OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un sistema que permite la determinación de las características de unos líquidos mientras éstos son agitados. Concretamente permite la caracterización de fluidos en condiciones de estanqueidad al integrar los sensores de medición de las características del fluido dentro del recipiente donde está el citado fluido.

El principal campo de aplicación de la presente invención es el de la caracterización de fluidos, más concretamente de líquidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los sensores inalámbricos están siendo utilizados para monitorización en aplicaciones biomédicas y clínicas. Implementaciones típicas de sensores inalámbricos comerciales son el sistema Bravo™ pH Monitoring System, distribuido por Medtronic Inc., que mide el pH estomacal, o el sensor CorTemp™ temperature pill, de HQ Inc, que mide la temperatura del sistema digestivo. Estos sensores incluyen un dispositivo sensible al parámetro a medir, electrónica de amplificación y transmisión, una antena y una pila. Un tipo de sensores inalámbricos que no usa pila son los basados en alimentación y comunicación por acoplamiento inductivo. Estos sensores se pueden dividir entre sensores activos y sensores pasivos. Los sistemas activos, a diferencia de los sensores pasivos, contienen circuitos de acondicionamiento de la señal y de comunicaciones con la unidad lectora. Los sensores pasivos son estructuras capaces de reflejar una parte de la energía que se le transmite a distancia ["A wireless LC chemical sensor based on a high quality factor EIS capacitor". Autores: J. García-Cantón, A. Merlos, A. Baldi. Sensors and Actuators B, Volumen 126, pp. 648 a 654, 22 de Abril de 2008] . Los sistemas de medición inalámbrica constan de dos partes: una parte es el sensor inalámbrico en sí, que es el dispositivo que se encuentra inmerso en el líquido a medir, y la otra parte es el aparato lector, que es el dispositivo que interroga al sensor inalámbrico y adquiere sus datos a distancia.

Los sistemas de agitación se utilizan en las situaciones en que es necesario agitar un líquido de forma constante para mantener sus componentes repartidos uniformemente por todo su volumen. Uno de los sistemas de agitación más común es el agitador magnético. Este sistema consta de dos partes: una pequeña barra magnética, la cual esta normalmente cubierta por una capa de plástico (usualmente Teflón) , y un magneto-rotatorio (cubierto por una placa que permite sostener los contenedores de líquidos) a fin de crear un campo magnético rotatorio. Es muy frecuente que tal aparato tenga resistencias eléctricas con la finalidad de dotar de calor las soluciones químicas [ Intelligence magnetic stirrer, Patente CN2142752 (Y) ] . Durante la operación de un agitador magnético típico, la barra magnética de agitación es deslizada dentro del recipiente que contiene el líquido para ser agitado. El contenedor es colocado encima de la placa en donde el magneto-rotatorio ejerce su influencia sobre la barra magnética y propicia su rotación mecánica. Los agitadores magnéticos son preferidos debido a que son más silenciosos y no tienen partes móviles que puedan romperse o desgastarse (simplemente la barra de agitación en sí) . Debido a su pequeño tamaño, la barra de agitación es más fácil de limpiar y esterilizar que otros aparatos de agitación. Además, el sellado hermético del recipiente es más sencillo, en el caso de necesitarse un sistema cerrado, sea por regulación ambiental o por tratarse de un proceso en el cual debe haber ausencia de polvo, agua u oxigeno. En estos casos, la medida de los parámetros del liquido resulta muy dificultosa si se pretende realizar mediante sensores conectados con cables eléctricos, necesitando una apertura del recipiente por donde acceder al liquido con ellos, y comprometiendo de esta manera la estanqueidad.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema objeto de la invención permite interrogar un liquido mientras éste está siendo agitado, para la obtención de diversos parámetros relacionados con dicho liquido proponiendo una solución que carece de la desventajas aducidas en el apartado anterior, ya que permite medir los parámetros del liquido sin comprometer la hermeticidad del recipiente.

Este aparato está formado por un sensor inalámbrico y un aparato lector que interroga inalámbricamente al sensor. Por lo tanto el aparato de medición inalámbrica trabaja en conjunto con el aparato de agitación magnética de tal forma que el sensor inalámbrico se acopla a la barra magnética agitadora.

Gracias a esta solución, se consigue agitar y determinar los parámetros del liquido con un único aparato y sin usar cableado eléctrico para acceder al interior del recipiente del liquido a medir, permitiendo una total hermeticidad del contenedor, aporta mayor comodidad de uso y reduce el número de aparatos necesarios.

