Brevet FR2163687A1 — publié le 19730727

La présente invention concerne un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques pour un matériau magnétique ou conducteur de courants de Foucault et en particulier un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type âre'sonance, amélioxé. Dans la disposition la plus fondamentale d'un tel circuit de mesure des caractéristiques magnétiques, une bobine de detection bobinée avec un fil isolé est, comme cela est connu, placee à proximité d'un échantillon d'un métal magnétique déplacé en continu selon une direction prédéterminée et une modification de la tension de sortie apparaissant aux bornes de la bobine de détection est engendrée dans la bobine de détection alimentée avec une tension en courant alternatif d'une fréquence prédéterminée (habituellement de l'ordre de 5kHz à loekHz). Avec le circuit de mesure ainsi construit, lorsqu'une partie quelconque présentant des caractéristiques marJr'tiques modifiées est rencontrée dans llechantillon, ltimportance des courants de Foucault circulant à travers l'échantillon est moåifiéeen fonction de l'intensité du champ magnétique alternatif engendré par la bobine de détection excitee, ce qui provoque une modification de l'impédance reelle de la bobine de détection. I1 en résulte que la tension de sortie apparaissant aux bornes de la bobine de détec tion est modifiée.Si la modification de la tension de S rtie est détectée, on détermine alors facilement toute partie de ltéchantil- lon comportant une anomalie telle que les piqûres d'aiguilles, les rayures, les irrégularités en saillie, les bosses, les parties inclinées ou les impuretes internes ou les combinaisons de ces anomalies, les parties soudées, etc. Toutefois, le circuit de mesure du type non-résonnant utilisant seulement une telle bobine de détection présente une sensibilité de détection relativement basse et il est nécessaire d'utiliser, comme source de signal d'entrée pour la mesure, un oscillateur qui engendre un débit relativement élevé. De plus, la préci- sion de la mesure est également réduite en raison des bruits externes dûs à la présence des composants à réactance de dispersion (en particulier les constituants formant capacitance) de la bobine de détection et des fils conducteurs y connectes. Afin d'éliminer de tels inconvénients, on a récemment proposé un circuit de mesure du type résonnant comprenant un circuit résonnant parallèle 15, comme illustré dans la figure 1, dans lequel une capacité 13 est connectée en parallèle (ou en série) avec la bobine de détection 12 placée a' proximité de líéchantillon du mal magnétique, pour assurer l'accord avec la fréquence d'un signal d'entrée provenant de la source de signal d'entrée pour la mesure. Dans la figure l,la référence 16 désigne la capacitance de dispersion du circuit résonnant parallèle 15 et le constituant inductance dé dispersion est habituellement extrêmement faible et de ce fait négligeable. La figure 2 représente un circuit équivalent du circuit de figure 1. Dans le circuit équivalent, la référence 21 désigne une capacité ayant une valeur résultant de la combinaison de la capacitance de la capacité 13 et de la capacitance de dispersion 16, comme illustré dans la figure 1; 22 est la résistance du circuit résonnant parallèle 15 ci-dessus mentionné, 23 la résistance de la source de signal d'entrée 14 et el une tension d'entrée alternative appliquée par la source de signal d'entrée 14 et eO une tension de sortie apparaissant aux-bornes du circuit résonnant parallèle 151 constitué par la bobine de détection 12 et la capacité 21 et englobant la résistance 22. On suppose qu'une partie à caractéristiques magnétiques mo difiées est rencontrée dans l'échantillon. On désigne la résistance delarésistance23 parR,l'impédance effective du circuit résonnant parallèle 151 par Z et la déviation de l'impédance effective Z par Lz. Com- me cela sera évident d'après la figure 2, la modification teO de la tension de sortie eO sera donnée par Comme cela sera clair d'après ltéquation 1, le circuit de la figure 2 présente une condition de débit maximum, c'est-â-dire une sensibilité maximum, lorsque R = Z. Avec le circuit de mesure du type résonnant, l'impédance effective Z du circuit résonnant 151 devint, lors de la résonance, la résistance 22 seule. Dans ce cas, non seulement la tension de sortie eO apparaissant aux bornes du circuit résonnant 151 lorsque l'on applique le signal d'entrée alternatif ei ayant une fréquence prédéterminée depuis la source du signal d'entrée 14 au circuit résonnant i51, mais égaleMent la modification QeO de la tension de sortie eO détectée en réponse à la variation de I'inéGance effective du circuit résonnant, lorsqu'une partie