Brevet FR2094181A1 — publié le 19720204

Dans le domaine des magnétomèferas à film ou pellicule fin, ou mince, on a déjà décrit, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 5 421 075, l'utilisation de conducteurs revêtus de couches minces én matériau ferromagnétique. Ces films min-5 ces obtenus par évaporation ou par électrolyse sur des conducteurs en fils métalliques, sont connus sous le nom de fils plaqués et, lorsqu'ils sont utilisés comme capteurs dans un magné-tomètre, ils manifestent une anisotropie uniaxiale suivant la direction d'aimantation "facile" et peuvent même idéalement, 10 ne comporter qu'un domaine ou type unique d'aimantation. La présente invention concerne de nouveaux capteurs à fil plaqué qui permettent la réalisation de magnétometrès, à la fois, très sensibles, compacts et en outre d'un faible prix de revient. 15 Des exemples de ces capteurs sont décrits ci-après et représentés au dessin annexé. Figure 1 représente une vue en coupe d'une courte longueur du fil plaqué utilisé dans le magnétomètre. Figure 2 est un diagramme de la configuration d'un cap-20 teur à fil plaqUé. Figure 3 est un diagramme d'une variante de capteur à fil plaqué. Figures 4 à 6 représentant des diagrammes-blocs de plusieurs systèmes de magnétomètres dans lesquels on peut utiliser 25 les capteurs selon l'invention. A la figure 1 on a représenté une section de fil plaqué, de type connu, et comportant dans un cas spécifique, une âme en fil de cuivre au béryllium 10 sur laquelle a été plaquée une couche de permalloy, magnétiquement anisotropique, composé ap-30 . proximativement de 80% de nickel et 20$ de fer. Pendant l'opéra-tion de dépôt la pellicule ou couche 'ferromagnétique, on a appliqué un champ mangétique, de manière à obtenir un axe d'aimantation préférentiel, dit axe "facile" et orienté circonférentielle-ment autour du fil. On a dfailleurs montré que l'on peut utiliser 355 des axes faciles hélicoïdaux , aussi bien que longitudinaux. En l'absence de champs extérieurs, le vecteur d'aimantation M est dirigé suivant cet axe et forme autour du fil un flux magnétique en boucle fermée. L'axe perpendiculaire à l'axe facile est dénommé axe dur et il est dirigé suivant le fil. La surface exté-40 rieure du fil plaqué est recouverte d'une couehe isolante appro- 71 14396 2 2094181 priée résistant à l'abrasion et à la flexion de l'enroulement décrit ci-après. Le plaquage constitue le milieu qui est perturbé par le champ magnétique ambiant, ainsi que par les perturbations de celui-ci, et le fil support se comporte comme son propre cap-5 teur, c'est-à-dire qu'il engendre une tension induite. En figure 2, on voit une réalisation de moyens capteurs en forme d'anneau bobiné ou bobine de captage 9 ayant une forme cylindrique 12 autour de laquelle sont enroulés plusieurs tous 13 de fil plaqué, aui aboutissent aux bornes 14 et 15. Ces tours 1° 13 constituent la bobine intérieure. Le capteur comporte aussi une bobine extérieure 16, à mouvement toroldal, qui est bobinée autour de la bobine intérieure. On noterà d'après le dessin que le sens de l'enroulement 16 est inversé à la moitié de la périphérie de l'anneau. La bobine extérieure a des bornes 17 et 20. 15 L'une quelconque des bobines intérieure et extérieure peut être la bobine directrice et l'autre le capteur. L'inversion du sens d'enroulement dans la bobine extérieure permet aux directions du champ d'entraînement dans les deux branches du capteur d'être opposés l'une à l'autre. Dans une forme de réalisation spécifique, 2° on a enroulé 70 tours de fil plaqué sur la forme 12 pour constituer la bobine intérieure, et autour de la bobine intérieure de 600 tours formant la. bobine extérieure. Ce capteur fonctionne sous un courant commandé par impulsion, comme on le verra plus loin. A la figure 3, un capteur mince, rectangulaire ou aplati, 25 constitue la bobine sënsible ou de captage qui comporte un support 22 autour duquel sont enroulés plusieurs tours 23 du fil plaqué ayant des bornes 14 et 15. Bans cet exemple, la bobine de fil plaqué est enclose"dans un'éerân électrostatique 24 de manière à diminuerle couplage capacitif entre le fil plaqué de l'enroulement 50 sensible et la bobine directrice 26. L'écran peut être en MYLfiR cuivré dénudé à intervalles déterminés à la manière d'un réseau grossier. Deux couches sont superposées sur l'autre, les lignes dénudées de la seconde se superposant aux zones cuivrées du premier, constituant l'écran. Dans une réalisation pratique de 55 l'exemple de la figure 3, la bobine de fil plaqué 23 comporte 70 tours, et la bobine directrice 26, 3Q0 tours, bobinés autour de l'écran 24 dans une direction pérpendiculaire à celle de la bobine de captage. Le capteur aplati et celui en forme d'anneau sont des dispositifs directionnels qui captent la composante d'un signal if0 de champ dans la. direction de leur axe de sensibilité maximale. 