Procedimiento y dispositivo para la medición de la distancia por medio de sensores capacitivos o inductivos.

Procedimiento para la medición de la influencia o del tiempo de propagación de campos o bien de modificacionesde campos eléctricos y/o magnéticos con las etapas:

- transmisión de una pluralidad de primeras modificaciones temporales, sincronizadas por un control de pulsode reloj (11), del campo eléctrico y/o magnético por medio de al menos un elemento que genera la primeramodificación del campo en al menos un receptor en una zona activa del sensor (14), en el que un objeto (O)influye sobre las primeras modificaciones del campo como consecuencia de la aproximación, presencia y/odistancia del objeto (O), en el que cada una de estas primeras modificaciones del campo está constituidapor intervalos de tiempo de conexión A y B sucesivos en el tiempo,

- transmisión de una pluralidad de segundas modificaciones temporales, sincronizadas por el control depulso de reloj (11) con el mismo pulso de reloj, del campo eléctrico y/o magnético por medio de al menos unelemento, que genera la segunda modificación del campo, en el receptor, en el que las segundasmodificaciones del campo se encuentran en pausas del impulso de las primeras modificaciones del campoy cada una de estas segundas modificaciones del campo está constituida, respectivamente, por intervalos de tiempo de conexión C y D sucesivos en el tiempo y las segundas modificaciones del campo sondesplazables por medio de un desplazador de fases temporalmente con relación a las primerasmodificaciones del campo,

- recepción de las primeras y de las segundas modificaciones del campo por medio del al menos un receptor,

- cálculo de la señal de recepción en el receptor, que resulta de las primeras y de las segundasmodificaciones del campo,

- división de la señal de recepción (S13) en las zonas, que corresponden a los intervalos de tiempo deconexión A, B, C y D, por medio de un circuito de puerta en el pulso de reloj del control de pulsos de reloj(11),

- comparación sincronizada de un intervalo de tiempo de conexión B respectivo de las primerasmodificaciones de campo, respectivamente, con una señal de recepción, que corresponde a un intervalo detiempo de conexión D de las segundas modificaciones de campo, para la generación de un valorcomparativo en la salida de un comparador (15), que se utiliza para la regulación de los valores de laamplitud de las primeras y/o de las segundas modificaciones del campo, de tal manera que las seccionesde la señal de recepción, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D, de la señal derecepción son esencialmente de la misma magnitud en su amplitud al menos en la entrada del comparador,

- detección sincronizada de una primera señal alterna de pulso de reloj (TW), recibida durante un intervalo detiempo de conexión A en el receptor, y de una segunda señal alterna de sincronización (TW), recibidadurante un intervalo de tiempo de conexión C en el receptor, cuando la magnitud de las secciones de laseñal recibida, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D, ha sido regulada de talmanera que tiene esencialmente la misma amplitud en las salidas (15a, 15b) del comparador (15)

- determinación de un valor diferencial (S16) mediante la comparación de la primera señal alterna de pulsode reloj (TW) con la segunda señal alterna de pulso de reloj en lo que se refiere a sus amplitudes en otrocomparador (16),

- modificación del valor diferencial (S16) por medio de un desplazador de fases (17) con la finalidad decambiar el retardo de las fases entre las primeras y las segundas modificaciones del campo, hasta que elvalor diferencial (S16) es mínimo, con preferencia cero,

- utilización del retardo del desplazador de fases, que se produce con el valor diferencial mínimo, para ladeterminación de la influencia o del tiempo de propagación de la modificación del campo eléctrico y/omagnético.

Procedimiento y dispositivo para la medición de la distancia por medio de sensores capacitivos o inductivos La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la medición de la influencia o del tiempo de propagación de campos eléctricos y/o magnéticos o bien de modificaciones de campo de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6.

En muchos campos de aplicación debe determinarse la distancia de un objeto de referencia con respecto a otros objetos. Un campo de aplicación de este tipo puede ser, por ejemplo, el reconocimiento de objetos metálicos en la tierra o la aproximación de objetos en el sector del automóvil.

