SENSOR DE PROXIMIDAD MAGNETICO TETRA-ESTADO, BASADO EN TECNOLOGIA HALL.

Sensor de proximidad magnético tetra-estado de tecnología hall,

compuesto por dos semiconductores integrados, en posición enfrentada, totalmente encapsulado, acoplado a una circuitería apropiada que nos da un conjunto de señales interpretables en función de unos estados conocidos de antemano.

Sensor de Proximidad Magnético Tetra-estado basado en tecnología Hall

Sector de la Técnica La invención se encuadra en el campo de los sensores de proximidad magnéticos, basados en tecnología hall.

Estado de la Técnica Un sensor de Efecto Hall es una delgada oblea de material semiconductor o una película de semiconductor depositada sobre un sustrato dieléctrico. Se utiliza para detectar movimiento, posición o cambio en un material magnético o ferromagnético o en un campo electromagnético, cuando existe un campo magnético aplicado. Su consumo de energía es muy bajo, es estable térmicamente y de bajo costo.

Se conocen numerosos sensores de proximidad magnéticos y de diferentes formas de conmutación, como pueden ser NC, NO, PNP, NPN, PushPull o inversor, etc., pero todos ellos carecen de la capacidad de detectar tres posicionamientos de antemano y la ausencia de éstos, debido a que solamente tienen un estado de salida posible, lo que provoca que haya que utilizar más detectores para realizar el mismo trabajo.

El detector de proximidad magnético se utiliza para detectar una posición, un paso, una presencia de pieza, un nivel de líquido, ver una velocidad, etc., ya sea para la seguridad, el control a distancia, determinar posicionamiento en equipos industriales, navales, de domótica, etc., sobre todo en sistemas con máquinas de movimiento rectilíneo y angulares de ida y vuelta, siguiendo una trayectoria fija donde se necesitan dos sensores magnéticos y un actuador como mínimo para determinar la posición o confirmar la operación en algunos sistemas. Esto significa mayores costos de instalación, mantenimiento y sustitución, además de suponer una información deficitaria con respecto de la que se requiere al no alcanzar el nivel de información para garantizar la seguridad de los sistemas. Como es sabido, las instalaciones de sensores seriados dificultan la detección y localización de fallos requiriendo en conjunto una importante labor de instalación que incluye las sujeciones, soportaciones, cableado, etc.

Como ejemplo diremos que algunos sistemas de cilindros hidráulicos o neumáticos en modo flotante para trincado y destrincado de elementos estanco en buques requieren, en la mayoría de los casos, de 4 sensores y 2 actuadores, sin que ello garantice que la información proporcionada se corresponda con la situación real del sistema.

Por ello en la actualidad se ha de tolerar un margen de error por encima de lo razonable y obliga, en determinadas circunstancias, a realizar inspecciones visuales para confirmar el grado de realización del sistema ya sea por medio de cámaras, desplazamiento presencial de técnicos, etc., y los consiguientes costos que esto supone.

Objeto de la invención El dispositivo de la invención presenta una nueva estructura que consiste en integrar dos semiconductores unipolares de efecto hall en un mismo encapsulado. El dispositivo consta de la pastilla de efecto Hall integrada y una circuitería electrónica apropiada que permite amplificar la tensión de salida a valores medibles, ya que la tensión de salida del sensor Hall es muy pequeña.

Uno de estos semiconductores detecta exclusivamente el polo norte del campo magnético, creado por un imán permanente, generado cuando circula una corriente por el semiconductor y el otro semiconductor detecta exclusivamente el polo sur. En ausencia de campo magnético, que se produce cuando no está el sensor dentro de la zona magnética, estos dos semiconductores se encuentran en estado de reposo, es decir no hay señal de salida.

Es objeto de la presente invención la de reducir el número de sensores empleados en los distintos sistemas donde se utilizan detectores de proximidad y por tanto suportaciones, cableados, sujeciones, etc., aumentar la fiabilidad de la información que se obtienen de ellos, facilitar el diagnóstico de averías, y alcanzar un método de posicionamiento múltiple, más fiable, rápido y compacto.

Descripción de los dibujos Los detalles de la invención se aprecian en las figuras que se acompañan, no pretendiendo éstas ser limitativas del alcance de la invención:

-FIGURA 1: DISEÑO SENSOR TETRA-ESTADO: Esta figura recoge ambos semiconductores unipolares (1) antes de su encapsulado así como la versión encapsulada (1a) con ambos semiconductores enfrentados.