quelconque à caractéristiques magnétiques modifiées est rencontrée dans l'échan- tillon, prennent une valeur extrêmement grande par comparaison avec celle oDtenue dans le circuit de mesure du type non-résonnant et il est de ce fait possible d'utiliser comme source du signal d' entrée pour la mesure, un oscillateur qui engendre un débit relativement faible par comparaisOn avec le circuit de mesure du type non-résonnant, avec l'avantage qui en découle. Avec le circuit de mesure du type résonnant comprenant un tel circuit résonnant, toutefois, une précision de mesure élevée ne peut être espérée en raison de la présence d'une réactance de dispersion du circuit résonnant et le problème reste non résolu. En conséquence, le but de la présente invention est de fournir un circuit de mesure du type résonnant capable de détecter, avec une sensibilité et une fidélité aussi élevées que possible, une modification des caractéristiques magnétiques d'un échantillon d'un matériau magnétique ou conducteur de courants de Pou- cault se déplaçant en continu selon une direction prédéterminée. Le circuit de mesure du type résonnant, conforme à la présente invention, comprend une source de signal d'entrée engendrant une tension alternative a une fréquence prédéterminée, un circuit en pont comportant deux circuits résonnants connectés en série, chacun incluant une capacité et une inductance, placés à proximité d'un échantillon d'un matériau magnétique ou conducteur de courants de Foucault circulant en continu dans une direction prédéterminée, pour assurer l'accord avec la fréquence du signal d'entrée provenant de la source de signal d'entrée et ayant une connexion commune mise a la terre et deux résistances connectées en série ou un potentiomètre dont les deux bornes sont connectées aux bornes correspondantes des deux circuits résonnants connectés en série, le circuit en pont ayant une paire de bornes d'entrée connectées avec la source de signal d'entrée, et un amplificateur connecté à une paire de bornes de sortie au circuit en pont. Dans le circuit de mesure du type résonnant ainsi constitué, les constituants formant réactances des deux circuits résonnants connectés en série s'annulent les uns les autres, et c'est seulement lorsqu'une partie modifiée en ce qui concerne ses carac téristiques magnétiques est rencontrée dans l'échantillon qu'un signal de sortie correspondant à la modification des caractéristiques magnétiques peut être détecté avec une sensibilité et une fidélité élevées, depuis l'amplificateur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Fig. 1 est un schéma illustrant un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant conventionnel; Fig. 2 est un circuit équivalent de celui de la figure 1; Fig. 3 est un schéma d'un circuit illustrant un mode de réalisation du circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant conforme à la présente invention; Fig. 4 et 5 sont des vues en élévation latérale respective ment montrant la disposition détaillée des deux inductances de la figure 3;; Fig. 6 est un circuit schématique illustrant une modification du circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant de figure 4, et Fig. 7 est un schéma d'un circuit illustrant un autre mode de réalisation du circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant conforme a la présente invention. On expliquera les modes de réalisation préférentiels du circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant, conforme à l'invention, avec référence aux dessins ci-annexés. Dans la figure 3, un circuit en pont 31 comprend deux circuits pa allèles connectés en série 26 et 27 comportant des capacités 21 et 22 présentant des capacltances de valeur égale et des électroaimants ou inductances 23 et 24 de valeur égale et ayant une connexion commune 25 mise à la masse et un potentiomètre 30 ayant un corps de résistance allongé 28 dont les deux bornes sont connectées aux bornes associées de deux circuits parallèles connectés en série et comportant un bras coulissant 29 mqbile de façon coulissante sur le corps de résistance 28. Le bras coulissant 29 du potentiomètre 30 et la masse sont utilisés comme paire de bornes d' entrée du circuit en pont 31.Entre les bornes d'entrée du type non équilibré est connectée une source de signal d'entrée 32 constituée par un oscillateur tel qu'un multivibrateur as table pour engendrer une tension alternative ayant,par exemple, une fréquence de 5kHz à 1CO kHz qui est mise en résonance par les circuits réson nants respectifs 26 et 27. Deux bornes, non mises à la masse, situées entre les deux circuits résonnants parallèles connectés en série 27 et 26 sont utilisées comme paire de borne de sortie du circuit en pont 31.Sur les bornes