Se caracteriza por el hecho de que comprende una pluralidad de impedancias (R2,

C3, R4, R5) y al menos un amplificador operacional (51, 52), y medios (53) para conectar un sensor resistivo (Rs) al circuito electrónico (50), de modo que, una vez conectado el sensor resistivo al circuito electrónico, se obtiene un circuito electrónico resultante, constituido por el circuito electrónico y el sensor resistivo conectado al mismo, cuya impedancia de entrada (Z{sub,inp}) corresponde a la de una capacidad variable en función del sensor resistivo (Rs).

Se consigue una impedancia de entrada capacitiva variable en función de un sensor

Circuito electrónico para obtener una impedancia capacitiva variable.

La presente invención se refiere a un circuito electrónico para obtener una impedancia capacitiva variable, a partir de un sensor resistivo. Más concretamente, se refiere a un circuito electrónico basado en un circuito convertidor generalizado de impedancias (G/C - Generalized Impedance Converter), que es posible configurarlo para que su impedancia de entrada corresponda a la de una capacidad, siendo dicha capacidad variable en función del valor de resistencia eléctrica de un sensor resistivo, y siendo dicho sensor resistivo una de las impedancias del circuito convertidor, de manera que la capacidad sintetizada con el circuito convertidor (G/C) varía en función del valor de resistencia eléctrica de dicho sensor resistivo.

La invención es adecuada para ser utilizada en el campo de medida e instrumentación, principalmente en aquellos casos en los que sea necesaria una capacidad variable dependiente del parámetro que mida un sensor resistivo. Dichos casos pueden ser, por ejemplo, sistemas de control industriales, instrumentación médica o automoción.

Antecedentes de la invención

Un Convertidor Generalizado de Impedancias (G/C) es un circuito electrónico derivado de uno de los circuitos giradores propuestos por Antoniou en 1969, tal como se describe, por ejemplo, en [A. Antoniou, "Realization of gyrators using operational amplifiers and their use in RC-active network synthesis" Proc. IEE, vol 116, pp. 1838-1850].

Un circuito girador tiene como objetivo invertir ("girar") en el puerto de entrada de una red de dos puertas (cuadripolo), el carácter de una impedancia conectada al puerto de salida, mientras que un circuito G/C permite configurar la impedancia en un puerto (son redes monopuerta), a partir de cinco impedancias.

La Fig. 1 muestra uno de dichos circuitos giradores de Antoniou, en el que, si una impedancia Z4 se conecta entre el puerto de salida 2-2', considerando los amplificadores operacionales como ideales, la impedancia de entrada Z_inp del circuito convertidor, vista por el puerto de entrada 1-1' es:

En la Fig. 2 se muestra el circuito convertidor (G/C) resultante en su forma original (se añade la impedancia Z4 al girador de Antoniou). Dicha estructura ha sido ampliamente utilizada para sintetizar inductancias utilizando únicamente resistencias, condensadores y amplificadores operacionales, principalmente en el diseño de filtros activos con aplicaciones en audio, tal como se describe, por ejemplo, en [T. Deliyannis, Y. Sun, J. K. Fidler, Continuous-time active filter design, CRC Press, Boca Raton, FL, 1999, Chap. 3], en [S. Franco, Design with operational amplifiers and analog integrated circuits, McGraw-Hill, 3rd ed., New York, 2001, Chap. 4], o en [R. Schaumann, M. E. van Valkenburg, Design of analog filters, Oxford University Press, New 1 York, 2001, Chap. 14]. Básicamente, el comportamiento de la impedancia de entrada Z_inp depende de qué tipo de impedancia (resistiva o capacitiva) se le asigne a cada una de las impedancias Z1 a Z5, aplicándose una tensión alterna V_in que genera una corriente I_in.

Lo descrito anteriormente no es más que el estudio y la aplicación "clásica" de un circuito G/C. Más recientemente, se ha propuesto una aplicación del circuito G/C en el campo de la instrumentación, en el cual el circuito se utiliza, en su enfoque clásico, como impedancia capacitiva, tal como se describe, por ejemplo, en [D. M. G. Preethichandra, K. Shida, "A simple interface circuit to I measure very small capacitance changes in capacitive sensors"; Proc. of the 17th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Baltimore 2000, vol 1, pp. 406-409]. Es importante destacar que tanto en su aplicación clásica en el diseño de filtros como en el campo de la instrumentación, las tensiones y corrientes existentes en el circuito G/C son variables en el tiempo.

Aún más recientemente, se ha propuesto un nuevo funcionamiento del circuito G/C, que consiste en polarizarlo, no con señales variables en el tiempo (AC), sino, por el contrario, con señales de continua (DC). El objetivo principal de dicho cambio es el de utilizar un circuito G/C en el campo de la instrumentación y medida, pero no como impedancia capacitiva, sino como circuito polarizador de sensores, siendo una de las cinco impedancias del circuito G/C, un sensor resistivo.

Desde el punto de vista de esta nueva aplicación, es posible destacar dos configuraciones distintas. Una primera configuración en la que el circuito G/C se alimenta a tensión de referencia V_ref, y una segunda configuración en la que el circuito G/C se alimenta a corriente de referencia I_ref.