-FIGURA 2: Muestra la estructura general del sistema, que consta del circuito integrado Hall, amplificador operacional (AO) , resistencias (R1-R8) , condensadores (C1-C3) , diodos (D1-D2) y fusibles rearmables de 300 mA (F1-F2) , todo ello integrado en una placa electrónica.

-FIGURA 3: Detalles de las múltiples salidas obtenidas.

Descripción detallada de la invención El citado sensor está especialmente recomendado para determinar la posición de sistemas de puertas correderas, robótica y actuadores rotativos. En general es perfecto para cualquier aplicación que, una vez instalada, requiera la calibración de puntos arbitrarios de referencia (por ejemplo el punto más bajo y más alto del recorrido de la puerta de un barco) .

El detector de proximidad Tetra-estado está compuesto por un circuito integrado Hall, formado por dos semiconductores en posición enfrentada, encapsulados (1, 1a) , amplificador operacional, condensadores, resistencias, diodos, etc., montados en una placa PCB (2) .

Los dos semiconductores tienen una posición enfrentada (1a) , dentro del encapsulado, con lo que conseguimos, con dicho posicionamiento, los cuatro estados posibles (4) .

En ausencia de campo magnético, el transistor de salida está cortado (estado “off”) . Cuando el campo magnético, perpendicular a la superficie del sensor, está por encima de un determinado valor umbral de operación (BOP) el transistor de salida conmuta a saturación (estado “on”) , pudiendo conducir corriente. Si ahora vamos reduciendo el campo magnético, para un valor inferior al punto BRP de la característica (release point) el transistor se corta. Para evitar posibles conmutaciones erróneas que se puedan producir en la salida como consecuencia de pequeñas variaciones en la densidad de flujo magnético, el circuito tiene una cierta histéresis (la diferencia entre los puntos OP y RP) .

Debido a que el elemento Hall (1, 1a) genera una tensión de muy baja amplitud, esta señal debe ser amplificada para poder ser utilizada por los circuitos del sensor. El nivel de la tensión es incrementado por medio del amplificador de tensión, pero la forma de onda permanece invariable. La señal ya amplificada es conformada por el transistor de conmutación. La forma de onda de la señal es prácticamente una onda cuadrada. Como el bajo nivel de tensión generado por el elemento Hall es amplificado y conformado, conservando la forma de onda original, al variar el nivel de la tensión aplicada a la base del transistor de 0 Volt a una cierto nivel positivo (flanco ascendente de la señal) , el transistor pasará de la condición de corte (0 Volt aplicado a su base) , a la condición de plena conducción o saturación (tensión positiva aplicada a su base) . Al cambiar luego ese nivel de tensión aplicado a su base, de positivo nuevamente a 0 Volt (flanco descendente de la señal) el transistor será nuevamente conmutado a la condición de corte. Vemos así que el transistor se comporta como un perfecto interruptor, cuando se encuentra en la condición de corte, su circuito emisor/colector está abierto, por lo tanto el nivel de tensión será VL. Cuando el transistor sea excitado en su base por tensión positiva pasará a la condición de saturación, en esta condición su circuito emisor/colector se comporta como un cortocircuito y por lo tanto el nivel de tensión VH. (Figura 12)

En un sistema de sensores de una rampa de coches en un buque, compuesto por 5 sensores de proximidad, solamente serían necesarios 2 sensores tetra-estado.

1) Sensor de proximidad magnético tetra-estado de tecnología hall, caracterizado por utilizar dos semiconductores unipolares integrados, basado en efecto Hall, ubicados en 5 una posición enfrentada, en una envolvente plástica, que permite la inmovilización de éstos totalmente encapsulados, soportados en una placa PCB.

2) Sensor de proximidad magnético tetra-estado de tecnología hall, caracterizado según la reivindicación 1, por que dicha envolvente está integrada en una placa PCB 10 junto con una electrónica compuesta por transistores, relés, tiristores, triac, amplificadores operacionales, lógica o lógica programable de antemano.

3) Sensor de proximidad magnético tetra-estado de tecnología hall, caracterizado según la reivindicación 1 y 2, que dependiendo del campo magnético al que se le 15 somete, por medio de un imán permanente, obtenemos múltiples salidas.