de sortie du type équilibré sont connectées les bornes d'entrée d'un amplificateur différentiel 33 comportant deux transistors à émetteur à la masse Q1 et Q2 c'està-dire les bases des transistors Ql et Q2 Entre la borne 34 d'une source de puissance -B et l'un ou l'autre des transistors Q1 et Q2' par exemple le collecteur du transistor Q2' est connecté un circuit de charge 37 constitué par un circuit parallèle comprenant une capacité 35 et un enroulement 36, qui est accordé avec la fréquence du signal d'entrée provenant de la source de signal d'entrée 32. La disposition du circuit est telle que le débit recherché'est détecté aux bornes du circuit de charge 37.Dans ce cas, les inductances 24 et 23 sont constituées, par exemple, sensiblement par des noyaux 42 et 43 en forme de U placés respectivement à proximité d'un échantillon 41 du matériau magnétique ou conducteur de courants de Fouoault tel que de 1 'acier, de l'a inoxydable, du cuivre ou de 1aluminium en forme de plaque, de tube ou toute autre forme convenable, comme illustré dans la figure 4, et les bobines 44 et 45 en fil isolant bobiné autour des noyaux associés 42 et 43. Dans le circuit de mesure magnétique du type résonnant ainsi construit,les constituants formant réactance de dispersion se trouvant dans les deux circuits résonnants parallèles 26 et 27 du circuit en pont 31 s'annulent les uns les autres et il est avantageux d'être en mesure de supprimer les bruits extérieurs résultant de la présence de constituants formant réactance de dispersion. Avant d'effectuer une mesure réelle, les inductances 23 et 24 sont placées en face et à proximité de l'échantillon 41 de manière à établir un trajet formant circuit magnétique fermé tandis que le signal d'entrée prédéterminé, tel que mentionné ci-dessus, est appliqué depuis la source de signal d'entrée 32 et, en même temps, le bras coulissant 29 du potentiomètre 30 est réglé par glissement sur le corps de résistance allongé 28 pour amener à zéro le signal de sortie provenant du circuit de charge 37 de l'amplificateur dif férentiel 33. Sous ces conditions l'échantillon 41 est déplacé en continu dans une direction prédéterminée tandis que les inductances 23 et 24 sont placées substantiellement å l'état d'origine à l'opposé et à proximité de l'échantillon 41. C'est seulement lorsqu'une partie présentant des irrégula rités telles que des trous d'aiguille, des défauts en relief ou des rayures ou des combinaisons de celles-ci pu une partie soudée qui présentent des caractéristiques magnétiques modifiées par rapport à une partie normale; sont rencontrées dans l'échantillon 41 que l'intensité des courants de Foucault circulant dans l'échan- tillon est modifiée en raison d'une modification de l'impédance effective de celle des inductances excitées 23 et 24 qui fait face à la partie présentant une modification de l'échantillon 41. I1 en résulte que l'équilibre du circuit en pont 31 est détruit, ce qui amène un signal de sortie, ayant un niveau de tension proportionnel à la variation de l'impédance effective de l'inductance associée, à être appliqué depuis le circuit en pont 31, à l'amplificateur différentiel 33.Le signal de sortie, après avoir été convenablement amplifie par l'amplificateur différentiel 33, est détecté avec une sensibilité et une précision élevées à partir du circuit de charge 37 de l'amplificateur différentiel 33. Dans le-mode de réalisation représenté, les inductances 23 et 24 sont toutes les deux placées en face de et à proximité du même échantillon. Toutefois, ces inductances 23 et 24 peuvent être placées l'une en face de et à proximité d1un échantillon de référence 411 présentant des caractéristiques magnétiques connues et l'autre en face de et a proximité d'un échantillon 412 ayant des caractéristiques magnétiques inconnues qui est réalisé en le même matériau que 1' échantillon de référence 411 ou en un matériau différent, comme illustré dans la figure 5.Avec cette disposition, une différence dans les caractéristiques magnétiques entre l'échantillon de ré référence 411 et l'échantillon 412 soumis à l'essai est détectée depuis le circuit de charge 37 de l'amplificateur différentiel 38 avec, comme résultat, qutun bon échantillon peut être distingué d'un échantillon à rejeter en évaluant la variation par rapport à l'échantillon de référence. La figure 6 est un schéma d'un circuit illustrant une modification du mode de réalisation de-figure 4. Dans cette modification, les circuits résonnants parallèles 26 et 27 ci-dessus mentionnés sont remplacés par des circuits résonnants série 261 et 271 et le potentiomètre 30 ci-dessus mentionné est remplacé par deux résistances connectées en série 281 et 282 ayant des valeurs de résistance égales. On