Número de publicación: ES2557702 A1 (27.01.2016) Número de Solicitud: Consulta de Expedientes OEPM (C.E.O.) P201400462  (28.05.2014)La invención comprende un sistema para la medición de campos electromagnéticos débiles, en la banda de frecuencias comprendida entre 1 a 100 Hz, donde se localizan señales derivadas de la resonancia natural que ocurre entre la tierra y la ionosfera, las resonancias de Schumann. El sistema está compuesto por un núcleo de material ferromagnético (1) y un conjunto de bobinas separadas entre sí (2), conectadas mediante cables unifilares (8). Un cable de par trenzado (3) conecta el sensor a un sistema electrónico de medida (4) compuesto por un amplificador diferencial (5) al que se acoplan cada par trenzado, en una bifurcación coaxial con las mallas comunes (20), (21) mediante conectores coaxiales (22), (23) y con salida a un convertidor analógico digital (6). La geometría, estructura y materiales del sistema, le confieren sus propiedades de sensibilidad y ancho de banda.Universidad de Almerí

Fernández Ros, Manuel

García Salvador, Rosa María

Gázquez Parra, José Antonio

Novas Castellano, Nuria

Repositorio Institucional de la Universidad de Almería (Spain)

ES 2 557 702 A119 OFICINA ESPAÑOLA DEPATENTES Y MARCASESPAÑA 1121Número de publicación: 2 557 702Número de solicitud: 20140046251 Int. CI.:G01R 33/02 (2006.01)12 SOLICITUD DE PATENTE A154  Título: Magnetómetro para medida de campos electromagnéticos débiles en la banda elf71 Solicitantes:UNIVERSIDAD DE ALMERÍA (100.0%)Universidad de Almeria -OTR Ctra. deSacramento s/n, Edf. Central04120 Almería ES72 Inventor/es:GÁZQUEZ PARRA, Jose Antonio;NOVAS CASTELLANO, Nuria;GARCÍA SALVADOR, Rosa María yFERNÁNDEZ ROS, Manuel22 Fecha de presentación:28.05.201443 Fecha de publicación de la solicitud:27.01.201657  Resumen:La invención comprende un sistema para la mediciónde campos electromagnéticos débiles, en la banda defrecuencias comprendida entre 1 a 100 Hz, donde selocalizan señales derivadas de la resonancia naturalque ocurre entre la tierra y la ionosfera, lasresonancias de Schumann. El s istema estácompuesto por un núcleo de material ferromagnético(1) y un conjunto de bobinas separadas entre sí (2),conectadas mediante cables unifilares (8). Un cablede par trenzado (3) conecta el sensor a un sistemaelectrónico de medida (4) compuesto por unamplificador diferencial (5) al que se acoplan cada partrenzado, en una bifurcación coaxial con las mallascomunes (20), (21) mediante conectores coaxiales(22), (23) y con salida a un convertidor analógicodigital (6). La geometría, estructura y materiales delsistema, le confieren sus propiedades de sensibilidady ancho de banda.   M A G Nrt M- PARA MEDIDA DE CAMPOS ELECTROMAGNETICOS DEBILES EN LA BANDA ELF.   CAMPO DE LA INVENCION  5 La presente invencion se engloba en el campo de la sensorizacion electromagnetica.  ANTECEDENTES DE LA INVENCION  La captacion de seriales electromagneticas de baja frecuencia mediante bobinas 10 con nixie() es un tema de interes con aplicacion en muchos campos de la ffsica y de la ingenierfa. El magnet6metro o sensor mas habitual y directo que permite convertir un campo electromagnetico de baja frecuencia en una corriente electrica, susceptible de ser medida, es una bobina, en la cual se induce una corriente electrica en fund& de la ley de Lenz-Faraday. Una aplicacion tfpica de 15 estos magnetometros es la medida de los campos inducidos por redes electricas, transformadores y motores en el estudio de la compatibilidad electromagnetica. El problema surge cuando se quiere alcanzar la sensibilidad suficiente para la medida de campos electromagneticos naturales en la banda ELF (ExtremelyLowFrequency) tales como los derivados de las resonancias Tierra-20 lonosfera o Resonancias de Schumann. Dichas seriales se detectan entre 7 y 100 Hz con niveles de amplitud de pocos picoTeslas. Este tipo de medidas requiere el uso de sensores muy sensibles y deben Ilevarse a cabo en zonas alejadas de la actividad humana, debido a la influencia de la red electrica, 50 Hz o 60 Hz segon la zona geografica. Un problema que aparece cuando se em plea un sensor basado 25 en una bobina es la presencia de autoresonancia, ya que las bobinas no son elementos ideales y todas tienen una capacidad parasita C debido a la capacidad de los cables entre espiras. Esta capacidad conlleva forzosamente a que la bobina se convierta en un circuito resonante LC a una determinada frecuencia. En el margen de frecuencias cercanas a la de resonancia, la sensibilidad de la bobina es 30 maxima y fuera de dicho rango la sensibilidad decrece rapidamente, lo que no DESCRIPCIÓN  2ES 2 557 702 A1 permite la captacion de senales debiles fuera del rango de la frecuencia de resonancia. Suele usarse un nkleo de material ferromagnetic° que concentra la componente magnetica del campo, aumentando la sensibilidad de la bobina aunque disminuyendo su frecuencia de resonancia. 