Brevet FR2036809A1 — publié le 19701231

i. 2036809 La présente invention, due à la collaboration de Messieurs Maurice Dtï§,$EY et Joël BOURHIS, se rapporte à des capteurs permettant la mesure, en grandeur et signe, du déplacement relatif entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, 5 la longueur du déplacement et la vitesse pouvant varier dans des limites très étendues . Les différents capteurs cfe déplacement actuellement connus, du type potentiométrique ou différentiel, ne sont-utilisables que pour de petits déplacements n'excédant pas, dans les cas les 10 plus favorables, une dizaine de centimètres et pour des vitesses relatives assez limitées . L'invention vise à créer un capteur destiné à la mesure de déplacements relatifs dont la longueur n'est pratiquement plus limitée et peut même se chiffrer en centaines de mètres, et dont 15 la vitesse relative peut être très importante . Elle s'applique à tous les cas où l'on veut mesurer, en grandeur et signe, le déplacement d'un mobile par rapport à un ensemble fixe ou par rapport à un autre ensemble mobile . Elle a donc pour objet un capteur de déplacement relatif 20 entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend un inducteur et une armature solidaires chacun de l'un desdits ensembles, ledit inducteur étant constitué par un élémenyfenl'mâtériau magnétique présentant alternativement des pleins et des vides régulièrement espacés d'un 25 intervalle £, ladite armature comportant deux magnéto-résistances montées sur au moins un aimant, lesdites magnéto-résistances étant disposées de manière à être soumises aux variations du champ magnétique avec un décalage de - p/4 suivant le sens du déplacement relatif des deux ensembles . 30 Suivant une autre caractéristique de l'invention, les magné to-résistances sont montées en parallèle aux bornes d'une source de courant continu et à l'entrée d'un dispositif électronique destiné à transformer les signaux fournis par les magnéto-résistances en tops d'amplitude différente selon le sens du 35 déplacement et d'espacementinversement proportionnel à la vitesse relative . D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre . Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple : 69 10218 2. 2036809 la Fig. 1 représente, en coupe longitudinale suivant la direction du déplacement, un capteur suivant l'invention ; la Fig. 2 représente un schéma électrique d'alimentation des magnéto-résistances du capteur de la Fig. 1 ; 5 la Fig. 3 représente un schéma de l'appareillage électro nique associé au capteur suivant l'invention ; la Fig. 4 représente l'évolution des signaux émis par le capteur pour un sens de déplacement j la Fig. 5 représente l'évolution des mêmes signaux pour 10 l'autre sens de déplacement j 3e» Fig. 6, 7, 8 représentent des variantes de réalisation du capteur ; la Fig. 9 représente un exemple d'utilisation du capteur suivant 1'invention . 15 On se référera d'abord à la Fig. 1 représentant un premier exemple de réalisation d'un capteur suivant l'invention, destiné à mesurer le déplacement relatif entre deux ensembles mobiles . Ce capteur comporte principalement un inducteur 1 et une armature 2, solidaires respectivement d'un premier et d'un 20 second ensembles (non représentés) mobiles l'un par rapport à l'autre et dont on veut mesurer les déplacements relatifs . L'inducteur 1 et l'armature 2 peuvent être fendus solidaires d'ion ensemble mobile ou d'un ensemble fixe . Les deux ensembles peuvent également ''être mobiles simultanément mais 25 avec des vitesses différentes . L'inducteur 1, réalisé en matériau magnétique se présente sous la forme d'une tige rigide comportant successivement des saillies 3 et des gorges 4 régulièrement espacées, l'intervalle entre deux saillies ou deux gorges étant égal à e. .(Un fonctionne-30 ment identique serait obtenu avec une tige filetée au pas jj) . La valeur de l'intervalle est fionrêtion de la précision de mesure que l'on veut obtenir . Il peut être de l'ordre de 1 à 2mm si l'on désire une grande précision, mais peut aussi avoir une valeur nettement plus grande pour des déplacements très impor-35 tants , nécessitant des mesures moins précises . La tige 1 est montée coulissante dans un évidement 5 de l'armature 2 . Dans cette armature est encastré un aimant 6 dont les lignes de force sont perpendiculaires à l'inducteur 1 et sur cet aimant sont collées deux magnéto-résistances J 69 10218 3. 