DISPOSITIVO DE MEDICIÓN.

Dispositivo de medición (14) con un sensor de recorrido (1) que funciona según el principio de un transformador diferencial,

cuyo sensor comprende una bobina primaria (3) así como una primera y una segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5), y con un dispositivo de circuito (16) que está unido por medios de circuitería a la primera y la segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5) para la determinación de un recorrido, en que el dispositivo de circuito (16) comprende un multiplexor (18), un convertidor AD (20) y un componente lógico digital (22), la primera y la segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5) están conectadas al multiplexor (18) a través de respectivamente una etapa de entrada, la salida del multiplexor (18) está unida por medios de circuitería a la entrada del convertidor AD (20) y la salida del convertidor AD (20) está guiada hacia la entrada del componente lógico digital (22), que está conformado para determinar el recorrido a partir de las señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor (20), en que además está previsto un generador de tensión eléctrica (38) para suministrar tensión eléctrica alterna a la bobina primaria (3) y está conectado a la misma, el dispositivo de circuito (16) comprende una unidad de control (37) unida al componente lógico digital (22), al multiplexor (18) y al generador de tensión eléctrica (38), cuya unidad está conformada para la generación de una tensión eléctrica de excitación, correlacionada temporalmente con la temporización del componente lógico (22), del generador de tensión eléctrica (38) y para una conmutación del multiplexor (18) correlacionada con la temporización del componente lógico (22), y en que el multiplexor (18) y el componente lógico (22) están conformados de tal modo que la evolución temporal de las tensiones eléctricas inducidas en las bobinas secundarias (4 y 5) se mide de modo respectivo sobre exactamente un periodo de la tensión eléctrica alterna

La invención se refiere a un dispositivo de medición con un sensor de recorrido que funciona según el principio de un transformador diferencial, cuyo sensor comprende una bobina primaria así como una primera y una segunda bobina secundaria, y con un dispositivo de circuito que está unido por medios de circuitería a la primera y la segunda bobina secundaria para la determinación de un recorrido. Además, la invención se refiere a un procedimiento para la determinación de un recorrido con un sensor de recorrido de este tipo.

Sensores de recorrido del tipo en cuestión son conocidos por ejemplo a partir de los documentos US4982156A, US2005/046593A1 o US4651130A.

Un sensor de recorrido que funciona según el principio de un transformador diferencial, también denominado VDT (del inglés “Variable Differential Transformer”, transformador diferencial de variación), es apropiado para medir directamente desplazamientos lineales con alta resolución en un intervalo entre algunas milésimas de milímetros hasta más allá de un metro. Debido a la elevada precisión y a la robustez, los sensores de recorrido de este tipo son aplicados en particular en el campo de la aviación para la determinación mecánica de posición. Una determinación exacta de posición es imprescindible por ejemplo para el control de los flaps de aterrizaje o de las palas de timón. Pero también pueden aplicarse convenientemente sensores de recorrido de este tipo para la determinación de posición de puertas, en particular en caso de un control automático de puertas.

Un sensor de recorrido que funciona según el principio de un transformador diferencial comprende una bobina primaria así como dos bobinas secundarias, que están arrolladas sobre un cuerpo cilíndrico, conformado correspondientemente, con un taladro central. En este caso, la bobina primaria está arrollada sobre el cuerpo cilíndrico en posición central y las dos bobinas secundarias están arrolladas sobre él delante o respectivamente detrás de la bobina primaria, de modo que resulta a lo largo del cuerpo cilíndrico una secuencia del tipo bobina secundaria-bobina primaria-bobina secundaria. En el taladro central puede moverse libremente un núcleo hecho de material ferromagnético, que puede ser unido a través de un elemento de unión al objeto a medir.

La extensión longitudinal del núcleo ferromagnético está fijada de tal modo que su posición dentro del taladro central influye sobre la magnitud del flujo magnético entre la bobina primaria y las secundarias. Si el núcleo se mueve desde su posición de reposo en el centro del cuerpo cilíndrico, es decir a la altura de la bobina primaria, en dirección a una de las bobinas secundarias, aumenta con ello el flujo magnético entre la bobina primaria y aquella bobina secundaria en dirección a la cual se mueve el núcleo. Correspondientemente se reduce el flujo magnético en lo relativo a la bobina secundaria de la cual se aparta el núcleo. Si el arrollamiento primario es alimentado con una tensión eléctrica de excitación sinusoidal, se induce una tensión eléctrica alterna en las bobinas secundarias, cuya magnitud depende del desplazamiento axial del núcleo. Ambas tensiones eléctricas secundarias inducidas en las bobinas secundarias forman la señal de salida del sensor de recorrido descrito y son evaluadas para la determinación de la posición del núcleo movible en el taladro central.