Una posibilidad par la medición de la distancia es la medición del tiempo de propagación de la luz entre un emisor que emite radiación luminosa, un objeto que refleja esta radiación luminosa y un receptor. Una solución de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE 100 22 054 A1 como sensor óptico de distancia, en el que se utiliza el desplazamiento de fases entre los rayos de luz de emisión y los rayos de luz de recepción para la medición de la distancia. A tal fin, se conduce la señal de recepción con una amplitud mínima junto con la tensión de un oscilador a un rectificador síncrono. Por lo tanto, se conduce una señal de medición que procede desde el recorrido de la luz con una señal generada de forma puramente eléctrica a las entradas del rectificador síncrono. Por medio de la señal de salida que se encuentra en la salida del rectificador síncrono se regula a través de la activación de un campo de retardo la señal de entrada hasta un cambio de signo, hasta que el valor medio de las dos señales en la salida es aproximadamente cero. En este caso, el rectificador síncrono tiene el cometido de calcular de manera muy precisa las fases de la señal. Los retardos, las influencias del envejecimiento y de la temperatura condicionados por el componente son referenciados y compensados de manera separada. Incluso en el caso de utilización de un recorrido de luz de referencia se realiza la regulación eléctricamente a través de la influencia del miembro de retardo. De esta manera, se alimenta a un rectificador síncrono clásico la señal de los fotodiodos y la señal transmitida de forma puramente eléctrica desplazada 90º o bien 270º para la detección de las fases. A tal fin, las señales delante del rectificador síncrono son distintas de cero con el objetivo de mantener las secciones respectivas de la señal recibida con la misma longitud.

Se conoce a partir del documento US-A 4.806.848 un procedimiento para la medición capacitiva de la distancia de palas de turbinas de una turbina. La pala de turbina se encuentra en la zona activa del sensor de un sensor de medición, cuyo valor de medición se compara con un valor de referencia. El valor de medición y el valor de referencia son alimentados de forma sincronizada a un detector de fases, en cuya salida se mide la amplitud de la fases y por medio de una sintonización fina se realiza un desplazamiento predeterminado de de las amplitudes sobre una línea de bases. Esta calibración se realiza al comienzo de la medición y se mantiene en adelante constante. No se lleva a cabo una regulación de la amplitud separada de los valores calculados a partir del recorrido de medición y del recorrido de referencia hacia cero antes de la regulación de las fases. Dispositivos similares se conocen a partir de los documentos US-A 4.677.490, US 6.348.862 B1 y DE-A 21 58 320.

Se conoce, además, a partir del documento WO 01/90778 A1 un procedimiento para la medición de la distancia a través de la medición del tiempo de propagación, en el que la señal de medición y la señal de recepción que se apoya en el receptor son activadas con el mismo impulso de reloj. Las señales de activación calculadas de esta manera son desplazadas por medio de un desplazador de fases, de tal manera que las desviaciones de la distancia entre la distancia con relación al objeto de destino, determinada a través de la medición del tiempo de propagación y la distancia real es mínima. El objetivo es optimizar los puntos de exploración con el tiempo de propagación a altas frecuencias.

Se conoce a partir del documento EP 706 648 B1 registrar señales luminosas bajo compensación de influencias externas como influencias de luz extraña, influencias de la temperatura o influencias de envejecimiento entre los emisores de luz y los receptores de luz. Los emisores de luz son accionados a intervalos de tiempo y de forma alterna a través de un generador de impulsos de reloj. La luz regulada en la amplitud de al menos un recorrido de la luz actúa, dado el caso, con la luz de otro emisor de luz, como por ejemplo un fuente de luz de compensación sobre el receptor de luz, de tal manera que se obtiene una señal de recepción sin porciones de la señal sincronizadas. La señal de recepción del receptor de luz es alimentada a un desmodulador de sincronización, que descompone laseñal de recepción de nuevo en los componentes de la señal que corresponden a las dos fuentes de luz. Éstos son comparados en un comparador entre sí, resultando sin porciones de luz extraña una señal que corresponde a un estado cero. Si no existe en la salida del comparador ninguna señal que corresponde a este estado cero, se regula la potencia de radiación, que se alimenta a las fuentes de luz, hasta que se ha alcanzado este estado.

