Brevet FR2029392A1 — publié le 19701023

La pressente invention concerne des capteurs de-déplacement rectiligne ou angulaire qui sont utilisables notamment pour l'asservissement de position d'un galvanomètre d'enregistremEnt. Un galvanomètre destiné à ltenregistrement de phénomènes périodiques dont la fréquence est comprise entre O et 200 Hz est généralement constitué d'une bobine mobile se déplaçant dans un champ magnétique et entraînant un stylet d'inscription. Ce stylet produit, par exemple par encrage ou par chauffage, une trace visible sur un papier qui se déroule. L'extrémité du stylet peut décrire un mouvement curviligne ou rectiligne. Dans ce dernier cas, on peut obtenir l'inscription rectiligne s.oit à l'aide d'un mécanisme incor poré au stylet, soit à l'aide d'une ar8te sur laquelle le papier est tendu et sur laquelle frotte le stylet.Généralement, le cadre mobile est maintenu dans sa position de repos par un ressort de rappel. I1 est nécessaire de dépenser une énergie non négligeable peur vaincre le couple de ce ressort. Pour éviter cet.inconvénient, on peut supprimer le ressort de rappel et munir. l'axe du galvanomètre d'un capteur de position angulaire. Ce capteur produit une force électromotrice qui est une traduction électrique de la position angulaire de la plume. Cette tension est comparée à la tension à enregistrer et la difference entre les deux tensions, appelée signal d'erreur", est amplifiée et transformée en courant pour alimenter le cadre mobile. On voit que, dans un galvanonètre comportant un capteur de position angulaire, le cadre n'est parcouru que par le courant d'erreur qui dépend de ltécart du cadre entre sa position réelle et sa position désirée. I1 suffit que ce courant soit suffisant pour vaincre le frottement et l'inertie du système mobile. Comme les forces de frottement sont faibles, il suffit d'une énergie faible pour déplacer le plume à petite vitesse. Par contre, les forces d'inertie augmentent avec l'accélération imprimée au système mobile. Il faudra donc envoyer dans le cadre des courants d'autant plus intenses que les fréquences à enregistrer sont plus grandes.Pour atteindre les meilleurs résultats, on relise le système mobile avec lti- nertie minimale et on. dote la channe d'amplification de circuits correcteurs. Ces derniers ont pour but d'ajouter au signal d'erreur de position, un signal proportionnel à la vitesse et à l'accéléra- tion du système mobile. On peut éventuellement obtenir le signal de vitesse angulaire à l'aide d'un capteur distinct composé d'un petit cadre mobile dans un champ magnétique. On connatt des capteurs de position angulaire constitués à l'aide d'un potentiomètre à faible coupler à piste circulaire ou rectiligne; dans ce dernier cas, la piste peut autre disposée direc- tement sous ltextrémité du stylet. On connaSt également des capteurs de position angulaire réalisés à l'aide diun transformateur différentiel. Jusqu'à présent, ce transformateur comporte trois bobines qui sont montées.sur trois noyaux reliés les uns aux autres à l'une de leurs.extre-mités Les deux noyaux extrêmes sont reliés, à leur autre extrémité, par un circuit magnétique séparé par un entrefer d'une pièce polaire solidaire du noyau central.Un courant, dont la fréquence est élevée par rapport à celle des phénom;ènes å mesurer, est injecté dans la bobine centrale:et crée un champ magnétique qui se partage en deux champs produisant des forces électromotrices dans les deux bobines d'extrémité qui sont connectées en opposition. La différence de.potentiel entre les deux bobines est ainsi nulle Mais si Un shunt magnétique est placé dans l'entrefer, cette différence de potentiel n'est plus nulle et est d'autant plus grande que ce shunt est plus eloigné de l'axe de la pièce polaire solidaire du noyau central. Oans une variante, le shunt magnétique est remplacé par une spire en court-circuit qui entoure le circuit magnétique et se déplace dans la région de ltentrefer; la spire crée un champ en opposition avec celui qui la traverse et produit un affaiblissement du champ dans la bobine la plus rapprochée. La présente invention a pour objet un capteur de déplacement rectiligne ou angulaire, qui est du type à transformateur différentiel et est amélioré par rapport aux capteurs de ce genr réalisés antérieurement. Ce capteur est caractérisé par un circuit magnétique fermé de sorte que le champ créé par l'enroulement primaire parcourt entierement l'enroulement secondaire. Dans un rnode de réalisation avantageux de l'inventions le circuit magnétique est sensiblement rectangulaire, l'un des enroulements comprend deux bobines disposées sur deux branches oppo sées de ce circuit alors que le second enroulement est disposé sur l'une des deux autres branches