5 Hay patentes de 2005 como US2005/0156601 que describe un magnetometro de induccion de pequerio tamano apto para ser usado desde aeronaves, sin embargo algo no encontrado hasta el momento son sensores basados en bobinas que tengan una gran sensibilidad y un ancho de banda comprendido entre 0 y 100 Hz 10 que permita la medida de 7 picos de la resonancia de Schumann con una buena linealidad inicial. DESCRIPCION DE LA INVENCION  Esta invencion se refiere a un sensor de campo magnetic° de muy baja frecuencia 15 en la banda ELF con capacidad de medida de 1 a 100 Hz. La cave para que un sensor tenga sensibilidad y ancho de banda suficiente para captar las resonancias tierra-ionosfera con buena relacion sei-ial a ruido esta en la estructura y geometria del sensor. 20 La base de esta invencion consiste en definir las caracteristicas de las bobinas, su conexionado, el nkleo, los materiales empleados, el tipo de cable, su longitud; asi como la colocacion y el valor de una resistencia en paralelo con la salida de las bobinas para la degradacion del factor de calidad Q y el aumento del ancho de banda del sensor. 25 El funcionamiento de esta invencion esta basado en la medida de una corriente electrica inducida por el campo magnetic° que se desea captar. Para ello se sittla la bobina sobre un nkleo ferromagnetic° de alta permeabilidad cuya mision es la concentracion del campo magnetic° del medio, aumentando dicho campo en el 30 interior de las bobinas e incrementado la sensibilidad del sensor.  3ES 2 557 702 A1 El n6cleo se caracteriza por su geometria alargada y tipo de material. Este es tanto mejor cuanto mayor es la permeabilidad magnetica a bajos campos de excitacion. Para aumentar el ancho de banda del sensor es necesario que el n6cleo este laminado longitudinalmente y exista aislamiento electric° entre las laminas. 5 La cave de esta invencion es el uso de conjuntos de bobinas distribuidas, y separadas entre si, sobre el node°, con una conexion en serie hasta Ilegar a un n6mero total de espiras suficiente, del orden de cientos de miles de espiras, para conseguir la tension de induccion requerida. Esta configuracion que permite una 10 salida balanceada situando el terminal de masa en la conexion de las bobinas centrales, es sumamente eficaz al proporcionar un gran ancho de banda al detector, ya que la frecuencia de autorresonancia se sitaa muy por encima del caso de las bobinas con un onico devanado a lo largo de todo el nUcleo. Situando la frecuencia de autorresonancia en el centro del ancho de banda a medir, 15 mediante la capacidad C del cable de conexion y con la resistencia en paralelo, se obtiene el factor Q necesario para conseguir el ancho de banda requerido. Con esta invencion se han desarrollado sensores capaces de medir con un ancho de banda entre 0 y 100, las resonancias Tierra-Ionosfera con buena relacion senal a ru ido. 20 La salida balanceada del conjunto n6cleo-bobinas se aplica a traves del cable balanceado a un amplificador diferencial de elevada ganancia y la salida del amplificador se conecta a un digitalizador de suficiente resolucion para el almacenamiento digital de los datos obtenidos. 25 BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS  A continuacion se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion que se representa como un ejemplo ilustrativo 30 y no limitativo de esta.  4ES 2 557 702 A1La figura 1 es un diagrama general del sensor de la invencion de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion. La figura 2 es un esquema del sistema de captacion de acuerdo con una realizacion preferida de la invencion. 