De manera alternativa a la medición del tiempo de propagación de la luz, que no es posible especialmente en medios no transparentes para una radiación de luz, se puede realizar una medición de la distancia, cuando es posible registrar las modificaciones de un campo eléctrico y/o magnético, que resultan como consecuencia de la aproximación, la presencia y/o la distancia de un objeto que influye sobre el campo. Las investigaciones han dado como resultado que impulsos que conducen a modificaciones en tales campos, siendo generada una modificación de la carga o de la inducción, se propagan a la velocidad de la luz, mientras que las modificaciones propiamente dicha, es decir, por ejemplo, una subida de la carga, se realizan más lentamente en el tiempo.

Publicación de la invención Partiendo de este estado de la técnica, la presente invención tiene el cometido de crear procedimientos alternativos para la medición de la influencia o el tiempo de propagación de campos eléctricos y/o magnéticos por vías capacitivas y/o inductivas.

Este cometido se soluciona por medio de un procedimiento con las características de la reivindicación 1 y un dispositivo con las características de la reivindicación 6.

Como elementos emisores y receptores se seleccionan, de acuerdo con la detección capacitiva o inductiva, electrodos o bobinas, que interactúan con capacidades e inductividades en su entorno o que son influenciados por objetos, que influyen sobre el campo y, por lo tanto, sobre el círculo de medición. Evidentemente, también se pueden utilizar otros medios para la generación y detección de los campos eléctricos y/o magnéticos. De esta manera, se puede emplear el principio, conocido a partir del documento EP 706 648 B1, de una báscula óptica también para la medición de la influencia o del tiempo de propagación de campos eléctricos y/o magnéticos o bien de modificaciones de los campos.

Al receptor se alimentan señales sincronizadas desde al menos dos elementos, que generan o bien que emiten modificaciones de campo, en forma de electrodos o bobinas. El condensador representado en la figura 1 corresponde entonces a dos electrodos con distancia definida. En el caso de una solución capacitiva, se modifica el campo eléctrico, que ha sido formado través de cargas aplicadas sobre el electrodo, por ejemplo a través del objeto a detectar, es decir, que tiene lugar una modificación temporal del campo eléctrico y/o magnético. Esto conduce a una carga modificada sobre el electrodo, lo que se mide de nuevo para determinar la distancia/actuación del objeto. La modificación de campo del campo eléctrico se calcula por un receptor, que está acoplado al electrodo emisor. Se lleva a cabo una compensación a través de un condensador que, a diferencia del electrodo de emisión y del objeto, que forman a este respecto también una especie de condensador, dispone de una distancia conocida de las superficies entre sí. También desde el condensador llega una modificación de campo hacia el receptor. Las señales de recepción y, por lo tanto, los valores de modificación a partir de los dos recorridos de medición son comparados entre sí y son corregidos a diferencias mínimas posibles entre sí por medio de regulación de las amplitudes y de las fases. Los valores de regulación de las amplitudes o bien de las fases... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la medición de la influencia o del tiempo de propagación de campos o bien de modificaciones de campos eléctricos y/o magnéticos con las etapas:

- transmisión de una pluralidad de primeras modificaciones temporales, sincronizadas por un control de pulso de reloj (11) , del campo eléctrico y/o magnético por medio de al menos un elemento que genera la primera modificación del campo en al menos un receptor en una zona activa del sensor (14) , en el que un objeto (O) influye sobre las primeras modificaciones del campo como consecuencia de la aproximación, presencia y/o distancia del objeto (O) , en el que cada una de estas primeras modificaciones del campo está constituida por intervalos de tiempo de conexión A y B sucesivos en el tiempo,

