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www.qsl.net/lw1ecp  Ing. Daniel Pérez LW1ECP
 

Marzo 2006

En toda industria que emplee a gente con conocimientos de electrónica se encontrará quien entienda de acondicionamiento de señales, circuitos digitales, microcontroladores, interfases de PC, etc. Y cuántos hay que se animen con la RF si llegare a ser necesario?. En esta sección presentaremos algunos casos reales de circuitos de RF que se desarrollaron en forma casera para solucionar problemas industriales.

 

Sensor magnético de discos dentro de estuche

Tras la colocación de un DVD en su box, éste se embolsa mediante una "selladora en L": se coloca el box dentro de un film plegado, un alambre caliente en L lo corta y deja sellado el box, y posteriormente la bolsa formada se termocontrae al pasar por un horno.

Ocasionalmente hubo boxes que fueron embolsados y no tenían disco colocado, originando malentendidos con el cliente.

Se decidió detectar la presencia del disco en el momento en que la selladora tocó fondo. Inicialmente se usó un sensor capacitivo el cual puede detectar el metalizado del disco adentro, pero lamentablemente también presentó estos problemas:

- Cuando el box contiene gran cantidad de hojas de material gráfico con cierto grado de humedad, éstas pueden llegar a dar un efecto como el del metalizado, engañando al sensor si llegara a faltar el disco.

- La superficie bajo la cinta transportadora es metal, por lo tanto el sensor no tiene el trabajo fácil de detectar presencia o ausencia de metal, sino que debe discriminar entre metal cerca y metal lejos, y la diferencia de distancia es de sólo ~1cm.

- Requería un ajuste algo crítico, lo que dejaba el temor de que gradualmente se fuese descalibrando hacia la condición de no dar nunca alarma aún sin disco, sin ser ello advertido.

Qué otra forma habría de sensar el disco?. El metalizado constituye una espira en cortocircuito, lo que sugiere el uso de un sensor inductivo. Sin embargo al acercarlo a un localizador de metales por batido que trabaja en unos 200kHz casi no dio detección. Ello puede deberse a lo muy delgado (70 nanometros) de la capa de metalizado: presenta una resistencia tan alta en serie con la reactancia inductiva que prácticamente anula la influencia inductiva, o sea, que resulta casi como una espira abierta: a las corrientes parásitas les cuesta circular, y entonces no ocasiona gran influencia sobre el oscilador.

Afortunadamente esto no ocurrió al repetir la prueba en frecuencias de varios MHz. Por ser el metal tan fino, más fino que la profundidad de penetración del efecto pelicular (26um para aluminio @ 10MHz), podemos asumir que la resistencia no varió mucho con respecto de la de 200kHz. Sin embargo la reactancia inductiva aumenta proporcionalmente con la frecuencia. Por lo tanto, el Q (de esta espira en corto) mejora y acopla más influencia a la bobina del sensor.

En {SensCd} tenemos el circuito que quedó como definitivo. El FET del oscilador Hartley desarrolla una tensión negativa en su compuerta que depende de la amplitud de la oscilación. Al acercarlo a una superficie metálica, esta tensión baja. Un amplificador de CC cambiará de estado según la comparación de esta tensión contra un umbral prefijado.

El circuito no provee histéresis por sí mismo; ello no es problema en la aplicación actual ya que en el momento de la decisión el estado de la salida está bien alto o bien bajo.

2A266?. Un recuerdo de la antigua T.I. Argentina. Cualquier cosa como un MPF102 o 2N3819 tiene que servir; habrá que cambiar la R de 330k para centrar el rango del potenciómetro.

El armado mecánico se hizo como indica {SensCdM}:

Para mantener el espesor del conjunto en un mínimo, los componentes se montaron acostados, directamente sobre islas de cobre formadas en la plaqueta ("ugly style" de la QST).

En {SensCdA} se ve un esquema de cómo se aplicó el sensor en la embolsadora: el cilindro mueve una cinta transportadora plástica (no ilustrada), y el circuito se alojó en un recorte practicado al chapón en la zona sobre la que se hallará el box al bajar la selladora. Una vez sellado, el box es movido hacia la derecha por la cinta.

El sensor andaba perfectamente fuera de la máquina, pero la oscilación ni arrancaba estando colocado. Se advirtió que no colocando el cilindro también se lograba funcionamiento Ok. Resultó ser que el eje del cilindro, junto con el chapón y los rodamientos que los vinculan, formaban una inesperada espira en cortocircuito. Tras aislar con separadores plásticos uno de los rodamientos quedó funcionando en forma definitiva.

Volviendo al efecto indeseado de la humedad en las láminas cuando se intentó el sensor capacitivo: lo mismo ocurría al hacer una versión portátil: al tener que sostenerlo con la mano, la presencia de ésta del otro lado del box era detectada como disco. La versión inductiva ignoró totalmente el efecto de la mano.

