Brevet FR2090217A1 — publié le 19720114

La présente invention concerne -un dispositif détecteur .de champs magnétiques équipé de deux plaques magnétorésistantes polarisées en aimantation permanente et modulables en des sens opposés qui peut être utilisé en sonde de champ d'une haute sensi— 5 bilité ou en indicateur détectant sans contact des mouvements ou des forces. On connaît une sonde de champ analogue dont les deux plaques magnétorésistantes sont disposées, dans le circuit de retour d'un aimant permanent et symétriquement par rapport à l'axe neutre 10 de celui-ci, en sorte que le flux engendré par le champ extérieur traverse en parallèle ces deux plaques polarisées magnétiquement par ledit aimant. Un tel dispositif est très sensible vis-à-vis des tolérances de fabrication des fentes réservées aux plaques magnétorésistantes; des raisons de symétrie lui imposent en outre des di-15 mensions relativement grandes en comparaison de celles de l'aimant permanent. Enfin, il ne permet de détecter que des champs dont les dimensions spatiales sont au moins du irfême ordre de grandeur que celles de l'aimant permanent. la présente invention a pour objet un dispositif dstec-20 teur de champs qui évite les inconvénients précités. Ce dispositif, du genre annoncé, est caractérisé par le fait qu'il comporte un aimant permanent entouré par des pièces de guidage de flux, ou guide-flux, qui sont séparées successivement par un entrefer symétrique par rapport à l'axe magnétique dudit aimant et par deux plaques 25 magnétorésistantes disposées symétriquement par rapport à ce même axe. le principe de l'invention consiste donc à acheminer à'l'aide de guides le flux du champ extérieur- en série à travers les deux plaques magnétorésistantes, en sorte que l'on élimine toute influence des tolérances de fabrication par rapport à l'épaisseur des-30 dites plaques, car elles ne créent pas de différences d'admission du flux extérieur, le dispositif peut en outre être réalisé avec une beaucoup plus grande compacité et détecter jusqu'à des champs d'une dimension correspondant à la largeur de l'entrefer. l'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip-35 tion détaillée de trois modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente en coupe verticale axiale une sonde de champ selon ladite invention; la figure 2 est le schéma d'un dispositif d'exploita-40 tion de ladite sonde de champ; 71 18347 2 2090217 les figures 3 et 4 représentent deux variantes de cette première sonde de champ. La figure 1 permet de voir la structure magnétique de principe d'une sonde de champ selon l'invention. Un aimant permanent 1, 5 de forme parallélépipédique, dont les deux pôles sont désignés par H et S, est entouré, sur quatre faces, par des pièces de guidage de flux 2, 3 et 4 appliquées en concordance de forme sur elles quatre ou au moins sur les deux faces polaires. Un entrefer symétrique par rapport à l'axe magnétique 5, ligne US, de l'aimant 10 permanent sépare les guide-flux 2 et 3» et des plaques magnétorésistantes 6 et 7 sont intercalées, en des positions également symétriques par rapport à l'axe magnétique 5, entre les couples de guide-flux 2, 4 et 3, 4. Le flux permanent traverse ces plaques 6 et 7 dans les directions indiquées par le tracé en trait disconti-15 nu, en sorte que la partie du champ F à détecter déviée par les guide-flux renforce et diminue dans la même mesure les flux respectivement engendrés dans celle de gauche 6 et celle de droite 7 par l'aimant permanent 1. Les résistances électriques desdites plaques 6 et 7 varient donc en sens opposés. 20 Pour que le flux créé dans la sonde par le champ extérieur à détecter ne passe autant que possible que dans les guide-flux 2 à 4, il est avantageux qu'ils soient constitués par un matériau magnétique et que l'aimant permanent 1 ne soit pas conducteur magnétique, celui-ci pouvant consister par exemple en un aimant cérami-25 que à "base d'oxyde ou fritté. Il y a en outre avantage à utiliser pleinement le flux de l'aimant permanent 1 à la polarisation magnétique des plaques magnétorésistantes 6 et 7 et à les placer à cet effet, comme représenté, sur l'axe neutre 8 dudit aimant 1. Il faut entendre par l'axe neutre d'un aimant l'axe le long duquel les pô-30 les Nord et Sud de cet aimant exerceraient des forces égales sur un doublet magnétique. Dans l'exemple de la figure 1, l'axe neutre de l'aimant permanent 1 est donc son axe de symétrie perpendiculaire à l'axe magnétique 5. La figure 2 donne le schéma d'un dispositif d'exploita-35 tion des variations de résistance que le champ à détecter F provoque dans les plaques magnétorésistantes 6 et 7. Celles-ci sont placées dans deux branches d'un pont de résistances alimenté par une tension continue ou alternative U dans les deux autres branches duquel se trouvent une : résistance de réglage 9 et une résistance 40 10 du même ordre de grandeur. La polarisation magnétique des deux 71 18347 2090217 plaques magnétorésistantes 6 et 7 leur fixé un même point de fonctionnement, si bien que leurs résistances sont égales entre elles en l'absence de champ extérieur. On peut tenir compte d'éventuelles différences de résistance magnétique entre les parcours de flux 5 passant par les guide-flux 2 à 4 et les plaques magnétorésistantes 6 et 7 par une modification correspondante de la résistance de réglage 9, si bien qu'en l'absence de champ extérieur, le pont est constamment équilibrable de manière à présenter alors une tension nulle entre ses bornes de sortie 11 et 12. S'il