TORRENTS DOLZ, Josep Maria (C/Jordi Girona 31, Barcelona, E-08034, ES)
RECOLONS MARTOS, Jaume (Jordi Girona 31, Barcelona, E-08034, ES)
TORRENTS DOLZ, Josep Maria (C/Jordi Girona 31, Barcelona, E-08034, ES)
| Reivindicaciones Ia - "SISTEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" de los que están compuestos principalmente por un elemento sensor, la corredera, que mide un parámetro físico, unos medios de procesamiento y condicionamiento de la señal transmitida por el sensor que permiten obtener información adicional que se visualiza o registra y actuar para el caso de oleaje, caracterizado por comprender: - un elemento sensor-corredera (11) formado por el elemento sensor clásico de corredera de hélice fija o de presión o Doppler o cualquier otro susceptible de dar información sobre la velocidad y su variabilidad; - unos medios de procesado e interpretación (15) de las señales provenientes del sensor-corredera (11) para determinar el rumbo e intensidad del oleaje; - unos medios de visualización (14) del resultado de procesar e interpretar (15) las señales; y unos medios de actuación (16) para accionar el piloto automático según las consignas indicadas por los medios de procesado e interpretación (15) . 2 a _ " s I STEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" según la primera reivindicación, caracterizado en que el elemento procesador (15) está fabricado con los sistemas electrónicos habituales, microprocesadores, FPGA, ASIC, SoC u otros dispositivos o sistemas electrónicos siguiendo una configuración cualquiera capaz de procesar señales. 3a - "SISTEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" según la primera y segunda reivindicación, caracterizado en que el elemento procesador (15) incorpora el programa o programas adecuados para la estabilidad del bucle del sistema. 4a - "SISTEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" según la primera y tercera reivindicación caracterizado en que los medios de visualización y/o registro (14) muestran o registran la información necesaria relativa al rumbo aparente e intensidad del oleaje. 5a - "SISTEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" según la primera reivindicación, caracterizado en que los medios de actuación (16) hacia el piloto automático son seguros y robustos, realizados mediante técnicas de electrónica de potencia. |
Sector de la técnica
La presente solicitud de Patente de Invención consiste conforme indica su enunciado en un "SISTEMA DE MEDIDA Y ACTUACIÓN FRENTE OLEAJE MEDIANTE CORREDERA" cuyas nuevas características de construcción, conformación y diseño, cumplen la misión para la que específicamente ha sido diseñado con una seguridad y eficacia máximas, proporcionando numerosas ventajas tal y como se detallará en la presente memoria.
Estado de la técnica
Más concretamente la invención se refiere a un sistema de medida y actuación compuesto por una corredera a la que se le procesa la señal que suministra para detectar, cuantificar y clasificar el oleaje con unas características particulares que permiten al sistema interaccionar con esta señal para mejorar la gobernabilidad de embarcaciones. La finalidad principal de la presente invención es que merced al procesado de la señal proveniente de la corredera se consiga información y actuación sobre el oleaje de forma automati zada .
Con lo que ayude a la navegación y se pueda mejorar la seguridad y el confort de la embarcación en caso de mar gruesa. Con unos costes de fabricación reducidos ya que se aprovecha elementos físicos instalados, la corredera, y se invierte en el procesado de señal que la corredera suministra . El sistema de procesado y actuación de la señal suministrada por la corredera objeto de la presente invención está destinado a aplicaciones muy diversas donde se utilicen elementos adicionales de ayuda a la navegación, confort y seguridad en la mar.
La señal proveniente de la corredera proporciona control en tiempo real de las condiciones de oleaje como la navegación a la capa, permitiendo avanzar en sistemas de seguridad y confort a bordo. Las correderas son dispositivos que suministran una señal proporcional a la velocidad del buque. En sus inicios, la velocidad se calculaba a partir del tiempo que empleaba en alcanzar la popa un objeto flotante echado por la proa. Este método rudimentario dio paso a la corredera de barquilla. El principio de medida era parecido y consistía en contar durante un tiempo determinado, la cantidad de cabo que salía de un carrete y sujetaba una barquilla lastrada en un lateral echada por popa. Cada cierta distancia el cabo tenía un nudo (que equivaldría a recorrer una milla en una hora) , de ahí la unidad de medida de velocidad. La corredera de barquilla dio paso a la corredera de patente que consistía en un torpedo de aletas helicoidales echado por la borda y sujetado por una veta. Las vueltas que daba este torpedo eran proporcionales a la velocidad.