5 MODOS DE REALIZACION PREFERENTE  El sistema esta compuesto por un conjunto de 4 inductores o bobinas (2a), (2b), (2c), (2d) de 75000 espiras de cobre esmaltado de 0.15 mm de diametro cada una, con una longitud de 10 cm (13) y diametro interior de 5.4 cm (10). La 10 separacion de los extremos de las bobinas entre si (12) es de 30 cm y la separacion entre los extremos de las bobinas exteriores (2a),(2d) y los extremos del nixie() (14) es de 35 cm. En el interior se introduce un nixie° ferromagnetic° (1) de 2 metros de longitud y 4.7 cm de diametro de un material denominado Nilomag77. Este material es una aleacion cuya corriposicion mayoritaria es Niguel 15 (77%), Hierro (13.5%), Cobre (5%), Molibdeno (4.2%), que confiere al sistema alta permeabilidad magnetica. Posee un ciclo de histeresis pequefio que se recupera facilmente ante un estimulo externo, necesitando un menor campo magnetic° en el proceso de desmagnetizacion. Para la conformacion del nUcleo se establece una estructura laminada mediante el apilamiento de chapas rectangulares de 1.72 20 mm de espesor (26) y diferentes tamanos (10), (11) (fig.1), e identicas para cada una de las mitades, adernas entre las laminas se coloca un papel parafinado. Este procedimiento pretende disminuir las posibles corrientes de Foucault que puedan aparecer en el sistema mediante el confinamiento de las corrientes parasitas en trayectorias de pequena seccion transversal. 25 Las bobinas estan conectadas en serie mediante cables unifilares (8). En el mismo sentido de los devanados (15) se conexionan a un cable (3) de baja capacidad y libre de ruido, compuesto por un par trenzado (17), (18) y malla (19). El otro extremo del cable se acopla a un sistema electronic° de medida (4) compuesto 30 por un amplificador diferencial de una ganancia de hasta 80 dB y alta impedancia  5ES 2 557 702 A1 de entrada, 100 mega-ohmios(5) donde se conecta cada unidad del par trenzado, en una bifurcacion coaxial con las mallas comunes (20), (21) mediante conectores coaxiales (22), (23). La longitud (9) del cable bifilar (3) es de 5 metros y ello determina el valor de la capacidad externa en paralelo con el conjunto de 5 bobinas, que fija la frecuencia de autorresonancia y de maxima sensibilidad del sistema. Una resistencia en paralelo con cada entrada diferencial (24), (25) de valor 5 Mega Ohmios, rebaja el factor de calidad Q del sistema de bobinas, aumentando el ancho de banda al valor requerido. La salida del amplificador se conecta a la entrada de un convertidor analogic° digital (6) de 24 bits, del que se 10 obtienen finalmente los datos digitalizados de las seriales electromagneticas que se miden (7).    6ES 2 557 702 A15101520251. Un magnetometro con sensor magnetico de bobina constituido por un numero par de bobinas, distribuidas simetricamente sobre un nucleo ferromagnetico de alta permeabilidad. Se considera el piano de simetria el que es perpendicular al centro del nucleo y paralelo a su seccion transversal. La conexion electrica entre las bobinas sera en serie en cada piano de simetria y con el mismo sentido de espiras, constituyendo el conjunto una estructura de cuatro electrodos para su conexion a un amplificador con entrada diferencial. El punto de masa del sistema podra establecerse, en la union de los electrodos centrales o en los electrodos de los extremos. Los 2 electrodos libres seran la salida de senal del sensor. Se utilizan un par de resistencias en paralelo entre las conexiones de las salidas de senal y el punto de masa.2. Un magnetometro con sensor magnetico de bobina, de acuerdo con la reivindicacion 1, donde las parejas de bobinas equidistantes al piano de simetria son identicas.3. Un magnetometro con sensor magnetico de bobina, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, en el que todas las bobinas son identicas.4. Un magnetometro con sensor magnetico de bobina, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y 3, en el cual las resistencias en paralelo con las salidas de senal, se corresponden con la impedancia de entrada en cada rama del amplificador diferencial al que se conecta el sensor.5. Un magnetometro de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4 donde la conexion del sensor con el amplificador diferencial es mediante un cable con una determinada longitud y de una capacidad propia.6. Un magnetometro con sensor magnetico de bobina, de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, y 5 donde el nucleo ferromagnetico de altaREIVINDICACIONES  7ES 2 557 702 A1permeabilidad esta constituido por laminas longitudinales de material y aisladas electricamente entre si. 8ES 2 557 702 A1 9ES 2 557 702 A1 10ES 2 557 702 A1   OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS  ESPAÑA   21 N.