Como se muestra en la Fig. 3, con referencia a la primera configuración, se conecta una tensión continua de valor V_ref a la entrada del circuito G/C, mientras que las cinco impedancias son cinco resistencias R1 a R5, una de las cuales (R4) es un sensor resistivo. A partir de dicha nueva configuración se consigue que la corriente que pasa por la resistencia R4 sea constante, ya que, una vez fijados los valores de la tensión V_ref y de la resistencia R5, la corriente (suponiendo ideales los amplificadores operacionales) que circula por la resistencia R4 es la misma que la que circula por la resistencia R5 y viene dada por la expresión siguiente:

De este modo, se obtiene una forma sencilla de polarizar sensores a corriente constante, puesto que es suficiente con que la resistencia R4 sea el sensor que se desea polarizar. Dicha técnica ha dado lugar a diferentes publicaciones, tales como [D. Ramírez-Muñoz, S. Casans-Berga, C. Reig, "Current loop generated from a generalized impedance converter: a new sensor signal conditioning circuit", Review of Scientific Instruments, 76, 1 (2005), 066103], [D. Ramírez-Muñoz, S. Casans-Berga, C. Reig, P. J. P. Freitas, "Generalized impedance converter as a new sensor signal conditioning circuit", Proc. of the 22nd IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, May 17-19, 2005, Ottawa, 587-591], [D. Ramírez, S. Casans, C. Reig, A. E. Navarro, J. Sánchez.,"Build a precise dc floating-current source". EDN, August 2005, pp. 83-84], o [M. Villalobos Pedrero, D. Ramírez Muñoz, S. Casans Berga, J. Sánchez Moreno, C. Reig Escrivá, A. E. Navarro Antón. "Red de sensores inteligentes configurable basada en microprocesador con enlace RF accesible vía internet" Mundo Electrónico, nº 371].

En cuanto a la segunda configuración, el circuito representado en la Fig. 4 se consideró al plantearse la posibilidad de polarizar a corriente constante un sensor resistivo que no fuera flotante (como es el sensor dispuesto en R4, en la configuración anterior). Básicamente, en dicha segunda configuración, se sustituye la referencia de tensión V_ref a la entrada, por una referencia de corriente I_ref, cambiando la ubicación del sensor resistivo de la resistencia R4 a la resistencia R5, de manera que el sensor resistivo que se utilice, tiene directamente uno de sus terminales puesto a masa. Así, la corriente que circula por el sensor puesto en la resistencia R5 es:

Dicha expresión establece que, dando valores a las resistencias R1, R2, R3, y R4, es posible controlar la corriente que circula por la resistencia R5, independientemente de su valor. Por tanto, con la configuración descrita es posible conseguir tanto un circuito para polarizar un sensor puesto a masa a corriente constante, como un convertidor corriente-corriente. Dicho nuevo convertidor derivado del circuito G/C ha dado lugar a diferentes publicaciones, tales como [A. Blat González, D. Ramírez Muñoz, J. Sánchez Moreno, S. Casans Berga, A. E. Navarro Antón, F. Maturell Nápoles. "Sistema de medida de temperatura y presión con sensores alimentados a corriente constante mediante convertidor generalizado de impedancias". Mundo Electrónico, nº 372], [D. Ramírez Muñoz, J. Sánchez, S. Casans, C. Reig, A. E. Navarro,...

1. Circuito electrónico (50) para obtener una impedancia capacitiva variable (Z_inp), a partir de un sensor resistivo (Rs), caracterizado por el hecho de que comprende una pluralidad de impedancias (Z2, Z3, Z4, Z5) y al menos un amplificador operacional (51, 52), y medios (53) para conectar un sensor resistivo (Rs) al circuito electrónico (50), de modo que, una vez conectado el sensor resistivo al circuito electrónico, se obtiene un circuito electrónico resultante, constituido por el circuito electrónico y el sensor resistivo conectado al mismo, cuya impedancia de entrada (Z_inp) corresponde a la de una capacidad variable en función del sensor resistivo (Rs).

2. Circuito electrónico según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el circuito electrónico resultante es un circuito convertidor generalizado de impedancias.

3. Circuito electrónico según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la impedancia de entrada capacitiva variable (Z_inp) del circuito resultante es inversamente proporcional al sensor resistivo (Rs).

4. Circuito electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que al menos una impedancia (Z3) de la pluralidad de impedancias es capacitiva.

5. Circuito electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que al menos una impedancia (Z2, Z4, Z5) de la pluralidad de impedancias es resistiva.

6. Circuito electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el circuito electrónico resultante está conectado a masa por uno de sus puertos de entrada.

7. Circuito electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende dos amplificadores operacionales (51, 52) y cuatro impedancias (Z2, Z3, Z4, Z5).

8. Dispositivo para obtener una señal eléctrica de frecuencia de oscilación variable a partir de un sensor resistivo (Rs), caracterizado por el hecho de que comprende un circuito oscilador (60) y un circuito electrónico (50) para obtener una impedancia capacitiva variable, a partir de un sensor resistivo, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, estando conectados dicho circuito oscilador (60) y dicho circuito electrónico (50) de manera que, una vez conectado el sensor resistivo al circuito electrónico, la capacidad de oscilación (C1) del circuito oscilador (60) viene dada por la impedancia de entrada capacitiva variable (Z_inp) del circuito electrónico resultante, obteniéndose en la salida del circuito oscilador (60) una señal eléctrica cuya frecuencia de oscilación es variable en función del sensor resistivo (Rs).

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que la frecuencia de oscilación de la señal eléctrica es directamente proporcional al sensor resistivo (Rs).

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por el hecho de que el circuito oscilador (60) es un circuito generador de señal cuadrada.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por el hecho de que el circuito oscilador comprende un circuito integrado del tipo 555 (60).