Hoy, la corredera habitual en embarcaciones de poco porte es la llamada de hélice fija y es un refinamiento de su antecesora, la corredera de patente. Consiste en una hélice, o rueda de palas, solidaria a una magneto que genera una señal eléctrica pulsada. Alternativamente, para evitar la magneto, las palas se cargan con ferrita y en presencia de un campo magnético y por efecto Hall también genera una señal eléctrica pulsada cuya frecuencia de pulsación es proporcional a la velocidad. Hasta la fecha, la interpretación de estos pulsos ha servido para medir la velocidad media de la embarcación respecto el agua (la velocidad de superficie) .
Otras correderas más sofisticadas son las correderas Doppler que aprovechan el efecto Doppler entre la corriente aparente que "se acerca" por proa y la que "se aleja" por popa o las correderas de presión que miden la diferencia de presión entre un orificio "dinámico" en la obra viva y en dirección de proa a popa respecto a un orificio "estático" en dirección contraria, reservada esta última corredera para buques de porte mayor.
En las últimas décadas, los sistemas electrónicos de presentación de datos, como plotters, tridatas (nombre popular de una pantalla comercial de la empresa Raymarine para visualizar sonda o profundidad, velocidad de superficie y temperatura del agua a la vez) u otras pantallas se han perfeccionado y han aumentado sus prestaciones de forma muy notoria. Sin embargo, los sensores o transductores y elementos que suministran datos a estos elementos de representación e interpretación poco han evolucionado.
Se conocen una gran variedad de plataformas de sensores; una clasificación habitual los divide en sensores pasivos y activos. Su configuración más frecuente se compone de tres partes diferenciadas: un elemento sensor, cuya función es la de medir la variable física, unos medios de acondicionamiento y procesamiento de dicha medida, y un elemento de almacenamiento, transmisor-receptor o presentación, cuya función es la de almacenar, transmitir o presentar la información. El elemento sensor o transductor es la parte más crítica de un sistema de medida y transforma la variable física de interés, tal como la presión, fuerza, humedad, temperatura, flujo de aire o flujo de agua en el caso de la corredera en una variable generalmente eléctrica reflejo de la variable física. En función de la variable física a medir y de la tecnología de medida de dicha variable escogida, se determina la forma y estructura del sensor.
En el estado actual de la tecnología, las correderas de hélice fija se alimentan, generalmente de una batería de 12 Voltios, tanto para establecer las condiciones necesarias para la correcta medida y aplicación del efecto Hall como para el acondicionamiento y amplificación de la señal pulsada débil que suministra la hélice y que debe transmitirse hasta la pantalla o elemento de almacenaje. Interferencias de otros elementos de la embarcación, como puede ser el motor, y atenuaciones sufridas durante el camino transmitido pueden afectar a la calidad final de la información de velocidad suministrada. En este sentido, la patente japonesa JP10160746 describe y reivindica un filtrado de la señal de la corredera que elimine las imprecisiones y promedie la medida. Además, la patente de la antigua Unión Soviética SU1626156 propone un método válido para calibrar los errores de una corredera. Así hasta la fecha, estas patentes asociadas o de aplicación de las correderas, persiguen una mayor precisión en la medida de velocidad de superficie con este dispositivo.
Todavía más, otra patente de la antigua Unión Soviética SU1774171 propone la medida de las corrientes interiores y profundas mediante corredera Doppler. Y más aún, la patente norteamericana US5331558 propone un sistema comparador regenerativo o zona muerta de amplitud variable en función de la mar y de la velocidad de la embarcación actuando sobre el timón, salvando un movimiento errático, a partir de los datos de la corredera o del compás para evitar el desgaste del timón y elementos mecánicos colindantes o del piloto automático debido a los pequeños cambios transitorios de rumbo por ruido en las medidas o pequeño oleaje. Sin embargo, no existe en el Estado de la Técnica ningún sistema de medida y actuación que en caso de oleaje incorpore la información que suministra la corredera como conocimiento de la ola y la evolución o reacción de la embarcación frente a la misma.
Explicación de la invención
La presente invención tiene por objeto diseñar un sistema de medida y procesado de la señal de la corredera que permita evaluar el oleaje (longitud, altitud y dirección de la ola) .
Otra finalidad de la invención es diseñar un sistema, mediante la información de la corredera sobre el oleaje, y actuando sobre la embarcación, ayudar a la navegación, garantizando una navegación máximamente segura y confortable con énfasis en situación que pueden ser comprometidas, precisamente, como en capear o en correr un temporal .