de ce circuit, et le shunt est mobile parallèlement à ces deux dernières branches. On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, divers modes de réalisation du capteur de déplacement selon l'invention avec référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels - les Figs. I à 5 montrent divers modes de réalisation du capteur; - la Fig. 6 montre un capteur à double transformateur différentiel équivalent aux capteurs des Figs. 4 et 5; - la Fig. 7 montre un autre mode de réalisation du capteur; - la Fig. 8 montre un galvanomètre à cadre mobile muni d'un capteur selon l'invention. Tel qu'il est représenté à la Fig. 1, le capteur comprend un circuit magnétique fermé 1 sur lequel sont disposées une bobine primaire 2 et deux bobines secondaires identiques 3 et 4. Le circuit I est ici rectangulaire et la bobine 2, qui est très allongée et bobinée en une ou plusieurs couches de fils jointifs, est disposée sur l'une la des branches longitudinales de ce circuit alors que les bobines 3 et 4, qui sont branchées en opposition, sont prévues sur les branches transversales lb et lc de ce circuit. La. bo- bine 2 est alimentee par un courant de fréquence élevée par rapport à celle du capteur; Si ce dernier doit répondre à 200 Hz, la fréquence du courant envoyé dans la bobine 2 sera, par exemple, de 20 KHz. Le champ magnétique créé par la bobine 2 traverse successivement les bobines 3 et 4 et engendre dans celles-ci des forces électromotrices égales; la différence de potentiel totale est donc normalement nulle. Un shunt magnétique 5, dont la position est liée à celle de l'organe dont on désire connattre le déplacement, est placé entre les deux branches longitudinales la et ld du circuit magné- tique 1 et est mobile dans la direction de ces branches. Dans ces conditions, les spires de la bobine 2 situées à gauche du shunt 5 vont produire un champ dont la majeure partie va traverser la bobine 3 et se refermer par le shunt 5. De mène, les spires de la bobine 2 situées à droïte du shu.nt vont produire un champ dont la plus grande partie traverse la bobine 4. Il existe alors entre les bobines 3 et 4 une différence de potentiel qui est d'autant plus grande que le shunt est plus éloigné de l'axe transversal du circuit 1; cette différence de potentiel est nulle quand le shunt se trouve dans cet axe et sa phase s'inverse au passage dudit axe. Dans le mode de réalisation de la Fig. 2, le shunt magnétique 5 est remplacé par.une spire en court-circuit 6 se déplaçant sur la bobine 2. Cette spire, qui est > par exemple, découpée dans un métal conducteur et léger tel que l'aluminiums a pour effet de créer une barrière magnétique à ltendroit où elle se trouve. On peut comparer son action à celle d'un entrefer de haute résistance magnétique qui se déplacerait avec la spire. Le champ magnétique passe alors suivant le trajet H 3 pour se refermer à travers.la bobine 3 et suivant le trajet H 2 pour se refermer à travers la bobine 4. Là encore, les deux bobines 3 et 4 présentent une différence de potentiel qui est fonction de la position de la spire 6 et qui est nulle quand cette spire se trouve dans l'axe transversal médian de la bobine 2. Un résultat analogue peut autre obtenu en disposant la spire 6 sur la branche longitudinale ld du circuit magnétique 1 ( Fig. 3 ) ou bien en prévoyant une spire sur la bobine 2 et une spire sur cette branche ld ( Fig. 4 ). Oans le mode de réalisation de la Fig. 4, les deux spires sont découpées dans une mdme plaque 7, en un métal très conducteur et non magnétique. Lorsquto prévoit une spire sur la bobine 2 et une autre spire sur la branche ld du circuit magnétique, le courant circule dans un sens pour la première spire et dans le sens opposé pour la seconde. On peut, par suite, connec.ter ces spires en série et les réaliser par un conducteur 8 en forme de huit ( Fig. 5 ). Aux pertes de couplage près, les dispositions des Figs. 4 et 5 comportant deux. spires sont équivalentes à un double circuit magnétique qui est schématisé à la Fig. 6 et qui comprend deux circuits magn:étiques 1 et 1' comportant l'un la bobine 3 et une bobine 2, l'autre la bobine 4 et une bobine 2', les deux spires pro duisant un entrefer fictif respectivement dans le circuit I. et dans le circuit 11. La mise en série des deux spires, comme à la Fig. 5, équivaut à un couplage des deux circuits magnétiques par leurs branches lc et l'h. La bobine primaire peut être montée en partie sur l'une des branches la du circuit magnétique et en partie sur l'autre branche ld, comme indiqué en 9 et 9' à la Fig. 7. Les bobines 8 et 8' sont montées en série de façon à produire un champ dans le meme sens du circuit magnétique l; les bobines 3 et 4 restent branchées en opposition. Tous les montages qui viennent d'etre décrits peuvent é- tre utilisés en sens inverse, c'est-à-dire en injectant le courant à saute fréquence dans l'ensemble des bobines 3 et 4, la tension signalant le déplacement de l'organe mobile étant recueillie aux bornes de la bobine 2 ou de l'ensemble des bobines 9 et 9'0 A la Fig. 8 > on voit un galvanomètre comportant un capteur selon la présente invention. Ce galvanom.