En la misma cápsula que contiene la barra magnética de agitación se integran uno o varios sensores inalámbricos que pueden medir, por ejemplo, la temperatura, el pH, la conductividad, el potencial de reducción de una celda galvánica o la concentración de cualquier especie química. Esta barra magnética con sensor se mantiene posicionada encima del magneto del aparato agitador, girando en el fondo del recipiente. Los medios de lectura del sensor, que puede estar formados por una antena de comunicación y los medios electrónicos necesarios para gestionar los datos captados, están en una primera realización preferida de la invención integrados en el interior del propio magneto-agitador.

En una segunda realización preferida de la invención, los medios de lectura se integran en una alfombrilla independiente del magneto-agitador, que se sitúa entre el recipiente que contiene el líquido a caracterizar y el magneto-agitador. Adicionalmente los medios electrónicos se sitúan en un módulo externo que se conecta a la alfombrilla mediante un cable. También, en esta segunda realización preferida, el display se emplaza en otro módulo externo que se conecta al módulo de los medios electrónicos mediante un cable. Así pues, esta segunda realización preferida comprende los elementos necesarios para que la invención descrita en esta memoria se pueda emplear en magneto-agitadores convencionales ya que los elementos que conforman la invención son independientes del propio magneto-agitador. En esta segunda realización preferente, los medios de lectura, los medios electrónicos y el display se podrán integrar de forma conjunta en la alfombrilla o bien en módulos independientes.

Mediante un display que se integrará en el aparato agitador en el caso de la primera realización preferente de la invención, se pueden mostrar distintos valores, como pueden ser valores de los parámetros medidos o medias de los mismos. En ambas realizaciones, el display estará conectado a los medios electrónicos. Así, pues la presente invención comprende ser un sistema de medición y caracterización de fluidos que comprende un magneto-agitador encargado de agitar fluidos al actuar sobre una barra magnética. Dicho magneto agitador estará inducido por un motor. La invención se caracteriza porque en una primera realización preferente al menos comprende:

- una cápsula que a su vez comprende al menos una barra magnética y al menos un sensor, introduciéndose la cápsula en un recipiente destinado a albergar un fluido y estando la cápsula al menos parcialmente en contacto con el fluido;

- unos medios de lectura conectados a una unidad electrónica, estando encargados los medios de lectura de establecer una comunicación inalámbrica con el al menos un sensor y obtener los datos captados del al menos un sensor;

- una unidad electrónica que gestiona los datos recibidos de los medios de lectura; y,

- un display conectado a la unidad electrónica que comprende mostrar los resultados obtenidos de las mediciones del al menos un sensor.

En una segunda realización preferente de la invención, el al menos un sensor es inalámbrico de acoplamiento inductivo. Además en otra realización de la invención, el sensor comprende al menos un inductor sensible a los datos referidos a características del fluido .

En una tercera realización preferente de la invención, los medios de lectura comprenden una antena encargada de establecer un canal de comunicación con el al menos un sensor y estar conectada la antena a la unidad electrónica encargada de gestionar los datos provenientes de la antena . En una cuarta realización preferente de la invención, los medios de lectura descritos en el párrafo anterior adicionalmente comprenden unos medios de alimentación adaptados para suplir energía al sensor. Preferentemente los medios de alimentación del sensor consisten en una batería acoplada al mismo. En otra realización de la invención los medios de alimentación del sensor consisten en un sistema de alimentación por acoplamiento inductivo. En una quinta realización preferente de la invención el sensor se encuentra ubicado en la superficie exterior de la cápsula.

En una quinta realización preferente de la invención los medios de lectura, la unidad electrónica y el display están integrados en el interior del magneto-agitador.

En una sexta realización preferente de la invención los medios de lectura, la unidad electrónica y el display se encuentran integrados en una alfombrilla que se sitúa entre el recipiente y el magneto-agitador.

En una séptima realización preferente de la invención los medios de lectura se encuentran integrados en una alfombrilla que se sitúa entre el recipiente y el magneto- agitador estando la unidad electrónica conectada a la alfombrilla y al display y siendo la unidad electrónica y el display dos módulos independientes. Existen más posibilidades de implementaciones de los módulos estando dispuestos de forma interna o externa al magneto-agitador.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1.- Muestra un esquema del aparato.

Figura 2.- Muestra un modelo tridimensional de un tipo de sensor inalámbrico.

Figura 3.- Muestra un modelo tridimensional del aparato. Figura 4.- Muestra una gráfica de la fase de la bobina lectora para diferentes valores de permitividad del fluido .

Figura 5.- Muestra una gráfica donde se aprecia la relación entre el mínimo de la valle correspondiente a la frecuencia de resonancia del sensor.

Figura 6.- Muestra una realización de la invención en la que los medios de lectura, los medios electrónicos y el display se integran de forma externa en módulos independientes del magneto-agitador.

