Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo.

Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo que comprende dos o más osciladores digitales que contienen al menos una bobina de medida (I,

II, III, IV), caracterizado porque un primer oscilador contiene como oscilador de medida una bobina de media (I, II, III, IV) que, debido a variaciones de inductividad que son generadas por un elemento de medida móvil en función del grado de recubrimiento entre la bobina de medida y el elemento de medida, modifica una frecuencia de impulso (f en función de s; f Med) del oscilador de medida, y porque un segundo oscilador contiene como oscilador de medida o de referencia una bobina de medida o de referencia (I, II, III, IV), estando definida la bobina de referencia por el hecho de que esté completamente cubierta o completamente sin cubrir por el elemento de medida móvil, de modo que la frecuencia de impulso (f en función de h; f en función de T) del oscilador de referencia correspondiente (Ref-Alta; Ref-Baja) no dependa del grado de recubrimiento, y con un circuito de evaluación digital en el que se cuentan y contabilizan las frecuencias de impulso (f; F), y cuando el segundo oscilador contiene una bobina de medida, las dos bobinas de medida están dispuestas una tras otra en la dirección de movimiento del elemento de medida de modo que aumenta el recubrimiento parcial de una bobina de medida cuando disminuye el recubrimiento parcial de la otra bobina de medida, con lo que se modifican en sentidos contrarios las frecuencias de impulsos que se deben evaluar.

Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo.

La invención concierne a un dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo que comprende dos, tres o cuatro osciladores digitales que contienen cada uno de ellos una bobina de medida o una bobina de referencia. Las bobinas de medida o de referencia forman una disposición de bobinas en cuya proximidad ocupa un elemento de medida móvil una posición determinada o una ubicación angular determinada. El elemento de medida puede pertenecer, por ejemplo, a un sensor de engranaje que está incorporado en una transmisión de un vehículo automóvil. En este caso de aplicación, el elemento de medida está unido mecánicamente con un miembro de ajuste selector de marcha dentro de la transmisión. En particular, el miembro de ajuste selector de marcha puede ser un balancín de cambio de una transmisión de doble embrague. El elemento de medida puede estar adaptado a un movimiento rectilíneo de un miembro de ajuste o al movimiento de forma de arco de círculo de, por ejemplo, el balancín de cambio. En el segundo caso, el elemento de medida, que es guiado por medio de una disposición de bobinas realizada entonces en forma de arco de círculo, está curvado sobre sí mismo de manera correspondiente a la dirección de movimiento. El dispositivo inductivo de medida de posición hace posible un retroaviso referente a qué marcha está justamente metida en una transmisión automática. Además, detecta con proximidad en el tiempo y exactitud de posición el desarrollo del proceso de cambio interno a la transmisión, por ejemplo el movimiento del balancín de cambio citado entre las posiciones "engrane con un anillo de sincronización A" "centro" y "engrane con un anillo de sincronización B" en la transmisión de doble engrane.

El dispositivo de medida inductivo trabaja preferiblemente según el principio del sensor de corrientes parásitas. En el marco de la invención es posible también lograr las variaciones de inductividad en el dispositivo de medida por medio de elementos de medida de materiales magnéticos blandos, como, por ejemplo, ferritas. Sin embargo, en lo que sigue se considera como ejemplo no una amplificación del campo magnético, sino un debilitamiento de dicho campo magnético. El campo magnético de la bobina de medida genera en un elemento de medida eléctricamente conductivo unas corrientes parásitas que retroactúan sobre la bobina. Entre otras cosas, la inductividad de la bobina de medida es influenciada por la situación espacial del elemento de medida con relación a la bobina. Esta inductividad variable determina juntamente con la capacidad de un condensador la frecuencia propia de un oscilador correspondiente que puede estar configurado, por ejemplo, como un oscilador de Colpitts. La evaluación de la frecuencia propia permite la medición de posición (i) con una buena resolución de lugar dentro de una zona de medida de, por ejemplo, 24 mm y (ii) con una buena resolución de tiempo de, por ejemplo, 1 ms.

El documento DE 42 37 879 A1 revela un circuito de evaluación para un sensor inductivo de configuración análoga. Dos bobinas de medida están conectadas como un sensor diferencial, es decir que se modifican las inductividades de las dos bobinas en sentidos contrarios en función de la ubicación detectada de un núcleo. Cada bobina de medida es hecha funcionar junto con dos condensadores como un oscilador que se ha completado con un amplificador inversor para obtener un oscilador de Colpitts digital. La señal de salida de este oscilador puede ser procesada de inmediato adicionalmente en un circuito de evaluación digital. La duración de la oscilación del oscilador se determina liberando un contador por medio de la señal del oscilador y deteniendo dicho contador después de transcurridos, por ejemplo, dos periodos de oscilación. El estado de cómputo del contador se incrementa en sincronismo con una frecuencia de cadencia que es suministrada por un oscilador separado y que es sensiblemente más alta que la frecuencia del oscilador del sensor. A continuación, se restan los estados de cómputo de los dos osciladores contrapuestos del sensor y se entregan estos estados como resultado de medida digital.

