Disposición de sensor.

Un sistema para detectar al menos una característica física de una estructura elástica (13,

22, 23, 32, 33, 92,1202, 1302, 1402) sometida a una fuerza en movimiento, estando dicha estructura provista de al menos un sensor(111, 112, 14, 211, 212, 311, 312, 911, 1211, 13 5 11, 1411) que comprende unos electrodos primero y segundo y unmaterial piezoeléctrico provisto en forma de película polimérica piezoeléctrica, que tras la deformación genera undesplazamiento de carga en el material dando lugar a un voltaje entre dichos electrodos primero y segundo que esdirectamente proporcional a la fuerza que causa la deformación, siendo dicho voltaje convertible en una señal querepresenta dicha característica, y comprendiendo dicho sistema al menos un detector (16, 416, 516, 916, 1316,1416) que comprende un receptor para recibir dicha señal que representa dicha característica; caracterizado porquedicho sensor comprende además un primer conductor de sensor conectado a dicho primer electrodo y un segundoconductor de sensor separado de dicho primer conductor de sensor y conectado a dicho segundo electrodo, estandodichos conductores primero y segundo (913, 1213) de sensor dispuestos como antenas, y porque dicho detectorcomprende una antena de receptor dispuesta junto a dicha estructura elástica para la detección capacitiva de dichovoltaje entre dichos conductores primero y segundo de sensor, permitiendo por ello la determinación de dichacaracterística.

Disposición de sensor

Área técnica La presente invención se refiere a un sistema y método para detectar características de una estructura elástica, que se proporciona con, al menos, un sensor y el sistema comprende al menos un detector.

Descripción del estado de la técnica Cuerpos en forma de cilindros, por ejemplo neumáticos y otras estructuras, que están fabricadas de goma, materiales sintéticos u orgánicos o similares, se deforman por el contacto con otra superficie. Por otra parte, las características y funciones de diferentes estructuras se deterioran por el paso del tiempo.

Además de cuerpos en forma de cilindros, son de especial interés las características de un cuerpo plano, tal como un material laminar, por ejemplo papel, cartón, tela, o un transportador, tal como una correa de alambre de fieltro o máquinas de vestir papel.

Se han sugerido diferentes métodos y dispositivos para detectar deformaciones, por ejemplo: el documento WO 00/02741 describe un método y un aparato para contar las revoluciones de un neumático utilizando un sensor que responde a la tensión mecánica periódica cuando el neumático gira bajo carga en una superficie de soporte de carga tal como una carretera. El sensor puede estar constituido de un piezo-elemento conectado eléctricamente a un módulo de cálculo de revolución. El piezo-elemento está debidamente conectado o incrustado dentro de la pared

interna del neumático, bajo el rodamiento o la pared lateral, de un modo que hace que se flexione con el neumático cada vez que el sector circunferencial del neumático que contiene el piezo-elemento se comprime contra la carretera u otra superficie de soporte de vehículo.

El documento US 6.105.423 describe un sensor que comprende un bar piezoeléctrico para detectar las rotaciones de un neumático en un vehículo. El bar piezoeléctrico está fijado eficazmente en sus dos extremos, cuyos extremos también están unidos a dos puntos separados de la superficie interior del rodamiento de neumático por medio de adhesivo. El centro del bar piezoeléctrico está unido al centro de la base, y luego a la superficie interna del neumático, en un punto a mitad de camino entre dichos puntos finales del bar. Así, cuando el rodamiento del neumático se aplasta en el parche de contacto de su forma curva normal, el centro del bar se mueve radialmente hacia dentro con respecto al punto fijo en sus extremos. Un proceso de bloqueo de circuito eléctrico procesa la señal de modo que se produce un impulso de salida sólo para el movimiento radial hacia dentro del punto de contacto.

El documento US 4.862.486 describe un aparato que comprende un sensor de polímero piezoeléctrico, que siente el cambio en la tensión cuando se tensiona una sección dada del neumático con cada revolución. Los polímeros piezoeléctricos se componen de dipolos alineados que actúan para aplicar y soltar tensión en el sensor de polímero piezoeléctrico cando se tensiona el neumático. El aparato de monta en la pared lateral interna del neumático.