El sistema de medida y actuación frente oleaje mediante corredera comprende los componentes siguientes: un elemento sensor o corredera que tiene la funcionalidad de suministrar una señal que puede ser eléctrica cuya frecuencia de pulsación (en correderas de hélice) o cuyo valor medio (en correderas de presión) es función de la velocidad de superficie de la embarcación;
- unos elementos computacionales que pueden basarse en tecnologías diversas como microcontroladores genéricos o procesadores digitales de señal (DSP) , matriz de puertas programable in situ (FPGA) , circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o sistema monochip (SoC) para procesar la señal o pulsación proveniente de la corredera;
- unos medios de procesado de señales del sensor, en este caso una corredera, para determinar la variabilidad de la velocidad en su variable física asociada (paso de la hélice, presión o pulsación Doppler según tipo de corredera), en este caso el programa que se ejecuta dentro del sistema computacional ;
- unos medios de interpretación de esta variabilidad para conocer el oleaje y su interacción con la embarcación; - unos medios de visualización del oleaje para interpretar su interacción con la embarcación;
Y
- unos medios de actuación para contrarrestar, en la medida de lo posible, los inconvenientes debidos a ese oleaje.
El parámetro físico que mide el elemento sensor- corredera puede ser: las vueltas de la hélice, una diferencia de presión o cualquier parámetro físico función de la velocidad y susceptible de convertirse en variable eléctrica. Por ejemplo, las distintas características de la señal eléctrica generadas por el elemento sensor-corredera de hélice fija, dependiendo de la aplicación concreta, pueden ser: frecuencia, amplitud, periodo, o ciclo de trabajo. El elemento sensor-corredera que tiene la funcionalidad doble de medir velocidad y características de amplitud, periodo o dirección de la ola que se realiza aprovechando los sensores comerciales de hélice fija que envían pulsos debidos a cambios de campo magnético producido por magnetos o por efecto Hall o aprovechando la diferencia de presión debida a la velocidad que se manifiesta en los sensores de presión.
Merced a dicha doble funcionalidad del elemento sensor-corredera, debe separarse su actuación mediante dos procesados diferenciados de señal que pueden relacionarse a la integración de la señal para la medida de velocidad y a la derivación de la señal para la medida de oleaje. Así, aparece la función doble de medida de velocidad y medida de dirección, amplitud y frecuencia del oleaje. Una de las realizaciones posibles del sistema objeto de la presente invención es un elemento sensor-corredera conectado con un elemento clásico de representación como pueda ser una pantalla más un subcircuito procesador de señal (o derivador) del sensor-corredera y estando este subcircuito procesador de señal conectado a un sistema de representación e información para el usuario.
De acuerdo con dicha realización de la invención, el funcionamiento del sistema preconizado empieza por la captación de la señal clásica de la corredera. Esta señal se envía al procesador, que incluye elementos computacionales y medios de procesado e interpretación, que interpreta la señal y la adecúa para que sea una información apta para ser leída i enviada al elemento actuador .
El elemento sensor-corredera actúa siempre de corredera y son los subcircuitos de procesado de la señal los que interpretan la señal según contenga una información de velocidad (frecuencia constante) o bien una información de oleaje (variación de frecuencia y patrones de señal) . Además, se puede incorporar nuevas funcionalidades y otros elementos al procesador. Dada una velocidad de máquina constante, por ejemplo, el sensor-corredera de hélice fija suministra pulsos eléctricos cuyo número en un tiempo dado es proporcional a la velocidad. En una mar en calma, dichos pulsos duran todos lo mismo. En una situación de mar de fondo o mar de viento que no venga de dirección cercana al través, los pulsos presentan distinta duración y la media de duración de todos sigue informando sobre la velocidad de la embarcación. La duración de los pulsos se alarga cuando se remonta una ola y se acorta cuando se baja aunque por el rozamiento hidrodinámico de la obra viva, el efecto no es simétrico .
El elemento sensor-corredera está formado según una primera realización por una corredera convencional de hélice fija que consiste en una hélice solidaria a un pequeño motor o magneto que genera corriente eléctrica alterna debido a la velocidad de la hélice.
El elemento sensor-corredera está formado según una segunda realización por una corredera convencional de hélice fija que consiste en una hélice cuyas palas cargadas con ferrita en el interior en movimiento y por efecto Hall genera corriente eléctrica alterna. El elemento sensor-corredera está formado según una tercera realización por una corredera de presión que mide la diferencia de presión entre un orificio "dinámico" en la obra viva y en dirección de proa a popa respecto a un orificio "estático" en dirección contraria.
