Brevet FR2130688A1 — publié le 19721103

L'invention concerne les transducteurs électriques de vitesses, c'est-à-dire les dispositifs qui délivrent un signal électrique représentant la vitesse de déplacement d'un élément. Les transducteurs de vitesses délivrent un signal de commande 5 pour un servosystème qui commande la position de l'élément actionnant le transducteur de vitesses. Une application particulière de ces dispositifs est le positionnement des têtes magnétiques de lecture et d'écriture par rapport aux disques d'un système d'enregistrement de l'information sur disques magnétiques, 10 Un transducteur de vitesses, -dans lequel le déplacement relatif entre une bobine et un aimant produit une tension proportionnelle à la vitesse, a déjà été proposé. Ce transducteur s'adapte particulièrement à la réception directe des champs magnétiques à proximité du transducteur. Il présente cependant un inconvénient important, particulièrement si la 15 commande de. l'élément est de nature électromagnétique, par exemple dans le cas d'un moteur linéaire .ou toute autre forme de moteur électrique. L'invention propose un transducteur de vitesses d'un élément mobile comportant un condensateur électrique variable dont la capacité varie de manière prédéterminée en réponse au déplacement de l'élément, 20 et un moyen pour produire un signal de sortie caractéristique des variations de la capacité provenant du déplacement d& l'élément. D'autres caractéristiques et avantages de l'inventicn ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : 25 - la figure 1 est un schéma d'un transducteur de vitesses; et - les figures 2, 3 et 4 représentent chacune un condensateur utilisé dans le système de la figure 1. Sur la figure 1, la borne 1 d'un condensateur variable 2 est reliée à une source d'alimentation en tension constante 3. L'autre 30 côté de la source de tension 3 est relié à une ligne de terre 4. Une borne 5 du condensateur 2 est reliée à l'entrée d'un amplificateur à gain élevé 6, se présentant sous la forme d'un amplificateur inverseur, et également reliée à la ligne de terre 4, Une réaction négative importante est obtenue aux bornes de l'amplificateur comme indiqué schématiquement par la 35 résistance 7 entre l'entrée de l'amplificateur et la ligne de sortie 8 de celui-ci. Cette réaction est telle que la borne 5 est maintenue pratiquement au potentiel de la terre L'amplificateur a une résistance d'entrée 72 10491 2 2130688 très élevée, c'est-à-dire une faible perte de l'étage d'entrée, qui peut Être obtenu , par exemple, en utilisant un transistor à effet de champ à l'étage d'entrée de l'amplificateur. Le condensateur 2 est couplé à un élément mobile 9, dont la 5 vitesse doit être mesurée, de faç on que sa capacité varie de manière prédéterminée avec la position de l'élément mobile. Dans une forme de construction (figure 2), chaque électrode 10 et 11 du condensateur est constituée de deux cylindres espacés concentrique^, ou davantage, dont les diamètres relatifs sont tels qu'ils peuvent s'imbriquer les uns dans les 10 autres. Une électrode 10 est fixée à un point fix^ et l'autre électrode est fixée à l'élément mobile 9 par une tige ou tout autre moyen de liaison 12. Lorsque l'élément 9 se déplace linéairement, la distance de chevauchement des électrodes 10 et 11 varie3 et la capacité entre les électrodes varie de façon correspondante. Pour de nombreuses applications, particulièrement 15 lorsque le signal de vitesses est utilisé comme signal de commande dans un servosystème, il est souhaitable que les électrodes soient telles que la capacité varie linéairement avec le déplacement. Cependant, il est possible que les plaques soient telles que, par exemple, la loi de la capacité soit logarithmique, ou bien qu'une partie linéaire soit suivie par une partie 20 non linéaire lorsque le déplacement approche d'une position limite. Etant donné la réaction autour de l'amplificateur 6, l'entrée, et, par conséquent, la borne 5, est maintenue pratiquement au potentiel de la terre. Par conséquent, lorsque l'élément est fixe, le condensateur 2 a plusieurs capacités, et se charge pratiquement à la pleine tension de 25 la source d'alimentation 3. On supposera maintenant que tous les courants de fuite sont négligeables, et qu'aucun courant ne circule dans le circuit. Lorsque l'élément se déplace, la capacité du condensateur 2 varie. Le potentiel entre les bornes 1 et 5 est maintenu pratiquement constant, et, par conséquent, la variation de capacité entraîne une 30 variation correspondante de la charge du condensateur 2. La charge peut donc uniquement varier sous l'effet du courant circulant dans l'amplificateur 6. Par conséquent, l'intensité du courant dans la ligne de sortie .8 représente la vitesse de variation de la capacité et, par conséquent, la vitesse de déplacement de l'élément. 