El documento JP 04254730 describe un dispositivo para monitorizar la presión de aire del neumático, que permite que se detecte la presión del neumático constantemente mientras un entorno ambiental del neumático es estable 45 contra la fluctuación. El dispositivo comprende un elemento piezoeléctrico en el que cambia la impedancia de acuerdo con la presión de aire del neumático, y una bobina lateral de la llanta cambia también por la fluctuación de un entorno ambiental del neumático.

El documento US 5.546 070 describe el uso de un elemento piezo-cerámico simultáneamente como un sensor y también una fuerza de energía para que un condensador suministre una unidad de transmisión.

El documento DE 19745734 A1 muestra un sensor para detectar y registrar el desgaste y rodamiento de un neumático. Sin embargo, el neumático comprende elementos individuales, que no se dispersan. En el documento FR 2645799 se dispone una masa magnética en una profundidad específica del neumático, y por consiguiente, se 55 puede supervisar.

El documento US 5.559.437 se refiere a métodos y aparatos para comprobar la condición de neumáticos gastados, por ejemplo, antes de taparlo para la verificación no destructiva de la condición de un elemento de refuerzo metálico de neumáticos gastados. El documento US 6.005.388 se refiere a métodos para detectar defectos en los neumáticos.

Es común para la técnica anterior para detectar las características de estructuras planas cuando pasan sobre varios cuerpos cilíndricos disponer sensores en el propio cuerpo cilíndrico, ejemplo de tal técnica anterior incluye los documentos: WO 02/066239, US 5.562.027, US 2003/0144119, EP 0538 221, DE 19920133, WO 03/027623, US

5.821.433 y US 6.370.961.

Para resumir la diferencia principal entre la presente invención y la técnica anterior, es que la presente invención utiliza transmisión de señales capacitivas y/o inductivas desde un sensor a un detector que elimina la necesidad para energizar los elementos para sensores y antenas.

El documento GB 1596284 describe un dispositivo de señalización que incluye un cuerpo de material piezoeléctrico acoplado a un circuito sintonizado resonante de forma que cuando se aplica una presión a dicho cuerpo, una señal es radiada a una determinada frecuencia determinada por las características del circuito sintonizado.

Sumario de la invención Es un objeto de la presente invención proporcionar una disposición para determinar la condición de un cuerpo plano o sustancialmente cilíndrico, ser resistente (deformable) , especialmente un cuerpo o estructura rotatorio. La condición comprende principalmente la deformación del material.

Preferiblemente, el cuerpo rotatorio resistente sustancialmente cilíndrico es un neumático, o una parte del mismo, y la disposición se usa, por ejemplo, para determinar el movimiento, por ejemplo, revolución, que ayuda a determinar la velocidad de un vehículo, las características antideslizantes, la presión del aire, etc.

Aún, otro objeto de la presente invención es proporcionar una disposición para determinar la condición de un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico en un aparato y una estructura asociada, y también la combinación del mismo. Preferiblemente, en este caso el cuerpo rotatorio cilíndrico puede ser un rodillo, o un cilindro para la alimentación de un material laminar, como papel. En este caso, se utiliza la disposición, por ejemplo, determinando el movimiento y la presencia del material, velocidad de rotación, características antideslizantes.

Por otra parte, utilizar sensores que comprenden un material polimérico plástico o piezoeléctrico, de acuerdo con un aspecto principal de la invención, da ciertas ventajas como la posibilidad de tener elementos detectores mayores. Por otra parte, el material de plástico piezoeléctrico es menos caro que el material de cerámica piezoeléctrico. Además, el material de plástico piezoeléctrico puede proporcionar también mayores tensiones y efectos que el material de cerámica piezoeléctrico. Aún, las dos principales ventajas son las características anisótropas de un material de plástico piezoeléctrico utilizado en la invención y la no fragilidad (plasticidad) .

De acuerdo con un aspecto más preferido de la invención, se usa como detector para medir la fuerza de punto de contacto, la presión de punto de contacto y/o la anchura de punto de contacto de rodillos en una prensa de rodillos de punto de contacto, por ejemplo para fabricar un material laminar como el papel.

Sin embargo, la invención también se puede proporcionar con tipos adicionales de sensores en forma de un material magnético que se dispersa y desintegra en la estructura para ser medido, o un material magnético elástico en forma de láminas delgadas o similar.

