Procedimiento para detectar la rotación y el sentido de giro de un rotor.

Procedimiento para detectar el giro y la dirección de giro (V, R) de un rotor, comprendiendo

- posicionado de como minimo un elemento amortiguador

(D) sobre el rotor (1),

- posicionado de dos sensores (S1, S2), formados por un circuito oscilante desplazados uno respecto del otro y con muy pequeña separación respecto del rotor (1) y elemento amortiguador (D),

- generación de una frecuencia de muestreo (fA),

- al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA), excitar periódicamente y durante poco tiempo los sensores (S1, S2) para que comiencen a oscilar,

- detección de los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) de los sensores (S1, S2),

- transformar los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) en posiciones del ángulo de giro del rotor (1),

- comparación de posiciones angulares de giro consecutivas para calcular la dirección de giro (V, R),

- observar las posiciones angulares de giro consecutivas para reconocer un giro completo,

caracterizado por las características:

- realizar una normalización mediante

i. calcular el tiempo de caída de la oscilación (t1 max) máximo del primer sensor (S1) sin amortiguar,

ii. calcular el tiempo de caída de la oscilación (t2 min) minimo del primer sensor (S1) amortiguado,

iii. normalizar el tiempo de caída de la oscilación (t1 max) máximo del primer sensor (S1) sin

amortiguar, al valor W+1,

iv. normalizar el tiempo de caída de la oscilación (t1 min) minimo del primer sensor (S1)amortiguado, al valor W-1,

v. repetir los pasos de normalización para el otro sensor (S2),

- y realizar las mediciones mediante

i. medir los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) actuales de los sensores (S1, S2) al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA),

ii. Aplicar las normas de normalización a los tiempos de

caída de la oscilación (t1, t2) medidos de los sensores (S1, S2),

iii. formar un vector (Z) a partir de los valores normalizados de los tiempos de resonancia (t1n, t2n) medidos y, partiendo de su punto cero, dibujar el vector (Z) en un sistema de coordenadas (E) cuyas dimensiones corresponden al numero de los sensores (S1, S2) utilizados,

iv. determinar el ángulo vectorial (W0) actual,

v. comparar el ángulo vectorial (W0) con el valor de un ángulo vectorial (W-1) precedente adecuado,

vi. determinar un giro del rotor (1),

vii. determinar la dirección de giro (V, R),

viii. y repetir las mediciones al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/007838.

Solicitante: Sensus Spectrum LLC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 8601 Six Forks Road Raleigh NC 27615 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BAUMANN,JOACHIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DEL VOLUMEN, FLUJO VOLUMETRICO, FLUJO MASICO... > Medida del flujo volumétrico o flujo másico de... > G01F1/075 (con acoplamiento magnético o electromagnético al dispositivo indicador)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > G01P13/00 (Indicación o registro de la existencia, ausencia o de la dirección de un movimiento; Indicación o registro de la dirección del movimiento)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Medios mecánicos para la transferencia de la magnitud... > G01D5/20 (mediante la variación de la inductancia, p. ej. mediante una armadura móvil)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > Indicación o registro de la existencia, ausencia... > G01P13/04 (Indicación del sentido positivo o negativo de un movimiento lineal o del sentido horario o antihorario de un movimiento de rotación)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > Medida de la velocidad lineal o angular; Medida de... > G01P3/488 (emitidos por detectores con reluctancia variable)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VELOCIDADES LINEALES O ANGULARES, DE LA... > Medida de la velocidad lineal o angular; Medida de... > G01P3/48 (midiendo la frecuencia de la corriente o tensión generadas)

PDF original: ES-2540678_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

DESCRIPCION

Procedimiento para detectar la rotación y el sentido de giro de un rotor

Campo técnico

El invento se refiere a un procedimiento para detectar el sentido de giro y el sentido de giro de un rotor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Procedimiento y dispositivos adecuados para la realización del procedimiento para contar los giros de un rotor, por ejemplo de un indicador o de un disco en el sistema de medida de un contador de consumo, son conocidos en numerosas variantes y habituales comercialmente. Así, el documento DE 33 40 508 C2 muestra por ejemplo un dispositivo emisor de impulsos para contadores de agua con un mecanismo contador de indicador y ruedas, de fabricación de serie. Sobre un disco portador está montado un imán permanente como transmisor de impulsos. Un receptor de impulsos situado en el exterior de la carcasa del mecanismo contador emite un impulso de contar cada vez que el imán permanente pasa por delante de él. Una disposición comparable es objeto del documento DE 100 60 198 A1. Sin embargo, este tipo de dispositivo emisor de impulsos no se ha acreditado en la práctica porque no se puede distinguir si el mecanismo contador gira hacia delante o hacia atrás. Se producen grandes errores cuando el emisor de impulsos oscila delante del receptor de impulsos; se generan continuos impulsos de contar aun cuando el mecanismo contador no ha terminado un giro completo ni hacia delante ni hacia atrás.

