integral
del disco 1, o cuando la graduación 2 comprende una capa de
material eléctricamente conductor, por norma también se forman en la
graduación 2 corrientes turbulentas. Esto puede influir de manera
no deseada en la medición de la aceleración. Para evitar corrientes
turbulentas en la graduación 2 se selecciona para el periodo de
graduación T un valor de tal forma que las mismas no pueden fluir.
Se utiliza el hecho de que las corrientes turbulentas presentan una
cierta extensión en el espacio que no se produce en una graduación
2 con un periodo de graduación correspondientemente preciso T de
particularmente menos de 0,3 mm. De este modo se puede evitar de
forma eficaz que en la zona de la graduación 2, a pesar de que la
misma se componga de material conductor, se induzcan corrientes
turbulentas y que puedan falsificar los resultados de la medición
de la medición de aceleración.
Si la graduación 2 se compone exclusivamente de
material eléctricamente no conductor, la graduación 2 no influye en
la medición de la aceleración. La graduación 2 puede ser una rejilla
de fase conocida de zonas dispuestas de forma alterna en el sentido
de la medición X con índices de difracción y/o altura de escalones
diferentes.
Si la graduación 2 contiene material
eléctricamente conductor y el período de la graduación T no se
selecciona tan preciso, que no se puedan producir corrientes
turbulentas, existe la posibilidad de seleccionar la superficie de
detección activa de la bobina 4 tan grande que el campo magnético
\Phi2 provocado por las corrientes turbulentas y detectado por la
bobina 4 se promedie por muchos periodos de graduación P. De este
modo, por la graduación 2 ya solamente se provocan ligeras
oscilaciones en la señal de aceleración U detectada. Para integrar
por el mayor número posible de periodos de graduación P, se puede
configurar la bobina 4 de tal forma que la superficie activa por la
que pasa el flujo \Phi2 provocado por la corriente turbulenta
describa al menos aproximadamente un círculo completo de 360º.
Alternativamente también se puede concebir una conexión en paralelo
o en serie de varias bobinas menores. Es ventajoso fabricar la
bobina o las bobinas en la técnica de capa delgada. El soporte para
las bobinas puede ser al mismo tiempo el soporte para los elementos
del cabezal de exploración para la medición de la posición.
Alternativamente también existe la posibilidad
de que la señal de aceleración detectada U contenga la información
de posición P y estas partes de señal de alta frecuencia se separen
mediante un paso alto de la parte de señal de baja frecuencia de la
señal de aceleración U. Por la señal de salida del filtro de paso
alto se controla un contador que cuenta las modificaciones de la
posición en múltiplos del periodo de graduación T. Por la
evaluación de la señal de salida U de la bobina 4 se determinan
entonces tanto la posición como la aceleración.
Si la graduación 2 está configurada como una
capa separada o como paquete de capas sobre el disco 1, es ventajoso
que la unión de la graduación 2 en el disco 1 permita una extensión
debida a la temperatura del disco 1 con respecto a la capa de
graduación 2, sin que se ejerza una fuerza inadmisible sobre la capa
de graduación 2, de tal forma que no se produzca ninguna
deformación o incluso destrucción de la capa de graduación 2 debido
a una dilatación del disco 1.
La graduación 2 también se puede configurar de
forma que se pueda explorar de manera capacitiva, inductiva o
magnética.
La estructura de medición para la medición de la
aceleración no se tiene que realizar como disco 1, también se puede
aplicar como una capa 6 de un material eléctricamente conductor
sobre un soporte aislante 7, a modo de ejemplo, de vidrio, plástico
o material de placas de circuitos impresos. La graduación 2 se puede
configurar sobre este soporte 7 sobre la capa 6 en forma de una
rejilla de fase reflectante escalonada o en forma de una red de
amplitudes producida de acuerdo con métodos litográficos conocidos.
Esta realización se representa de forma esquemática en la Figura
2.
En un ejemplo de realización adicional de
acuerdo con las Figuras 3 y 4 se describe cómo se pueden utilizar
zonas conductoras 2.1 de una graduación absoluta 2 al mismo tiempo
como estructura de medición para la medición de la aceleración. La
Figura 3 muestra la vista en alzado de una graduación absoluta
conocida 2, que se explora tanto para la determinación de la
posición como de acuerdo con la invención por sensores de
aceleración 4. La Figura 4 muestra una vista en perspectiva de la
graduación 2 como en la Figura 3. Las zonas eléctricamente
conductoras 2.1 se disponen distribuidas sobre un soporte en
rotación, no conductor 7 de tal forma que las zonas conductoras 2.1
forman una graduación codificada de forma absoluta 2. Los sensores
de aceleración 2.1 se disponen de acuerdo con la Figura 3 de tal
forma que siempre se sitúa al menos un sensor de aceleración 4
sobre una zona conductora 2.1. Debido a un flujo \Phi1 magnético
constante vertical con respecto a la superficie de la graduación 2,
que se genera por un dispositivo no representado en este documento,
con un movimiento acelerado de la graduación 2 se producen
corrientes turbulentas que se modifican en las zonas conductoras
2.1. El dispositivo para la generación de un flujo magnético
constante \Phi1 es, en el caso más sencillo, un imán permanente.