2036809 et 8 dont la distance,mesurée entre leurs axes, suivant la - . " J direction du déplacement relatif, est égale à 3^p . (D'une façon générale, la distance entre les deux magnéto-résistances peut être égale à un nombre impair quelconque de quarts d1in-5 tervalle) . On voit que les magnéto-résistances sont soumises à un champ magnétique variable suivant la position relative qu'elles occupent par rapport à l'inducteur 1 . Une magnéto-résistance est placée dans un champ magnétique maximal lorsqu'il y a concordance 10 entre son axe et le milieu d'une saillie 3/'dans un champ magnétique minimal lorsque son axe coïncide v . avec le milieu d'une gorge 4 . Or, on sait que l'état ohmique d'une magnéto-résistance varie avec l^éhamp magnétique dans lequel elle est placée . Par conséquent, si l'on alimente en parallèle les deux magnéto-résistances 15 par une source de courant continu, il en résulte- , aux bornes des deux magnéto-résistances, une différence de potentiel qui e3fc";. fonction de la position de la tige 1 dans l'armature 2 . A cet effet, on voit sur la Fig. 2 que les magnéto-résistances 7 et 8 sont respectivement montées en série avec des résistances 20 -10 et 11 et alimentées en parallèle par une source^de courant continu . Lorsque la tige 1 défile à l'intérieur de l'armature 2, les deux magnéto-résistances sont soumises à des variations de champ magnétique en quadrature et les tensions aux bornes é^, s2 25 de ces magnéto-résistances varient également en quadrature, avec une période correspondant à l'intervalle £ • H suffit alors de transmettre ces tensions à un dispositif électronique associé et de les traiter convenablement pour connaître la vitesse relative, en grandeur et signe, entre les deux ensembles 30 mobiles l'un par rapport à l'autre . Un exemple de réalisation de ce dispositif électronique est indiqué à la Fig. 3 . - Ce dispositif comprend deux voies identiques branchées respectivement aux bornes de sortie s>^, s2 du capteur et comportant 35 chacune un circuit amplificateur et de mise en forme,A^, Ag, et un circuit bistable B^, B2 à deux entrées . La sortie du circuit A1 est reliée directement à une entrée du circuit bistable B.,, *andis que celle du circuit est reliée directement à une crée du circuit bistable B2 . Des circuits dérivateurs C^, C2 10218 4. 2036809 sont respectivement branchés entre les sorties des circuits A-^, Ag et lés autres entrées des circuits bistables Bg, B^ . Les sorties des circuits bistables B^, Bg sont reliées aux entrées d'un mélangeur discriminateur 0. dont la sortie S est 5 connectée aux bornes d'un galvanomètre enregistreur G . L'évolution des signaux dans le circuit électronique selon le sens du déplacement est représenté par les graphiques des Fig. 4 et 5 . Les signaux a^ et ag, de forme sensiblement sinusoïdale, issus 10 des magnéto-résistances 7 et 8 suivent d'abord les deux voies parallèles où il sont amplifiés puis rais en forme dans le premier étage A^, Ag afin d'être transformés en signaux carrés a^, ag . Ces signaux a1 et otg sont transformés par les dérivateurs ^ et Cg en signaux a'^ et a'g, puis les signaux a^, a'g d'une 15 part et a2, a'-j^ d'autre part attaquent les deux circuits bistables B^^ et Bg connectés de manière telle que pour un sens de déplacement un seul des circuits bistables, par exemple le circuit Bg, délivre un signal bg à la sortie, alors que pour l'autre sens de déplacement, seul l'autre circuit bistable, par 20 exemple le circuit B^, délivre à sa sortie un signal b^ . Ce signal b^ ou bg est alors transmis à l'étage aé^angeur discriminateur D qui permet d'obtenir respectivement soit des tops soit des tops S2 suivant le sens du déplacement . . Les tops ainsi obtenus diffèrent par leurs 25 amplitudes et sont directement utilisables pour attaquer l'appareil enregistreur G . Sur la Fig. 6, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle l'inducteur est constitué par une bande souple 12 en acier présentant une rangée de perforations 13 régulièrement 30 espacées et séparées par des intervalles p . Cette bande traverse une armature 14 par une ouverture 15 à l'intérieur de laquelle sont placées, face à la rangée de perforations 13 deux magnéto-résistances 16 et 17 collées respectivement sur des aimants 18 et 19 . 35 Les axes des magnéto-résistances sont distants, comme dans l'exemple précédent, d'un nombre impair de quarts d'intervalles p, soit (2k+l) p/4 . Les magnéto-résistances 16 et 17 sont alimentées de la même manière que les magnéto-résistances 7, 8 du; capteur représenté 69 10218 5. 2036809 à la Fig» 1;. Sur la Fig. 7, on a représenté un autre mode de réalisation d'un capteur à bande . Dans ce cas la bande 20présente deux rangées de perforations 21 et 22, les perforations de chaque rangée étant 5 séparées par un intervalle p . En outre, une perforation 21 est décalée d'une perforation 22 d'un nombre impair de quarts d'intervalles . Les magnéto-résistances 23 et 24 sont alors placées sur une même ligne transversale, ce qui lés soumet bien à des variations de champ magnétique en quadrature . 