Habitualmente, para la determinación del recorrido, las señales de salida de un sensor VDT, es decir las tensiones eléctricas inducidas en las bobinas secundarias, son tratadas mediante circuitos analógicos o mediante componentes analógicos. Como la posición del sensor de recorrido, es decir la variación de posición del núcleo ferromagnético respecto a su posición de reposo, puede calcularse a partir de la diferencia entre los valores absolutos de ambas tensiones eléctricas secundarias, es conocido por ejemplo conectar las señales de salida de un sensor VDT a un rectificador. También el cálculo de la diferencia entre las dos tensiones eléctricas secundarias rectificadas se produce habitualmente mediante componentes analógicos. Desventajosamente, un dispositivo de medición con circuitos de evaluación de este tipo para un sensor VDT para aplicaciones en la aviación tiene una seguridad insuficiente frente a fallos y tolerancias mejorables a errores.

Constituye por ello la tarea de la invención dar a conocer un dispositivo de medición del tipo citado al principio, que tenga una elevada seguridad frente a fallos y tolerancias pequeñas a errores en la determinación del recorrido.

Esta tarea se resuelve conforme a la invención para un dispositivo de medición con un sensor de recorrido según la reivindicación 1 que funciona según el principio de un transformador diferencial, cuyo sensor comprende una bobina primaria así como una primera y una segunda bobina secundaria, y con un dispositivo de circuito que está conectado por medios de circuitería a la primera y la segunda bobina secundaria para la determinación de un recorrido, mediante el recurso de que el dispositivo de circuito comprende un multiplexor, un convertidor AD (analógico-digital) y un componente lógico digital, en que están conectadas al multiplexor la primera y la segunda bobina secundaria a través de respectivamente una etapa de entrada, la salida del multiplexor está unida por medios de circuitería a la entrada del convertidor AD, y la salida del convertidor AD está guiada hacia la entrada del componente lógico digital, que para la determinación del recorrido está formada por las señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor.

La invención parte entonces en un primer paso de la reflexión de que la seguridad frente a fallos de un dispositivo de circuito y con ello de un dispositivo de medición como tal puede ser mejorada mediante el recurso de que se reduce el número de componentes necesarios. Esto puede conseguirse en un dispositivo de circuito para un sensor VDT mediante el recurso de que las tensiones eléctricas de salida de ambas bobinas secundarias son conectadas cuanto antes a un canal de medición común. Esto se produce mediante el recurso de que la primera y la segunda bobina secundaria están conectadas a un multiplexor a través de una etapa de entrada respectiva. Como el multiplexor conecta alternativamente entre las tensiones inducidas de la primera y la segunda bobina secundaria, en el dispositivo de circuito a partir del multiplexor pueden emplearse componentes existentes de fabricación sencilla para la medición de ambas tensiones eléctricas. El empleo de etapas de entrada separadas es necesario para la adaptación de nivel. Mediante la reducción de los componentes se mejora en conjunto la seguridad frente a fallos.

En un paso adicional, la invención parte de la reflexión de que mediante el recurso de que se emplea un componente lógico digital para la determinación del recorrido, puede evitarse el empleo de un software. Se evitan con ello de forma segura posibles fallos debidos al software. En un componente lógico digital, las operaciones lógicas a realizar están fijamente prescritas. Como componente lógico de este tipo es apropiado por ejemplo un CPLD (del inglés “Complex Programmable Logic Device”, dispositivo lógico programable complejo), una FPGA (del inglés “Field Programmable Gate Array”, matriz de puertas programables por el usuario) o un ASIC (del inglés “Application Specific Integrated Circuit”, circuito integrado para aplicaciones específicas). Por lo demás, al aplicar un componente lógico digital se puede renunciar a una computadora digital, la cual va asociada en sí misma a cierto riesgo de fallo.