Muy extendida está en la practica la utilización de sensores de proximidad inductivos que utilizan un circuito oscilante LC que puede ser amortiguado por la aproximación de un objeto conductor de la electricidad, y un circuito de valoración para la detección de la amortiguación de oscilación provocada por el miembro amortiguador. Con ello el circuito oscilante LC es excitado periódicamente a oscilaciones resonantes con el ritmo de una frecuencia de muestreo. A continuación se mide el tiempo hasta que la amplitud de las oscilaciones resonantes cae por debajo de un umbral previamente determinado. Si el elemento amortiguador se encuentra en la zona de detección el tiempo de caída de la oscilación es corto, si el elemento amortiguador se encuentra fuera de la zona de detección del sensor el tiempo de caída de la oscilación es largo. Si el elemento amortiguador se encuentra parcialmente en la zona de detección del sensor, entonces el tiempo de caída de la oscilación se encuentra entre ambos extremos; la decisión de si el elemento amortiguador se encuentra dentro o fuera de la zona de detección se alcanza mediante un umbral de conexión introducido adicionalmente.

Los siguientes documentos muestran detalles de esto: DE 36 11 862 A1, DE 37 33 943 A1, DE 37 33 944 C2, EP 0 608 494 B1, EP 0 467 753 B1, DE 39 23 398 C1 y DE 19 809 031 A1.

Otra característica del procedimiento y los dispositivos conocidos es el número de sensores empleados. Así, por ejemplo, los documentos DE 37 33 943 A1 y DE 37 33 944 C1 muestran procedimientos y dispositivos que utilizan solo un sensor. Igualmente, el documento DE 36 11 852 A1muestra solo un sensor que adicionalmente está construido como transformador.

El documento EP 0 608 494 B1 muestra un detector de giros que trabaja con un sensor de medida, un sensor de referencia y un rotor con tres características de amortiguación diferentes.

El documento EP 0 467 753 B1 muestra un dispositivo para reconocer la rotación, el cual trabaja con dos o más sensores de medida, en donde los sensores están conectados uno tras otro. Con ello se debe evitar la interferencia inductiva entre los sensores que puede causar perturbaciones.

El documento DE 39 23 398 C1 muestra un detector de giros para servicio con batería, el cual trabaja con apenas cuatro sensores, de los cuales cada dos están conectados de manera complementaria uno con otro. Puesto que la conexión de cuatro circuitos oscilantes LC consume naturalmente más intensidad de batería que la excitación de uno o dos sensores, este circuito solo se debe utilizar con grandes baterías o durante corto tiempo.

El documento DE 198 09 031 A1 muestra que es posible fabricar como circuito impreso tres bobinas que para un circuito oscilante LC deben ser completadas con un condensador cada una.

Para el consumo de corriente de batería no solo es decisiva la frecuencia de muestreo. Cuanto más alta es la frecuencia de muestreo, es decir, cuanto más frecuentemente por unidad de tiempo se exciten los circuitos oscilantes tanto más alto es el consumo de batería. Para reducir la corriente de batería la frecuencia de muestreo debería ser lo más baja posible. Tampoco hay que olvidar el teorema de Shannon. El teorema de Shannon dice que para reconocer de manera segura el giro del rotor deben realizarse más de dos muestreos por giro. De ello se deduce que la frecuencia de muestreo debe estar ajustada a la máxima velocidad de giro que se puede esperar, aun cuando la máxima velocidad de giro se alcance raramente o nunca.

Para reducir el consumo de batería en estos casos, por el documento EP 0 898 152 A1 se conoce modificar la frecuencia de muestreo de manera que se adapte. Con el rotor parado la frecuencia de muestreo es reducida escalonadamente. Tan pronto como el rotor arranca de nuevo se recupera de nuevo la máxima frecuencia de muestreo. Puesto que la electrónica reconoce el nuevo arranque del rotor solamente cuando éste ha completado como minimo un cuarto de vuelta se puede llegar a mediciones erróneas hasta que de nuevo se alcance la frecuencia de muestreo completa.

