DISPOSITIVO PARA LA TRANSMISIÓN INALÁMBRICA DE SEÑALES ENTRE DOS PIEZAS DE UNA MÁQUINA DE PROCESO.

Dispositivo para la transmisión inalámbrica de señales entre dos piezas (17,

23) de una máquina de proceso, una de las cuales rota con respecto a la otra alrededor de un eje (18) durante el funcionamiento de la máquina de proceso, caracterizado porque al menos en una de las dos piezas (17, 23) están dispuestas varias antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) en una distribución al menos aproximadamente uniforme con respecto a la dirección perimetral de la rotación, y porque las antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) están conectadas paralelas entre sí con un dispositivo de emisión (7) y/o con un dispositivo de recepción (12) asignado a la pieza (17, 23) correspondiente para lograr una característica global de transmisión aproximadamente radialmente simétrica

Dispositivo para la transmisión inalámbrica de señales entre dos piezas de una máquina de proceso.

La invención se refiere a un dispositivo para la transmisión inalámbrica de señales según el preámbulo de la reivindicación 1. Del documento DE202004016751A1 se conoce un dispositivo de este tipo, en el que se describe la optimización de sistemas transpondedores con acoplamiento inductivo para el ámbito de construcción de maquinaria y de instalaciones. Para la utilización de este tipo de sistemas transpondedores en entornos metálicos se propone en este caso el uso de un material altamente permeable, que impide la penetración de las líneas de campo magnético en el metal y garantiza el funcionamiento en estas condiciones de entorno.

En los sistemas transpondedores de radio con un movimiento de rotación entre el emisor y el receptor, la característica de radiación o de recepción de la antena correspondiente en el rotor y/o en el estator determina sustancialmente la calidad de la transmisión de datos. Para ello es deseable una calidad de emisión o de recepción lo más constante posible en cualquier posición angular. Una calidad de emisión y/o de recepción inferior a la óptima da lugar inmediatamente a un aumento de la tasa de errores en la transmisión de datos.

De este modo, por ejemplo, una espira de alambre adaptada a la frecuencia de emisión o de recepción así como a las condiciones geométricas de borde que discurre en dirección perimetral del rotor o del estator a lo largo de su dirección perimetral condicionada físicamente, dispone de uno o más mínimos de radiación o de recepción. Ello da lugar, debido al movimiento de rotación del rotor, a una fuerte modulación de la amplitud, que tiene un efecto inmediato sobre la posibilidad de reconstrucción de datos en el lado del receptor. Lo mismo aplica de forma análoga a antenas dipolos. También en este caso existen mínimos en la característica espacial de radiación o de recepción, que tienen un efecto negativo sobre la calidad de transmisión.

Los elementos de recepción por radio comercialmente disponibles disponen en la zona de entrada de la antena de un amplificador variable, cuyo factor de amplificación se adapta mediante una espira de regulación a la señal recibida. Esta regulación dispone de una respuesta de régimen transitorio que tiene un efecto negativo sobre la transmisión de datos para velocidades elevadas de rotación, de tal forma que en muchas ocasiones no es posible una recepción o sólo es posible una recepción con una elevada tasa de errores. En un caso de este tipo, se puede reducir la tasa de errores mediante el uso de procedimientos de codificación, que permiten una detección de errores (por ejemplo, comprobación CRC), así como mediante una transmisión múltiple de datos, es decir, mediante la emisión repetida de las palabras individuales de datos a transmitir. Sin embargo, ello da lugar a una reducción de la tasa efectiva de transferencia de datos, lo que en muchas áreas de aplicación resulta indeseado.

Las antenas de emisión y de recepción comercialmente disponibles no están concebidas para el uso en estructuras rotacionalmente simétricas. Si bien para este tipo de antenas viene dada por principio una característica rotacionalmente simétrica, la antena debería estar montada en dirección axial y disponer al mismo tiempo de una vista libre a la antena contraria correspondiente, para que la característica rotacionalmente simétrica pudiera aportar algo. Sin embargo, esto no es posible por motivos constructivos, dado que la electrónica de rotación siempre se tiene que montar en el perímetro de un eje, de tal forma que no se da el estado de vista libre en dirección axial.

Sería imaginable una solución en la que la posición angular actual relativa con respecto a una posición de referencia se mida constantemente mediante un sistema de sensores adecuado con respecto al rotor, y que la transmisión de datos se produzca siempre limitada a un segmento angular determinado, en el que se garantiza una buena calidad de transmisión. Si bien de este modo sería posible la disponibilidad comercial de este tipo de antenas, esta solución tiene los inconvenientes de un elevado coste para determinar y elaborar la posición angular del rotor, así como una reducción necesaria de la tasa de datos que se puede lograr.

El objetivo de la invención es por lo tanto lograr una disposición de antena para un dispositivo de este tipo, que permita una transmisión de datos sin fallos con una elevada tasa de datos.

Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se recogen conformaciones ventajosas.