Breve descripción de los dibujos A continuación se describe la invención con referencia a las realizaciones ilustradas en dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1a es una vista de corte transversal esquemático de una primera aplicación empleando un dispositivo de 45 acuerdo con la invención,

la figura 1b es una vista frontal esquemática de la primera aplicación empleando un dispositivo de acuerdo con la invención,

la figura 2 es una vista en corte transversal de una segunda aplicación empleando un dispositivo de acuerdo con un segundo aspecto de la invención,

la figura 3 es una vista en corte transversal esquemática de una tercera aplicación empleando un dispositivo de acuerdo con el tercer aspecto de la invención,

la figura 4a es una vista lateral esquemática de una disposición que comprende... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para detectar al menos una característica física de una estructura elástica (13, 22, 23, 32, 33, 92, 1202, 1302, 1402) sometida a una fuerza en movimiento, estando dicha estructura provista de al menos un sensor 5 (111, 112, 14, 211, 212, 311, 312, 911, 1211, 1311, 1411) que comprende unos electrodos primero y segundo y un material piezoeléctrico provisto en forma de película polimérica piezoeléctrica, que tras la deformación genera un desplazamiento de carga en el material dando lugar a un voltaje entre dichos electrodos primero y segundo que es directamente proporcional a la fuerza que causa la deformación, siendo dicho voltaje convertible en una señal que representa dicha característica, y comprendiendo dicho sistema al menos un detector (16, 416, 516, 916, 1316, 1416) que comprende un receptor para recibir dicha señal que representa dicha característica; caracterizado porque dicho sensor comprende además un primer conductor de sensor conectado a dicho primer electrodo y un segundo conductor de sensor separado de dicho primer conductor de sensor y conectado a dicho segundo electrodo, estando dichos conductores primero y segundo (913, 1213) de sensor dispuestos como antenas, y porque dicho detector comprende una antena de receptor dispuesta junto a dicha estructura elástica para la detección capacitiva de dicho voltaje entre dichos conductores primero y segundo de sensor, permitiendo por ello la determinación de dicha característica.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha estructura es una estructura plana.

3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha estructura es una correa, un transportador, un alambre, un material laminar, una hoja de papel, una tela, un paño, un papel de impresión, papel moneda o billetes de banco, y dicha estructura coopera/interactúa con al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico.

4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente 25 cilíndrico es un rollo.

5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha estructura coopera/interactúa con dos rollos.

6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha estructura coopera/interactúa con tres rollos.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha estructura es una estructura rotatoria sustancialmente cilíndrica.

8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura comprende un neumático.

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura comprende un rollo, un rodillo, un cilindro, un cuenco de entrega, un cilindro cubierto de goma, un tambor o un cilindro hueco.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la estructura es un rodillo o un cilindro que alimenta un material laminar.

11. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicho sensor, incluyendo el transmisor, está dispuesto encima o dentro de dicha estructura.

12. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicha estructura comprende una estructura oblonga que pasa a 45 través de una disposición de presión.

13. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha estructura es una estructura con forma de transportador en un punto de contacto formado por rollos, y al menos un sensor está dispuesto en la superficie de la estructura con forma de transportador o sustancialmente dentro de la estructura con forma de transportador para detectar la presión y la distribución de la presión en el punto de contacto entre los rollos.

14. El sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el punto de contacto está presente en un rodillo de punto de contacto, o prensa de rodillo, una máquina yankee, una prensa de zapata, o una máquina de recubrimiento de suavizado de una máquina de fabricación de papel.

15. El sistema de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la o las características detectadas son la fuerza de punto de contacto, la presión de punto de contacto/presión de distribución y/o la anchura de punto de contacto de los rollos en una prensa de rollo de punto de contacto.

16. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sensor está dispuesto en una o varias de entre una dirección transversal, radial o longitudinal de la estructura.

17. El sistema de la reivindicación 1 o la reivindicación 16, en el que el sensor está dispuesto para proporcionar una

o varias de entre una característica de velocidad absoluta lineal o de deslizamiento de la estructura. 65

18. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que el o los rollos están dispuestos

en una máquina de fabricación de papel, dicha estructura es una correa o un transportador, y están dispuestos sensores dentro del material de la correa, en la dirección longitudinal y/o transversal de la correa

19. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que el o los rollos están dispuestos

en una aplicación de impresora, dicha estructura es un papel de impresión, y al menos un sensor está dispuesto en la superficie del papel de impresión o sustancialmente dentro del papel de impresión.