Un comportamiento interesante: la variación de amplitud de la oscilación es distinta según se trate de un CD-R o un CD replicado, y se debe a que el metalizado es plata y aluminio respectivamente. También se vio diferencias entre acercar superficies de níquel o de hierro. Las máquinas clasificadoras de monedas usan este fenómeno para analizar la composición de cada pieza.

Otra versión, adaptada al espacio en forma de canaleta que tenía una máquina, se compensó el escaso ancho disponible haciendo que el largo abarque todo el diámetro del disco:

 

 

Sensor capacitivo por "acoplamiento"

En otra máquina que mueve los boxes con CD por una cinta transportadora, era una pena hacerle el recorte al chapón bajo la cinta para ponerle el sensor inductivo. Se decidió idear un sensor capacitivo pero que no fuese molestado por la cercanía del chapón, aprovechando el hecho de que éste está a masa y el disco no.

Recordemos cómo se hace para medir capacitancias en componentes de tres terminales, p. ej. la C colector-base en un transistor, sin que moleste Cbe ni Cce. Se utiliza un capacímetro de tres conexiones, una de las cuales es masa o bien es una conexión de "guarda", y hace que la medición no sea influenciada por las capacitancias que estén conectadas a ella. Pensemos a las otras dos conexiones como la transmisora y la receptora. El instrumento no mide la C total entre ellas, sino la cantidad de señal transmitida que llega a la recepción.

Volviendo a nuestro caso, veamos la parte A) de {SensC3T}:

Estas conexiones Tx y Rx van a dos placas paralelas al chapón. La capacitancia de cada una contra el chapón no sirve como medio de propagación entre ellas precisamente porque éste está a masa. En cambio, la C entre cada una y un disco (B) sí constituye un vínculo. Para no complicar, no se consideró la C directa entre Tx y Rx, su efecto es el de no permitir recepción cero en ausencia de disco.

Los siguientes circuitos no son definitivos. Para ser honesto, cumplían su misión a la perfección en un ambiente de laboratorio, pero el receptor parece ser molestado por ruidos de contactos en la máquina.

El transmisor es {SensCTx}:

Se utilizó un cristal de la frecuencia indicada sólo porque se tenía a mano. También podría haber sido un oscilador LC.

El circuito está alojado dentro de un marco metálico del que asoma la placa transmisora. La masa del circuito no está unida para la CC al marco porque el chapón y la estructura metálica que rodea a la cinta transportadora no están a potencial cero. El choke de modo común evita la circulación de corrientes de RF por el marco, lo cual inducía una señal residual sobre el receptor.

El receptor está en {SensCRx}:

La RF recibida por la placa se amplifica, se detecta, y un comparador determina el estado de la salida. Ésta se puede configurar como PNP / NPN, y normalmente abierto / cerrado con un cambio de puentes.

Si alguien desea aplicar estos circuitos deberá considerar el defecto mencionado. Y si deseara comercializarlo seriamente, deberá someterlo a tests de compatibilidad electromagnética.

La lógica utilizada es parecida a {SensCLg}:

Para este caso, no se emplea los reguladores internos de 12V de los módulos.

La idea es: la cinta va transportando el box; en un punto éste pasa por el sensor capacitivo que detecta al disco. Centímetros más adelante (o sea, unos instantes después) está el sensor fotoeléctrico que detecta el box, y se da alarma si en el momento de detectar box no se estaba detectando disco.

 

 

<eof>

 

ignorar las siguientes anotaciones:

La bobina es un cuadrado con lado de 70mm. El área es la de un círculo con diámetro= 79. 4 espiras en este círculo con longitud cero dan L=2,76uH. Con 130pF resuena a 8,4MHz

 

En RF no importa que el Fe sea ferromagnético

 

 

4e en cuadrado 70mm

“ocho”

6e en cuadrado ~35mm

 

Sin CD

|

Con CD

Sin CD

|

Con CD

Sin CD

|

Con CD

sin chapa

3340 / 7,5

-D1390-

1950 / 7,5

2960 / 11,5

-D250-

2710 / 11,5

3280 / 8,4

-D500-

2780

 

| D890

|

| D -210

 

|

 

 

|

 

chapa alred

2450 / 8,6

-D290-

2160 / 8,6

2850 / 11,5

-D330-

2520 / 11,5

3260

-D200-

3060

“Con CD”: apoyar un box vacío sobre la bobina, y luego un box con disco

Se usó un CD con metalizado de aluminio

Bisel hacia adentro en las esquinas para ayudar a que quede retenido el alambre

por qué tan grande la bobina: CD – DVD – PC3