Brevet FR2025605A1 — publié le 19700911

La présente invention à pour objet des ventages de magnétonètres destinés à Castre utilisés, par exemple, dans les systèmes de guidage de véhicule. Le magnétomètre perfectionné, objet de l'invention comprend un filtre à bandez passante- très étroite, destiné à réduire au minimum le bruit engendré par l'élément prodecteur de flux dans le iiagnétoiètre. Ce magnétomètre comprend un élément producteur de fiux,excité- par courant alternatif, pourvu d'un enroulement réactif, et destiné à produire des impulsions de-sortie en réponse à un champ magnétique externe ; lorsque cet élément est excité par un courant alternatif, les impulsions de sortie ont une fréquence qui dépend de la fréquence de la source de ae courant.Le montage comprend d'autre part9 un filtre synchrone, un dispositif de synchronisation alimenté par la source qui excite l'élément producteur de flux, pour l'envoi d'impulsions de synchronisation au filtre synchrone, afin que celui-ci laisse-passer ces impulsions de sortie, et des moyens pour démoduler les impulsions passées à travers le filtre et envoyer un signal démodulé à enroulement réactif, pour que celui-ci engendre un champ magnétique dans-l'élément producteur de flux, opposé au champ produisant les impulsions de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 4st un schéma synoptique d'un montage de magnétomètre à élément producteur de flux conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma de circuit d'un filtre synchrone utilisé dans le montage de la figure I; - la figure 2a est un graphique de formes d'ondes illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 2, - et la figure 3 représente diverse formes d'ondes apparaissant dans le montage de la figure I. Le montage de la figure 1 comprend un élément producteur de flux 1, composé de deux conducteurs parallèles 2-et 3, très perméables magnétiquement. Un enroulement 4, bobiné autour du conducteur 2, est relié en série à un enroulement similaire 5, bobiné autour du conducteur 3, mais en sens inverse de l'enroulement 4. Les enroulements 4 et 5 sont branches à une. source de courant alternatif 7, représentée ici forme d'un oscillateur de rd- alternat à 7, représe ampli-ficateur 7a de classe B. Un troisième enroulement -6 est bobine à la fois autour des condueteurs 2 et 3. les enroulements et 5 sont excités par une source 7, de façon que les valeurs de crête du courant ne-saturent que les conducteurs 2 et 3. En l'absence de champ magnétiquê externe, les enroulements 4 et 5 produisent des champs magnétiques égaux et opposés, déphasés de 900 par rapport à la tens ion de sortie de l'oscillateur (sur la figure 3a, le trait plein représente le flux produit par 1 enrou- lement 4,-et les pointillés représentent le flux produit par l'enroulement 53 de façon à induire des tensions égales et opposées dans l'enroulement 6, et que la tension de sortie de l'enroulement 6 soit nulle.Par contre, en présence d'un champ magnétique externe #1 (figure 3a) ayant une composante parallèle aux conducteurs 2 et 3, il se produit un accroissement périodique de la-saturation dans les conducteurs 2 et 3,. lorsque l'effet du champ externe est ajouté au champ engendré par chaque enroulement. Les enroulements 4 et 5 étant bobinés en sens inverse, la-saturation du conducteur 2 augmente dans chaque demi-cycle alterné de la forme d'ondes, à partir de la source 7, tandis que la saturation du conducteur.3 augmente dans les demi-cycles inter médiaires, produisant ainsi un champ de couplage résultant (figure 3b) dans l'enroulement 6 ayant une fréquence double de celle d- la source 7. La tension induite à la sortie de l'enroulement 6 (figure 3c), résultant d'une variation de la différence de flux # (figure 3b), est appliquée à un préamplificateur 8 à faible bruit, et de là, à un filtre synchrone 9 (qui sera décrit plus en détail ci-dessous) qui sélectionne l'harmonique du double de la fréquence d'alimentation.Le signal de sortie du filtre 9 est amplifié dans un amplificateur principal 10, et démodulé dans un détec- teur synchrone 11. Ce signal démodulé est ensuite appliqué à l'entrée de l.'amplificateur 12 à émetteur asservi. La sortie de cet amplificateur est envoyée à un autre filtre 13. Finalement, la sortie du filtre 13 retourne à un enroulement de réaction 14 de l'élément producteur de flux, bobiné autour des conducteurs 2 et 3 dans un sens tel que le signal de réaction en courant continu produise - un flux tendant à s'opposer au champ magnétique exter- ne à mesurer. Par conséquent, le montage tend vers une condition dans