ES2364063B2 - Banco de pruebas para caracterizar la respuesta de materiales y dispositivos utilizados como sensores, transductores o como generadores de energía en aplicaciones de tráfico vial. - Google Patents
Banco de pruebas para caracterizar la respuesta de materiales y dispositivos utilizados como sensores, transductores o como generadores de energía en aplicaciones de tráfico vial.Info
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Abstract
Banco de pruebas para caracterizar la respuesta de materiales y dispositivos (15) utilizados como sensores, transductores o como generadores de energía en aplicaciones de tráfico vial, que reproduce las condiciones de excitación a las que se ven sometidos cuando se utilizan, normalmente enterrados, en viales que soportan tráfico rodado. Comprende:#- una plataforma fija (1) con cavidades (2, 3) para alojar el material o dispositivo (15);#- una plataforma rotatoria (5) paralela a la plataforma fija (1), con:#- medios de accionamiento (10, 11, 12) para producir el giro de la plataforma rotatoria (5);#- parejas de ruedas (14, 14?) solidarias a la plataforma rotatoria (5), cada pareja dispuesta sobre un mismo diámetro (6) de la plataforma rotatoria (5), estando las cavidades (2, 3) y las ruedas dispuestas tal que en su avance las ruedas transitan sobre dichas cavidades (2, 3);#- un sistema de adquisición de datos y control para obtener las señales procedentes del material o dispositivo (15) sometido a ensayo para su caracterización.
Description
Banco de pruebas para caracterizar la respuesta de dispositivos
utilizados como sensores, o transductores en aplicaciones de tráfico vial, o de
materiales o dispositivos utilizados como generadores de energia en
aplicaciones de tráfico vial
CAMPO DE LA INVENCiÓN
La presente invención se engloba dentro del campo de bancos de pruebas para caracterización de respuestas de materiales, y en particular de sensores, transdudores y generadores de energia en aplicaciones de trafico vial.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
Resulta posible encontrar referencias de bancos de ensayos relacionados con el sedor de la automoción, aplicados a vehiculos automóviles o motocicletas que realizan diferentes pruebas para recoger medidas de respuesta o desgaste de neumáticos o de sistemas de amortiguación (documentos de patente EP2237012A 1, EP1653211A1, DE4320107A1, ES2289893B1, 2323298B1, ES 2081238B1). La utilización de diversos sensores y dispositivos inmersos en vias de circulación, como los basados en la utilización de lazos inductivos o en dispositivos piezoeléctricos (ZX. Li, XM. Yang, ZJ. Li, Application of cement-based piezoe/ectric sensors for monitoring traffic flows, J. Transp. Eng ASeE 132 (7) 565-573 (2006). J. laquinta, E. Merliot, L.M. Cottineau, Piezoe/ectric sensors for weigh-in-motion systems, J. Testing And Evaluation 32 (6): 476-483 (2004) ), permiten monitorizar parámetros relativos a la circulación vial. Asimismo, se encuentran también referenciadas iniciativas relacionadas con la obtención de energia a partir del propio tráfico de vehiculos, fundamentalmente utilizando diversos dispositivos dispuestos bajo el asfalto (documento de aplicación de patente GB2359593A), o bien mediante la utilización de elementos piezoelédricos enterrados bajo el pavimento, que en algún caso se encuentran en fase de desarrollo (documento de publicación de patente W02009/098676A 1).
Entre los sistemas de test y medida desarrollados para caracterizar respuestas de materiales, se encuentra el descrito para obtener la respuesta de tipo mecánico de materiales piezoeléctricos en: F. J. Jiménez, J. de Frutos, Noncontact inspection laser system for characterization of piezoelectric samples, Review Scientific Instruments, 75, 4497-4504 (2004), apoyado sobre instrumentación virtual basada en ordenador (F.J.
visualization of vibration patterns of piezoelectric de vices, Computer standards & interfaces, 27, 653-663 (2005)).
Si el interés se foca liza en determinar la respuesta de materiales o dispositivos que se encuentran en las aplicaciones relacionadas con el sensado de variables relacionadas con el tráfico vial o en la generación de energía en entornos viales, no se han descrito bancos de ensayos que permitan obtener la caracterización de su respuesta reproduciendo las condiciones de funcionamiento viales con fidelidad en un entorno seguro como es un laboratorio de ensayos e investigación.
Con estos precedentes, se demuestra el interés por experimentar con aquellos dispositivos y materiales relacionados con aplicaciones viales mediante la utilización de un novedoso banco de pruebas versátil, concebido para este fin.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
Es objeto de la presente invención un banco de pruebas para caracterizar la respuesta de materiales y dispositivos utilizados como sensores, transductores o como generadores de energía en aplicaciones de tráfico vial.
