Medidor de espesor de estratos de materiales.

Medidor de espesor de estratos de materiales a partir de la interpretación de las características físicas y/o químicas del material que compone el estrato.

A través de uno o varios elementos sensores (1) acoplados al elemento de penetración (3) para atravesar los estratos, la señal, que depende de la característica del estrato objeto de medición, es captada por el elemento sensor (1) y enviada al transductor (4), para ser interpretada en el sistema de control (5), el cual soporta la lógica de funcionamiento (6) del dispositivo para determinar el espesor de la capa atravesada. La medida del espesor es enviada al elemento para la visualización (8) de los resultados, pudiendo también ser enviada, mediante el sistema de envío de datos (9), a un dispositivo externo capaz de recibir esta información y tomar decisiones en base a la misma.

Medidor de espesor de estratos de materiales OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un medidor de espesor de estratos de materiales a partir de la interpretación de las características físicas y/o químicas del material que compone el estrato objeto de medición.

El sistema, que puede ser configurado de forma manual o automática, permite establecer los límites o valores de cambio entre las características que diferencian cada tipo de material, de tal forma que introduciendo el sensor de forma progresiva en el material estratificado, se registra una medida de la dimensión de cada capa.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad los métodos o técnicas para medir espesores de estratos de materiales se basan en la aplicación y estudio de la propagación de ondas electromagnéticas (que se resumen básicamente en la tecnología de GeoRadar) o en ondas de tipo mecánico, como las sonoras. La medición mediante ondas electromagnéticas y/o mecánicas, en los distintos rangos de frecuencias, se basan en la medición de parámetros específicos de las ondas reflejadas en los interfaces de materiales con distintas características. A partir de la detección de la onda reflejada, se calcula la diferencia entre el instante de emisión de la onda original y la recepción de la reflexión para estimar la localización del defecto, discontinuidad o interfaz que la ha causado.

Las ondas sonoras, en concreto las referentes a ultrasonidos, se suelen emplear para medir capas o elementos superficiales con unos grosores que van desde unos pocos micrómetros a unos centímetros. La gran ventaja de esta tecnología es que la corta longitud de onda empleada permite obtener, con buena resolución, el grosor e incluso detectar defectos internos de los materiales que se estudian. Sin embargo, esta corta longitud de onda también es su mayor inconveniente, ya que presenta una atenuación elevada por unidad de longitud recorrida, lo que limita su poder de penetración. Existen en la actualidad sistemas y transductores ultrasónicos especiales que permiten medir capas de mayor grosor. Estos sistemas se limitan a ciertos materiales específicos (principalmente metales) empleando tecnologías que en muchos casos están aún en desarrollo, por lo que su uso en la determinación de cualquier tipo de espesor y/o material resulta inviable.

El GPR, radar de penetración en tierra, radar de subsuelo, radar de superficie o GeoRadar, es otro sistema que mediante la emisión y recepción de ondas electromagnéticas, es capaz de detectar cambios mediante la identificación de las propiedades electromagnéticas de los materiales del subsuelo alcanzando distancias mucho mayores que los ultrasonidos, desde pocos centímetros hasta varios metros de profundidad. Esta tecnología no permite la medición de capas superficiales delgadas, por la existencia de la denominada 'zona muerta de trabajo. Esta `zona muerta se debe a que, para distancias cortas, la reflexión se produce muy rápido (capa superficial) y el arribe de la reflexión no puede distinguirse del arribe directo desde el emisor al receptor, perdiendo toda la resolución. Otro de los inconvenientes de este tipo de tecnología es la incapacidad de trabajar en medios conductores (como metales o agua salina) que debido a sus características atenúan la señal, perdiendo con ello la capacidad de medición.

Otra técnica existente para la medición de espesor es la denominada sísmica, que se basa en la utilización de sonidos en frecuencia audible, para obtener perfiles del suelo y obtener el grosor de los estratos más profundos. Los sistemas sensores se componen de varios receptores (geófonos o similares) y un sistema para producir ondas sonoras en el suelo mediante golpeo o explosión. El perfil del suelo se obtiene

mediante un análisis posterior de los arribes de las ondas captadas por todos los receptores. Este sistema no permite el análisis continuo de las características del suelo en tiempo real, debido a la gran cantidad de receptores que suelen emplearse, la cantidad de información que debe ser procesada, el ruido producido y la dificultad de provocar los pulsos sonoros. Además, suelen emplear análisis únicamente de baja frecuencia (<50 Hz) por lo que no permiten distinguir capas de pocos centímetros de grosor.

Se requiere contar con un dispositivo capaz de medir con precisión el espesor de una capa de suelo o estrato de manera continua y en tiempo real, independientemente de su grosor o de la composición del estrato y con un coste menor a las tecnologías antes descritas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El medidor de espesor de estratos de materiales aquí descrito consiste en un sistema para determinar el grosor de las diferentes capas que componen algunos materiales, de manera continua y automática, a través de la interpretación de las características físicas y/o químicas de los mismos. Dicho sistema sensor puede emplearse para medir capas, estratos o elementos superficiales, en situaciones en las que ninguna de las tecnologías mencionadas anteriormente ofrece una solución válida, como es el caso de materiales conductores de gran grosor, capas finas de varios centímetros muy atenuantes o con muchos defectos estructurales, aplicaciones de medida en tiempo real y/o en movimiento, etc.