laquelle le flux résultant dans l'élément producteur de flux est nul.La sortie en courant continu du filtre 13 est donc proportionnelle à l'intensité du champ externe appliqué, La figure 2 représente un schéma de circuit du filtre synchrone 9. I1 est constitué d'une résistance 21, qui peut tre reliée à la terre au moyen d'un inverseur 24, soit à travers le condensateur 22, soit à travers le condensateur 23. Le fonctionnement du circuit synchrone de la figure 2 sera maintenant décrit en conJonction avec la forme d'ondes d'en trée A et la forme d'ondes synchronisée par commutation représenée figure 2a. Lorsque la forme d'ondes B est positive , 1'iflverseur 24 relie le condnsateur 22 à la terre, et lorsqu elle est négative, c'est le condensateur 23 qui est relié à la terre. Lorsque la forme d'ondes d'entrée A, à l'entrée du filtre 9, est en phase avec la forme d'ondes de coiiutation B, chaque condensateur 22, 23, est sous une tension proportionnelle à la valeur de crgte de la forme d'ondes d'entrée A, et forme donc une sortie du filtre.Lorsque la forme d'ondes d'entrée est un harmonique pair (par exemple C) de la forme d'ondes de synchronisation par commutation, ou bien est en quadrature de phase avec elle, la valeur intégrale de la forme d'ondes d'entrée est nulle pendant chaque demi-cycle, et par consiquent, n'est pas transmise à la sortie. Ainsi, le filtre synchrone peut tre disposé de manière à sélectionner seulenent une forme d'ondes ayant une fréquence et une phase particulières. Pour des formes d'ondes autres que celle sélectionée, le filtre synchrone agit comme un circuit accordé à pôle unique dont le facteur Q est défini par Q= = 4 f. C. R (1) où r est la fréquence de commutation (Hertz), C. est la valeur de chaque condensateur (farads) et R est la valeur de chaque résistance en série (ohms). Le filtre 9 ayant la forme d'un réseau de synchronisa- tion à autorégulation, la bande passante peut être effectivement très étroite, pour réduire le bruit engendré par l'élément producteur de flux. La constante de temps du filtre 9 peut par conséquent être celle qui domine dans la boucle de réaction du montage de magnétomètre à élément producteur de flux. La valeur de la cor.-- tante de temps (T) pour le filtre est donnée par T = 2. C. R. (2) Si 1 t on se réfère maintenant à la figure 1, le circuit de commutation du filtre synchrone 9 comprend un doubleur de fréquence 17, alimenté par un oscillateurde référence 7, et dont la sortie est branchée à l'une des deux entrées d'un comparateur 19. Le circuit de commutation comprend également un intégrateur 15 et un autre doubleur de fréquence 18, montés en série. Cette combinaison série est alimentée à partir de ltoscillateur de référence 7, et fournit une sortie envoyée à l'autre entrée du comparateur 19. Chaque doubleur de fréquence comprend un redresseur destiné à produire une sortie sinusoTdale redressée de toute l'onde.L'intégrateur 15 produit-effectivement un déphasage de 900, et les deux entrées du comparateur 19 sont représentées figure3d. I1 est visible sùr la figure qu'elles présentent des points d'intersection à 45 , 135o, 225 et 315 dans chaque cycle de la sortie de l'oscillateur. Le comparateur compare les deux formes d'ondes d'entrée qu'il reçoit, et est sensible à la phase, si bien qu'il se déclenche à chaque point d'intersection alterné. Chaque déclenchement du comparateur modifie sa polarité, et ceci produit un train d'impulsions de sortie positivest négatives (figure 3e) qui sont par conséquent déphasées de 450 par rapport aux, sorties de l'oscillateur 7. ta sortie du comparateur 19 est appliquée au filtre synchrone 9 (pour.canmander l'inverseur 24) ainsi qu'au détecteur synchrone 11 à travers un inverseur à deux étages 20.Un léger déphasage entre les impulsions de sortie de l'élément producteur de flux et les impulsions- de synchronisation, tion, qui peut résultér d'un montage de circuit particulier et dépend, par exemple, des conditions de fonctionnement du circuit ou des composants du circuit, peut être supprimé par un simple réseau de correction de phase à condensateur et résistance (non représenté) appliqué à la sortie de l'oscillateur de référence qui alimente les enroulements ) et 4. Cependant, les signaux de synchronisation étant produits par les ponts redresseurs des doubleurs de fréquence et un amplificateur opérationnel situe dans le comparateur, ce réseau correcteur de phase est le seul sous-système dépendant de la fréquence du circuit de synchronisation, et peut donc introduire des erreurs dépendant de la fréquence. En utilisant un comparateur