DISPOSITIVO PARA LA MEDICION DE DISTANCIAS Y PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE UNA DISTANCIA.

Dispositivo para la medición de distancias con una electrónica de evaluación y con un dispositivo de sensor,

que posee al menos una sonda (3) de acoplamiento para la inyección de una señal de transmisión en una estructura (1) de conducción con cuerpo de reflexión, poseyendo la estructura (1) un bloque de inyección con una zona (2) de inyección, que conecta un transceptor de HF a través de una guía (7) de ondas con un sistema (5) dieléctrico de sujeción con la sonda (3) de acoplamiento, kk la través de la sonda (3) de acoplamiento se emiten al menos dos señales de transmisión como ondas electromagnéticas con distintas frecuencias

Dispositivo para la medición de distancias y procedimiento para la determinación de una distancia.

El presente invento se refiere a un dispositivo para la medición de distancias según el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un procedimiento para la determinación de una distancia.

A través del documento EP 0 835 127 se conoce un dispositivo para la medición de distancias con la forma de un aparato para la medición de niveles de llenado. El dispositivo de antena conocido hace posible el acoplamiento de microondas a través de un conductor de ondas dispuesto como guía de ondas. En el extremo frontal de la guía de ondas se halla un elemento plano de radiación aplicado sobre el lado inferior de un substrato con forma de placa de material dieléctrico. Las microondas se acoplan como señal de transmisión a través de la barra excitadora.

De una manera general se sabe, que para la detección y la medición de la posición del émbolo de accionamientos lineales accionados con un fluido o de cilindros neumáticos o hidráulicos se utilizan como estructura de conducción dispositivos para la medición de distancias, que miden la distancia entre el émbolo, como cuerpo de reflexión, en el interior de la estructura de conducción y la tapa del cilindro respectivamente el fondo de la estructura de conducción. La determinación de la posición de los émbolos en los cilindros puede tener lugar tanto de manera discreta, es decir en puntos discretos, como también de manera continua, es decir de manera permanente durante el funcionamiento.

Generalmente se recurre a la determinación discreta de la posición del émbolo para retrotransmitir la ejecución, respectivamente el final de un movimiento del émbolo a un mando secuencial (por ejemplo SPS) y poder iniciar con ello el paso siguiente de la secuencia. Para ello se utilizan predominantemente sensores, respectivamente dispositivos de sensores sensibles a un campo magnético, que detectan el campo magnético de un imán permanente, que se halla en el émbolo del cilindro. Los sensores utilizados para ello se montan externamente en el tubo del cilindro. Si el émbolo se desplaza en la zona de captación de un sensor de esta clase, identifica este la presencia del émbolo del cilindro a través del tubo del cilindro. Para ello es necesaria en la mayoría de los casos la utilización de materiales no ferromagnéticos, lo que limita las propiedades de construcción, respectivamente las aplicaciones del accionamiento. Si, por el contrario, se debe detectar otra posición del émbolo es preciso ajustar correspondientemente de manera mecánica, respectivamente ajustar nuevamente el sensor. Para cada posición adicional a detectar es, por lo tanto, preciso montar un sensor adicional con los costes adicionales de material, montaje, ajuste e instalación adicionales.

Aquí también es otro inconveniente el que montaje tenga lugar generalmente in situ a pie de cliente. A ello se suma la dificultad de que el cilindro puede estar montado ya en una máquina de difícil acceso y de que ya no es posible el ajuste de las distancias de conexión por medio del desplazamiento mecánico de los interruptores magnéticos montados exteriormente. Además, para estos sensores montados exteriormente se necesita un espacio adicional. Para que se pueda garantizar la accesibilidad y la robustez del sensor se necesita con frecuencia un coste de construcción adicional.

Esta clase de sensores se construye predominantemente como sensores sensibles a un campo magnético y se conocen como interruptores Reed, magnetorresistivos (MR), glant megnorresistivos (GMR), interruptores Hall o interruptores magnetoinductivos de proximidad. Con la detección del campo magnético es necesaria una sintonización laboriosa del imán con el sensor, respectivamente el dispositivo de sensor. Además, con este principio de medición se limitan las posibles aplicaciones a causa de campos magnéticos estáticos y dinámicos (EMV, campo de un cilindro próximo) así como las propiedades de temperatura del sensor.

Para la medición continua de la posición del émbolo se utilizan usualmente sistemas de medida, que funcionan potenciométricamente según el principio LVDT (Linear Variable Differential Transformer) o según el principio de ultrasonido. La posición del émbolo es transmitida de manera continua y predominantemente como señal analógica de tensión. Los sensores basados en el principio LVDT requieren siempre durante la conexión un ciclo de referencia para el preajuste. Los sensores de ultrasonido sólo se prestan de manera limitada para la medición de caminos en cilindros neumáticos e hidráulicos, ya que la exactitud de la medida varía con la presión del cilindro. Como complemento de este sistema también se conocen las mediciones incrementales del camino. Estos sistemas se realizan por ejemplo por me-dio de la codificación del vástago del émbolo, por lo que sólo se pueden utilizar para mediciones relativas de caminos.

Resumiendo, se comprueba, que tanto las determinaciones continuas, como también las discretas conocidas hasta ahora de la posición de un émbolo no pueden ser integradas, respectivamente sólo con un coste de construcción considerable y con los elevados costes ligados a ellos en un cilindro. El considerable coste de construcción se debe a que los principios usuales descritos de los sensores tienen que ser adaptados a la correspondiente longitud del cilindro, ya que poseen un margen de detección demasiado corto.

El objeto del presente invento es por ello crear un dispositivo para la medición de distancias y un procedimiento para la determinación de una distancia, que soslaye, respectivamente soslayen los inconvenientes expuestos más arriba y permitan una determinación continua y con ello discretizable, un manejo sencillo y numerosas posibilidades de aplicación.