El elemento sensor-corredera está formado según una cuarta realización por una corredera Doppler que aplica el efecto Doppler entre dos haces de ultrasonidos en el agua, un haz dirección a proa y otro dirección a popa.
El elemento computacional está formado según una primera realización por un microcontrolador de gama media alta que gestiona la información proveniente de la corredera en tiempo real. Un programa realizado en C y ensamblado en código máquina implantado en el microcontrolador procesa la señal de la corredera que determina e interpreta la variabilidad la señal que envia la corredera. El control puede identificarse como un clásico PID (proporcional integral derivativo) .
En una segunda realización, el subcircuito procesador de señal del sensor comprende un elemento capaz de interpretar los parámetros tanto de velocidad aparente, como los particulares de una ola, como son, periodo, amplitud. El subcircuito procesador puede contener otros elementos de cálculo más complejos no mencionados. La pantalla de visualización del oleaje está formada según una primera realización por un elemento de información gráfica al usuario o registro. La información para la visualización viene del subcircuito procesador de la medida de la corredera y puede consistir en rumbo aparente e intensidad de las olas. El registro puede interesar para determinar responsabilidades en caso de accidente . Finalmente, un circuito actuador que interacciona con el piloto automático para contrarrestar, en la medida de lo posible, los inconvenientes debidos a ese oleaje y asi ayudar a la navegación y aumentar la seguridad y el confort a bordo.
Otros detalles y características ponen de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en las que se hace referencia a la figura 1, en la que se muestra a título ilustrativo pero no limitativo, una forma de realización de la invención, sin que la misma sea la única posible.
Sigue a continuación una lista numerada de las diferentes partes que participan en el sistema de medida y actuación frente oleaje mediante corredera objeto de la presente invención, y que puede verse en la figura 1:
(10) sistema de medida y actuación con corredera frente a oleaje,
- (11) elemento corredera,
- (12) señal medida en la corredera que se transmite a los elementos de visuali zación, pantalla de velocidad
(13) y pantalla de oleaje (14) este último, después de su procesado mediante el subcircuito procesador (15),
- (13) elemento de visualización (pantalla o registro) de la velocidad, - (14) elemento de visualización (pantalla o registro) del oleaje,
(15) subcircuito procesador e interpretador de la información del oleaje para poder controlar el piloto automático (17) en función del oleaje, y transmitir la información gráfica para su representación en pantalla (14) ,
- (16) subcircuito actuador que recoge la información suministrada por el subcircuito procesador (15) y la transfiere al piloto automático (17),
- (17) piloto automático,
(18) el agua, por donde la actuación del piloto automático cierra el bucle y permite control de la navegación en función del oleaje. La figura 1 es una vista esquemática en forma de diagrama de bloques, donde se muestra la interrelación de los elementos que configuran el sistema de actuación frente a oleaje mediante corredera (10) objeto de la presente invención . Tal y como se puede observar en la figura 1, el sistema de actuación frente a oleaje mediante corredera (10) está formado por un elemento sensor-corredera (11) que suministra señal y le llega alimentación a través de una linea o cable eléctrico (12) de forma convencional a una pantalla registro de velocidad (13) . Esa misma señal entra en el subcircuito procesador (15) e interpretador de la información del oleaje mediante programa de diferenciación y procesado de la señal proveniente de la corredera también a través de otro cable eléctrico (12) . Además, el subcircuito procesador (15) envia la información obtenida sobre el oleaje a la pantalla o registro de oleaje (14) .
Finalmente, el subcircuito procesador (15), a través del subcircuito actuador (16), actúa automática o manualmente sobre el piloto automático (17) para indicar el rumbo a seguir en función del oleaje (18) . El nuevo rumbo ve el oleaje en una dirección diferente y, por tanto, la señal de la corredera varia y esa variación es la que, de nuevo, interpreta el subcircuito procesador (15), cerrando asi el bucle o lazo de retroacción y estabilizando el sistema cuyo programa puede incorporar un sistema PID.
De acuerdo con la presente invención, se consigue, de forma automática, ayudar a la navegación y dotar de una mayor seguridad y confort en situaciones de navegación con mar gruesa.
