Dispositivo para la medición de espesores de capa.

Dispositivo para la medición del espesor (d) de un revestimiento (B) de agua o hielo sobre una superficie (O),

estando previsto el dispositivo de forma enrasada con la superficie, con un equipo para el envío de señales de radar (10) a través del revestimiento (B) a medir, un equipo para la recepción de las señales de radar (20) que son reflejadas por la superficie límite (G) del revestimiento (B) opuesta a la superficie y un equipo para el establecimiento del espesor del revestimiento (30) a partir de una comparación de fases de las señales de radar enviadas por el equipo para el envío (10) y las señales de radar recibidas por el equipo para la recepción (20); estando unido el equipo para el envío de señales de radar (10) con un equipo de antena (40), estando previsto delante del equipo de antena (40) un equipo de protección (41) de plástico o cerámica, estando previsto el equipo de protección de forma enrasada con la superficie, que comprende además un equipo para el registro de la temperatura (T) del revestimiento.

Dispositivo para la medición de espesores de capa.

Campo de la invención La invención se refiere a un dispositivo para la medición del espesor de un revestimiento sobre una superficie, concretamente, de un revestimiento de agua o hielo.

Estado de la técnica En el estado de la técnica son conocidos múltiples dispositivos para la medición del espesor de capas. No obstante, en el estado de la técnica no se encuentra ningún dispositivo que se pueda integrar en la superficie y con el que se pueda establecer un espesor variable de un revestimiento que se encuentra sobre la superficie.

Por el documento US 5.381.694 es conocido un reflectómetro para la determinación de espesores de hielo. La energía electromagnética que es reflejada por la superficie superior e inferior del hielo se usa para determinar una diferencia de fases que indica el espesor del hielo.

Por el documento US 3.836.846 son conocidos un dispositivo y un procedimiento para la determinación de la presencia de hielo o agua sobre una carretera o sobre otra superficie mediante microondas reflejadas.

Por el documento WO 86/01176 es conocido un instrumento de medición de hielo que comprende un guía-ondas. La frecuencia de resonancia del guía-ondas depende de la presencia y/o espesor de hielo en el lugar de la medición.

Mongia y col. (MONGIA R K Y COL: “DIELECTRIC RESONATOR ANTENNAS – A REVIEW AND GENERAL DESIGN RELATIONS FOR RESONANT FREQUENCY AND BANDWIDTH”, INTERNATIONAL JOURNAL OF

MICROWAVE AND MILLIMETER-WAVECOMPUTER-AIDED ENGINEERING, WILEY, NEW YORK, vol. 4, Nº 3, páginas 230-247) da una visión general acerca de resonadores dieléctricos abiertos.

Exposición de la invención La invención, por lo tanto, se basa en el objetivo de crear un dispositivo que posibilite una medición de un espesor variable de un revestimiento.

Este objetivo se resuelve mediante un dispositivo para la medición del espesor de un revestimiento sobre una superficie de acuerdo con la reivindicación 1.

Debido a que los rayos de radar se emiten de tal manera que atraviesan el revestimiento y se reflejan en la superficie límite del revestimiento opuesta a la superficie, se puede integrar el dispositivo de acuerdo con la invención de tal manera en la superficie, que se puede establecer de forma sencilla el espesor de un revestimiento de agua o hielo que se encuentra sobre la superficie.

Correspondientemente a un perfeccionamiento preferente de la invención, el equipo para el establecimiento del espesor puede mezclar las señales de radar enviadas por el equipo para la emisión y las señales de radar recibidas por el equipo para la recepción. Con una relación establecida previamente entre la diferencia de fases y el espesor del revestimiento se puede asignar, finalmente, una diferencia de fases medida a un espesor determinado del revestimiento y, de este modo, se puede establecer el espesor del revestimiento.

Por ello, de forma sencilla y económica se puede implementar un equipo para establecer el espesor. Particularmente, para esto se puede recurrir a procedimientos sencillos y conocidos en el campo de la electrónica.

Ventajosamente, las señales de radar enviadas antes de la mezcla se puede proveer de un desplazamiento de fases de r/2. Gracias a esta medida, las señales enviadas y las recibidas se desplazan adicionalmente entre sí, de tal manera que se puede aumentar la precisión de la medición.

Las realizaciones que se han descrito previamente se pueden perfeccionar ventajosamente en el sentido de que se eleven al cuadrado las señales de radar enviadas y/o recibidas para establecer el espesor del revestimiento. Por ello se consigue una duplicación del intervalo en el que se puede asignar una diferencia de fases entre la señal enviada y la recibida de forma inequívoca a un espesor de revestimiento.