El banco de pruebas comprende: -una plataforma fija con al menos una cavidad preparada para alojar al menos un material o dispositivo utilizado como sensor, transductor o generador de energía; -una plataforma rotatoria dispuesta, una vez el banco de pruebas está en funcionamiento, paralela y en una posición superior a la plataforma fija, con: medios de accionamiento encargados de producir el giro de la plataforma rotatoria;
una pluralidad de parejas de ruedas solidarias a la plataforma
rotatoria, cada pareja dispuesta sobre un mismo diámetro de la plataforma
rotatoria; estando la al menos una cavidad de la plataforma fija y las ruedas de
la plataforma rotatoria dispuestas, en uso, de tal forma que en su avance las
ruedas transitan sobre dicha al menos una cavidad;
- -
- un sistema de adquisición de datos y control encargado de obtener, una vez el al menos un material o dispositivo está alojado en la correspondiente cavidad y el banco de pruebas está en funcionamiento, las señales procedentes de dicho al menos un material o dispositivo sometido a ensayo para su caracterización.
Las cavidades pueden ser cavidades superficiales a la plataforma fija (1) o cavidades internas a la plataforma fija. La cavidad interna a la plataforma fija puede estar rellena por material que conforma el pavimento de carreteras.
Los medios de accionamiento comprenden preferentemente un motor eléctrico rígidamente unido a la plataforma fija, un conjunto de engranajes reductores y un eje de giro acoplado a la plataforma rotatoria.
El banco puede comprender soportes ubicados en la parte superior de la plataforma rotatoria sobre las ruedas y encargados de recibir masas de valor conocido.
El banco puede comprender elementos de excitación ubicados en la superficie inferior de la plataforma rotatoria encargados de proporcionar la excitación necesaria para los diferentes tipos de materiales o dispositivos que no responden exclusivamente ante el paso de las ruedas sobre las cavidades de la plataforma fija.
La plataforma fija comprende preferentemente elementos sensores para detectar el paso de cada pareja de ruedas de la plataforma rotatoria. Dichos elementos sensores pueden comprender cables piezoeléctricos encargados de generar un pulso de tensión al paso de las ruedas.
El sistema de adquisición de datos y control está preferentemente configurado para obtener, a partir de la señal procedente de los elementos sensores, la velocidad de giro de la plataforma rotatoria.
El sistema de adquisición de datos y control puede estat adicionalmente configurado para controlar la activación de los medios de accionamiento, regulando de esta forma la velocidad de giro de la plataforma rotatoria.
La plataforma rotatoria es preferentemente circular, con su eje de giro situado en el centro de la circunferencia.
El banco de pruebas comprende una pluralidad de cavidades dispuestas en la plataforma fija a lo largo de la trayectoria circular descrita por las ruedas de la plataforma rotatoria cuando el banco de pruebas está en funcionamiento.
El ancho de la al menos una cavidad es preferentemente superior a la distancia entre los centros de cada pareja de ruedas.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
Figura 1. Vista en perspectiva de la plataforma fija del banco de pruebas.
Figura 2. Vista en perspectiva de la plataforma rotatoria del banco de pruebas.
Figura 3. Vista frontal del banco de pruebas.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN El banco de pruebas objeto de la presente invención permite reproducir las condiciones presentes en una vía de transporte de vehículos tanto ligeros (automóviles, motocicletas o ciclomotores) como pesados (camiones, autobuses) sobre los dispositivos de sensado o transducción, sean éstos piezoeléctricos, inductivos, termoeléctricos o de cualquier otra índole, que se instalen, normalmente enterrados bajo el pavimento, para monitorizar parámetros viales tales como la densidad de tráfico, la tipología de los vehículos que circulan o la velocidad de los mismos, entre otros. El banco de pruebas también permite caracterizar la respuesta de materiales y dispositivos, estén o no enterrados bajo el asfalto o pavimento de una vía de circulación de vehículos, cuya finalidad sea la de proporcionar energía a partir de la energía mecánica y/o térmica procedente del paso de los vehículos sobre el pavimento
o asfalto. El banco de pruebas se controla de forma automática y permite la recogida, también de forma automatizada, de la respuesta que producen los referidos materiales, dispositivos, sensores y transductores.