- transmisión de una pluralidad de segundas modificaciones temporales, sincronizadas por el control de pulso de reloj (11) con el mismo pulso de reloj, del campo eléctrico y/o magnético por medio de al menos un elemento, que genera la segunda modificación del campo, en el receptor, en el que las segundas modificaciones del campo se encuentran en pausas del impulso de las primeras modificaciones del campo y cada una de estas segundas modificaciones del campo está constituida, respectivamente, por intervalos de tiempo de conexión C y D sucesivos en el tiempo y las segundas modificaciones del campo son desplazables por medio de un desplazador de fases temporalmente con relación a las primeras modificaciones del campo,

- recepción de las primeras y de las segundas modificaciones del campo por medio del al menos un receptor,

- cálculo de la señal de recepción en el receptor, que resulta de las primeras y de las segundas modificaciones del campo,

- división de la señal de recepción (S13) en las zonas, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión A, B, C y D, por medio de un circuito de puerta en el pulso de reloj del control de pulsos de reloj (11) ,

- comparación sincronizada de un intervalo de tiempo de conexión B respectivo de las primeras modificaciones de campo, respectivamente, con una señal de recepción, que corresponde a un intervalo de tiempo de conexión D de las segundas modificaciones de campo, para la generación de un valor comparativo en la salida de un comparador (15) , que se utiliza para la regulación de los valores de la amplitud de las primeras y/o de las segundas modificaciones del campo, de tal manera que las secciones de la señal de recepción, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D, de la señal de recepción son esencialmente de la misma magnitud en su amplitud al menos en la entrada del comparador,

- detección sincronizada de una primera señal alterna de pulso de reloj (TW) , recibida durante un intervalo de tiempo de conexión A en el receptor, y de una segunda señal alterna de sincronización (TW) , recibida durante un intervalo de tiempo de conexión C en el receptor, cuando la magnitud de las secciones de la señal recibida, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D, ha sido regulada de tal manera que tiene esencialmente la misma amplitud en las salidas (15a, 15b) del comparador (15)

- determinación de un valor diferencial (S16) mediante la comparación de la primera señal alterna de pulso de reloj (TW) con la segunda señal alterna de pulso de reloj en lo que se refiere a sus amplitudes en otro comparador (16) ,

- modificación del valor diferencial (S16) por medio de un desplazador de fases (17) con la finalidad de cambiar el retardo de las fases entre las primeras y las segundas modificaciones del campo, hasta que el valor diferencial (S16) es mínimo, con preferencia cero,

- utilización del retardo del desplazador de fases, que se produce con el valor diferencial mínimo, para la determinación de la influencia o del tiempo de propagación de la modificación del campo eléctrico y/o magnético.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cuando los valores de modificación como consecuencia de la primera y de las otras modificaciones del campo en las entradas (15a, 15b) del comparador (15) son esencialmente del mismo tamaño, en la salida del amplificador (23) solamente existe un ruido sin porciones alternas sincronizadas como consecuencia de las modificaciones de campo.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la detección sincronizada de la amplitud de la señal alterna de pulso de reloj (TW) que aparece en el caso de cambio de pulso de relojes se realiza entre la primera modificación de campo y otra modificación de campo o bien entre otra modificación de campo y la primera modificación de campo de la señal alterna de pulso de reloj (TW) a pesar del ruido en el caso de cambio de valores que han sido regulados para que sean sustancialmente de la misma amplitud en la entrada del comparador (15) .

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la amplitud se mide en el receptor después de que los elementos emisores (12, 21) están conmutados y es regulado a cero por medio del desplazador de fases (17) para medir el tiempo de propagación como consecuencia del primero y del segundo cambios del campo.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el desplazamiento de fases que aparece en este caso, que regula la amplitud de las señales alternas de pulso de reloj (TW) entre sí a cero, corresponde a la distancia del objeto (O) .

