La invención consiste en un sensor de desplazamiento mediante cavidades electromagnéticas resonantes (7,

8). Un recipiente (1) conductor que forma una o varias cavidades resonantes, unido a un miembro solidario (3), varía su geometría en función de un desplazamiento del miembro. La variación en la geometría de la/las cavidades resulta en una variación de los parámetros de resonancia. Dichos parámetros son mesurables y a partir de los mismos se calcula el desplazamiento. Gracias a este sistema se pueden medir con gran precisión desplazamientos en el orden de los nanómetros.

5 SENSOR DE DESPLAZAMIENTO BASADO EN CAVIDADES DE RADIOFRECUENCIA RESONANTES.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

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La presente invención se refiere a un sensor de desplazamiento. Más en particular, a un sensor que utiliza las variaciones de magnitudes físicas electrónicas y electromagnéticas oscilantes de un 15  circuito resonante.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sensores para medir desplazamiento aprovechan la 20  variación de una cierta magnitud física producida al cambiar la posición de un objeto. La magnitud física que cambia puede ser de muy diversa naturaleza y por ello existen múltiples tipos de sensores de posición disponibles en el mercado.

25  Sin embargo, cuando se trata de medir desplazamientos a escala muy pequeña (micras o nanómetros) , los principios físicos que pueden aprovecharse son más escasos y más difíciles de medir con precisión. Tres grandes familias de sensores son empleadas normalmente 30  para medidas de pequeños desplazamientos: sensores inductivos, interferometría láser y sensores capacitivos. Los sensores de tipo inductivo son muy abundantes, baratos y funcionan razonablemente bien para medida de 35  desplazamientos relativamente grandes (mayores que la

micra) . Por debajo de esta escala es más usual emplear interferometría láser, aunque esta es una solución bastante cara y además la resolución de este tipo de medida viene condicionada por la propia longitud de

recientemente expresamente para estas aplicaciones. Los sensores capacitivos tienen un coste medio-alto y buenas prestaciones, aunque requieren de una electrónica adicional bastante delicada. Otro tipo de sensor descrito en la patente PCT/US/1992007365 usa el principio de reflexión de ondas de radiofrecuencia. Resulta un sensor sencillo pero solamente aplicable para medir extensión de cilindros hidráulicos, y con precisión a lo sumo centimétrica.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto resolver el problema técnico de medir desplazamientos muy pequeños (del orden de los nanómetros) con alta precisión de manera sencilla y económica. Esto es posible gracias a un sensor de desplazamiento y un método según las reivindicaciones. El sensor de desplazamiento comprende una o varias cavidades electromagnéticas resonantes de geometría variable acopladas a un miembro solidario y medios para generar una oscilación en la o las cavidades, donde la/las cavidades y el miembro están acopladas de manera que el movimiento del miembro solidario en respuesta a un desplazamiento que se desea medir provoca una variación de la geometría de la o las cavidades de modo que las características de la resonancia son alteradas de forma mesurable. Preferentemente, las cavidades están interconectadas de manera que sus resonancias están acopladas magnéticamente, eléctricamente o de forma mixta. La oscilación puede ser de radio frecuencia o de microondas. Las características de la resonancia mesurables serían la amplitud, la fase, la frecuencia

cavidades para alimentarlas y un circuito oscilador conectado a un segundo extremo. El sensor está formado de preferencia por un recipiente de un material conductor en cuyo interior una o más paredes conductoras flexibles o desplazables dividen el espacio en varias cavidades y el miembro solidario es un vástago en contacto con las paredes internas o externas del recipiente. De preferencia, el sensor comprende dos cavidades acopladas, de manera que el desplazamiento provoca la variación de la geometría de ambas, de forma que las características de la resonancia son alteradas en signo contrario en ambas cavidades.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la presente descripción se adjuntan unas figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo, que describen esquemáticamente varias realizaciones preferenciales del dispositivo de la invención. La figura 1 describe un sensor según un modo de realización de la presente invención. La figura 2 muestra un sensor con dos cavidades. La figura 3 muestra un sensor con tres cavidades.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El sensor de desplazamiento propuesto basa su funcionamiento en un principio físico totalmente diferente a los que existen en el estado de la técnica. Este dispositivo introduce el uso de cavidades resonantes de radiofrecuencia en el campo de la nanometrología y basa su funcionamiento en el registro de variaciones de magnitudes físicas electrónicas y electromagnéticas oscilantes del circuito resonante resultante, de cuya amplitud, fase y frecuencia puede extraerse la información de posicionamiento con mucha más alta resolución que con otros procedimientos más habituales. El sensor propuesto, al basar su funcionamiento en principios electromagnéticos totalmente distintos, es capaz de obtener resoluciones nanométricas, puede emplearse para medir el desplazamiento de cualquier tipo de elemento y hace un uso totalmente innovador de las cavidades de radiofrecuencia resonantes. Sus características aportan una alternativa de medida de resolución comparable o mejor a la proporcionada por las otras tecnologías descritas en el ámbito de la nanometrología, manteniendo a la vez un coste moderado.La invención se refiere a un nuevo sensor de desplazamiento lineal, de muy alta resolución (nanométrica) , basado en un principio físico diferencial que utiliza cavidades resonantes de radio

problema técnico de medir desplazamientos muy pequeños (del orden de los nanómetros) , que la mayoría de los sensores de posición existentes en la actualidad no son capaces de resolver. Su interés en el campo de la nanociencia y nanotecnología es por tanto notable.