El banco de pruebas consta, tal como muestra la Figura 1, de una plataforma fija 1 intercambiable, adecuada para albergar, según sus características, a los diversos sensores, dispositivos y materiales y adecuada a las diversas tipologías del entorno de trabajo de éstos en aplicaciones viales. En la plataforma fija se referencia a modo de ejemplo, algunas ubicaciones tanto superficiales como a nivel inferior a su superficie exterior, dónde colocar los sensores, dispositivos y materiales con adecuación a las diversas tipologías del entorno de trabajo de éstos en aplicaciones viales. Para este fin, se incluye la presencia de cavidades superficiales 2 y cavidades internas 3, a nivel inferior a la superficie exterior de la plataforma fija 1, para ubicar los materiales y/o dispositivos (15) (sensores, transductores, etc.), e incluso poder cubrirlos con pavimento o asfalto si la prueba a efectuar lo requiere. El banco de pruebas consta de una plataforma móvil que rota sobre la plataforma fija 1 describiendo sus elementos de contacto sobre la plataforma fija al menos una trayectoria circular 4. La plataforma rotatoria 5, de forma circular, tiene su eje de giro situado en el centro de su circunferencia y está dotada de varias ruedas con cámara de aire o macizas, siendo el eje de orientación de las ruedas en el sentido de avance de su rodadura de tipo libre. Por tanto, las ruedas giran sobre una circunferencia y no necesitan orientarse. Dependiendo del tipo de sensor o dispositivo a caracterizar, se determinan las cavidades (2,3) y ubicación de las mismas, e incluso el material de la plataforma fija 1.
En la plataforma rotatoria 5, mostrada en la Figura 2, se referencia, a modo de ejemplo, algunas ubicaciones pertenecientes a los diámetros de dicha plataforma y el detalle de los ángulos relativos entre ubicaciones diametrales. Tal como se representa en la Figura 3, una vista frontal del banco de pruebas donde se muestra las plataforma fija 1 y la plataforma rotatoria 5, las ruedas están dispuestas en parejas, ubicándose cada pareja de ruedas (14,14') sobre diámetros 6 de la plataforma rotatoria, de forma que los ángulos relativos 7 entre los diámetros que albergan ruedas sean perfectamente conocidos. Se tiene la posibilidad de poder acoplar en las posiciones que incorporan ruedas sendos soportes intercambiables 8, que sujeten masas de valor conocido sobre la superficie superior de la plataforma rotatoria 5, así como de disponer de ubicaciones en la superficie inferior de la plataforma rotatoria 5 donde acoplar elementos de excitación 9 que proporcionen la excitación necesaria para los diferentes tipos de sensores o materiales que no responden exclusivamente ante el paso de las ruedas sobre la plataforma fija. Cada diámetro 6 de la plataforma rotatoria representa a un eje de un vehículo ligero o pesado y será mediante el cálculo
matemático que relaciona los ángulos relativos entre los diámetros 6 que albergan parejas de ruedas (14,14'), la velocidad angular de giro de la plataforma rotatoria 5 y la distancia entre ejes para un determinado vehrculo real, como se consigue reproducir las velocidades lineales con las que se desplazan estos vehrculos en vras reales al pasar sobre los elementos sensores, transductores, dispositivos o materiales ubicados en dichas vras.
El banco de pruebas dispone de un elemento actuador formado por un motor eléctrico 10 rrgidamente unido y ubicado sobre la plataforma fija, que transmitirá su movimiento giratorio a un conjunto de engranajes reductores 11, siendo el eje de giro de salida del conjunto de engranajes reductores de tipo hueco y con una orientación de 90 grados decimales respecto al eje de giro del motor eléctrico. Se transmite el movimiento de rotación a la plataforma rotatoria 5 mediante un eje frsico 12 dotado de un elemento de acople al eje hueco de giro de salida del conjunto de los engranajes reductores y de otro elemento de acople a la plataforma rotatoria.
El banco de pruebas dispone de un sistema programable para realizar el accionamiento y el control de la velocidad deseada para el motor eléctrico. El banco de pruebas dispone de uno o varios elementos sensores 13 en la plataforma inferior fija 1 para detectar el paso de cada pareja de ruedas de la plataforma rotatoria y de uno o varios bloques acondicionadores electrónicos conectados eléctricamente con cada sensor, que generarán una señal eléctrica válida para poder obtener una medida precisa de la velocidad de giro de la plataforma rotatoria. El tipo de sensor 13 empleado, ni su ubicación, es relevante. En el banco de ensayo se puede emplear cualquier tipo de sensor (piezoeléctrico, capacitivo, inductivo, de presión, etc.) y en la posición que resulte interesante para el estudio (en una superficie bajo las ruedas, como se muestra en la Figura 3, en laterales próximos a los que llegue la vibración, bajo superficies de diferentes naturalezas, etc.). El paso de las ruedas se puede determinar haciendo uso de cables piezoeléctricos que generan un pulso de tensión muy estrecho al pasar sobre ellas. Por tanto, en la realización preferente (una de las muchas posibles) se ha empleado un elemento sensor 13 para determinar la velocidad de giro, consistente en cables piezoeléctricos ubicados en la plataforma fija 1, que al paso de las ruedas generan un pulso de tensión muy intenso y estrecho, de forma que midiendo el tiempo que transcurre entre pulsos permite determinar la velocidad de paso de las ruedas.
