Sensor que comprende un detector piezoeléctrico con compensación de fallos de conexión a tierra.

Un sensor que comprende un detector piezoeléctrico (10) montado en un soporte que tiene paredes conductoras de la electricidad que forman una primera referencia de potencial eléctrico, a la que se hace referencia como base mecánica

(MM), a la cual (10) está conectado el detector piezoeléctrico, y un circuito para el procesamiento de la señal entregada por el detector piezoeléctrico, comprendiendo dicho circuito de procesamiento:

- un circuito de alimentación eléctrica que define un segundo potencial de referencia, al que se hace referencia como base electrónica (ME),

- un amplificador de carga que comprende un amplificador operacional, referido como un amplificador de procesamiento (12), que tiene:

- una entrada inversora (13) conectada a una salida (11) del detector piezoeléctrico a fin de recibir la señal entregada por esta salida (11) del detector piezoeléctrico (10),

- una entrada no inversora (14) conectada a la base mecánica (MM),

- una salida (15) que suministra una señal de tensión de salida a la que se hace referencia con respecto a la base electrónica y representativa de la señal suministrada por el detector piezoeléctrico,

- un bucle de retroalimentación capacitivo (16) entre la salida (15) y la entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10), comprendiendo dicho bucle de retroalimentación capacitivo (16) un condensador (29) del que un primer terminal (71) está conectado a dicha entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10),

en el que el bucle de retroalimentación capacitivo (16) comprende, entre dicha salida (15) del amplificador de procesamiento (12) y dicho condensador (29), un circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) adaptado para añadir en el segundo terminal (72) de dicho condensador (29) una tensión eléctrica que varía en función de la diferencia de potencial entre la base mecánica (MM) y la base electrónica (ME), de modo que las variaciones de esta diferencia de potencial son continuamente compensadas en la entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/073449.

Solicitante: HIDRIA AET Druzba za proizvodnjo vzignih sistemov in elektronike d.o.o.

Nacionalidad solicitante: Eslovenia.

Dirección: Poljubinj 89a 5220 Tolmin ESLOVENIA.

Inventor/es: GUWANG,MARCEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Disposiciones de medida que dan resultados distintos... > G01D1/02 (que dan valores medios, p.ej. valores medios cuadráticos (medida de valores medios cuadráticos de corrientes o voltajes G01R 19/02))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDAS NO ESPECIALMENTE ADAPTADAS A UNA VARIABLE... > Disposiciones para la medida con provisiones para... > G01D3/036 (sobre las mismas disposiciones de medida)

PDF original: ES-2548401_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sensor que comprende un detector piezoeléctrico con compensación de fallos de conexión a tierra Descripción La invención se refiere a un sensor que comprende un detector piezoeléctrico montado en un soporte que tiene paredes conductoras de la electricidad que forma una primera referencia de potencial eléctrico, referido como base mecánica, a la que está conectado el detector piezoeléctrico, y un circuito electrónico para procesar la señal entregada por el detector piezoeléctrico, entregando este circuito de procesamiento de una señal de tensión representativa de la señal suministrada por el detector, y que comprende un circuito de alimentación eléctrica proporcionando un segundo potencial de referencia, referido como base electrónica.

En varias aplicaciones, un detector piezoeléctrico tiene que ser instalado en un entorno eléctricamente perturbado. Tal es el caso, por ejemplo, de un detector piezoeléctrico integrado en una bujía de incandescencia de un motor diesel, que hace posible medir la presión en un cilindro del motor.

La señal entregada por el detector y la transformación llevada a cabo por el circuito de procesamiento debe hacer posible proporcionar una señal representativa de la magnitud física medida por el detector piezoeléctrico, sin que sea perturbado por las corrientes de alta intensidad inducida, por ejemplo, por el arranque eléctrico del motor.

El documento FR 2910958 tiene por objeto proponer un sensor que proporciona señales evitando al mismo tiempo el acoplamiento capacitivo y la necesidad de blindaje electromagnético. Con este fin, se describe un sensor integrado que comprende un regulador de tensión que está acoplado eléctricamente a la base mecánica y proporciona una tensión regulada sobre la base de una tensión de alimentación primaria que hace referencia respecto a la base electrónica, siendo el amplificador de carga suministrado con la tensión regulada a través de un puente divisor.

Esta solución tiene el inconveniente de inducir una diferencia de potencial entre los dos terminales de entrada del detector piezoeléctrico, lo que aumenta las corrientes de fuga. Además, cuando este circuito se produce en la forma de un circuito integrado, una gran proporción de los componentes está conectada a la base mecánica, lo que conduce a riesgos de descargas electrostáticas y efectos eléctricos parásitos. Como este documento en sí indica además, es necesario proporcionar costosas medios específicos de protección. Además, en la práctica, la fabricación del circuito integrado es mucho más compleja y por lo tanto cara.