El equipo para enviar señales de radar y el equipo para recibir las señales de radar reflejadas están diseñados para un intervalo de frecuencias de 1 a 100 GHz. Por ello es posible, de forma sencilla, realizar un intervalo de medición en un orden de magnitudes de algunos milímetros. Además, en este intervalo de frecuencias están disponibles equipos de envío y de recepción.

Ventajosamente, el equipo para enviar las señales de radar y el equipo para recibir las señales de radar reflejadas trabajan en la banda de ISM. Esta banda está liberalizada a nivel mundial, de tal manera que el dispositivo de acuerdo con la invención se puede usar sin problemas. De acuerdo con una realización particularmente preferente se usa una frecuencia de 2, 45 GHz. Debido a esta frecuencia relativamente reducida se pueden mantener, comparativamente, los costes para la producción del dispositivo (a diferencia de frecuencias mayores) relativamente bajos, de tal manera que se posibilita un uso universal del dispositivo incluso en aplicaciones críticas en cuanto a costes.

El dispositivo puede diseñarse de tal manera que presente una resolución espacial en el intervalo submilimétrico, preferentemente de al menos 0, 1 mm. En este intervalo se pueden conseguir resultados óptimos mediante el dispositivo.

Correspondientemente a otro perfeccionamiento de los dispositivos descritos previamente, el equipo para el envío y el equipo para la recepción pueden estar diseñados para un modo continuo. Gracias a esta medida se puede configurar en particular el equipo para el envío de forma sencilla y, por tanto, económica.

De acuerdo con otra configuración ventajosa de todos los dispositivos descritos previamente, el equipo para el envío de las señales de radar y el equipo para la recepción de las señales de radar reflejadas pueden presentar un equipo de antena común. Por ello se puede asegurar una altura constructiva pequeña del dispositivo, de tal manera que, por ello, se amplía el posible ámbito de uso del dispositivo. Además se simplifica, por el hecho de que se usa conjuntamente un elemento constructivo de dos equipos, la estructura del dispositivo, de tal manera que el dispositivo se puede producir también con costes menores.

Correspondientemente a la invención, el dispositivo está configurado de tal manera que se puede proveer de forma enrasada con la superficie sobre la que se ha de medir el espesor de un revestimiento. En relación con la realización descrita en el último párrafo, el equipo de antena puede estar configurado, ventajosamente, de forma correspondiente a la superficie sobre la que se ha de medir el espesor del revestimiento. Gracias a esta medida, el dispositivo se puede integrar por completo, lo que conduce, por un lado, a una protección aumentada del dispositivo contra daño y, por otro lado, conduce a una medición sin influencia de la forma de la superficie, tal como se requiere en múltiples aplicaciones.

El objetivo que se ha descrito anteriormente además se resuelve mediante un dispositivo para la medición del espesor de un revestimiento sobre una superficie de acuerdo con la reivindicación 8.

En este dispositivo, por el lado abierto del resonador dieléctrico sale un campo de dispersión que se ve influido por las propiedades eléctricas del medio del revestimiento, es decir, por ejemplo, por el espesor y el material de revestimiento. Expresado de otro modo, mediante el resonador dieléctrico y el medio limitante se configura un circuito de resonancia, cuya frecuencia depende de la permisividad del medio limitante. Además, cambia la calidad del circuito de resonancia dependiendo de la naturaleza del medio, lo que conduce a una modificación de la amplitud. De este modo, mediante la medición de la frecuencia y la amplitud se puede establecer el espesor del revestimiento. Además, la medición de las dos magnitudes permite una capacidad de diferenciación aumentada entre distintos medios.

Al igual que con la primera solución que se ha descrito anteriormente y a diferencia de los dispositivos conocidos por el estado de la técnica, con estos dispositivos de acuerdo la invención se puede determinar el espesor del revestimiento desde el lado de la superficie. A partir de esto se obtiene, en particular, la ventaja de que se minimizan las influencias parásitas que están provocadas, por ejemplo, por reflexiones de objetos que se encuentran en proximidad del revestimiento.

Particularmente en la segunda solución, el campo de dispersión generado está muy limitado espacialmente, de tal manera que se pueden despreciar las influencias parásitas, por ejemplo, durante el uso del dispositivo para la medición del espesor de agua o hielo sobre un firme, de un suelo de vehículo.