- El banco de pruebas dispone de
- un sistema de adquisición de datos y control
- automatizado que almacenará y procesará la medida de velocidad de la plataforma
- giratoria y almacenará y procesará las señales recogidas de
- los elementos 15
- 5
- sometidos a ensayos. Este sistema de adquisición de datos y control se programa
- desde un ordenador para generar la consigna de velocidad al sistema programable de
- accionamiento y control de velocidad del motor eléctrico. En el banco de ensayo
- inicialmente se plantea la recepción de las señales por cable, aunque la presente
- invención
- no se limita a ello, pudiéndose hacerse uso también de sistemas
- t O
- inalámbricos y control remoto.
Claims (13)
- REIVINDICACIONES1.-Banco de pruebas para caracterizar la respuesta de dispositivos (15) utilizados como sensores o transductores en aplicaciones de tráfico vial, o de materiales o dispositivos (15) utilizados como generadores de energía en aplicaciones de tráfico vial, caracterizado porque comprende:
- -
- una plataforma fija (1) con al menos una cavidad (2,3) preparada para alojar al menos un dispositivo (15) utilizado como sensor o transductor, o para alojar al menos un material o dispositivo (15) generador de energía;
- -
- una plataforma rotatoria (5) dispuesta, una vez el banco de pruebas está en funcionamiento, paralela y en una posición superior a la plataforma fija (1), con:
• medios de accionamiento (10,11,12) encargados de producir el giro de la plataforma rotatoria (5); una pluralidad de parejas de ruedas (14,14') solidarias a la plataforma rotatoria (5), cada pareja dispuesta sobre un mismo diámetro (6), que representa a un eje de un vehículo ligero o pesado, de la plataforma rotatoria (5); estando la al menos una cavidad (2,3) de la plataforma fija (1) Y las ruedas de la plataforma rotatoria (5) dispuestas, en uso, de tal forma que en su avance las ruedas transitan sobre dicha al menos una cavidad (2,3); -un sistema de adquisición de datos y control encargado de obtener, una vez el al menos un material o dispositivo (15) está alojado en la correspondiente cavidad(2,3) y el banco de pruebas está en funcionamiento, las señales procedentes de dicho al menos un material o dispositivo (15) sometido a ensayo para su caracterización. - 2.-Banco de pruebas según la reivindicación 1, caracterizado porque la al menos una cavidad se selecciona entre:
- -
- cavidad superficial (2) a la plataforma fija (1);
- -
- cavidad interna (3) a la plataforma fija (1).
- 3.-Banco de pruebas según la reivindicación 2, donde la cavidad es una cavidad interna (3) y los dispositivos (15) utilizados como sensores, o transductores, o bien los materiales o dispositivos (15) utilizados como generadores de energía alojados por la cavidad interna (3) a la plataforma fija (1) están cubiertos por material que conforma el pavimento de carreteras.
- 4.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de accionamiento comprenden un motor eléctrico
- (10)
- rfgidamente unido a la plataforma fija (1), un conjunto de engranajes reductores
- (11)
- Y un eje de giro (12) acoplado a la plataforma rotatoria (5).
- 5.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende soportes (8) ubicados en la parte superior de la plataforma rotatoria (5) sobre las ruedas (14,14') y encargados de recibir masas de valor conocido.
- 6.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende elementos de excitación (9) ubicados en la superficie inferior de la plataforma rotatoria (5) encargados de proporcionar la excitación necesaria para los diferentes tipos de materiales o dispositivos (15) que no responden exclusivamente ante el paso de las ruedas sobre las cavidades (2,3) de la plataforma fija (1).
- 7.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma fija (1) comprende elementos sensores (13) para detectar el paso de cada pareja de ruedas de la plataforma rotatoria (5).
- 8.-Banco de pruebas según la reivindicación 7, caracterizado porque los elementos sensores (13) comprenden cables piezoeléctricos encargados de generar un pulso de tensión al paso de las ruedas.
- 9.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, caracterizado porque el sistema de adquisición de datos y control está adicionalmente configurado para obtener, a partir de la señal procedente de los elementos sensores (13), la velocidad de giro de la plataforma rotatoria (5).
- 10.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de adquisición de datos y control está adicionalmente configurado para controlar la activación de los medios de accionamiento, regulando de esta forma la velocidad de giro de la plataforma rotatoria (5).
- 11.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma rotatoria (5) es circular, con su eje de giro (12) situado en el centro de la circunferencia.
- 12.-Banco de pruebas según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende una pluralidad de cavidades (2,3) dispuestas en la plataforma fija (1) a lo largo de la trayectoria circular descrita por las ruedas (14,14') de la plataforma rotatoria(5) cuando el banco de pruebas está en funcionamiento.
- 13.-Banco de pruebas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ancho de la al menos una cavidad (2,3) es superior a la distancia entre los centros de cada pareja de ruedas (14,14').
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