Las corrientes turbulentas que se modifican con un movimiento
acelerado provocan a su vez un flujo magnético \Phi2 que se
detecta por los sensores de aceleración en forma de varias bobinas
4.
Los sensores de aceleración 4 se tienen que
disponer de tal forma o se tienen que proporcionar tantos sensores
de aceleración 4, que durante el giro siempre se sitúe al menos un
sensor de aceleración 4 sobre una zona conductora 2.1.
Adicionalmente, no se deben detectar corrientes turbulentas en el
borde de las zonas conductoras 2.1, ya que en ese lugar se
presentan influencias de las corrientes turbulentas debido al límite
de la zona conductora 2.1, de tal forma que es ventajoso disponer
al menos tres sensores de aceleración 4. De ese modo se puede
garantizar que siempre se pueda detectar por al menos un sensor de
aceleración 4 una modificación del campo de corriente turbulenta
debido a una aceleración.
De forma correspondiente a la forma de las zonas
conductoras 2.1, sobre las que se disponen los sensores de
aceleración 4, a la disposición de los sensores de aceleración 4, a
la posición detectada y al sentido de giro, por un equipo de
conmutación 8 se transmite para la evaluación respectivamente la
señal de salida del sensor de aceleración 4 que se sitúa en ese
momento sobre una zona conductora 2.1. El equipo de conmutación 8
se puede realizar por un multiplexador conocido a partir del estado
de la técnica para el que, en una unidad de control 9, a partir de
la forma de las zonas conductoras 2.1 sobre las que se disponen los
sensores de aceleración 4, de la disposición de los sensores de
aceleración 4, de la posición detectada y del sentido de giro, se
determinan las señales de control S para la conmutación. Para la
configuración representada en la Figura 3 de sensores de
aceleración 4 y zonas conductoras 2.1 de una graduación absoluta 2
se realiza la conmutación de un sensor de aceleración 4 al
siguiente en la secuencia de su disposición en o en contra del
sentido de las agujas del reloj después de un giro de 120º de la
graduación 2.
En una configuración adicional, las zonas
conductoras 2.1 de la graduación absoluta 2 se pueden proporcionar
sobre ambos lados del soporte de graduación 7. Entonces también se
exploran los lados superior e inferior por sensores de aceleración
4. Esto presenta la ventaja de que por una conmutación
correspondiente de las señales de salida de los sensores de
aceleración 4, se puede compensar una separación variable entre los
sensores de aceleración 4 y las zonas conductoras 2.1. Cuando
aumenta la separación entre sensores de aceleración 4 y zonas
conductoras 2.1 sobre el lado superior, esta distancia disminuye
sobre el lado inferior y viceversa. Esto se utiliza para la
compensación de las variaciones de amplitudes provocadas por esto en
las señales de salida de los sensores de aceleración 4.
Los anteriores ejemplos de realización se
refieren todos a sistemas codificadores rotatorios. La descripción
indicada en estos ejemplos de realización para la manipulación
técnica, sin embargo, también se puede usar de forma idéntica en
sistemas de medición lineales, así como la descripción para la
manipulación técnica del siguiente ejemplo de realización de un
sistema codificador lineal se puede usar de forma idéntica en
sistemas codificadores rotatorios.
El ejemplo de realización de acuerdo con la
Figura 5, una estructura de graduación 2 de un sistema codificador
lineal se integra de forma directa en una estructura de medición 1
para el codificador de aceleración. Esto se realiza configurando la
estructura de medición 1 eléctricamente homogénea y ópticamente
heterogénea.
Para esto se proporciona como estructura de
medición 1 para el codificador de aceleración un conductor eléctrico
1 en forma de banda, cuya superficie orientada hacia el cabezal de
exploración 5 refleja la luz solamente de forma ligera. A
continuación se procesa la superficie del conductor en forma de
banda 1 de tal forma que, de forma correspondiente al periodo de
graduación deseado del codificador de posición, la luz se refleje
bien en las zonas procesadas. Evidentemente también es posible el
caso inverso, en el que la luz se refleja bien por el conductor
eléctrico con forma de banda 1 y, después de un procesamiento en las
zonas procesadas, solamente se refleje con dificultad.
Por el hecho de que se alternan zonas procesadas
y no procesadas con el periodo de graduación T, se puede realizar
una graduación incremental o absoluta 2 que se puede utilizar para
una medición de posición que se basa en un principio de exploración
óptico. Ya que solamente se han modificado las características
ópticas de la superficie del conductor con forma de banda 1, su
conductividad eléctrica no se modifica por la graduación 2 y, por
tanto, tampoco se influye en las corrientes turbulentas para la
medición de la aceleración por la graduación 2 para la medición de
la posición.