La invención se basa en la combinación de una pluralidad de antenas, si bien ninguna de ellas dispone por sí sola de la característica radialmente simétrica de radiación o recepción deseada con respecto a las dos piezas de la máquina a conectar entre sí a través de un recorrido inalámbrico de transmisión, cuyas características individuales dan lugar sin embargo con una interconexión de las antenas y una alimentación adecuada en el lado emisor o una superposición adecuada de las señales individuales en el lado receptor, a una característica global aproximadamente radialmente simétrica para la transmisión. Para ello es suficiente en principio con la utilización de una combinación de antenas de este tipo bien en el lado del emisor o bien en el lado del receptor, si bien se puede incrementar el efecto mediante el uso de las mismas a ambos lados.

Una primera variante ventajosa de la realización consiste en un solapamiento mutuo espacial de las antenas individuales en dirección perimetral de la rotación. Un solapamiento de este tipo da lugar para una elección adecuada del desplazamiento mutuo de las antenas individuales en dicha dirección perimetral mediante un solapamiento correspondiente de las características individuales de transmisión a una característica global con un extremo sustancialmente menos marcado.

Una segunda variante ventajosa de la realización consiste en una alimentación desplazada en fase de varias antenas de emisión en el orden de la dirección perimetral de rotación y/o un solapamiento desplazado en fase correspondiente de las señales de recepción de varias antenas de recepción.

De las reivindicaciones dependientes se pueden deducir otras conformaciones ventajosas de la invención.

A continuación se describen ejemplos de realización de la invención con referencia a los dibujos. En ellos se muestra:

fig. 1 un diagrama de bloques de un sistema inalámbrico de sensores para una máquina de proceso,

fig. 2 una vista de la sección longitudinal de piezas de una máquina de proceso equipada con un sistema inalámbrico de sensores,

fig. 3 un diagrama de bloques en una primera disposición de antenas de acuerdo con la invención,

fig. 4 una vista axial esquemática de la disposición de antenas según la fig. 3,

fig. 5 la interconexión de la disposición de antenas según la fig. 3 y la fig. 4,

fig. 6 un diagrama de bloques de una segunda disposición de antenas de acuerdo con la invención,

fig. 7 una vista axial esquemática de la disposición de antenas según la fig. 6,

fig. 8 una vista axial esquemática de una tercera disposición de antenas de acuerdo con la invención junto con un diagrama de radiación de una antena individual,

fig. 9 los desarrollos en el tiempo de las potencias de recepción de las antenas individuales de la fig. 8,

fig. 10 el desarrollo en el tiempo de la superposición de las potencias de recepción de la fig. 9.

En las máquinas de proceso automáticas modernas existe una tendencia al uso de sistemas inalámbricos de sensores para la detección del desarrollo de los parámetros de proceso tales como, por ejemplo, valores de fuerza, de par y de temperatura. La fig. 1 muestra un diagrama de bloques de un sistema de sensores de este tipo. Para ello, en una pieza rotativa de la máquina en funcionamiento, denominada rotor en lo sucesivo, se encuentra dispuesta la electrónica del rotor 1. Ésta comprende como unidades funcionales esenciales uno o varios sensores 2, como, por ejemplo, calibre extensométrico, un procesamiento de la señal del sensor 3, un microcontrolador 4, un transformador de intensidad...

1. Dispositivo para la transmisión inalámbrica de señales entre dos piezas (17, 23) de una máquina de proceso, una de las cuales rota con respecto a la otra alrededor de un eje (18) durante el funcionamiento de la máquina de proceso, caracterizado porque al menos en una de las dos piezas (17, 23) están dispuestas varias antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) en una distribución al menos aproximadamente uniforme con respecto a la dirección perimetral de la rotación, y porque las antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) están conectadas paralelas entre sí con un dispositivo de emisión (7) y/o con un dispositivo de recepción (12) asignado a la pieza (17, 23) correspondiente para lograr una característica global de transmisión aproximadamente radialmente simétrica.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque en las dos piezas (17, 23) de la máquina de proceso están dispuestas varias antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) en una distribución al menos aproximadamente uniforme con respecto a la dirección perimetral de la rotación.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las antenas individuales (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C) que están dispuestas en la misma pieza de la máquina de proceso, tienen la misma forma entre ellas y están desplazadas en dirección perimetral en un ángulo que toma un valor de al menos aproximadamente 360º dividido entre el número de antenas (8A, 8B, 8C; 108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las longitudes de las antenas individuales (8A, 8B, 8C) se superponen en dirección perimetral de la rotación y las antenas individuales se encuentran dispuestas al menos parcialmente desplazadas entre sí en dirección radial y/o en dirección longitudinal del eje de rotación (18).

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de emisión (7) alimenta a las antenas individuales (8A, 8B, 8C) señales de la misma fase y el dispositivo de recepción (12) superpone entre sí en la misma fase las señales individuales recibidas en las antenas individuales.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de emisión alimenta a las antenas individuales (108A, 108B, 108C) señales desplazadas en fase y/o el dispositivo de recepción superpone entre sí con desplazamiento de fase las señales individuales recibidas en las antenas individuales (13A, 13B, 13C).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el desplazamiento de fase toma un valor de al menos aproximadamente 360º dividido entre el número de antenas (108A, 108B, 108C; 13A, 13B, 13C).