PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA DETECTAR PARTÍCULAS EN UN LÍQUIDO CIRCULANTE.

Procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras (20) en un líquido (16) circulante en un tramo de tubo (10) con una velocidad (v),

en el que se solicita el líquido por medio de una bobina emisora (18) con campos electromagnéticos alternos periódicos para inducir corrientes parásitas en las partículas, en el que se detecta por medio de una sonda caracterizada por una anchura efectiva (WB) y configurada como disposición de bobinas (12, 14, 15) una señal eléctrica periódica correspondiente a las corrientes parásitas, que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por las partículas cuando estas partículas llegan a la anchura efectiva de la disposición de bobinas, en el que se filtra la señal de sonda por medio de una primera unidad de filtro (19) selectiva en frecuencia, se explora por medio de una etapa convertidora A/D disparable (35) la señal filtrada por la primera unidad de filtro para obtener una señal de medida digital desmodulada, se filtra la señal de medida digital por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital (52) selectiva en frecuencia para obtener una señal útil, y se evalúa la señal útil para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras en el tramo de tubo, y en el que se dispara la etapa convertidora A/D con una nª fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, eligiéndose n en función de la frecuencia de las partículas que resulta como cociente de la velocidad de circulación del líquido y la anchura efectiva de la disposición de bobinas, y ajustándose la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia en función de la frecuencia de las partículas

Procedimiento y dispositivo para detectar partículas en un líquido circulante.

La presente invención concierne a un procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras en un líquido circulante en un tubo por medio de corrientes parásitas.

En el documento DE 2 108 717 A1 se describen un procedimiento y un dispositivo de esta clase, en donde dos bobinas de inducción están dispuestas en dos ramas de un circuito puente de corriente alterna, cuyas otras dos ramas están formadas por las mitades de una bobina adicional. Las bobinas son atravesadas por el líquido en dirección axial y pueden estar dispuestas una tras otra en la dirección de circulación, evaluándose las variaciones de impedancia provocadas por el paso de las partículas o la diferencia de la variación de impedancia en ambas bobinas. Se muestra una disposición en la que la circulación del líquido se divide en dos trayectos parciales paralelos que circulan cada uno de ellos por una de las dos bobinas, no siendo entonces necesario un decalaje axial de las bobinas.

Un dispositivo semejante se encuentra descrito en el documento DE 28 40 358 A1.

La firma momac GmbH & Co. KG, 47408 Moers, Alemania, comercializa bajo la denominación "metalscan" un aparato en el que tres bobinas están dispuestas una tras otra en la dirección de circulación, actuando la primera bobina y la última bobina como bobinas emisoras y actuando la bobina central como bobina receptora para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras provenientes de un circuito de lubricante. La primera y la última bobinas tienen sus polos invertidos.

Otros dispositivos en los que se emplea para detectar partículas la señal de bobinas de inducción atravesadas por el líquido se encuentran descritos, por ejemplo, en los documentos WO 2004/081608, WO 2004/104561, EP 0 778 937 A2 y EP 0 451 209 B1.

Se conoce por el documento DE 39 31 497 A1 un procedimiento para la detección inductiva de partículas en lubricantes, en el que se excita de forma resonante una bobina de acoplamiento incrustada en una bobina axialmente atravesada por líquido y se detecta el paso de partículas con ayuda de la energía sustraída al sistema de la bobina por las corrientes parásitas. Se determina entonces el tamaño de las partículas a partir de la amplitud de las señales. Para evitar un falseamiento de la medición debido a una sensibilidad de la bobina que disminuye en el centro de la bobina en comparación con el borde de la misma durante el paso de las partículas, se procura por medio de un generador de vórtice que las partículas pasen por la bobina siempre cerca de la pared de la misma.

En el documento DE 31 17 319 A1 se encuentra descrita la detección de la velocidad de flujo de metal líquido por medio de una medición de corrientes parásitas empleando una función de correlación cruzada.

En el documento DE 40 14 756 A1 se describe la determinación de la velocidad de un cuerpo o material por medio de una medición de corrientes parásitas, en donde se forma una función de correlación.

En los documentos US 3,575,050 y DE 28 50 246 A1 se menciona que existen aparatos de medida de circulación a base corrientes parásitas.