Ventajosamente, en este caso, el resonador puede presentar un disco cerámico con una elevada permeabilidad. Por ello es posible... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la medición del espesor (d) de un revestimiento (B) de agua o hielo sobre una superficie (O) , estando previsto el dispositivo de forma enrasada con la superficie, con un equipo para el envío de señales de radar

(10) a través del revestimiento (B) a medir, un equipo para la recepción de las señales de radar (20) que son reflejadas por la superficie límite (G) del revestimiento (B) opuesta a la superficie y un equipo para el establecimiento del espesor del revestimiento (30) a partir de una comparación de fases de las señales de radar enviadas por el equipo para el envío (10) y las señales de radar recibidas por el equipo para la recepción (20) ; estando unido el equipo para el envío de señales de radar (10) con un equipo de antena (40) , estando previsto delante del equipo de antena (40) un equipo de protección (41) de plástico o cerámica, estando previsto el equipo de protección de forma enrasada con la superficie, que comprende además un equipo para el registro de la temperatura (T) del revestimiento.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el equipo para el establecimiento del espesor mezcla las señales de radar enviadas por el equipo para el envío y las señales de radar recibidas por el equipo para la recepción.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que se proveen las señales de radar enviadas, antes de la mezcla, de un desplazamiento de fases de r/2.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el equipo para el envío de señales de radar (10) y el equipo para la recepción de las señales de radar (20) reflejadas están diseñados para un intervalo de frecuencias de 1 a 100 GHz.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el equipo para el envío de las señales de radar y el equipo para la recepción de las señales de radar reflejadas están diseñados para la banda ISM, preferentemente para una frecuencia de 2, 45 GHz.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el equipo para el envío y el equipo para la recepción están diseñados para el modo continuo.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el equipo para el envío de las señales de radar y el equipo para la recepción de las señales de radar reflejadas presentan un equipo de antena (40) común.

8. Dispositivo para la medición del espesor (d) de un revestimiento (B) sobre una superficie (O) , concretamente un revestimiento de agua o hielo, con un resonador (80) dieléctrico abierto en dirección del revestimiento a medir, que está formado por un disco cerámico cilíndrico que está metalizado a excepción del lado orientado hacia el revestimiento, presentando el lado opuesto al revestimiento escotaduras en el metalizado, un equipo de evaluación

(82) acoplado al resonador (80) dieléctrico para la alimentación del resonador dieléctrico con una frecuencia variable, un equipo de detección (81) para el establecimiento de la amplitud del resonador (80) dieléctrico dependiendo de la frecuencia alimentada y un equipo (83, 84) para el establecimiento del espesor del revestimiento a partir de la amplitud establecida del resonador dieléctrico y la frecuencia alimentada, que comprende además un equipo para el registro de la temperatura (T) del revestimiento.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el resonador está diseñado para la banda ISM, preferentemente para una frecuencia de 5, 8 GHz.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 9, en el que el equipo de detección presenta un detector de diodos.

11. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el equipo de evaluación presenta un sintetizador digital.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el equipo de evaluación y el equipo de detección están controlados mediante un microprocesador.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12, en el que el equipo para el registro de la temperatura del revestimiento está configurado en forma de un sensor de temperatura (50) dispuesto en la superficie.

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que está previsto un equipo para el registro del contenido de sal (S) del revestimiento.

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el equipo para el registro del contenido de sal (60) está previsto en forma de dos electrodos (61 a, 61 b) dispuestos en la superficie y que se ponen en contacto con el revestimiento y un equipo para la medición de la resistencia entre los dos electrodos.

16. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que está diseñado de tal manera que el espesor establecido del revestimiento y/o la temperatura registrada y/o el contenido registrado de sal se pueden

transmitir a un dispositivo de gestión del tráfico.

17. Equipo de control para un dispositivo de descongelación con un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 y un equipo que emite una señal al equipo de descongelación para la puesta en marcha del mismo cuando mediante el equipo para el registro de la temperatura y/o mediante el equipo para el registro del

contenido de sal se ha establecido que en el caso del revestimiento se trata de hielo.

18. Uso de un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 para la determinación de la altura de precipitaciones de agua, hielo y/o nieve sobre un revestimiento de carril.

19. Uso de un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 para la medición del espesor de capas de hielo sobre turbinas eólicas.

20. Uso de un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 16 para la medición del espesor de capas de hielo sobre planos sustentadores de aparatos voladores.