Se conoce por el documento DE 40 38 515 A1 otro dispositivo de medición de longitud o de ángulo. Éste se emplea, por ejemplo, en vehículos automóviles para regular el nivel de la carrocería o medir la posición angular del cigüeñal. Como problemas del dispositivo de medida se nombran un intervalo grande de temperatura y otras influencias negativas de condiciones ambientales. Una bobina de exploración es siempre parte de un circuito oscilante LC que a su vez es hecho funcionar por un oscilador de exploración regulado. El circuito del oscilador y el circuito oscilante generan como circuito analógico una tensión alterna cuya frecuencia es determinada por el circuito oscilante, pero que no se modifica sensiblemente durante la medición. Por el contrario, se emplean varios osciladores de exploración yuxtapuestos cuyos circuitos oscilantes son influenciados en su amplitud por amortiguación o no amortiguación desde varias trazas de código paralelas. Para eliminar una diafonía perturbadora entre las bobinas de exploración se ajustan los circuitos oscilantes a frecuencias de resonancia algo diferentes. Para atenuar cada bobina de exploración se emplea una respectiva traza binaria calibrada en la unidad de longitud, constituida alternativamente por secciones metálicamente conductoras y no conductoras. Para obtener resultados medida seguros en un intervalo grande de temperatura se ha previsto un oscilador de referencia adicional que es sustancialmente de la misma construcción que los osciladores de exploración y está dispuesto espacialmente de modo que queda expuesto a las mismas condiciones ambientales que los osciladores de exploración. El oscilador de referencia permanece siempre sin ser atenuado; además, es regulado analógicamente a un funcionamiento con amplitud constante. Su magnitud de regulación, que refleja las influencias del medio ambiente, es aprovechada para controlar la amplitud de los osciladores de exploración propiamente dichos y, por tanto, como valor comparativo para las tensiones de los osciladores de exploración.

Cuando se utilizan dispositivos de medida inductivos de esta clase o una clase semejante en transmisiones se presentan cinco problemas en forma reforzada y reforzándose mutuamente, los cuales van más allá de la dependencia conocida respecto de la temperatura. Por un lado, dentro de la transmisión está básicamente restringido y también limitado debido al principio de medida inductivo el espacio de montaje para una placa de circuito impreso sobre la cual están convenientemente instalados los osciladores y el circuito de evaluación. En segundo lugar, las bobinas aplicadas de forma planar sobre la placa de circuito impreso y los demás componentes de los circuitos de oscilador y evaluación no solo están expuestos a la deriva de temperatura usual, sino que tienen que cooperar fiablemente con el elemento de medida móvil dentro de un intervalo de temperatura que admite en la transmisión temperaturas de funcionamiento comprendidas entre -40ºC y +150ºC. En tercer lugar, además de las dilataciones térmicas causadas por esto, las tolerancias mecánicas en la transmisión influyen sobre la altura de distanciamiento funcionalmente importante entre, por un lado, la bobina de medida planar y, por otro, el elemento de medida de forma de placa que se debe conducir a una distancia lo más constante posible sobre la bobina de medida. Dado que la sensórica inductiva debe resolver, además, una pluralidad de posiciones de transición a lo largo de la ruta de movimiento del miembro de ajuste de cambio de marcha o una pluralidad de ubicaciones angulares, es necesaria, en cuarto lugar, una curva característica lineal del sensor en un intervalo de medida relativamente grande. Por último, en quinto lugar, un fango metálico que se acumule por abrasión en el cárter de aceite de una transmisión, no deberá influir sobre la medición (tal como ocurre, por ejemplo, en el caso de un sensor de Hall, cuyo imán permanente es cambiado de posición por la abrasión del hierro al aumentar la duración de funcionamiento) .

Por este motivo, el problema de la invención consiste en indicar un dispositivo de medida de posición o de ángulo que ahorre espacio, que pueda emplearse en un intervalo de temperatura grande y sea insensible frente a tolerancias mecánicas y frente a la abrasión del objeto de medida y que presente un intervalo de medida de posición o de ángulo lo más grande posible en el que sea lineal la curva característica.