Un procedimiento de medida usual para la detección no destructiva y sin contacto de defectos en una probeta, especialmente un semiproducto metálico, es la inducción y medida de corrientes parásitas en la probeta. Se solicita para ello la probeta con campos electromagnéticos alternos periódicos por medio de una bobina de emisión alimentada con corriente en forma sinusoidal. Las corrientes parásitas así inducidas en la probeta inducen a su vez en una disposición de bobina empleada como sonda, que puede presentar una bobina individual ("bobina absoluta") o dos bobinas conectadas de forma sustractiva ("bobina de diferencia"), una señal eléctrica periódica que presenta una oscilación portadora correspondiente a la frecuencia portadora del emisor, cuya amplitud y/o fase son moduladas de manera característica por un defecto de la probeta cuando llega un defecto a la zona sensible de la sonda, es decir, a la anchura efectiva de la sonda. La bobina emisora forma aquí el lado primario de una disposición transformadora y la bobina o bobinas receptoras forman el lado secundario de dicha disposición. Un ejemplo de una disposición de esta clase puede encontrarse en el documento EP 1 189 058 A2. En caso de que se empleen más de dos bobinas receptoras, esta disposición se denomina también "bobina de diferencia múltiple".

Usualmente, se mueve la probeta linealmente con respecto a la sonda para realizar una exploración de dicha probeta, si bien se conocen igualmente disposiciones con sonda rotativa. La señal detectada por la sonda es desmodulada usualmente de forma analógica, por ejemplo por medio de una desmodulación síncrona, y a continuación es sometida a una evaluación para reconocer defectos en la probeta. Se efectúa aquí una digitalización de la señal usualmente tan solo para la evaluación y representación de la señal de defecto, es decir, después de la desmodulación de la señal de la bobina. Un ejemplo de este procedimiento puede encontrarse en el documento DE 40 03 330 A1.

De manera semejante, las partículas eléctricamente conductoras en un líquido que recorre las bobinas dan lugar a pérdidas por corrientes parásitas que a su vez se traducen en una variación de impedancia mensurable de las bobinas. De esta manera, se pueden detectar partículas eléctricamente conductoras en un líquido que circula en un tubo por medio de una disposición de bobina inductiva. Esto es ventajoso especialmente cuando se quiere detectar la concentración de partículas metálicas en un circuito de lubricante de una máquina para deducir de ello el estado de la máquina (la concentración de las partículas metálicas es en general una medida del desgaste de la máquina).

Debido a la inversión necesaria para la desmodulación analógica, tales procedimientos de medida de corrientes parásitas son relativamente complicados y costosos. Asimismo, hay que tener en cuenta que, para diferentes velocidades relativas de la probeta con respecto a la sonda, es decir, a velocidades de repulsión o de ensayo diferentes, son necesarios usualmente juegos de filtros diferentes para la señal desmodulada, lo que trae consigo, a velocidad variable de la probeta, un coste adicional.

En el documento US 5,175,498 se describe un procedimiento de medida de corrientes parásitas en el que se digitaliza ya la señal de medida recogida por la sonda de bobina por medio de un convertidor A/D disparable y a continuación se la somete en forma digital a una desmodulación por medio de una transformada de Fourier. El disparo del convertidor A/D, es decir, la tasa de exploración, es controlado en función de la velocidad de avance de la probeta detectada por medio de un codificador para evitar en la evaluación de la señal errores resultantes de un movimiento de retroceso de la probeta.

En el documento US 4,445,088 se describe un procedimiento de medida de flujo disperso magnético en el que se mueve una probeta metálica con relación a una sonda, siendo digitalizada la señal de medida detectada por la sonda, después de pasar por un filtro pasabanda, por medio de un convertidor A/D disparable, siendo controlado el disparo del convertidor, es decir, la tasa de exploración, por la velocidad de avance de la probeta detectada por medio de un sensor de velocidad. Para reconocimiento de defectos se evalúa la amplitud de la señal digitalizada con respecto al rebasamiento de un valor umbral, sirviendo la elección de la tasa de exploración en función de la velocidad de prueba para lograr una precisión de medida prefijada independiente de la velocidad de la probeta.

En el documento WO 2006/007826 A1 se describe un procedimiento de medida de corrientes parásitas para detectar defectos en una probeta movida con una velocidad (v) con relación a una sonda caracterizada por una anchura efectiva, detectándose por medio de la sonda una señal eléctrica periódica que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por un defecto en la probeta, filtrándose la señal de la sonda y explorándose ésta por medio de una etapa convertidora A/D disparable para obtener una señal de medida digital desmodulada que se filtra por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital selectiva en frecuencia para lograr una señal útil que se evalúa para reconocer un...