71 14396 3 2094181 Sous l'action du champ magnétique terrestre , le vecteur d'aimantation M tourne jusqu'à ce qu'il atteigne une orientation d'équilibre entre le moment du champ magnétique et la force du champ anisotropique. Le courant I fourni par le générateur à la 5 bobine directrice produit un champ directeur H^, et le champ directeur fait donc tourner M jusqu'à une nouvelle position d'équilibre. La rotation de M engendre un signal dans le fil plaqué, en produisant un signal de sortie aux bornes 14 et 15. On peut à volonté utiliser 1a. bobine extérieure à la place de la bobine 10 intérieure. Pendant le fonctionnement du dispositif ," le capteur magnétique qui est soumis au champ directeur, se trouve sous l'influence conjuguée du champ magnétique ambiant et d'un signal de champ magnétique. A toute modification de 1a. position d'équilibre correspond une variation de tension induite. C'est 15 cette variation qui est mesurée ët qui constitue la mesure du signal de champ magnétique. Dans le système à capteur annulaire de la figure 4, on voit qu'une générateur d'impulsions 30 est connecté de manière à exciter la bobine directrice par ses bornes 16 et 17. Ce cap-20 teur peut être actionné de manière pulsatoire afin de réduire la consommation de puissance du système. Le générateur 30 qui peut être, par exemple un oscillateur à relaxation du type à unijonction, émet un courant puisé d'une durée de quelques microsecondes, avec un taux de répétition de 6 à 7 kHz. Les séries 25 d'impulsions produisent une oscillation légèrement amortie ou "ringing", à environ 1 mégahertz dans le circuit résonnant qui comporte la bobine directrice et le condensateur vaiiable 29. La fréquence de résonance de l'élément directeur est la même que celle de la bobine de captage, sur laquelle il est accordé. 30 Les oscillations apparaissent aux bornes de sortie 14 et 15 sous forme d'une tension de sortie à fréquence porteuse. Un signal de modulation est superposé au porteur. L'amplitude des modulations yfnSépendante du taux de répétition des impulsions . La modulation représente la réponse du capteur à l'application d'un signal de 35 champ magnétique alternatif. Les bornes de sortie 14 et 15 de la bobine de captage sont connectées à un détecteur de type aisuel. 31 qui élimine le porteur et transmet la modulation à un amplificateur 32 dont la sortie est reliée à un appareil de mesure approprié 31 ou à un enregistreur. On peut aussi permuter entre 40 elles les bornes 16 à 17 et les bornes 14 à 15, de manière telle 71 14396 4 2094181 que le générateur d'impulsions excite directement la bobine à fil plaqué et que la sortie soit prise sur l'enroulement 16. Dans le cas d'un système de capteur plat représenté à la. figure 5, avec d'autres différences géométriques, la configu-5 ration aplatie diffère de celle d'un capteur de forme annulaire par l'écran électrostatique qui sépare la bobine directrice et la bobine de captage. Cette dispersion permet d'utiliser un générateur sinusoïdal pour exciter la bobine directrice. Le capteur annulaire a été décrit avec un élément directeur à impulsions et 10 le capteur plat avec un élément directeur à ondes sinusoïdales mais ces réalisations ne sont que des exemples, et ces éléments peuvent être permutés si on le désire. A 1* figure 5 on voit un système comportant un préamplificateur 34 branché entre le capteur et le détecteur 32 pour ame-15 ner le porteur au niveau nécessaire. En figure 6 , on a représenté une variante'de l'exemple de figure 4 dans lequel le générateur d'impulsions 30 est directement connècté aux bornes 14 et 15 du fil plaqué et dans lequel la sortie du détecteur 31 est prise sur les mêmes bornes. 71 14396 5 2094181 REVENDICATIONS 1 - Magnétomètre du type à fil plaqué dans lequel l'élément capteur est un fil plaqué formé d'un noyau métallique 10 plaqué d'une oouche mince 11 en matériau ferromagnétique, ledit 5 magnétomètre étant caractérisé en ce qu'il comporte : des moyens capteurs bobinés 9 comportant eux-mêmes une première bobine de fil plaqué 13, ayant un certain nombre de tours dudit fil plaqué, ladite bobine aboutissant à une paire d^frornes 14, 15; des moyens comportant une source d'énergie porteuse à 10 haute fréquence 30 mise en relation d ' excitation par les bornes 14, 15 avec lesdits moyens capteurs bobinés; lesdits moyens capteurs bobinés produisant un signal de sortie qui est fonction des -variations d'intensité d'un champ magnétique; et des moyens comportant des moyens détecteurs 31, 33 transmis de manière g£e-15 cevoir ledit signal de sortie et à fournir une indication correspondante. 2 - Magnétomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend î des seconds moyens bobinés 1.6 enroulés autour de ladite 20 bobine de fil plaqué, et aboutissant à une paire de bornes 17,20; ladite source d'énergie à haute fréquence étant connectée à l'iine desdites paires de bornes, et lesdits moyens comportant des moyens détectes» connectés à l'autre dite paire de bornes. 3 - Magnétomètre selon la revendication 2,caractérisé 25 en ce que lesdits moyens capteurs bobinés comprennent un enroulement 23 bobiné autour d'un support rectangulaire mince 22 et que lesdits seconds moyens bobinés sont connectés à une sour cë de signaux énergétiques sinusoïdaux. 4 - Magnétomètre selon la revendication 2, caractérisé 30 en ce que lesdits moyens capteurs bobinés comprennent une bobine enroulée autour d'un support cylindrique 12 et que lesdits seconds moyens bobinés sont enroulés de manière à former un tore autour de ladite bobine. 5 - Magnétomètre selon la revendication 4,caractérisé 35 en ce qu'une source périodique d'impulsions engendre dans lesdits seconds moyens bobinés des oscillations à haute fréquence amorties . 6 - Magnétomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesditas bornes des moyens capteurs bobinés,lesdits moyens comportant une source d'énergie à haute fréquence et des 40 moyens détecteurs sont interconnectés par leurs dites bornes.