El procesamiento de zonas para configurar las
mismas más o menos reflectantes se puede realizar de varias formas
diferentes. A modo de ejemplo se puede aplicar una delgada marca no
conductora o se puede retirar una delgada marca no conductora ya
existente. La delgada marca no conductora y el conductor eléctrico 1
deben presentar características ópticas diferentes, por lo que se
realiza una graduación 2 para una exploración óptica.
Otras posibilidades de proporcionar al conductor
eléctrico 1 una graduación 2 óptica, inductiva, magnética o
capacitiva sin modificar la resistencia eléctrica consisten en
modificar la estructura del material de forma correspondiente al
periodo de graduación T. Adicionalmente se puede modificar la
estructura del conductor eléctrico 1, a modo de ejemplo, por
transformación o dotación parcialmente para realizar una graduación
2 sin modificación de las características eléctricas.
Alternativamente a esto también existe la
posibilidad de retirar, en los sitios en los que se proporcionan
marcas para la medición de la posición, material de la estructura de
medición 1. Esto se puede realizar, a modo ejemplo, en un proceso
de decapado. De esto modo se disminuye en estos sitios la
conductividad, lo que puede ser indeseable. Para volver a compensar
esto se deposita en estos sitios material conductor con
características ópticas diferentes en comparación con el material
de la estructura de medición 1. La cantidad de material depositado
se selecciona dependiendo de la conductividad de este material, de
tal forma que la estructura de medición 1, para la medición de la
aceleración, vuelve a presentar en cada sitio la misma conductividad
eléctrica.
Claims (11)
1. Un sistema codificador con un codificador
para la determinación de la aceleración y un codificador para la
determinación de la posición, en el que:
- -
- el codificador para la determinación de la aceleración se compone de un cuerpo con una estructura de medición (1) eléctricamente conductora, no ferromagnética así como un dispositivo (3) para la generación de un campo magnético (\Phi1), que actúa sobre la estructura de medición (1) y de un detector (4) para la detección de un campo de medición magnético (\Phi2) o de modificaciones de campo, que se genera debido a corrientes turbulentas generadas en la estructura de medición (1);
- -
- el codificador para la determinación de la posición comprende un medio de medición (2);
- -
- la estructura de medición ferromagnética (1) y el medio de medición (2) están configurados sobre un cuerpo común, caracterizado porque
- -
- el detector (4) del medio de medición (2) se dispone de forma opuesta y explora el mismo en una zona de exploración, en la que la estructura de medición (1) y el medio de medición (2) se disponen superpuestos o integrados entre sí y se puede obtener una señal de aceleración (U) y una señal de posición (P) a partir de esta zona de exploración común.
2. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio de medición
se compone de zonas eléctricamente conductoras (2).
3. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la estructura de
medición (1) está configurada de tal forma que el campo de medición
magnético (\Phi2) varía dependiendo de la posición en el sentido
del movimiento (X) del cuerpo (1) y porque el detector (4)
suministra la señal de aceleración (U) y superpuesta a la misma, la
señal de posición (P).
4. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque la señal de
aceleración (U) se suministra, para la selección de componentes de
señal de alta frecuencia, a un filtro y porque a partir de los
componentes de señal de alta frecuencia se obtiene una señal de
posición (P) incremental.
5. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque
- -
- el medio de medición presenta de forma parcial zonas eléctricamente conductoras (2),
- -
- se proporcionan varios detectores (4) y
- -
- se proporciona un equipo de conmutación (8) para seleccionar una señal de salida de los detectores (4) como señal de aceleración (U).
6. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la estructura de
medición (1) está configurada de tal forma que el campo de medición
magnético (\Phi2) varía dependiendo de la posición en el sentido
del movimiento (X) del cuerpo (1) y porque el detector (4) se
dispone de tal forma que la señal de salida (U) del detector (4)
está al menos esencialmente sin modular por el medio de medición
(2).
7. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio de medición
(2) está configurado de forma que refleja la luz y se compone de
elevaciones y cavidades dispuestas de forma alterna en el sentido
del movimiento (X) del cuerpo (1).
8. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque las elevaciones se
componen de zonas eléctricamente conductoras, cuyas dimensiones se
seleccionan tan pequeñas que no se producen corrientes
turbulentas.
9. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el medio de medición
(2) está configurado de forma que se puede explorar
fotoeléctricamente y se proporciona un cabezal de exploración (5)
óptico para la exploración.
10. El sistema codificador de acuerdo con una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
medio de medición (2) se compone de una capa o un paquete de capas
que se aplica sobre la estructura de medición (1) eléctricamente
conductora.
11. El sistema codificador de acuerdo con la
reivindicación 10, caracterizado porque la estructura de
medición (2) es una capa (6) o un paquete de capas de material
eléctricamente conductor sobre un soporte eléctricamente no
conductor (7).
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