1. Procedimiento para detectar partículas eléctricamente conductoras (20) en un líquido (16) circulante en un tramo de tubo (10) con una velocidad (v), en el que se solicita el líquido por medio de una bobina emisora (18) con campos electromagnéticos alternos periódicos para inducir corrientes parásitas en las partículas, en el que se detecta por medio de una sonda caracterizada por una anchura efectiva (WB) y configurada como disposición de bobinas (12, 14, 15) una señal eléctrica periódica correspondiente a las corrientes parásitas, que presenta una oscilación portadora cuya amplitud y/o fase es modulada por las partículas cuando estas partículas llegan a la anchura efectiva de la disposición de bobinas, en el que

se filtra la señal de sonda por medio de una primera unidad de filtro (19) selectiva en frecuencia,

se explora por medio de una etapa convertidora A/D disparable (35) la señal filtrada por la primera unidad de filtro para obtener una señal de medida digital desmodulada,

se filtra la señal de medida digital por medio de una segunda unidad de filtro ajustable digital (52) selectiva en frecuencia para obtener una señal útil, y

se evalúa la señal útil para detectar el paso de partículas eléctricamente conductoras en el tramo de tubo, y

en el que se dispara la etapa convertidora A/D con una nª fracción entera de la frecuencia de la oscilación portadora, eligiéndose n en función de la frecuencia de las partículas que resulta como cociente de la velocidad de circulación del líquido y la anchura efectiva de la disposición de bobinas, y ajustándose la segunda unidad de filtro selectiva en frecuencia en función de la frecuencia de las partículas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el tramo de tubo (10) es parte de un circuito de lubricante.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el líquido (16) es aceite lubricante de una máquina.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frecuencia de emisión de la bobina emisora (18) está comprendida entre 20 kHz y 500 kHz.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tamaño de las partículas detectadas (20) está comprendida entre 1 y 25 μm.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se establece el número de partículas detectadas (20) por unidad de tiempo.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se establece la concentración de las partículas eléctricamente conductoras (20) en el líquido (16).

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se suministra a la bobina emisora (18) una tensión alterna para generar los campos electromagnéticos alternos periódicos, generándose la tensión alterna a partir de una señal binaria por formación de curva, o porque se induce a la bobina emisora a emitir un campo de forma sinusoidal por activación de la misma con una señal PDM.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se genera la señal de dispara para la etapa convertidora A/D (35) dividiendo por n la frecuencia de la señal binaria empleada para la generación de la tensión alterna para la bobina emisora (18).

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n como inversamente proporcional a la frecuencia de las partículas para elegir la tasa de disparo de la etapa convertidora A/D (35) como al menos aproximadamente proporcional a la frecuencia de las partículas.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n de modo que en un intervalo de tiempo que corresponda a la inversa de la frecuencia de las partículas caigan al menos 5 y preferiblemente al menos 20 exploraciones realizadas por la etapa convertidora A/D (35).

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige n de modo que dentro de un intervalo de tiempo que corresponda a la inversa de la frecuencia de las partículas caigan a lo sumo 100 y preferiblemente a lo sumo 50 exploraciones realizadas por la etapa convertidora A/D (35).

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ajuste de la segunda unidad de filtro (52) selectiva en frecuencia, realizado en función de la frecuencia de las partículas, se efectúa automáticamente activando de forma cíclica la segunda unidad de filtro con la tasa de exploración de la etapa convertidora A/D (35).

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda unidad de filtro (52) presenta un pasabajos para suprimir porciones parásitas de la señal digital desmodulada con frecuencias por encima de la frecuencia de las partículas, siendo la frecuencia angular del pasabajos superior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente superior al doble de la frecuencia de las partículas.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la segunda unidad de filtro (52) presenta un pasaaltos para suprimir porciones iguales de la señal digital desmodulada, siendo la frecuencia angular del pasaaltos inferior a la frecuencia de las partículas, preferiblemente inferior a un cuarto de la frecuencia de las partículas.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige la frecuencia de la oscilación portadora de modo que ascienda al menos a diez veces la frecuencia de las partículas.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa convertidora A/D (35), cuando es disparada, explora dos valores con un decalaje de una diferencia de fase fija para obtener la señal de medida digital como señal de dos componentes.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la diferencia de fase es 90º o m * 360º + 90º, en donde m es un número entero.

19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque los dos componentes de la señal de medida digital suministrada por la etapa convertidora A/D (35) son filtradas por separado por medio de la segunda unidad de filtro (52) para obtener la señal útil como una señal de dos componentes.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque en la evaluación de la señal útil se tienen en cuenta ambos componentes.

21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solicitación del líquido (16) por medio de la bobina emisora (18) con los campos electromagnéticos alternos se interrumpe al menos durante una parte de cada intervalo entre dos señales de disparo consecutivas para la etapa convertidora A/D (35).

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera unidad de filtro (19) presenta al menos un pasabajos que actúa como filtro de señales espurias respecto de la exploración realizada por la unidad convertidora A/D (35).

23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera unidad de filtro (19) presenta un pasaaltos para suprimir señales parásitas de baja frecuencia.

24. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se determina por medición la velocidad de flujo (v) del líquido (16) o se la preestablece fijamente como parámetro.

25. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa convertidora A/D (35) tiene antepuesto un amplificador controlable (17) para llevar la señal a la amplitud óptimamente adecuada para la etapa convertidora A/D.

26. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la bobina emisora (18) rodea al tramo de tubo (10), presentando la disposición de bobinas (15) al menos una primera bobina receptora inductiva (12) que rodea al tramo de tubo y una segunda bobina receptora inductiva (14) que rodea al tramo de tubo y está distanciada axialmente de la primera bobina receptora, las cuales están dispuestas en la zona de la bobina emisora y están conectadas en forma sustractiva para entregar una señal diferencia correspondiente a las corrientes parásitas inducidas por la bobina emisora, formando la bobina emisora el lado primario de una disposición transformadora y formando las bobinas receptoras el lado secundario de dicha disposición, y siendo formada la señal útil por la señal diferencia.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, caracterizado porque se emplean para la detección de partículas únicamente señales diferencia cuya amplitud sobrepasa un valor umbral determinado.

28. Procedimiento según la reivindicación 27, caracterizado porque se registra la señal diferencia en tanto la amplitud de señal sobrepase el valor umbral.

29. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, caracterizado porque se estima a partir de la señal diferencia la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de la bobina receptora.

30. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 29, caracterizado porque se estima a partir de la señal diferencia la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20).

31. Procedimiento según la reivindicación 30, caracterizado porque se estima la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20) a partir de la distancia temporal de los valores extremos de la señal diferencia.

32. Procedimiento según la reivindicación 31, caracterizado porque se estima la velocidad de circulación de las partículas detectadas (20) a partir de la distancia temporal de los máximos del valor absoluto de la señal diferencia.

33. Procedimiento según la reivindicación 31 ó 32, caracterizado porque se determina la distribución de las distancias temporales obtenidas y se las somete a un análisis estadístico.

34. Procedimiento según la reivindicación 33, caracterizado porque en el análisis estadístico de las distancias temporales obtenidas se tiene en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar.

35. Procedimiento según la reivindicación 34, caracterizado porque, teniendo en cuenta la distancia geométrica de las bobinas receptoras, se obtiene la velocidad de circulación del líquido (16) a partir del máximo de las velocidades estimadas de las partículas.

36. Procedimiento según la reivindicación 29, caracterizado porque en la estimación de la velocidad de circulación de las partículas se emplea la distancia radial estimada de las partículas detectadas (20) a la pared de las bobinas receptoras.

37. Procedimiento según la reivindicación 36, caracterizado porque se obtiene empíricamente de antemano la dependencia entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras (12, 14) y la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de dichas bobinas receptoras.

38. Procedimiento según la reivindicación 37, caracterizado porque en la estimación de la distancia radial de las partículas detectadas (20) a la pared de las bobinas receptoras se tienen en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar, la distancia geométrica de las bobinas receptoras (12, 14) y la dependencia obtenida de antemano entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras y la distancia radial de las partículas.

39. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 26 a 38, caracterizado porque se estima el tamaño de las partículas detectadas (20) a partir de la señal diferencia y se clasifican las partículas detectadas según el tamaño estimado.

40. Procedimiento según la reivindicación 39, siempre que dependa de la reivindicación 29, caracterizado porque en la estimación del tamaño de las partículas se emplea la distancia radial estimada de cada partícula detectada (20) a la pared de las bobinas receptoras.

41. Procedimiento según la reivindicación 40, caracterizado porque se obtiene empíricamente de antemano la dependencia entre la amplitud de la señal diferencia y la distancia radial de la partícula (20) a la pared de las bobinas receptoras.

42. Procedimiento según la reivindicación 41, caracterizado porque en la estimación del tamaño de las partículas detectadas (20) se tienen en cuenta la distribución radial teórica de la velocidad de circulación en un flujo laminar, la distancia geométrica de las bobinas receptoras (12, 14), la dependencia obtenida de antemano entre la anchura efectiva de las bobinas receptoras y la distancia radial de las partículas a la pared de las bobinas receptoras, y la dependencia obtenida de antemano entre la amplitud de la señal diferencia y la distancia radial de las partículas a la pared de las bobinas receptoras.

43. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal de sonda, antes de que sea alimentada a la etapa convertidora A/D disparable (35), es solicita con una tensión de decalaje para compensar una tensión errónea de las bobinas.

44. Procedimiento según la reivindicación 43, caracterizado porque la tensión de decalaje se genera por medio de un convertidor D/A, obteniéndose el valor de la tensión de decalaje a partir de una formación de valor medio de la señal de medida digital desmodulada.

45. Procedimiento según la reivindicación 44, caracterizado porque la formación de valor medio tiene lugar mientras se solicita la señal de sonda con la tensión de decalaje.

46. Procedimiento según la reivindicación 44, caracterizado porque la formación de valor medio tiene lugar antes de que se solicite la señal de sonda con la tensión de decalaje.