Dispositivo electromecánico para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas.

Un dispositivo electromecánico (1) para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, que comprende un primer sistema de péndulo electromecánico

(2) controlado en un bucle cerrado para medir las rotaciones estáticas de un péndulo invertido (3) que está pivotado a una estructura de soporte (4) que puede asociarse con el plano de apoyo (5) cuya inclinación ha de ser medida midiendo el par mecánico requerido para mantener a dicho péndulo invertido (3) en una posición neutral, es decir, sustancialmente perpendicular a dicho plano de apoyo (5), mediante primeros medios motor (10) que están asociados con dicho péndulo invertido y actúan sobre él como una función de su desviación angular de dicha posición neutral medida por primeros medios sensores de posición (8) asociados con dicho péndulo invertido (3), y comprendiendo además un segundo sistema de péndulo electromecánico (6) que está controlado en un bucle cerrado para medir las rotaciones dinámicas de un péndulo equilibrado (7) que está pivotado a dicha estructura de soporte (4) mediante segundos medios sensores de posición (9) que están asociados con dicho péndulo equilibrado (7) e interactúan con segundos medios motor (11) que están asociados con dicho péndulo equilibrado (7).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IT2008/000346.

Solicitante: Microgate S.r.l.

Inventor/es: BIASI,ROBERTO, PESCOLLER,DIETRICH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA;... > Medida de la inclinación, p. ej. mediante inclinómetros,... > G01C9/12 (mediante la utilización de un único péndulo (plomadas G01C 15/10))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE DISTANCIAS, NIVELES O RUMBOS; TOPOGRAFIA;... > Medida de la inclinación, p. ej. mediante inclinómetros,... > G01C9/16 (mediante la utilización de más de un péndulo)

PDF original: ES-2538402_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo electromecánico para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas.

Campo técnico

La presente invención hace referencia a un dispositivo electromecánico para medir la inclinación de 5 un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, tal como por ejemplo perturbaciones magnéticas o térmicas o aceleraciones en el plano, etcétera.

Estado de la técnica

Actualmente, dispositivos conocidos, diseñados para medir la inclinación de un plano de apoyo y/o similares y conocidos comúnmente como inclinómetros están disponibles comercialmente. 10

Más precisamente, los principales campos de uso de tales tipos de dispositivo pueden ser los siguientes:

- corrección metrológica de sistemas de objetivos que requieren precisión en términos absolutos, tales como por ejemplo telescopios;

- control de la estabilidad del suelo, tal como por ejemplo para predecir corrimientos de tierra; 15

- control de estructuras civiles, tales como por ejemplo monumentos;

- control geodésico en regiones afectadas por fenómenos volcánicos o de bradiseísmo;

- análisis dinámicos de estructuras civiles.

Los dispositivos conocidos están basados en el clásico nivel de burbuja, en el que la burbuja de aire normalmente está sustituida por un electrolito y la medición ocurre por medios electrónicos, permitiendo un 20 elevado grado de resolución y exactitud.

Estos tipos de dispositivos conocidos no están exentos de inconvenientes, los cuales incluyen el hecho de que si el plano cuya inclinación ha de ser medida está sometido a movimientos horizontales, son incapaces de distinguir entre inclinación y aceleraciones horizontales orientadas en ángulos rectos al vector de gravedad. 25

Este problema ocurre particularmente en el uso de sistemas de objetivos, tales como por ejemplo telescopios.

En tales aplicaciones, los tipos de dispositivos conocidos están colocados típicamente en la plataforma azimut y, durante los rápidos movimientos de selección de objetivos de telescopios, están sometidos a grandes aceleraciones horizontales que provocan que la medición no sea fiable. 30

Además, tales aceleraciones horizontales pueden llevar también a la saturación del dispositivo, impidiendo que realice la medición.

Otro inconveniente de los tipos de dispositivos conocidos consiste en que son dinámicamente lentos si el inclinómetro es llevado a saturación como consecuencia de elevadas inclinaciones.

Los tiempos de reajuste para realizar una lectura adecuada de tales dispositivos pueden alcanzar 35 incluso varios minutos. Tales tiempos largos pueden ocurrir como consecuencia de la saturación del dispositivo que puede conllevar la inmersión total de los detectores en el líquido que está presente dentro del dispositivo.

Para permitir al sistema asentarse de nuevo y permitir al detector estar completamente seco, es inevitablemente necesario permitir que pase algún tiempo. 40

US-3, 983, 6356 muestra un sistema de control hidráulico de nivel fluídico en el que un péndulo invertido es utilizado en conjunción con dos sensores de proximidad para proveer una señal de salida proporcional a la desviación angular.

US-A1-2002/166756 muestra un sensor de inclinación que utiliza un péndulo invertido.

El objetivo de la presente invención es proveer un dispositivo que permita mediciones de la 45 inclinación de un plano de apoyo con una elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas tales como por ejemplo perturbaciones magnéticas o térmicas o aceleraciones en el plano.

Dentro de este objetivo, un objeto de la presente invención es proveer un dispositivo que sea dinámicamente rápido.

Otro objeto de la presente invención es proveer un dispositivo que sea altamente fiable, 5 relativamente simple de proveer y con costes competitivos.

Este objetivo y estos y otros objetos que resultarán aparentes de mejor modo a continuación se consiguen mediante un dispositivo electromecánico para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, tal y como se define en la reivindicación 1. 10

Otras características y ventajas de la invención resultarán aparentes de mejor modo a partir de la descripción de un ejemplo de realización preferido pero no exclusivo de un dispositivo electromecánico para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, según la presente invención, ilustrada mediante ejemplo no limitador en los dibujos que acompañan, en los que: 15

la figura 1 es un diagrama esquemático de un dispositivo según la presente invención;

la figura 2 es una representación esquemática del péndulo invertido según la presente invención;

la figura 3 es una representación esquemática del péndulo equilibrado según la presente invención.