comprendra qu'un tel circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant peut être mis en oeuvre de la même manière que le mode de réalisation de la fi gure 4 et peut assurer les mêmes résultats. La figure 7 est un schéma d'un circuit illustrant un autre mode de réalisation du circuit de mesure des caractéristiques ma magnétiques du type résonnant conforme à la présente invention. Dans ce mode de réalisation, les bornes d'entrée, formant une paire, et les bornes de sortie, formant une paire, du circuit en pont illustré dans la figure 4 sont remplacées par des bornes d'entrée du type équilibré et des bornes de sortie du type non équilibré respectivement et la borne non mise à la masse de ces bornes de sortie du type non équilibré, csest-à-dire le bras coulissant 29 du potentiomètre 30, est connectée à la base des transistors du type émetteur à la masse Q3. Entre le collecteur du transistor Q3 et la borne 34 de ia source de puissance -B est connecté un circuit de charge 53 constitué par un circuit résonnant parallèle comportant une capacité 51 et un enroulement 52. On comprendra que le circuit de mesure des caracristiques magnétiques du type résonnant ainsi construit est utilisable de la même manière que celui du mode de réalisation de la figure 4 et qu'il peut donner les mêmes résultats. Dans les figures 6 et 7, les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques et toute ea;plication supplémentaire du circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant est omise. I? EVEND I CATI ONS 1. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant comprenant une source de signal d'entrée engen durant une tension alternative ayant une fréquence prédéterminée et un circuit résonnant constitué par une capacité et une inductance qui est placée à proximité d'un échantillon d'un matériau magnétique ou conducteur de courants de Foucault circulant en con tinu dans une direction prédéterminée, circuit résonnant accordé avec la fréquence d'un signal d'entrée provenant de ladite source de signal d'entrée, avec lequel, lorsqu'une partie quelconque présentant des caractériFticues magnétiques modifiées est rencontrée dans l'échantillon, la déviation correspondante peut être détectée, caractérisé en ce que le circuit résonnant comprend deux ensembles connectés en série ayant une connexion commune mise à la masse et constituant un circuit en pont en état combiné avec deux résistances connectées en série dont les deux bornes de sortie sont connectées aux bornes associées de ces circuits résonnants connectés en série, ladite source de signal d'entrée étant connectée à une paire de bornes d'entrée du circuit en pont, avec, en outre, un amplificateur relié à une paire de bornes de sortie du circuit en pont et détectant le signal de sortie voulu sur les bornes de sortie de celui-ci. 2. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la source de signal d'entrée est du type non équilibré et connectée entre la masse et une connexion commune des deux résistances connectées en série rentrant dans le circuit en pont et l'amplifi- cateur est du type différentiel et comporte deux bornes d'entrée connectées à chaque borne non mise à la masse des deux circuits résonnants connectés en série inclus dans le circuit en pont. 3. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1 caractérisé en ce que lasouroe dusisml d'entrée estGutype équilibré et connectée aux deux bornes non mises à la masse parmi les deux bornes des circuits résonnants connectés en série rentrant dans le circuit en pont et l'amplificateur est du type usuel ayant une borne d'entrée connectée à la connexion commune des deux résistances connectées en série incluses dans le circuit en pont. 4. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux résistances connectées en série incluses dans le circuit en pont comprennent un potentiomètre ayant une résistance allongée dont les deux bornes sont connectées aux bornes associées des circuits résonnants connectés en série avec un bras mobile de façon coulissante sur ladite résistance et agissant comme connexion commune des deux résistances connectées en série. 5 Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux circuits résonnants connectés en série inclus dans le circuit en pont sont du type résonance-parallèle. 6. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux circuits résonnants connectés en série inclus dans le circuit en pont sont du type résonance-série 7. Un circuit de mesure des caractéristiques magnétiques du type résonnant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inductances incluses dans les circuits résonnants comprennent chacune un noyau disposé à proximité de l'échantillon et une bobine bobinée autour dudit noyau.