La invención consiste en al menos una cavidad resonante cuya geometría o dimensiones puede modificarse mediante el accionamiento de un vástago transmisor de movimiento. Las cavidades se alimentan con una señal de radio frecuencia o microondas de modo que resuenen a cierta frecuencia. Si se produce un desplazamiento sobre el vástago, esto modifica la geometría de las cavidades y consecuentemente cambian los parámetros de su respuesta oscilante. Dichos cambios se registran y a partir de ellos se obtiene el desplazamiento producido.

El dispositivo consta de un recipiente o caja cerrada conductora de la electricidad (1) , subdividida en varios compartimentos (figuras 2 y 3, ref. 7, 8, 10) por medio de paredes también conductoras de la electricidad (2, 9) . Por medio de un vástago (3) se transmite a la caja el desplazamiento que se quiere medir. Un circuito de radio frecuencia o microondas (4) alimenta la caja a través de un cable (5) , y recibe la respuesta de la misma a través de otro cable (6) . Esta respuesta oscilante depende fundamentalmente del desplazamiento del vástago y permite resolver movimientos con mucha mejor resolución que mediante técnicas basadas en medida de magnitudes físicas convencionales como inducciones o capacidades.

En el caso de una sola cavidad (figura 1) , el mismo recipiente (1) estaría fabricado con un material flexible, deformable o desplazable, capaz de variar su geometría en respuesta al movimiento del vástago.

El dispositivo puede por tanto emplearse en aplicaciones industriales donde se requieran medidas de posición de elementos mecánicos y en micro y nanometrología en general, conectando el elemento cuyo desplazamiento se desea medir al vástago transmisor de movimiento. El cuerpo del dispositivo se puede construir con un recipiente metálico conductor cerrado flexible dotado de una o más paredes interiores también metálicas conductoras flexibles que compartimenten el recipiente en varios sub-compartimentos cerrados. Estos subcompartimentos pueden funcionar a modo de cavidades resonantes si se alimentan a través de un cable coaxial conectado por un extremo al recipiente y por el otro extremo a un circuito oscilador de radio frecuencia o microondas. El vástago transmisor de movimiento del dispositivo puede construirse con una varilla en contacto con la pared o paredes internas o externas del recipiente. La respuesta del dispositivo...

1. Sensor de desplazamiento que comprende una (1) o varias cavidades electromagnéticas resonantes de geometría variable (7, 8, 10) , acopladas a un miembro solidario (3) y medios para generar una oscilación en la o las cavidades (5, 4) , caracterizado porque la/las cavidades y el miembro están acopladas de manera que el movimiento del miembro solidario en respuesta a un desplazamiento que se desea medir provoca una variación de la geometría de la o las cavidades de modo que las características de la resonancia son alteradas de forma mesurable.

2. Sensor de desplazamiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque las cavidades

3. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la oscilación es de radio frecuencia.

4. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1-2 caracterizado porque la oscilación es de microondas.

5. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las características de la resonancia son la amplitud, la fase, la frecuencia están interconectadas de manera que sus resonancias están acopladas magnéticamente, eléctricamente o de forma mixta.

o una combinación de éstas.

6. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un cable o medio transmisor de señal eléctrica (5) conectado a un primer extremo de la o las cavidades para alimentarlas y un circuito oscilador (6) conectado a un segundo extremo.

interior una o más paredes conductoras flexibles o desplazables (2, 9) dividen el espacio en varias cavidades (7, 8, 10) y porque el miembro solidario es un vástago (3) en contacto con las paredes internas o externas del recipiente.

8. Sensor de desplazamiento según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende dos cavidades acopladas (7, 8) de manera que el desplazamiento provoca la variación de la geometría de ambas, de forma que las características de la resonancia son alteradas en signo contrario en ambas cavidades.

9. Método de detección y medición de un desplazamiento mediante el uso de cavidades magnéticas resonantes, en donde el método comprende los pasos de: -acoplar un miembro transmisor del movimiento (3) al objeto cuyo desplazamiento se quiere medir -transmitir el desplazamiento producido en el miembro

(3) a una o varias cavidades resonantes (7, 8) acopladas a éste, de manera que la geometría de las cavidades varíe con el desplazamiento -medir la variación de las características de la oscilación resonante en la o las cavidades, que es función de dicha variación geométrica.

10. Método según la reivindicación 9 caracterizado porque la oscilación resonante en las cavidades se acopla magnéticamente, eléctricamente o de forma mixta.

11. Método de desplazamiento según las reivindicaciones 9 ó 10, en el que el desplazamiento que se desea medir provoca la variación de la geometría de dos cavidades (7, 8) , de manera que las características de la resonancia son alteradas en signo contrario en ambas cavidades.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la oscilación es de radio frecuencia.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la oscilación es de microondas.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque las características de la resonancia son la amplitud, la fase, la frecuencia o una combinación de éstas.