ètre comprend un cadre 10 qui est mobile dans l'entrefer d'un aimant 11. L'axe 12 du cadre 10 porte un levier 13 auquel est fixé le shunt magnétiqu.e; celui-ci est ici du type à conducteur en boucle 8.Le cadre 10 est alimenté par un courant qui est proportionnel à la différence entre le signal obtenu dans le capteur et convenablemen.t démodulé et le signal à mesurer. Le signal d'erreur est amplifié et traité suivant les règles régissant les systèmes asservis. L'axe 12 est également solidaire d'une plume 15 qui donne une inscription rectiligne sur une arête 16. Il faut que la tangente de l'angle de déviation a soit proportionnelle au signal à enregistrer. Le capteur permet d'offectuer cette correction car le circuit magnétique I est rectiligne. Il suffit de donner à la boucle 8 suffisamment de jeu pour qu'elle puisse décrire une trajectoire courbe sans toucher à un élément du circuit. Le signal produit par le capteur est alors proportionnel à tg et non à et , et on obtient une très bonne linéarité d'inscription.Si l'on désirait capter l'angle OC , il suffirait de donner au circuit magnétique 1 une forme en arc centrée sur l'axe du galvanomètre Le capteur selon l'invention présente un grand nombre d.' avantages - son exécution est très simple. Le circuit magnétique est un simple rectangle et n'a plus une forme compliquée; - il n'est pas nécessaire d'usiner un entrefer avec grande précision pour obtenir une haute linéarité. Un usinage simple avec des matériaux homogènes donne d'excellenta résultats; - le signal de sortie est élevé; - il est facile d'obtenir la correction en tg pour certains types de galvanomtres; - le même principe se prote facilement à la réalisation d'un capteur de mouvement rectiligne et de mouvement angulaire; - sa résolution est infinie; - son encombrement peut titre très petit. I1 va de soi que l'invention ne doit pas titre considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Capteur de déplacement rectiligne ou angulaire du type à transformateur différentiel comprenant un enroulement primaire relié à une source de courant à haute fréquence, un enroulement secondaire fournissant une tension de signalisation, l'un des enroulements étant formé de deux bobines connectées en opposition, un shunt magnétique mobile et des moyens liant la position de ce shunt à celle de l'organe mobile dont le déplacement est à capter, caractérisé par un circuit magnétique fermé de sorte que le champ créé par ltenroulement primaire parcourt entièrement l'enroulement secondaire. 2 - Capteur de déplacement selon la revendication I, caractérisé en ce que le circuit magnétique est sensiblement rectangulaire, les deux bobines de ltenroulemen-t-à deux bobines étant disposées sur deux branches opposées de ce circuit alors que le second enroulement est disposé sur l'une des deux autres branches de ce circuit, et en ce que le shunt est mobile parallèlement à ces deux dernières branches.. 3 - Capteur de déplacement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second enroulement comprend deux bobines connectées en série et disposées chacune sur l'une des deux autres branches du circuit magnétique. 4 - Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enroulement formé de deux bobines connectées en opposition est l'enroulement secondaire0 5 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 d 3, caractérisé en ce que l'enroulement formé de deux bobines connectées en opposition est l'enroulement primaire. 6 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le shunt comprend une spire en courtcircuit montée sur l'une des dites autres branches 7 - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la spire est montée sur le second enroulement. 8 - Capteur selon la revendication. 6, caractérisé en ce que la spire est montée sur la branche du circuit magnétique opposée à celle portant le second enroulement. 9 - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le shunt comprend deux spires montées l'une sur le second enroulement et l'autre sur la branche du circuit magnétique opposée à celle portant ce second enroulement. 10 - Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux spires sont découpées dans une m8me plaque, en un métal bon conducteur et non magnétique. ll - Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux spires sont constituées par un conducteur en forme de huit.