20. El sistema de acuerdo con la reivindicación 19, en el que el sensor comprende una hoja integrada sustancialmente dentro del papel

21. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que los rollos están dispuestos en una aplicación de documentos bancarios, dicha estructura son billetes de banco o papel moneda, y el sensor está dispuesto como una tira en la superficie del billete/papel moneda o sustancialmente dentro del billete/papel moneda.

22. El sistema de la reivindicación 1 ó 21, en el que uno o varios sensores constituyen un código de barras en la estructura.

23. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7-10, en el que el sensor se deforma durante un período de tiempo, por lo que una parte de la estructura que contiene el sensor está en contacto con una superficie, por lo que durante dicho período de tiempo se crea una señal eléctrica (impulso voltaje/corriente) y se obtiene una velocidad de rotación si la longitud del sensor se conoce dividiendo su longitud por la duración del impulso voltaje/corriente.

24. El sistema de la reivindicación 23, en el que se proporciona información adicional por una frecuencia en la que

se producen los impulsos debido a la rotación de la estructura, ambos relacionados entre sí y con una velocidad lineal del movimiento de la estructura, y una diferencia en la velocidad lineal de la estructura calculada por la duración del impulso y por la frecuencia de la rotación de la estructura que varía en el tiempo indica deslizamiento.

25. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sensor está formado como un cable, un filamento, una tira, una hoja, un hilo, una película, una partícula o similar.

26. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la antena de receptor comprende dos placas conductivas.

27. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el receptor comprende una amplificador diferencial, un convertidor analógico-digital y una unidad de procesamiento de señal.

28. El sistema de acuerdo a la reivindicación 1 ó 26, en el que varios sensores están situados en una disposición superpuesta en la estructura, permitiendo una adquisición y medición de señal continuas de la distribución de la presión en la dirección de anchura de la estructura.

29. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 ó 26, en el que el sensor comprende dos conductores que se extienden desde los extremos del sensor, y el sensor está doblado proporcionando dos vástagos, uno de los cuales puede estar sometido a una fuerza, de forma que el sensor funciona en modo de flexión.

30. El sistema de acuerdo con la reivindicación 26, en el que dichos conductores primero y segundo de sensor están separados de forma que un campo eléctrico mínimo o nulo está presente entre los conductores primero y segundo de sensor, y la parte principal de las líneas de campo eléctricas están presentes entres cada par de conductor de sensor y antena de receptor.

31. El sistema de acuerdo con la reivindicación 26, en el que una extensión de las antenas de receptor es mayor que una extensión de los conductores primero y segundo de sensor.

32. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1 ó 26, en el que se usa una antena de receptor para cada conductor 55 de sensor.

33. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material piezoeléctrico es fluoruro de polivinilideno (PVDF) .

34. El sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se usa una señal diferencial entre un sensor sometido a dicha fuerza y un sensor no sometido a dicha fuerza.

35. El sistema de acuerdo con la reivindicación 34, en el que se usa la técnica de señal diferencial para medir las

variaciones de temperatura. 65

36. Un método para detectar al menos una característica física de una estructura elástica (13, 22, 23, 32, 33, 92, 1202, 1302, 1402) sometida a una fuerza en movimiento usando el sistema de acuerdo con cualquier reivindicación 1-35, comprendiendo el método los pasos de:

proveer dicha estructura de al menos un sensor (111, 112, 14, 211, 212, 311, 312, 911, 1211, 1311, 1411) que comprende unos electrodos primero y segundo y una película polimérica piezoeléctrica, que tras la deformación genera un desplazamiento de carga en el material dando lugar a un voltaje entre dichos electrodos primero y segundo que es directamente proporcional a la fuerza que causa la deformación, siendo dicho voltaje convertible en una señal que representa dicha característica, en el que dicho sensor comprende además un primer conductor de sensor conectado a dicho primer electrodo y un segundo conductor de sensor separado de dicho primer conductor de sensor conectado a dicho segundo electrodo, estando dichos conductores primero y segundo de sensor (913, 1213) dispuestos como antenas;

proporcionar al menos un detector (16, 416, 416, 916, 1316, 1416) que comprende una antena de receptor, de forma que dicha antena de receptor está dispuesta junto a dicha estructura elástica; y

detectar de forma capacitiva un voltaje entre dichos conductores primero y segundo de sensor por medio de dicho receptor de antena, posibilitando por ello la determinación de dicha característica.