survient un champ 10 extérieur, les plaques magnétorésistantes 6 et 7 se trouvent modulées, comme déjà mentionné, en des sens opposés, en sorte qu*il apparaît auxdites bornes 11 et 12 une tension qui fournit une mesure de la composante de champ perpendiculaire à l'entrefer, c'est-à-dire parallèle à la face polaire, et dont le signe indique 15 le sens de ladite composante. La figure 3 représente, par rapport à cette première sonde de champ, une variante utilisable de préférence à la détection de champs de grandes dimensions spatiales, du fait que les guide-flux 2 et 3 sont munis de tôles capteuses de flux 13 et 14. On obtient 20 un compromis satisfaisant entre les exigences d'un bon retour magnétique de l'aimant permanent de polarisation et d'une relativement grande résistance magnétique de l'entrefer par rapport au parcours de flux offert au champ extérieur à travers les guide-flux 2 à 4 si l'on chanfreine ceux du haut sur leurs extrémités 25 tournées vers ledit entrefer. Un champ extérieur provoque, on l'a précisé plus.haut, une modulation maximale des plaques magnétorésistantes lorsqu'il est dirigé perpendiculairement à l'entrefer et parallèlement à la face polaire correspondante de l'aimant permanent. On peut se ser-30 vir de cet effet pour 'déterminer la direction du champ, et il est en même temps avantageux que la sonde de champ puisse tourner en bloc autour d'axes de symétrie de l'entrefer. Si l'on sait déjà dans quel plan passe le champ extérieur à déterminer, il suffit que la sonde de champ soit rotative par rapport à un seul axe, 35 comme indiqué sur la figure 3 par le tourillon 15 dans sa crapau-dine. On la fait alors tourner autour de l'axe 5 jusqu'à l'obtention d'un maximum de la modulation des plaques magnétorésistantes exploitée par le dispositif selon la figure 2. Pour le cas général où l'on ne sait rien de l'orientation du champ extérieur, 40 il faudrait encore s'assurer en plus,comme indiqué sur la figure 71 18347 4 2090217 3, la possibilité de faire tourner la sonde de champ autour de l'autre axe de symétrie 16 compris dans le plan de celle-ci ainsi que d'un troisième axe 17 perpendiculaire à ce même plan et passant par le point d'intersection des deux premiers 5 et 16. 5 On voit sur la figure 4 une autre variante, pour la dé tection d'impulsions magnétiques très voisines les unes des autres, c'est-à-dire de champs extérieurs de très faibles dimensions spatiales, comme il s'en présente par exemple dans les magnétogram-mes ou les transmissions de pas angulaires. Le champ extérieur 10 considéré change de polarité, de +F à -F et inversement, en succession spatiale très serrée. Il s'agit maintenant d'éviter que le champ de l'aimant permanent 1 ne sorte de l'entrefer et n'agisse de façon indésirable sur la piste magnétique, en l'aimantant. A cet effet, la face polaire dudit aimant 1 voisine de l'entrefer 15 des guide-flux 2 et 3 comporte sur l'axe magnétique 5 une encoche 18 en forme de V qui empêche le flux permanent de diffuser dans l'entrefer en question et d'agir de là sur la piste magnétique à explorer. Ce dispositif répond particulièrement bien à l'exigence d'un bon retour magnétique de l'aimant permanent et d'une 20 étroite fente de lecture. Il est bien entendu possible dte remplacer, sans sortir du cadre de l'invention, l'aimant permanent par un électro-aimant de forme appropriée. 71 183^7 5 2090217 'REVENDICATIONS 1, Dispositif de détection de champs magnétiques au moyen de deux plaques magnétorésistantes polarisées en aimantation permanente et modulables en des sens opposés-caractérisé par le fait 5 qu'il comporte un aimant permanent entouré par des pièces de guidage de flux, ou f-ruide-flux, qui sont séparées successivement par un entrefer symétrique par rapport à l'axe magnétique dudit aimant et par deux plaques magnétorésistantes disposées symétriquement par rapport à ce même axe, 10 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'aimant permanent et les guide-flux sont constitués, le premier par un matériau non conducteur magnétique, les seconds par un matériau bon conducteur magnétique, 3» Dispositif selon l'une quelconque des revendica-15 tions 1 ou 2 caractérisé par le fait que les plaques magnétorésistantes sont placées sur l'axe neutre de l'aimant permanent. 4» Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'aimant permanent est tin aimant céramique à.base d'oxyde, 20 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4 caractérisé par le fait que les guide-flux sont chan-freinés sur leurs extrémités voisines de l'entrefer» 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'il comporte des tôles capteuses de flux en direction-25 parallèle à l'axe neutre de l'aimant permanente 7« Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il permet de déterminer la direction du champ en étant capable de tourner autour dfun ou de plusieurs axes de symétrie de l'entrefer. 30 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 5 servant notamment à la lecture de magnétogrammes et caractérisé par ±e fait que l'aimant permanent comporte dans la zone de l'entrefer une encoche symétrique par rapport à son axe magnétique et pouvant avoir la forme d'un V* 35 9: Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 8 caractérisé par le fait que les plaques magnétorésistantes sont montées dans deux branches en série d'un pont de ré-sitances électrique. 10, Dispositif selon la revendication 9 caractérisé 40 par le fait que le pont comporte une résistance de réglage dans une de ses branches'