Finalmente, la invención reconoce en un tercer paso que la precisión de medición del dispositivo de circuito puede mejorarse mediante el recurso de que se lleva a cabo el mayor número posible de operaciones lógicas, necesarias para determinar el recorrido, con componentes idénticos. Esto resulta en el caso presente ya de conectar cuanto antes ambas tensiones eléctricas inducidas de las bobinas secundarias a un canal de medición común. Mediante el recurso de que la salida del multiplexor está unida por medios de circuitería a la entrada del convertidor AD, se consigue además un aumento de la precisión de medición, ya que todas las operaciones lógicas son realizadas digitalmente. A través de ello se evita un corrimiento, provocado de forma natural por componentes analógicos, entre las señales de tensión eléctricas adicionales derivadas de las dos tensiones eléctricas inducidas. Como el recorrido es... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de medición (14) con un sensor de recorrido (1) que funciona según el principio de un transformador diferencial, cuyo sensor comprende una bobina primaria (3) así como una primera y una segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5), y con un dispositivo de circuito (16) que está unido por medios de circuitería a la primera y la segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5) para la determinación de un recorrido, en que el dispositivo de circuito (16) comprende un multiplexor (18), un convertidor AD (20) y un componente lógico digital (22), la primera y la segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5) están conectadas al multiplexor (18) a través de respectivamente una etapa de entrada, la salida del multiplexor (18) está unida por medios de circuitería a la entrada del convertidor AD (20) y la salida del convertidor AD (20) está guiada hacia la entrada del componente lógico digital (22), que está conformado para determinar el recorrido a partir de las señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor (20), en que además está previsto un generador de tensión eléctrica (38) para suministrar tensión eléctrica alterna a la bobina primaria (3) y está conectado a la misma, el dispositivo de circuito (16) comprende una unidad de control (37) unida al componente lógico digital (22), al multiplexor (18) y al generador de tensión eléctrica (38), cuya unidad está conformada para la generación de una tensión eléctrica de excitación, correlacionada temporalmente con la temporización del componente lógico (22), del generador de tensión eléctrica (38) y para una conmutación del multiplexor (18) correlacionada con la temporización del componente lógico (22), y en que el multiplexor (18) y el componente lógico (22) están conformados de tal modo que la evolución temporal de las tensiones eléctricas inducidas en las bobinas secundarias (4 y 5) se mide de modo respectivo sobre exactamente un periodo de la tensión eléctrica alterna.

2. Dispositivo de medición (14) según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente lógico digital (22) está conformado para el muestreo de las señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor (18).

3. Dispositivo de medición (14) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el componente lógico digital (22) está conformado al menos para un cálculo de valor, para una suma, para una resta y para una división de señales de entrada o de señales derivadas de las señales de entrada.

4. Dispositivo de medición (14) según la reivindicación 3, caracterizado porque el componente lógico digital (22) está conformado para obtener mediante muestreo de la señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor

(18) periódicamente la suma de sus valores efectivos así como la diferencia de los valores medios de sus valores absolutos y para determinar a partir de ello el recorrido mediante cálculo de cociente.

5. Dispositivo de medición (14) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el componente lógico digital (22) está conformado para una corrección de corrimiento de las señales de entrada obtenidas alternativamente por el multiplexor (18).

6. Dispositivo de medición (14) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el componente lógico digital (22) es una matriz FPGA.

7. Procedimiento para la determinación de un recorrido con un sensor de recorrido (1) que funciona según el principio de un transformador diferencial – en particular de un dispositivo de medición (14) según una de las reivindicaciones precedentes - con una bobina primaria (3) así como una primera y una segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5), caracterizado porque como tensión eléctrica de excitación para la bobina primaria (3) se emplea una tensión eléctrica alterna, porque durante exactamente un periodo de la tensión eléctrica alterna se mide la evolución temporal de la primera tensión eléctrica secundaria (42) inducida en la primera bobina secundaria (4), porque después y de nuevo durante exactamente un periodo de la tensión eléctrica alterna – preferentemente una vez transcurrido un tiempo de respuesta (46) – se mide la evolución temporal de la segunda tensión eléctrica secundaria (52) inducida en la segunda bobina secundaria (5), porque la conmutación entre la primera y la segunda bobina secundaria (4 o respectivamente 5) para la medición de la tensión eléctrica secundaria (42 o respectivamente 52) inducida se produce a través de un multiplexor (18), porque además la tensión eléctrica de excitación y la conmutación del multiplexor (18) están correlacionadas temporalmente con la temporización de un componente lógico (22) y porque a partir de las tensiones eléctricas secundarias (42 o respectivamente 52) medidas se determina el recorrido.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque a partir de las tensiones eléctricas secundarias (42

o respectivamente 52) medidas se obtienen respectivamente valores absolutos y a partir de la diferencia entre estos valores absolutos de las tensiones eléctricas secundarias primera y segunda (42 o respectivamente 52) se determina el recorrido.

9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque después de la medición de la segunda tensión eléctrica secundaria (52) se mide nuevamente durante un periodo y preferentemente una vez transcurrido un tiempo de respuesta (46) la evolución temporal de la primera tensión eléctrica secundaria (52) inducida en la primera bobina secundaria (5).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 hasta 9, caracterizado porque como valor absoluto de la tensión eléctrica secundaria (42 o respectivamente 52) se emplea el valor medio rectificado de la evolución temporal de la respectiva tensión eléctrica secundaria (42 o respectivamente 52).