EJEMPLOS DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se realizan, con carácter ilustrativo y no limitativo, una descripción de varios ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

Como ejemplo de realización se realiza el acoplamiento a una barra magnética (6) agitadora con un elemento de captación de datos. Para ello se ha escogido un sensor (4) inalámbrico pasivo de permitividad eléctrica sumergido en un recipiente (2) que alberga un líquido (3) a determinar. El sensor (4) pasivo dispone de un inductor (11) cuya capacidad eléctrica es sensible a la permitividad, formando un resonador pasivo cuya frecuencia de resonancia varía en función de la permitividad. Al variar la permitividad del fluido (3) , varía la capacidad eléctrica del inductor (11) y con esto varía la frecuencia de resonancia del sensor (4) . Se mide este cambio de frecuencia de resonancia provocado por el cambio en la permitividad del fluido (3) mediante unos medios de lectura (7) que interrogan al sensor (4) inalámbrico de inducción magnética pasivo. Dado el acoplamiento inductivo entre el inductor (11) del sensor (4) y una bobina lectora de los medios de lectura (7) , se produce una variación en la impedancia de la bobina lectora por el cambio de la frecuencia de resonancia del sensor (4) . La medición de esta variación con un analizador de impedancias da a conocer el valor de permitividad de forma inalámbrica.

El sensor (4) inalámbrico de permitividad de este ejemplo consta del inductor (11) configurado por 15 espiras y formado por cable eléctrico cubierto de PVC aislante. La inductancia obtenida junto a la capacidad resultante entre las espiras del inductor (11) forma un resonador pasivo tipo LC . Este inductor (11) se ha enrollado a una cápsula (5) en el interior de la cual se encuentra una barra (6) magnética con una envoltura de teflón de planta cilindrica de 2,5 cm de diámetro adquirido a la empresa SELECTA, tal y como se muestra en la figura 2. La cara externa de las espiras está expuesta al fluido (3) , por lo que la capacidad que hay entre espiras está influenciada por la permitividad del fluido (3) . La variación de esta capacidad es directamente proporcional a la variación de permitividad. La inductancia (L) obtenida es constante y de valor 13 μΗ. La frecuencia de resonancia (fr) del sensor (4) variará según la relación siguiente: fr=l/ (2*n* (L*C) ) .

La bobina lectora y el analizador de impedancias se pueden integrar en un magneto-agitador (8) del aparato (1) de agitación magnética que mediante un motor (10) controlado por una unidad electrónica (10) mueve la barra magnética (6) por inducción. En la figura 3 se muestra un modelo de la barra magnética (6) con el sensor (4) inalámbrico en el exterior de la cápsula (5) utilizándose junto al magneto-agitador (8) y los medios de lectura (7) . Pero para hacer una primera comprobación del funcionamiento del aparato (1) , se han usado una bobina lectora y un analizador de impedancias externos al magneto-agitador (8) . Se ha manufacturado una bobina lectora de 2,5 cm de diámetro y se ha conectado a un analizador de impedancias de la marca AGILENT modelo 4294 ^a .

Este ejemplo sirve para comprobar que este sensor (4) inalámbrico o cualquier otro puede medir correctamente durante el proceso de agitación del fluido (3) . Se ha sumergido la barra magnética (6) con el sensor (4) inalámbrico dentro de un recipiente (2) al que se le ha añadido diferentes concentraciones de isopropanol, consiguiendo asi medir soluciones con diferentes permitividades . En el analizador de impedancias se realiza un barrido en frecuencia para medir la fase de la bobina lectora. Allí donde se encuentra la frecuencia de resonancia del sensor (4) se observa un valle en la fase de la bobina lectora. Al cambiar la permitividad del fluido (3) , se observa un desplazamiento en frecuencia de este valle debido al cambio de la frecuencia de resonancia del sensor (4) . En la figura 4 se muestra este efecto mediante la gráfica de la fase de la bobina lectora para diferentes valores de permitividad del fluido (3) , y en la figura 5 se muestra la relación entre el mínimo del valle correspondiente a la frecuencia de resonancia del sensor (4) y la permitividad.

En la siguiente tabla se muestra un resumen de los valores obtenidos mostrado en un display (12) del aparato (1) . En ella se muestra el valor de permitividad eléctrica para las distintas disoluciones de isopropanol y la correspondiente frecuencia de resonancia del sensor (4) inalámbrico medido con los medios de lectura (7) .

100%

80% IPA 60% IPA 40% IPA 20% IPA 0% IPA IPA

Componentes

20% 40% 60% 80% 100%

0% agua

agua agua agua agua agua

Permitividad

17 29.4 41.8 54.2 66.6 79 eléctrica

Frecuencia

de

13, 98 14,28 14,85 15, 61 16, 81 18,71 resonancia

(Mhz)