En el transcurso de la descripción que sigue se ilustra un ejemplo de realización de la invención, sin que la misma sea la única posible, donde se hace referencia a la figura 2, en la que se muestra a titulo ilustrativo pero no limitativo, detalles y características de una parte de la invención mediante diagrama de flujo para navegación a la capa. Este caso particular de navegación, debe incorporarse como uno de los procesos lógicos en el código del subcircuito procesador de oleaje (15) que parcialmente conduzca el subcircuito actuador (16) sobre el piloto automático (17) mediante pequeños cambios de rumbo.
Breve descripción de los dibujos
Para ayudar a comprender las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, unas figuras con carácter ilustrativo y no limitativo que representan:
La figura número 1.- Corresponde a una vista esquemática en forma de diagrama de bloques, donde se muestra la interrelación de los elementos que configuran el sistema de actuación frente a oleaje mediante corredera (10) objeto de la presente invención.
La figura número 2.- Corresponde a un esquema, en forma de diagrama de flujo (20), de una posible realización de código interno del procesador (15) e interacción con el piloto automático (17) para la automatización del mantenimiento de la navegación a la capa en situación de oleaj e .
Descripción detallada de unos ejemplos de realización
Un ejemplo destacado pueda ser la ayuda en la navegación a la capa como se ha comentado a lo largo de la presente memoria. Capear un temporal, consiste, entre otras actuaciones, en poner proa a la mar y mantener ese rumbo para evitar, en la medida de lo posible, el naufragio.
En este ejemplo de navegación, el subcircuito procesador e interpretador de la información del oleaje (15) , en adelante procesador, capta la señal temporal de pulsos suministrada por la corredera (11) . El procesador (15) calcula el periodo de la señal midiendo la distancia entre flancos de subida consecutivos. Luego, calcula el periodo medio y la desviación típica de los valores obtenidos para el periodo. Finalmente, calcula el coeficiente de variación (CV) dividiendo la desviación típica por el valor medio del periodo. La figura 2 ilustra, en forma de diagrama de flujo (20), una posible realización a título ilustrativo aunque no limitativo de código interno del procesador (15) para la automatización del mantenimiento de la navegación a la capa en situación de oleaje. Sigue a continuación una descripción numerada de esa figura 2 con un posible código interno del procesador (15) en interacción con el piloto automático (17) representado en forma de diagrama de flujo para mantener de forma automática la navegación a la capa en situación de oleaje.
Desde el inicio (21) en un rumbo cercano al de capa, el sistema varia el rumbo (AR) hasta encontrar el rumbo estable a la capa de forma segura cuando el CV es máximo. Registra, de forma periódica, el CV en su enésima adquisición CV(n) (22), en función de los pulsos actuales que suministra la corredera (11) . Entonces, el piloto automático (17) indica un pequeño incremento (a estribor, AR>0) de rumbo (24); con un cierto retardo programado, se adquiere de nuevo CV(n+l) (23) y se compara (26) con el CV(n) anterior. Si el CV aumenta, significa que la nave se acerca al rumbo de navegación a la capa, se almacena el último CV(n+l) como CV(n) (27) y el piloto automático (17) vuelve a indicar un pequeño incremento de rumbo (24) con lo que se repite el proceso hasta que la condición de aumento de CV (26) deja de cumplirse.
Después de otro retardo programado y almacenamiento del último CV(n+l) como CV(n) (27), el piloto automático (17) indica una pequeña disminución (a babor, AR<0) de rumbo (25) ; con un cierto retardo programado, se adquiere CV de nuevo CV(n+l) (23) y se compara (26) con el CV(n) anterior. Si el CV aumenta, significa que la nave se acerca al rumbo de navegación a la capa, se almacena el último CV(n+l) como CV(n) (27) y el piloto automático (17) vuelve a indicar una pequeña disminución de rumbo (25) con lo que se repite el proceso hasta que la condición de aumento de CV (26) deja de cumplirse. Con el pequeño aumento o pequeña disminución alternativa (en una unidad, AR) del rumbo, la nave se mantiene en navegación a la capa, aunque las condiciones de oleaje (dirección e intensidad) varíen.
De acuerdo con la presente invención, se consigue, de forma automática, una mayor ayuda, seguridad y confort en situaciones de navegación con mar gruesa. Descrita suficientemente la presente invención en correspondencia con la figura 1 y como ejemplo de particularización de la figura 2 se comprenderá que el objeto de la invención no queda constreñido a las mismas y que la descripción tiene un carácter enunciativo e ilustrativo de la invención pero no limitativo de la misma, siempre y cuando se ajuste a las reivindicaciones siguientes.
Next Patent: ASSEMBLY FOR SECURING A COVER TO A DOUBLE SPIRAL NOTEBOOK