ultra-différentiel, il est possible de se dispenser de ce réseau correcteur de phase, mais le déphasage qui doit eAtre produit par le réseau de correction est si faible que la complexité supplémen talure apportée par l'utilisation d'un comparateur ultra-diffirentiel n9 est généralement pas justifiée. Selon une variante, les formes d'ondes de synchronisation peuvent être dérivées, par comparaison-du niveau de tension, produit par un doubleur de fréquence simple, branché à ltoscillateur de références avec un niveau de référence en courant continu pré-établi. Ce procédé réduit la complexité du circuit générateur de formes d'ondes, mais tient compte de la stabilité de la tension de réfé rente en courant continu. Puuisque le filtre synchrone laisse passer les harmoni ql,es pairs de la seconde fréquence harmonique de l'osciilateur de référence, si l'alimentation en courant continu des circuits indi viduels du magnétomètre à éléments producteurs de flux et du montage de synchronisation, contient une composante en courant alternatif telle que celle obtenue par un convertisseur 16 de courant continu en courant continu, elle peut être convenablement synchronisée a un harmonique (par exemple 12kHz) de ltoscillateur-de référence. I1 est évident pour l'homme de l'art que le circuit du Itre synchrone de la figure 2 n'est que schématique, et que l'inverseur mécanique 24 peut être remplacé par un transistor ou autre mécanisme d'inversion L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, et l'homme de l'art pourra yapporter diverses modifica cs sans pour autant sortir de son cadre. R EVE N D I C A TI o NS 1. Magnétombtre à élément proaucteur de--flux, comprenant un élément producteur de flux excité par un courant alternatif pour mu d'un enroulement réactif, cet élément étant destiné à produire des impulsions de sortie en réponse à un champ magnétique externe, et lorsqu'il est excite par une source en courant alternatif, les impulsions de sortie ont une fréquence qui dépend de la fréquence de la source de courant alternatif, ce magnétomètre étant caractérisé en ce qu'il comprend un filtre synchrone, un dispositif de synchrone ni.satdon alimenté par la source qui excite l'élément producteur de flux, pour fournir des impulsions de synchronisation au filtre synchrone afin que celui-ci laisse passer les impulsions-de sortie, et des moyens pour démoduler les impulsions qui passent par le filtre, et fournir un -signal démodulé à l'enroulement réactif pour que celui-ci engendre un champ magnétique dans l'élément producteur de flux, opposé au champ externe produisant les impulsions de sortie. 2. Magnétomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre synchrone comprend une résistance, un premier et un second condensateur, et un inverseur, celui-cl fonctionnant par réponse aux impulsions de synchronisation, pour brancher alternativement le premier et le second condensateur, en série avec la résistance et la source d'alimentation 3.Magnétomètre selon lSune des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de synchronisation comprend un premier doubleur de fréquence, et un circuit série constitue d'un second doubleur de fréquence et d'un intégrateur, le premier Doubleur de fréquence et le circuit série étant alimentésen parallèle par la source d'alimentation, et un comparateur sensible aux sorties du premier doubleur de fréquence, et au circuit série, pour fournir lesdites impulsions de synchronisation. 4. Magnétomètre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le comparateur est sensible aux niveaux d'entrée égaux et aux pentes relatives des entrées, lors de l'égalité, pour fournir des impulsions de synchronisation déphasées de pratiquement 450 par rapport à la source d'alimentation. 5. Magnétomètre selon l'une des revendications précédentes, carac térisé en ee que le circuit de synchronisation comprend un ré- seau de correction de phase, destine au réglage de l'angle de déphasage entre les signaux de synchronisation et la source d'alimentation. 6. Magnétomètre selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de courant continu en courant continu, branché à une source d'alimentation en courant continu, et destiné à être déclenché par une source de courant alternatif de façon que ltondulation du convertisseur soit synchrone nisée avec la source, pour fournir une alimentation en courant continu aux circuits individuels du magnétomètre à élément producteur de flux. 7. Magnétomètre selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque doubleur de fréquence comprend un redresseur de toute l'onde.