37. Una disposición de sensor (111, 112, 14, 211, 212, 311, 312, 911, 1211, 1311, 1411) para la incorporación a una estructura elástica (13, 22, 23, 32, 33, 92, 1202, 1302, 1402) y para proporcionar al menos una característica física de dicha estructura cuando se somete a una fuerza en movimiento, comprendiendo dicho sensor unos electrodos primero y segundo y un material piezoeléctrico provisto en la forma de película polimérica piezoeléctrica, que tras la deformación genera un desplazamiento de carga en el material dando lugar a un voltaje entre dichos electrodos primero y segundo que es directamente proporcional a la fuerza que causa la deformación, siendo dicho voltaje convertible en una señal que representa dicha característica, caracterizada porque dicho sensor comprende además un primer conductor de sensor conectado a dicho primer electrodo y un segundo conductor de sensor separado de dicho primer conductor de sensor conectado a dicho segundo electrodo, estando dichos conductores primero y segundo de sensor (913, 1213) dispuestos como antenas de forma que se posibilita la detección capacitiva de dicho voltaje entre dichos conductores primero y segundo de sensor cuando dicho sensor está incorporado en la estructura elástica.

38. La disposición del sensor de acuerdo con la reivindicación 37, en la que el sensor está formado como un cable, un filamento, una tira, una hoja, un hilo, una película, una partícula o similar.

39. La disposición del sensor de acuerdo con la reivindicación 37, en la que dichos conductores primero y segundo están separados de forma que líneas de campo eléctricas mínimas o nulas están presentes entre los conductores primero y segundo.

40. La disposición de sensor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicacione.

3. 39, en la que el material piezoeléctrico es fluoruro de polivinilideno (PVDF) .

41. Una correa que tiene una disposición de sensor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 37 a 40 incrustada en ella, permitiendo por ello detectar una fuerza que actúa sobre dicha correa.

42. El uso de un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-35 en un aparato que comprende al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico que alimenta un material laminar para detectar al menos una característica física de dicho material laminar.

43. El uso de acuerdo con la reivindicación 42, en el que se detectan las características de movimiento, presencia de material, velocidad de rotación y/o deslizamiento.

44. El uso de acuerdo con la reivindicación 42, en el que dicho sensor se utiliza en una máquina de fabricación de papel para detectar una característica de una correa o transportador, cooperando/interactuando con al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico que alimenta dicha correa, estando integrados dicho o dichos sensores

en la correa/transportador, en la dirección longitudinal y/o transversal de la correa.

45. El uso de acuerdo con la reivindicación 42, en el que dicho material laminar es una estructura con forma de transportador en un punto de contacto formado por rollos, estando dicho sensor dispuesto en la superficie de la estructura con forma de transportador o sustancialmente dentro de la estructura con forma de transportador para detectar la presión y la distribución de la presión del punto de contacto entre los rollos.

46. El uso de acuerdo con la reivindicación 45, en el que el punto de contacto está presente en un rollo de punto de contacto, una prensa de rodillo, una máquina yankee, una prensa de zapata, o una máquina de recubrimiento de suavizado de una máquina de fabricación de papel.

47. El uso de acuerdo con la reivindicación 46, en el que la o las características detectadas son la fuerza de punto

de contacto, la presión de punto de contacto y/o la anchura del punto de contacto de los rollos en una prensa de rollo de punto de contacto.

48. El uso de acuerdo con la reivindicación 42, en el que dicho sensor se usa en una aplicación de impresora para

detectar una característica de un papel de impresión cooperando/interactuando con al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico que alimenta dicho papel de impresión, estando dicho o dichos sensores dispuestos en la superficie del papel de impresión o sustancialmente dentro del papel de impresora.

49. El uso de acuerdo con la reivindicación 42, en el que el sensor se usa en una aplicación de documentos bancarios para detectar una característica de billetes de banco o papel moneda cooperando/interactuando con al menos un cuerpo rotatorio sustancialmente cilíndrico que alimenta dichos billetes de banco/papel moneda, estando dicho o dichos sensores dispuestos en la superficie de los billetes de banco/papel moneda o sustancialmente dentro de los billetes de banco/papel moneda.