Este problema se soluciona desde el punto de vista técnico del dispositivo con las características de la reivindicación 1 y desde el punto de vista técnico del procedimiento con las características de la reivindicación 13.

De acuerdo con el invento se crea una estructura de conducción, que posee un bloque de inyección con una zona de inyección, que conecta un transceptor de HF a través de una guía de ondas con sistemas de sujeción dieléctricos con la sonda de acoplamiento. Con esta disposición según la solicitud es posible la integración completa de la sonda de acoplamiento con el sistema electrónico de evaluación en la tapa del cilindro. Con ello no son necesarios elementos adicionales, que deban ser montados en el exterior. Las distancias de conexión correspondientes pueden ser ajustadas externamente, con preferencia en función de la longitud del cilindro, por medio de una interfaz electrónica. El dispositivo de medición de distancias según la solicitud puede ser utilizado de manera universal de manera esencialmente independiente de la longitud del cilindro. Además, se comprobó, que los resultados de las mediciones son fiables con independencia de la presión, de aceite o de la humedad del aire en el cilindro.

De acuerdo con el invento se crean un dispositivo para la medición de distancias y un procedimiento para la determinación de una distancia en los que el dispositivo de sensor posee un sistema de inyección de alta frecuencia, que sirve para medir, por medio de la emisión y la recepción de ondas, una determinada distancia, por ejemplo en una estructura de conducción (un estructura de conducción es por ejemplo el espacio interior de un cilindro neumático = guía de ondas redondo), integrando por ejemplo el sistema de inyección en la estructura de conducción. Debido a esta integración del sistema de inyección se consigue, que el dispositivo para la medición de distancias posea una construcción pequeña, respectivamente exija pocas medidas de adaptación. La totalidad de la construcción del dispositivo para la medición de distancias según la solicitud puede poseer por ello un diseño limpio y liso debido a la supresión de una posibilidad de montaje para dispositivos de sensor externos, respectivamente no influye en el aspecto externo. Con el dispositivo para la medición para distancias según la solicitud se logra un ahorro de costes de instalación, ya que el cilindro prefabricado sólo posee un cable de conexión para la excitación y el registro de los datos. De acuerdo con el procedimiento según la solicitud se mide la longitud de la estructura de conducción hasta que se produzca un cortocircuito (por ejemplo el émbolo como cuerpo de reflexión en el cilindro neumático o hidráulico), que también es desplazable. La señal de transmisión generada de...

1. Dispositivo para la medición de distancias con una electrónica de evaluación y con un dispositivo de sensor, que posee al menos una sonda (3) de acoplamiento para la inyección de una señal de transmisión en una estructura (1) de conducción con cuerpo de reflexión, poseyendo la estructura (1) un bloque de inyección con una zona (2) de inyección, que conecta un transceptor de HF a través de una guía (7) de ondas con un sistema (5) dieléctrico de sujeción con la sonda (3) de acoplamiento, kk la través de la sonda (3) de acoplamiento se emiten al menos dos señales de transmisión como ondas electromagnéticas con distintas frecuencias.

2. Dispositivo para la medición de distancias según la reivindicación 1, en el que se prevé un anillo (9) dieléctrico secundario.

3. Dispositivo para la medición de distancias según la reivindicación 1 ó 2, en el que la estructura (1) de conducción es una guía de ondas redonda, con preferencia un cilindro con émbolo como cuerpo de reflexión.

4. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el bloque de inyección posee taladros en los que se pueden alojar el sistema (5) de sujeción, la sonda (2) de acoplamiento y la zona (2) coaxial de inyección.

5. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la sonda (3) se construye como sistema de excitación monopolo y en el que la inyección de la onda electromagnética tiene lugar de manera coaxial y se convierte sobre el monopolo por medio de una etapa de transformación coaxial con varios escalones.

6. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la sonda (3) de acoplamiento se construye como módulo de transformación con tres escalones, que posee una superficie de base plana sobre la que se prevé centralmente un cilindro al que sigue una espiga con la que la zona (2) de inyección se une con la sonda (3) de acoplamiento.

7. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la señal de transmisión de inyecta, a través de la sonda de acoplamiento, como una onda electromagnética en el margen de alta frecuencia.

8. Dispositivo para la medición de distancias según la reivindicación 7, en el que la onda electromagnética en el margen de alta frecuencia se inyecta entre 1 GHz y 25 Ghz.

9. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la onda electromagnética acoplada posee una propagación en modo monomódico, con preferencia en el modo TEM en el caso de una estructura coaxial.

10. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la onda electromagnética acoplada posee una propagación en modo monomódico, con preferencia en el modo E01 en el caso de una guía de ondas redonda.

11. Dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el dispositivo de sensor posee una electrónica de alta frecuencia con una sección de transmisión y de recepción.

12. Procedimiento para la determinación de una distancia, en especial utilizando un dispositivo para la medición de distancias según una de las reivindicaciones 1 a 11, que posee los siguientes pasos:

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que la medición de la distancia tiene lugar por medio de la correspondiente evaluación de la diferencia de fases entre la señal de transmisión y la señal de recepción de la onda electromagnética.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 ó 13, en el que la diferencia es, en el caso de dos frecuencias de transmisión, pequeña, con preferencia el 1% del valor absoluto, para cubrir un margen de medición grande.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 ó 13, en el que la diferencia entre las frecuencias de la señal de transmisión de la correspondiente onda electromagnética es grande, con preferencia el 20% del valor absoluto, para obtener una gran seguridad contra perturbaciones.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 15, en el que las señales de transmisión se emiten de manera continua.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 15, en el que las señales de transmisión se emiten como ondas electromagnéticas a través de la sonda de acoplamiento.