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1. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo que comprende dos o más osciladores digitales que contienen al menos una bobina de medida (I, II, III, IV) , caracterizado porque un primer oscilador contiene como oscilador de medida una bobina de media (I, II, III, IV) que, debido a variaciones de inductividad que son generadas por un elemento de medida móvil en función del grado de recubrimiento entre la bobina de medida y el elemento de medida, modifica una frecuencia de impulso (f en función de s; f Med) del oscilador de medida, y porque un segundo oscilador contiene como oscilador de medida o de referencia una bobina de medida o de referencia (I, II, III, IV) , estando definida la bobina de referencia por el hecho de que esté completamente cubierta o completamente sin cubrir por el elemento de medida móvil, de modo que la frecuencia de impulso (f en función de h; f en función de T) del oscilador de referencia correspondiente (Ref-Alta; Ref-Baja) no dependa del grado de recubrimiento, y con un circuito de evaluación digital en el que se cuentan y contabilizan las frecuencias de impulso (f; F) , y cuando el segundo oscilador contiene una bobina de medida, las dos bobinas de medida están dispuestas una tras otra en la dirección de movimiento del elemento de medida de modo que aumenta el recubrimiento parcial de una bobina de medida cuando disminuye el recubrimiento parcial de la otra bobina de medida, con lo que se modifican en sentidos contrarios las frecuencias de impulsos que se deben evaluar.

2. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 1, caracterizado porque se sincroniza el funcionamiento del circuito de evaluación con ayuda de una frecuencia de sistema (F Sis) que se deriva de la frecuencia de impulso (F Baja) de uno de los osciladores.

3. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las frecuencias de impulso (F Med, F Ref, F Alta, F Baja) contadas en el circuito de evaluación digital se contabilizan por parejas.

4. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por al menos una bobina de referencia (I, II, III, IV) .

5. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 4, caracterizado porque un segundo oscilador contiene como oscilador de referencia baja (Ref Baja) una bobina de referencia (I, II, III, IV) no cubierta por el elemento de medida móvil, de modo que una frecuencia de impulso (f en función de T; F Baja) del oscilador de referencia baja (Ref Baja) sirve para compensar parámetros que influyen sobre la frecuencia, tales como, por ejemplo, la temperatura ambiente (T) y el envejecimiento de los componentes.

6. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 4, caracterizado porque un segundo oscilador contiene como oscilador de referencia alta (Ref Alta) una bobina de referencia (I, II, III, IV) completamente cubierta por el elemento móvil, de modo que una frecuencia de impulso (f en función de h; F Alta) del oscilador de referencia alta (Ref Alta) sirve para compensar variaciones no deseadas de la altura de distanciamiento

(h) de las bobinas (I, II, III, IV) respecto del elemento de medida.

7. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 4, caracterizado porque un segundo oscilador contiene como oscilador de referencia baja (Ref Baja) una bobina de referencia (I, II, III, IV) no cubierta por el elemento de medida móvil, de modo que una frecuencia de impulso (f en función de T; F Baja) del oscilador de referencia baja (Ref Baja) sirve para compensar parámetros que influyen sobre la frecuencia, tales como, por ejemplo, la temperatura ambiente (T) y el envejecimiento de los componentes,

y porque un tercer oscilador contiene como oscilador de referencia alta (Ref Alta) una bobina de referencia (I, II, III, IV) completamente cubierta por el elemento móvil, de modo que una frecuencia de impulso (f en función de h; F Alta) del oscilador de referencia alta (Ref Alta) sirve para compensar variaciones no deseadas de la altura de distanciamiento (h) de las bobinas (I, II, III, IV) respecto del elemento de medida.

8. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo oscilador y un tercer oscilador contienen como osciladores de referencia alta sendas bobinas de referencia completamente cubiertas por los elementos de medida móviles, de modo que las frecuencias de impulso de los osciladores de referencia alta sirven para compensar variaciones no deseadas de la altura de distanciamiento de las bobinas respecto del elemento de medida y para compensar una basculación no deseada del elemento de medida en la dirección de medida.

9. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 8, caracterizado porque un cuarto oscilador contiene como oscilador de referencia alta una bobina de referencia completamente cubierta por el elemento de medida móvil, de modo que también la frecuencia de impulso de este oscilador de referencia alta sirve para compensar variaciones no deseadas de la altura de distanciamiento de las bobinas respecto del elemento de medida y para compensar una basculación no deseada del elemento de medida en cualquier dirección.

10. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 1, caracterizado porque están dispuestas dos bobinas de medida una tras otra en la dirección de movimiento del elemento de medida de modo que

aumenta el recubrimiento parcial de una bobina de medida cuando disminuye el recubrimiento parcial de la otra bobina de medida, con lo que las frecuencias de impulso que se deben evaluar se modifican en sentidos contrarios.

11. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 9, caracterizado porque se contabilizan, especialmente se restan, las frecuencias de impulso de una bobina de medida y una bobina de referencia no cubierta para obtener un resultado de medida en el que están compensados los parámetros que influyen sobre la frecuencia, tales como, por ejemplo, la temperatura ambiente y el envejecimiento de los componentes.

12. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 2, caracterizado porque la frecuencia del sistema se deriva de la frecuencia de impulso del oscilador con la bobina de referencia no cubierta.

13. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 7, caracterizado porque se contabilizan las frecuencias de impulso de la bobina de referencia no cubierta y de la bobina de referencia completamente cubierta para obtener un resultado de medida máximo que se aprovecha como valor de normalización a fin de adaptar un tiempo de medida para el cómputo de las frecuencias de impulso de los osciladores.

14. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 7, caracterizado porque están dispuestas tres bobinas en forma planar sobre una placa de circuito impreso.

15. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 7, caracterizado porque al menos una de las tres bobinas está montada como un componente discreto sobre la placa de circuito impreso, estando especialmente soldada en modo de construcción SMD.

16. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 15, caracterizado porque dos bobinas se han grabado al ácido en forma planar sobre la placa de circuito impreso.

17. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 8, caracterizado porque la bobina de medida planar presenta una forma básica rectangular que está ensanchada, especialmente ensanchada en forma de trapecio, en una zona extrema parcialmente cubierta.

18. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque cada oscilador digital comprende, aparte de la bobina de medida o de referencia, dos condensadores determinantes de la frecuencia, una resistencia y un inversor.

19. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque se cuentan las frecuencias de impulso de los osciladores digitales en contadores asíncronos.

20. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 2, caracterizado porque se sincroniza el funcionamiento de una parte síncrona del circuito de evaluación con ayuda de una frecuencia del sistema que se deriva, directamente o por medio de un divisor digital, de la frecuencia de impulso de uno de los osciladores.

21. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 9, caracterizado porque un quinto oscilador contiene como oscilador de alta frecuencia otra bobina de referencia cubierta completamente por el elemento de medida móvil, de modo que, para realizar la compensación, se pueden registrar una distancia media y una basculación por medio de cuatro mediciones de distancia y se pueden transponer éstas analíticamente a la zona de la bobina de medida.

22. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 9 ó 21, caracterizado porque un oscilador adicional contiene como oscilador de medida una bobina de medida, estando las dos bobinas de medida dispuestas una tras otra en la dirección de movimiento del elemento de medida de modo que aumenta el recubrimiento parcial de una bobina cuando disminuye el recubrimiento parcial de la otra bobina, con lo que las frecuencias de impulso que se deben evaluar se modifican en sentidos contrarios.

23. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 22, caracterizado por unas bobinas de medida adicionales en la dirección de movimiento del elemento de medida.

24. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo con dos bobinas de medida según cualquiera de las reivindicaciones 23, 24 ó 25, caracterizado porque las bobinas de medida planares presentan una forma básica rectangular (figura 1) .

25. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo nuevamente según la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque las bobinas de medida planares presentan una forma básica rectangular que está ensanchada en una zona extrema parcialmente cubierta (figura 5) .

26. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 25, caracterizado porque las bobinas de medida están ensanchadas con forma de trapecio en una zona extrema (figura 5) .

27. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque

las bobinas de medida presentan una forma básica triangular y encajan una dentro de otra como bobinas 5 diferenciales con una separación diagonal (figura 1a) .

28. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo oscilador contiene una bobina de medida redundante (2) , es decir que la segunda bobina de medida (2) está dispuesta por debajo o por encima de la primera bobina de medida (1) en la zona de medida de ésta.

29. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 28, caracterizado porque una o 10 varias bobinas de medida adicionales (3, 4) están dispuestas en serie con la segunda bobina de medida (2) .

30. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 29, caracterizado porque las bobinas de medida redundantes (2, 3, 4) permiten una medición de recorrido segmentada (S3, S4, S5) en la figura 15a; 2, 3, 4 en la figura 16) .

31. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según la reivindicación 30, caracterizado porque la

disposición de bobinas segmentada redundante (2, 3, 4 en la figura 16) solapa parcialmente a la primera bobina de medida (1) .

32. Dispositivo inductivo de medida de posición o de ángulo según cualquiera de las reivindicaciones 28 a 31, caracterizado porque la disposición de bobinas segmentada redundante (2, 3, 4) es más larga que el elemento de medida móvil en la dirección de medida.