6. Dispositivo para la medición de la influencia o del tiempo de propagación de campos o bien de modificaciones de campos eléctricos y/o magnéticos con:

- un control de pulso de reloj (11) ,

- al menos un elemento emisor para la transmisión de una pluralidad de primeras modificaciones temporales, sincronizadas por el control de pulso de reloj (11) , del campo eléctrico y/o magnético en al menos un receptor en una zona activa del sensor (14) , en el que un objeto (O) influye en las primeras modificaciones del campo como consecuencia de la aproximación, presencia y/o distancia del objeto (O) , en el que cada una de estas primeras modificaciones del campo está constituida por intervalos de tiempo de conexión A y B sucesivas en el tiempo.,

- medios para la transmisión de una pluralidad de segundas modificaciones temporales, sincronizadas por el control de pulso de reloj (11) con el mismo pulso de reloj, del campo eléctrico y/o magnético por medio de al menos un elemento generador de la segunda modificación del campo en el receptor, en el que las segundas modificaciones del campo se encuentran en pausas del impulso de las primeras modificaciones del campo y cada una de estas segundas modificaciones del campo está constituida, respectivamente, por intervalos de tiempo de conexión C y D sucesivos en el tiempo y las segundas modificaciones del campo son desplazables por medio de un desplazador de fases temporalmente hacia las primeras modificaciones del campo,

- el receptor para recibir las primeras y las segundas modificaciones del campo,

- medios (D1) para la emisión de la señal de recepción, que resulta de las primeras y segundas modificaciones del campo, en el receptor,

- medios para la división de la señal de recepción (S13) en las zonas, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión A, B, C y D, por medio de un circuito de puerta en el pulso de reloj del control de pulso de reloj (11) ,

- un comparador (15) para la comparación sincronizada, respectivamente, de un intervalo de tiempo de conexión B de las primeras modificaciones del campo con un primer intervalo de tempo de conexión D respectivo de la señal de recepción que corresponde a segundas modificaciones para la generación de un valor comparativo (S15) en una salida (15c) del comparador (15) ,

- al menos un regulador (18) , que se utiliza para la regulación de los valores de a amplitud de las primeras y/o segundas modificaciones del campo, de tal manera que las secciones de la señal de recepción, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D, son esencialmente de la misma magnitud en su amplitud en la salida del comparador,

- medios (D2) para la detección sincronizada de una primera señal alterna de pulso de reloj (TW) recibida durante un intervalo de tiempo de conexión A en el receptor y se una segunda señal alterna de pulso de reloj (TW) recibida en el receptor durante un intervalo de tiempo de conexión C, cuando la magnitud de las secciones de la señal recibida, que corresponden a los intervalos de tiempo de conexión B y D han sido regulados para que tengan sustancialmente la misma magnitud en las entradas (15a, 15b) del comparador (15) ,

- otro comparador (16) para la determinación de un valor diferencial (S16) a través de la comparación de la primera señal de pulso de reloj (TW) con la segunda señal de pulso de reloj de acuerdo con su amplitud,

- un desplazador de fases (17) para la modificación del valor diferencial (S16) por medio de una modificación del retardo de fases entre primeras y segundas modificaciones de campo hasta que el valor diferencial (S16) es mínimo, con preferencia cero,

- medios para la determinación de la influencia o del tiempo de propagación de las modificaciones del campo eléctrico y/o magnético a través de la utilización del retardo del desplazador de fases.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque en la zona activa del sensor (14) está previsto al menos un recorrido de detección para la detección de la modificación del campo eléctrico o bien magnético, que está formado entre el elemento emisor y el receptor.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque el elemento emisor es un electrodo (12)

o una bobina (112, 121) .

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el receptor es un electrodo emisor (12) con amplificador de recepción (23) conectado a continuación o una bobina de recepción (113) .