En consecuencia, es un objeto de la invención superar estos inconvenientes proporcionando un sensor en el que se compensan las diferencias de potencial entre la base mecánica y la base electrónica automáticamente sin causar un aumento de los riesgos de corrientes de fuga en la entrada, y al tiempo que permite fabricación estándar simple, barata y fiable en la forma de un circuito integrado, sin el riesgo de efectos eléctricos parásitos o descargas electrostáticas (ESD) .

También es un objeto de la invención proporcionar un sensor de este tipo en el que esta compensación se obtiene a través de toda la banda de paso del detector.

Con este fin, la invención se refiere a un sensor de acuerdo con la reivindicación 1.

De esta manera, sólo el detector piezoeléctrico y un número muy limitado de los componentes del circuito de procesamiento son suministrados eléctricamente con respecto a la base mecánica. Esto permite la producción estándar sin el riesgo de descargas electrostáticas o efectos eléctricos parásitos.

La corrección inducida por la inyección de la diferencia de potencial entre la base y la base mecánica electrónica se manifiesta en la entrada del circuito de tratamiento por una variación conjugada del potencial en el bucle de realimentación en la entrada del circuito de tratamiento.

Ventajosamente y según la invención, dicho circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva comprende una primera entrada conectada a la base mecánica de manera que tenga un potencial eléctrico que depende de la base mecánica, una segunda entrada conectada a la base electrónica a fin de tener un potencial eléctrico que depende de la base electrónica, y una salida que está conectada al segundo terminal de dicho condensador y cuyo potencial eléctrico es dependiente de la diferencia de potencial entre sus dos entradas. Además, ventajosamente y según la invención, una de las entradas de dicho circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva está conectado a la salida del amplificador de procesamiento de modo que el potencial eléctrico en dicha entrada también depende del valor del potencial eléctrico de esta salida.

Ventajosamente, en una realización y de acuerdo con la invención, dicho circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva comprende un amplificador operacional, referido como un amplificador de procesamiento, que tiene:

- una entrada inversora conectada a un terminal que tiene un potencial eléctrico opuesto a la base mecánica, -una entrada no inversora conectada a la base electrónica y a dicha salida del amplificador de procesamiento,

- una salida conectada a dicho segundo terminal del condensador del bucle de realimentación capacitiva, -y una retroalimentación negativa entre la entrada inversora y la salida de este amplificador sumador.

Un sensor de acuerdo con esta realización de la invención es también ventajosamente uno en el que la salida del amplificador de procesamiento está conectado a la entrada no inversora del amplificador sumador a través de una resistencia en serie, en el que la base electrónica está conectada a esta entrada no inversora del amplificador sumador a través una resistencia en serie con el mismo valor, en la que el potencial eléctrico opuesto a la base mecánica está conectado a la entrada inversora del amplificador sumador a través de una resistencia en serie con el mismo valor, y en el que la retroalimentación negativa del amplificador sumador contiene una resistencia en serie con el mismo valor. El conjunto constituye dicho circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva.

Además, un sensor de acuerdo con la invención es también ventajosamente uno en el que el circuito de procesamiento comprende un bucle de realimentación resistiva que comprende un resistor, referido como una resistencia de inyección, de la que un primer terminal está conectado en paralelo con dicha salida del detector piezoeléctrico. Ventajosamente y según la invención, el segundo terminal de la resistencia de inyección está conectado a un circuito sumador de tensión adaptado para añadir en este segundo terminal de dicha resistencia de inyección una tensión eléctrica que varía en función de la diferencia de potencial entre la base mecánica y la base electrónica, de modo que las variaciones de esta diferencia de potencial se compensan continuamente en el primer terminal de la resistencia de la inyección. Este circuito sumador de tensión del bucle de realimentación resistiva puede ser el mismo que el circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva, la resistencia de la inyección simplemente ser conectado en paralelo con el condensador del circuito de retroalimentación capacitivo, en la salida del mismo circuito sumador de tensión. Como variante, sin embargo, el circuito sumador de tensión del bucle de realimentación resistiva puede ser separado del circuito sumador de tensión del bucle de realimentación capacitiva.

La invención también es compatible con un sensor que comprende un circuito de compensación, en particular del tipo que forma dependiente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sensor que comprende un detector piezoeléctrico (10) montado en un soporte que tiene paredes conductoras de la electricidad que forman una primera referencia de potencial eléctrico, a la que se hace referencia como base mecánica (MM) , a la cual (10) está conectado el detector piezoeléctrico, y un circuito para el procesamiento de la señal entregada por el detector piezoeléctrico, comprendiendo dicho circuito de procesamiento:

- un circuito de alimentación eléctrica que define un segundo potencial de referencia, al que se hace referencia como base electrónica (ME) , -un amplificador de carga que comprende un amplificador operacional, referido como un amplificador de procesamiento (12) , que tiene:

- una entrada inversora (13) conectada a una salida (11) del detector piezoeléctrico a fin de recibir la señal entregada por esta salida (11) del detector piezoeléctrico (10) , -una entrada no inversora (14) conectada a la base mecánica (MM) , -una salida (15) que suministra una señal de tensión de salida a la que se hace referencia con respecto a la base electrónica y representativa de la señal suministrada por el detector piezoeléctrico, -un bucle de retroalimentación capacitivo (16) entre la salida (15) y la entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10) , comprendiendo dicho bucle de retroalimentación capacitivo (16) un condensador (29) del que un primer terminal (71) está conectado a dicha entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10) , en el que el bucle de retroalimentación capacitivo (16) comprende, entre dicha salida (15) del amplificador de procesamiento (12) y dicho condensador (29) , un circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) adaptado para añadir en el segundo terminal (72) de dicho condensador (29) una tensión eléctrica que varía en función de la diferencia de potencial entre la base mecánica (MM) y la base electrónica (ME) , de modo que las variaciones de esta diferencia de potencial son continuamente compensadas en la entrada inversora (13) del amplificador de procesamiento (12) que recibe la señal suministrada por el detector piezoeléctrico (10) .

2. El sensor según la reivindicación 1, en el que dicho circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) del bucle de retroalimentación capacitivo (16) comprende una primera entrada conectada a la base mecánica de manera que tenga un potencial eléctrico que depende de la base mecánica, una segunda entrada conectada a la base electrónica de manera que tenga un potencial eléctrico que depende de la base electrónica, y una salida que está conectada al segundo terminal de dicho condensador y cuyo potencial eléctrico es dependiente de la diferencia de potencial entre sus dos entradas.

3. El sensor según la reivindicación 2, en el que una de las entradas de dicho circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) del bucle de retroalimentación capacitivo (16) está conectada a la salida del amplificador de procesamiento de manera que el potencial eléctrico en dicha entrada también depende del valor del potencial eléctrico de esta salida.

4. El sensor según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito de procesamiento comprende, además, un bucle de realimentación resistiva (30) que comprende un resistor, referido como una resistencia de inyección (19) , de la que un primer terminal (91) está conectado en paralelo con dicha salida (11) del detector piezoeléctrico (10) .

5. El sensor según la reivindicación 4, en el que el circuito de procesamiento comprende un circuito de compensación (17) que comprende una entrada conectada a dicha salida (15) del amplificador de procesamiento (12) , y una salida (18) que suministra una señal de tensión de compensación que es aplicada al segundo terminal

(92) de la resistencia de la inyección a través de un circuito sumador de tensión (81, 84, 86, 88, 89) separado de dicho circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) del bucle de realimentación capacitivo (16) .

6. El sensor según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho circuito sumador de tensión (61, 64, 66, 67, 68, 69) del bucle de retroalimentación capacitivo (16) comprende un amplificador operacional, a la que se hace referencia como un amplificador sumador (61) , que tiene

- una entrada inversora (62) conectada a un terminal que tiene un potencial eléctrico opuesto (-MM) a la base mecánica (MM) , -una entrada no inversora (63) conectada a la base electrónica (ME) y a dicha salida (15) del amplificador de procesamiento (12) , -una salida conectada a dicho segundo terminal del condensador (29) del bucle de realimentación capacitiva, -y una retroalimentación negativa (66) entre la entrada inversora (62) y la salida (70) de este amplificador sumador (61) .

7. El sensor según la reivindicación 6, en el que la salida (15) del amplificador de procesamiento (12) está conectada a la entrada no inversora (63) del amplificador sumador (61) a través de una resistencia en serie (67) , en el que la base electrónica (ME) está conectada a esta entrada no inversora (63) del amplificador sumador (61) a través de

una resistencia en serie (68) con el mismo valor, en el que dicho terminal (55) en el potencial eléctrico opuesto (-

MM) a la base mecánica (MM) está conectado a la entrada inversora (62) del amplificador sumador (61) a través de

una resistencia en serie (69) con el mismo valor, y en el que la retroalimentación negativa (64) del amplificador

sumador (61) contiene una resistencia en serie (66) con el mismo valor.

8. El sensor según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho amplificador de procesamiento (12) se

suministra en forma bipolar por tensiones de alimentación +Vcc, -Vcc que tienen valores opuestos con respecto a la

base electrónica (ME) y se seleccionan con el fin de permitir que las variaciones del potencial de la base mecánica

(MM) con respecto al de la base electrónica (ME) .

9. El sensor según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que cada amplificador operacional del circuito de

tratamiento se suministra en forma bipolar por tensiones de alimentación +Vcc, -Vcc que tienen valores opuestos

con respecto a la base electrónica (ME) y se seleccionan de manera como para permitir las variaciones del potencial

de la base mecánica (MM) con respecto a la de la base electrónica (ME) .