10 Sur la Fig. 8, on a schématisé un autre modèle de capteur dans lequel l'inducteur est constitué par un disque 25 comportant des encoches 26 régulièrement espacées d'un angle r . Ce disque tourne devant une armature 27 munie de deux magnéto-résistances 28 et 29 fixées respectivement sur des aimants 30 et 31 dont 15 les axes passent par le centre du disque 25 et formant entre eux un angle de 3r Ce dernier capteur peut indifféremment servir à mesurer un déplacement angulaire ou un déplacement rectiligne . Naturellement, les encoches pourraient être remplacées par une rangée de perfo-20 rations régulièrementréparties sur une même circonférence du disque, les magnéto-résistances étant alors placées perpendiculairement au disque, face à cette rangée de perforâtions . Pour tous ces modèles de capteurs, le dispositif électronique de traitement des signaux est le même que celui qui a été décrit 25 avec le premier exemple . Sur la Fig. 9* on a montré un exemple d'applications du capteur suivant l'invention . Il s'agit d'un essai de choc, sur catapulte, d'un véhicule automobile . Un tel essai a pour but d'étudier le comportement d'un véhicule automobile et de ses 30 occupants lors d'un accident . Pour cela, un mannequin P est installé à la place du conducteur dans un véhicule V qui est projeté, par tout moyen connu, contre un obstacle fixe ". Il est alors nécessaire de connaître, de façon précise, d'une part, la vitesse du véhicule avec indication du moment 35 d'inversion de sens après l'impact et, d'autre part, les déplacements relatifs de certaines parties du mannequin par rapport au véhicule ou de certains points du véhicule par rapport à d'autres . A cet effet, on utilise un certain nombre de capteurs . 10218 6. 2036809 Un capteur 32 est utilisé pour la mesure du déplacement de l'ensemble du véhicule . Dans ce cas, la bande est fixe par rapport au sol et l'armature est fixée sur le véhicule ; un capteur 33 est destiné à mesurer les déplacements de la tête du 5 mannequin par rapport au véhicule ; un capteur 3^ est destiné à mesurer les déplacements du thorax par rapport au tableau de bord ; un capteur 35 est destiné à mesurer l'enfoncement de la colonne de direction . Naturellement, l'invention ne se limite pas à cette application 10 et on peut l'utiliser chaque fols qu'il y a déplacement relatif entre deux ensembles . 69 10218 7. 2036809 REVENDICATIONS 1. Capteur de déplacement relatif entre deux ensembles mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce qu'il comprend un inducteurefc une armature .solidaires chacun de l'un desdits ensembles, ledit inducteur étant constitué par un 5 élément en matérâaw magnétique présentant alternativement des pleins et des vides régulièrement espacés d'un intervalle p, ladite armature comportant deux magnéto-résistances montées sur au moins un aimant, lesdites magnéto-résistances étant disposées de manière à être soumises aux variations du champ magnétique 10 avec un décalage de - p/4 suivant le sens du déplacement relatif des deux ensembles . 2. Capteur suivant la revendication 1/ caractérisé en ce que les magnéto-résistances sont montées en parallèle aux bornes d'une source de courant continu et à l'entrée d'un dispositif électro- 15 nique destiné à transformer les signaux fournis par les magnéto-résistances en tops d'amplitude différente selon le sens du déplacement et d'espacement inversement proportionnel à la vitesse relative . 3. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé an ce que 20 l'inducteur est constitué par une tige comportant des saillies et des gorges, l'intervalle entre deux saillies ou deux gorges successives étant égal à p . 4. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur est constitué par une tige filetée de pas p . 25 5. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur est une bande souple munie d'une rangée de perforations, la distance entre deux perforations successives étant égale à p . 6. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce 30 que l'inducteur est une bande souple munie de deux rangées de perforations, deux perforations successives d'une même rangée étant distantes de p, tandis que deux perforations de deux rangées différentes sont décalées de (2k + l) p/4 . 7. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 35 l'inducteur est un disque rotatif muni, sur sa périphérie, d'encoches régulièrement espacées . 8. 2036809 8. Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'inducteur est un disque rotatif comportant une rangée de perforations régulièrement espacées sur une circonférence ayant son centre sur l'axe du disque . 5 9* Capteur suivant la revendication 1 et l'une quelconque des revendications 3» 4, 5, 7 ou 8 caractérisé en ce que les deux magnéto-résistances sont disposées en ligne,dans le sens du mouvement relatif et distantes d'un nombre /impair de quarts de pas ou d'intervalles . ' 10 10. Capteur suivant les revendications 1 et' 6, caractérisé en ce que les deux maggiéto-résistances sont disposées sur une même ligne perpendiculaire à la direction du mouvement relatif et face, chacune, à une rangée de perforations de 1* inducteur . I COPY