º solicitud: 201400462 22 Fecha de presentación de la solicitud:  28.05.2014 32 Fecha de prioridad:   INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA    51  Int. Cl. :    G01R33/02 (2006.01)    DOCUMENTOS RELEVANTES    Categoría  56                                                                Documentos citados  Reivindicaciones afectadas    X     A      US 2006202699 A1 (REIDERMAN ARCADY) 14/09/2006, párrafo [12]; párrafo [14]; párrafo [40]; párrafo [48]; párrafo [52]; figura 4.   US 6002253 A (BORNHOFFT WOLFGANG   et al.) 14/12/1999, resumen; figuras.    1-6     1,6        Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la       misma categoría A: refleja el estado de la técnica    O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación      de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha       de presentación de la solicitud   El presente informe ha sido realizado  para todas las reivindicaciones    para las reivindicaciones nº:    Fecha de realización del informe 19.01.2016  Examinador E. P. Pina Martínez  Página 1/4   INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA  Nº de solicitud: 201400462      Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)  G01R  Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados)  INVENES, EPODOC, WPI                                 Informe del Estado de la Técnica    Página 2/4  OPINIÓN ESCRITA  Nº de solicitud: 201400462        Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 19.01.2016     Declaración          Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones 1-6 SI   Reivindicaciones  NO       Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones  SI   Reivindicaciones 1-6 NO       Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).  Base de la Opinión.-  La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.              Informe del Estado de la Técnica    Página 3/4  OPINIÓN ESCRITA  Nº de solicitud: 201400462     1. Documentos considerados.-  A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.  Documento Número Publicación o Identificación Fecha Publicación D01 US 2006202699  A1 (REIDERMAN ARCADY) 14.09.2006  2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración  Se considera D01 el documento del estado de la técnica anterior más próximo al objeto de la solicitud. Este documento afecta a la actividad inventiva de todas las reivindicaciones, tal y como se explicará a continuación.   Reivindicación 1  En relación con el objeto de la reivindicación independiente, el documento D01 describe el siguiente dispositivo (las referencias entre paréntesis se refieren a D01):  Un magnetómetro con sensor magnético de bobina constituido por un número par de bobinas (50), distribuidas simétricamente sobre un núcleo ferromagnético de alta permeabilidad y conectadas en serie con el mismo sentido de espiras (ver fig. 4, párr. [0052]).  La diferencia entre lo descrito en D01 y el objeto de la reivindicación 1 reside en las resistencias en paralelo que se conectan entre la salida y el punto de masa.   El efecto técnico de esta diferencia sería la modificación del factor de calidad que a su vez implica la modificación del ancho de banda, por estar ambos directamente relacionados.   No obstante, se considera una práctica conocida y habitual en el sector de la técnica la modificación del factor de calidad de un circuito LRC a través de la modificación de la resistencia. Así un experto en la materia, motivado por la necesidad de modificar el ancho de banda en el dispositivo descrito en D01 incluiría las mencionadas resistencias sin la necesidad de realizar un esfuerzo inventivo.  En consecuencia, en vista del estado de la técnica anterior, la reivindicación 1 no satisface el requisito de actividad inventiva establecido en el Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.   Reivindicaciones 2-6  Las reivindicaciones dependientes 2-6 no comprenden características adicionales o alternativas que, en combinación con las características de las reivindicaciones de las que dependen, satisfagan el requisito de actividad inventiva frente al estado de la técnica anterior (Art. 8.1 de la Ley 11/86).    En conclusión, a la vista del estado de la técnica anterior, la solicitud no satisface los requisitos de patentabilidad que se establecen en el Art. 4.1 de la Ley de Patentes 11/86.     Informe del Estado de la Técnica    Página 4/4  

Magnetómetro para medida de campos electromagnéticos débiles en la banda ELF

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