Con referencia a las figuras, el dispositivo electromecánico para medir la inclinación del plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, 20 generalmente designado por el número de referencia 1, comprende un primer sistema de péndulo electromecánico 2 (con un punto fijo designado por el número de referencia 1000) , controlado en un bucle cerrado para medir las rotaciones estáticas de un péndulo invertido 3 pivotado a una estructura de soporte 4 que puede estar asociada con el plano de apoyo 5 cuya inclinación ha de ser medida, respecto de una posición de comienzo designada por 5a, y un segundo sistema de péndulo electromecánico 6 (con un punto 25 fijo designado por el número de referencia 1000) , también controlado en un bucle cerrado y adaptado para medir las rotaciones dinámicas de un péndulo equilibrado 7 pivotado a la estructura de soporte 4.

La inclinación del plano de apoyo 5 está representada por el grado de libertad O1.

La medición de las rotaciones estáticas del péndulo invertido 3, representada por el grado de libertad O2, se realiza midiendo el par mecánico requerido para mantener al péndulo invertido 3 en la posición 30 neutral, es decir, sustancialmente perpendicular al plano de apoyo 5, mediante primeros medios motor que están asociados con el péndulo invertido 3 y actúan allí como una función de su desviación angular de la posición neutral.

Esta desviación angular es medida por primeros medios de sensor de posición 8 asociados con el péndulo invertido 3. 35

El par requerido para mantener el péndulo invertido 3 en la posición neutral es designado por el vector Mc.

La medición de las rotaciones dinámicas del péndulo equilibrado 7, representada por el grado de libertad O3, es realizada mediante segundos medios sensores de posición 9 que están asociados con el péndulo equilibrado 7 e interactúan con segundos medios motor que están también asociados con el 40 péndulo equilibrado 7.

En el ejemplo de realización ilustrado, los primeros medios motor y los segundos medios motor respectivamente comprenden motores electromagnéticos 10 y 11, cada uno de los cuales comprende un actuador VCM 12 movido por un controlador 13.

Tanto los primeros medios sensores de posición 8 como los segundos medios de posición 9, para el 45 cierre del correspondiente bucle de control, pueden comprender un par de sensores capacitivos que operan diferencialmente.

La elección de motores electromecánicos como actuadores y de sensores capacitivos como sensores... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo electromecánico (1) para medir la inclinación de un plano de apoyo con elevada resolución, elevada exactitud y baja sensibilidad a perturbaciones externas, que comprende un primer sistema de péndulo electromecánico (2) controlado en un bucle cerrado para medir las rotaciones estáticas de un péndulo invertido (3) que está pivotado a una estructura de soporte (4) que puede asociarse con el 5 plano de apoyo (5) cuya inclinación ha de ser medida midiendo el par mecánico requerido para mantener a dicho péndulo invertido (3) en una posición neutral, es decir, sustancialmente perpendicular a dicho plano de apoyo (5) , mediante primeros medios motor (10) que están asociados con dicho péndulo invertido y actúan sobre él como una función de su desviación angular de dicha posición neutral medida por primeros medios sensores de posición (8) asociados con dicho péndulo invertido (3) , y comprendiendo además un 10 segundo sistema de péndulo electromecánico (6) que está controlado en un bucle cerrado para medir las rotaciones dinámicas de un péndulo equilibrado (7) que está pivotado a dicha estructura de soporte (4) mediante segundos medios sensores de posición (9) que están asociados con dicho péndulo equilibrado (7) e interactúan con segundos medios motor (11) que están asociados con dicho péndulo equilibrado (7) .

2. El dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende medios de 15 procesamiento de datos (14) que están asociados con dichos primer (2) y segundo (6) sistemas electromecánicos para calcular dicha inclinación.

3. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que dicho péndulo invertido (3) es obtenido monolíticamente con dicha estructura de soporte (4) , con la interposición entre ellos de una primera porción de material que es lo bastante flexible elásticamente como 20 para proveer un acoplamiento de bisagra.

4. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que dicho péndulo equilibrado (7) es obtenido monolíticamente con dicha estructura de soporte (4) , con la interposición entre ellos de una segunda porción de material que es lo bastante flexible elásticamente como para proveer un acoplamiento de bisagra. 25

5. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios motor (10) comprenden primeros motores electromagnéticos.

6. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios sensores de posición (8) comprenden primeros sensores capacitivos.

7. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de 30 que segundos medios motor (11) comprenden segundos motores electromagnéticos.

8. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que dichos segundos medios sensores de posición (9) comprenden segundos sensores capacitivos.

9. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de que comprende un filtro de paso bajo (15) que está interpuesto entre la salida de dicho primer sistema 35 electromecánico (2) y dichos medios de procesamiento de datos (14) y está adaptado para filtrar con una frecuencia de corte preestablecida las mediciones realizadas por dicho primer sistema electromecánico (2) .

10. El dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que dicha frecuencia de corte es preferiblemente igual a 0.5 Hz.

11. El dispositivo según una o más de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por el hecho de 40 que comprende medios de conversión de medición (16) que están interpuestos entre dicho segundo sistema electromecánico (6) y dichos medios de procesamiento de datos (14) para convertir la medición de dicha rotación dinámica de dicho péndulo equilibrado (7) en un formato que sea compatible con la medición de dicha rotación estática de dicho péndulo invertido (3) .