El sistema está compuesto por uno o varios elementos sensores (1) que miden las características físicas y/o químicas de los estratos (2), un elemento de penetración

(3) de tipo automático o manual para atravesar los estratos y un elemento transductor

(4) que transforma una característica física o química en una señal interpretable que es enviada al sistema de control (5), el cual está compuesto por la lógica de funcionamiento (6) y uno o varios de los siguientes elementos: un sistema de calibrado (7) automático y/o manual, un elemento para la visualización (8) de los resultados y un sistema para el envío de información (9) a otros dispositivos.

El principio de funcionamiento del medidor de espesor de estratos es el siguiente: a través de uno o varios elementos sensores (1) dotados con elementos de penetración (3) diseñados para atravesar los estratos (2), se realiza un calibrado del sistema para determinar las características físicas y/o químicas del medio, o se introducen éstas si son conocidas, obteniendo unos valores asociados a los límites que separan cada uno de los estratos. El elemento sensor, compuesto por un emisor y un receptor de señales, es introducido de forma progresiva y controlada, captando simultáneamente valores relativos a las características del medio que atraviesa, enviando dichos valores al transductor (4) que se encarga de transformar las señales en información o datos que puedan ser interpretados y/o procesados. La información es procesada en el sistema de control (5), bien en tiempo real o a posteriori, para lo cual se le puede dotar de un sistema de registro para los resultados obtenidos. El algoritmo o lógica de funcionamiento (6) diseñada específicamente para este sistema, evalúa los valores de las propiedades físicas y/o químicas del medio que atraviesa, calculando el espesor a partir de la distancia recorrida entre dos fronteras o límites de capas. La señal de cambio de estrato y/o la penetración del elemento sensor obtenida, puede ser trasladada al elemento de visualización (8) para mostrar la información de las señales recibidas por el sistema. De igual forma, la señal de cambio de estrato y/o la penetración del elemento sensor puede ser enviada a través del sistema de envío (9) a otro dispositivo de procesamiento, el cual evalúa la información recibida y toma una decisión automáticamente en base a unas reglas o premisas establecidas.

Los elementos sensores (1) para la medición de las características de los estratos tienen como función extraer datos cuantitativos relativos a las propiedades físicas y/o químicas del medio que atraviesan, basándose en las propiedades de transmisión de una señal cuando atraviesa diferentes materiales, para lo cual es necesario disponer de un emisor y un receptor de señales. El número y tipología de los sensores puede ser variable, dependiendo de la composición del estrato que se desea medir o de la precisión de la medida que se desee obtener.

Así, si se toma como característica del material que compone el estrato su conductividad, ésta se mide a través de un sensor de conductancia, la cual se define como el inverso de la resistencia eléctrica. Para realizar la medición se aplica un campo eléctrico entre dos electrodos y se mide la resistencia eléctrica del material.

De igual forma, la velocidad de propagación del sonido es una propiedad que depende directamente del tipo de material y la composición...

1. Medidor de espesor de estratos de materiales que comprende:

un elemento de control encargado de regir el principio de funcionamiento del sistema de medición en respuesta de la señal de entrada;

un transductor acoplado al elemento de control, que contiene un elemento sensible a la o las características físicas o químicas específicas del material que compone el estrato objeto de la medición, encargado de generar la señal de entrada al elemento de control;

un dispositivo de penetración en los estratos encargado de transportar, de manera controlada, el elemento sensor a través de los estratos para obtener la señal de entrada al elemento de control, obteniendo la medida de espesor de los estratos que atraviesa;

y una interfaz de usuario acoplada al elemento de control, a través de la cual se entrega el resultado de la medición de espesor de estratos realizada por el sistema.

2. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque el transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, está basado en la velocidad de propagación del sonido a través del material que compone los diferentes estratos.

3. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en la medición de conductancia eléctrica, producto de aplicar un potencial eléctrico entre electrodos en contacto con el material del estrato objeto de la medición.

4. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en el pH del material que compone los diferentes estratos.

5. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en la atenuación de la intensidad de campo electromagnético aplicado al material que compone los diferentes estratos.

6. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en la resistencia a la penetración del material que compone los diferentes estratos y un elemento de penetración de tipo estático por presión.

7. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en la resistencia a la penetración del material que compone los diferentes estratos y un elemento de penetración de tipo dinámico por golpeo.

8. Medidor de espesor según reivindicación 1, caracterizado porque incluye un transductor que genera la señal de entrada al elemento de control, basada en la resistencia a la penetración del material que compone los diferentes estratos y un elemento de penetración de tipo rotativo que contiene un elemento sensible al par motor.