Si se utilizan dos sensores para captar las revoluciones de un disco, que hasta la mitad está cubierto por un elemento amortiguador, ambos sensores están desfasados /2 uno respecto del otro. Con ayuda del umbral de conexión arriba mencionado se detecta si el elemento amortiguador está situado delante del sensor o no. Con ello, cada sensor proporciona dos señales: amortiguado o no amortiguado. Con ello se pueden calcular los cuatro estados, de acuerdo con los cuatro cuadrantes del disco. Por comparación de estados de señal consecutivos se puede detectar si el disco ha girado /2 hacia delante o hacia atrás. Después de contar cuatro movimientos hacia delante consecutivos, se ha captado un giro completo hacia delante, después de contar cuatro movimientos consecutivos hacia atrás se ha captado un giro completo hacia atrás.

La desventaja adicional de estas disposiciones de circuito es la inseguridad de la decisión "amortiguado" o "no amortiguado" cuando solo el borde del elemento amortiguador se encuentra en la zona de detección del sensor. Además se añade la inexactitud general en la detección del tiempo de caída de la oscilación momentáneo, motivada por la inexactitud al medir las amplitudes de la oscilación y la decisión de si la amplitud actual está por encima o por debajo del umbral de amplitudes. Otras fuentes de errores son los ruidos, por ejemplo los ruidos cuantificadores, y las modificaciones en los sensores debidas al envejecimiento. Todo esto tiene como consecuencia que en la práctica se ajusta la frecuencia de muestreo mucho más alta que lo que requiere el teorema de muestreo de Shannon. Esto está unido con un consumo de batería más alto. Este es el problema.

Presentación del invento

El presente invento tiene como base la misión de presentar un procedimiento para la detección exacta del sentido de giro y del giro de rotores reduciendo al mismo tiempo el consumo de energía.

Esta misión será resuelta por el procedimiento con las características de la reivindicación 1.

El procedimiento acorde con el invento prescinde de la decisión, hasta ahora habitual, "amortiguado" o "no amortiguado". En lugar de esto se procesan... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para detectar el giro y la dirección de giro (V, R) de un rotor, comprendiendo -posicionado de como minimo un elemento amortiguador (D) sobre el rotor (1) , -posicionado de dos sensores (S1, S2) , formados por un circuito oscilante desplazados uno respecto del otro y con muy pequeña separación respecto del rotor (1) y elemento amortiguador (D) , -generación de una frecuencia de muestreo (fA) , -al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA) , excitar periódicamente y durante poco tiempo los sensores (S1, S2) para que comiencen a oscilar.

10. detección de los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) de los sensores (S1, S2) , -transformar los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) en posiciones del ángulo de giro del rotor (1) , -comparación de posiciones angulares de giro consecutivas para calcular la dirección de giro (V, R) , -observar las posiciones angulares de giro consecutivas para reconocer un giro completo, 15 caracterizado por las características: -realizar una normalización mediante i. calcular el tiempo de caída de la oscilación (t1 max) máximo del primer sensor (S1) sin amortiguar, ii. calcular el tiempo de caída de la oscilación (t2 min) minimo del primer sensor (S1) amortiguado, iii. normalizar el tiempo de caída de la oscilación (t1 max) máximo del primer sensor (S1) sin 20 amortiguar, al valor W+1, iv. normalizar el tiempo de caída de la oscilación (t1 min) minimo del primer sensor (S1) amortiguado, al valor W-1, v. repetir los pasos de normalización para el otro sensor (S2) , -y realizar las mediciones mediante i. medir los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) actuales de los sensores (S1, S2) al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA) , ii. Aplicar las normas de normalización a los tiempos de caída de la oscilación (t1, t2) medidos de los sensores (S1, S2) , iii. formar un vector (Z) a partir de los valores normalizados de los tiempos de resonancia (t1n, t2n)

medidos y, partiendo de su punto cero, dibujar el vector (Z) en un sistema de coordenadas (E) cuyas dimensiones corresponden al numero de los sensores (S1, S2) utilizados,

iv. determinar el ángulo vectorial (W0) actual,

v. comparar el ángulo vectorial (W0) con el valor de un ángulo vectorial (W-1) precedente adecuado,

vi. determinar un giro del rotor (1) , 35 vii. determinar la dirección de giro (V, R) , viii. y repetir las mediciones al ritmo de la frecuencia de muestreo (fA) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por las características:

- para determinar las características de la diferencia angular (W) entre el ángulo vectorial (W0) actual y el ángulo vectorial (W-1) precedente se calculan las siguientes igualdades: B1 = [ (W0) - (W-1) ] C1 = signo ( (W0) - (W1) )

B2 = [ (W0) - (W-1) +2] C2 = signo ( (W0) - (W-1) +2) B3 =