35 La forme simple du condensateur décrit ci-dessus présente des inconvénients ; la capacité varie sous l'effet du mouvement relatif entre les électrodes perpendiculaires à la direction normale de déplacement, 72 10491 3 2130688 sous l'effet de la vibration, ou du jeu dans les montages, et la connexion 12 doit être faite sur l'électrode 11 qui se déplace. Ces inconvénients sont largement évités par la construction représentée schématiquement sur la figure 3. Les deux séries de plaques imbriquées 13 et 14, reliées aux 5 bornes 1 et 5, sont fixes. L'élément mobile 9 est couplé à une troisième série de plaques imbriquées 15. Les plaques 15 peuvent être métalliques et reliées à la terre. Lorsqu'elles se déplacent entre les deux autres séries de plaques 13 et 14, elles constituent un écran entre ces plaques 13 et 14 et réduisent la capacité. Comme représenté sur la figure 4, les plaques 10 15 peuvent être en un matériau à constante diélectrique élevée, par exemple une céramique. Lorsque le chevauchement entre les plaques 15 et les plaques 13 et 14 croît, une proportion plus grande de l'espace compris entre les deux séries de plaques 13 et 14 est occupée par le matériau à constante diélectrique élevée à la place de l'air, et, par conséquent, la capacité 15 croît. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou\ariantes, sans pour autant sortir de son cadre. 72 10491 4 2130688 REVENDICATIONS 1. Transducteur de vitesses d'un élément mobile, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur électrique variable dont la capacité 5 varie de manière prédéterminée en réponse au déplacement de l'élément, et un moyen pour produire un signal de sortie caractéristique des variations de la capacité provenant du déplacement de l'élément. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen produisant le signal de sortie comporte un amplificateur 10 à réaction négative couplé électriquement à une électrode du condensateur, le montage étant tel que le potentiel sur cette électrode est maintenu pratiquement constant, et tel que le signal de sortie représente la vitesse de variation de capacité du condensateur. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce 15 que la résistance d'entrée élevée de l'amplificateur est constituée par un transistor à effet de champ. 4. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque électrode du condensateur comporte deux ou plusieurs séries concentriques de cylindres espacés, et en ce que le 20 déplacement de l'élément produit un mouvement relatif entre ces séries, la distance de chevauchement des électrodes variant, tandis que la capacité entre les électrodes varie de façon correspondante. 5. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le condensateur comporte deux séries de plaques 25 d'électrodes imbriquées, fixes les unes par rapport aux autres, et une série de plaques écran imbriquées avec les premières plaques, le montage étant tel que, lorsque l'élément se déplace, un mouvement relatif est produit entre l'électrode et les plaques écran, de manière que l'effet d'écran varie de façon correspondante. 30 6. Transducteur selon la revendication 5,caractérisé en ce que les plaques écran sont reliées pour se déplacer avec l'élément mobile. 7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le condensateur comporte deux séries de plaques d'électrodes fixes les unes par rapport aux autres,et une série de plaques 35 diélectriques imbriquées avec les premières plaques, le montage étant tel que, lors du déplacement de l'élément, un mouvement relatif est produit entre les électrodes et les plaques diélectriques, de manière que, lorsque 72 10491 2130688 le chevauchement varie, la capacité du condensateur varie de façon correspondante. 8, Transducteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plaques diélectriques sont reliées pour se déplacer avec l'élément mobile.