Brevet FR2267620A1 — publié le 19751107

Dans un grand nombre a'applications aussi bien industrielles que technologiques, il est fréquemment nécessaire de pouvoir détecter, mesurer ainsi qutenregistSer les mouvements rectilignes lents ou rapides; ceci coneerne notamment a mesure des déplacements eux-mtmes et également des aeeélerations, des forces, des pressions. La présente invention a pour objet un transducteur capacitif prévu pour répondre à ces impératiPs. A cet effet, ce transducteur comprend sous sa forme générale un pont formé de quatre condensateurs simultanément variables et deux condensateurs de sortie. Pour répondre aux conditions indiquées ci-dessus, les armatures mobiles des condensateurs variables sont reliées directement à la pièce dont le mouvement doit être mesuré. Les six condensateurs constituant le transducteur sont formés de parties conductrices portées par deux pièces isolantes, l'une fixe, l'autre mobile, les armatures mises en regard de manière variable pouvant être aussi bien cylindriques et coaxiales que planes et parallèles. On décrira ci-après ces deux modes de réaiisation en se référant au dessin annexé donné à simple titre indicatif. la figure 1 est un rappel du schéma général du transducteur capacitif0 la figure 2 représente un transducteur dont les armatures sont cylindriques, les armatures fixes étant représentées en coupe longitudinale. la figure 3 représente en deux vues distinctes, A et B les armatures fixes et mobiles, normalement superposées, d'un transducteur à armatures planes, correspondant au développement du transducteur à armatures cylindriques de la figure 2. Sur la figure 1, les quatre condensateurs simultanément variables sont désignés par les références C13, C14, C23, C24ê Les références 1 et 2 désignent les bornes d'entrée du ponts tandis que les références 3 et 4 désignent les bornes de sortie du pont ,et les références 5 et 6 les bornes de liaison à un amplificateur (non représenté) associé au transducteur. les condensateurs de capacité constante C35 et C46 assurent la liaison respectivement entre les bornes 3 et 5 et 4 et 6. Les armatures mobiles des différents condensateurs sont représentées par un trait fin et les armatures fixes par un trait fort. Sur cette figure, on constate que les armatures fixes des condensateurs Cl3 et C14 sont reliées au point l celles des condensateurs C23 et C24 au point 2, tandis que d'une part les armatures mobiles des condensateurs C13 et C23 sont reliées à une armature du condensateur de capacité constante C35, d'autre part les-armatures mobiles des condensateurs Cl4 et C24 sont reliées à une armature du condensateur de capacité constante C46;la deuxième armature du condensateur C35 est reliée au point 5, la deuxième armature du condensateur C46 est reliée au point 6. Sur la figure 2, la référence la désigne l'armature fixe du condensateur C13, la référence l'a désigne l'armature fixe du condensateur Cul4. L1armature désignée par la référence 2a constitue l'armature fixe des condensateurs C23 et C24. L'armature désignée par la référence 3a constitue à elle seule les armatures mobiles des conde-nsateurs C13, C23, C35. L'armature désignée par la référence 4a constitue à elle seule armatures mobiles des condensateurs Cl4, C24, C46. La référence 5a désigne l'armature fixe du condensateur C35 et la référence 6a désigne l'armature fixe du condensateur C46. Les armatures fixes précitées la, 5a, 2a, 6a, l'a sont montées sur un support isolant 7. Ainsi qu'il sera précisé plus loin,si l'une des armatures respectivement des condensateurs C35 et C46 est mobile suivant la réalisation conforme à l'invention, la capacité de ces condensateurs reste constante quelles que soient les différentes positions pouvant être occupées par les dites armatures mobiles. Les armatures mobiles 3a et 4a sont solidaires,grAce à l'interposition d'un isolant,d'un axe coulissant portant sur des paliers 9. L'ensemble est inclus dans un bottier 10 formant blindage. Les déplacements de l'axe 8 sont déterminés par les mouvements dont la mesure est requise. Le fonctionnement est le suivant: selon le déplacement imprimé à l'axe 8, les surfaces en regard, d'une part de l'armature mobile 3a et des armatures fixes la et 2a, d'autre part de l'armature mobile 4a et des armatures fixes l'a et 2a varient en fonction des mouvements longitudinaux de l'arbre 8. Au contraire, quelle que soit la position des armatures mobiles 3a et 4a, les surfaces en regard respectivement avec les armatures fixes 5a et 6a restent constantes. On comprend ainsi que lton obtienne les capacités variables 13 (la-3a), 14 (l'a-4a) , 23 (2a-3a), 24 (2a-4a) et les capacités de valeur constante 35 (3a-5a) et 46 (4a-6a). Sur la figure 3, les armatures fixes planes correspondant aux armatures fixes cylindriques de la figure 2 sont désignées par des références identiques (la, l'a, 2a, 5a, 6a) et sont disposées sur un support isolant 11, tandis que les armatures mobiles planes 3a et 4a sont disposées sur un support isolant 12. les mouvements du support mobile 12 par rapport au support fixe li sont obtenus par des moyens connus tels que glissières, rouleaux, billes, systèmes articulés Il est évident que le support 12 est disposé sur un plan parallèle à celui du support 11, de telle sorte que les armatures mobiles 3a et 4a soient placées en rega-rd des armatures fixes la, Sa, 2a, 6a, l'a disposées sur un support 11, et que dans ces conditions le fonctionnement d'un transducteur pourvu dtarmatures planes est absolument identique au fonctionnement d'un transducteur pourvu d'armatures cylindriques tel que décrit avec référence à la figure 2. Suivant une variante non représentée, le transducteur de type plan peut comprendre un élément mobile pourvu d'armatures planes, disposé entre deux éléments fixes pourgu d'armatures planes correspondantes identiques se faisant face chacune à chacune et qui sont mises en parallèle par paires. Cette disposition avantageuse assure au transducteur une plus grande insensibilité aux mouvements perpendiculaires au plan des armatures. Dans X pratique, le transducteur de type à armatures cylin- driques peut Qtre réalisé par juxtaposition de bagues métalliques sur les surfaces intérieure et extérieure respectivement de deux cylindres isolants concentriques, vec interposition éventuelle de rondelles isolantes entre les dites bagues. Le transducteur de type à armatures planes peut etre réalisé par gravure chimique d'un support isolant métallisé tel que verre epoxy-cuivre, par exemple, aussi bien que par dép8t obtenu par projection d'un métal sur un isolant masqué. Comme il a été précisé, les transducteurs suivant l'invention sont destinés à la détection et à la mesure de mouvements rectilignes. Dans le cas de la mesure de mouvements lents, l'électronique associée au transducteur comportera : un oscillateur dont la fréquence sera très supérieure à celle du mouvement à mesurer, eventuellement un amplificateur de tension accordé ou non sur la fréquence de l'oscillateur et un démodulateur, de préférence synchrone. Dans le cas de mouvements rapides, si on utilise une excitation ou polarisation continue du transducteur, ltélectronique pourra se limiter à un-amplificateur à forte impédance d'entrée et préférablement à faible impédance de sortie. I1 est entendu que les dimensions de ces transducteurs seront liées directement à l'amplitude des mouvements à mesurer. Il est également entendu qu'à partir de l'exemple donné ci-dessus on pourra prévoir d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. EVEïi0ATI0NS 1. Transducteur capacitif, principalement prévu pour la détection, la mesure et l'enregistrement de mouvements rectilignes, comprenant quatre condensateurs simultanément variables montés en pont et deux condensateurs fixes de sortie, caractérisé en ce qu'il est formé par une pluralité de surfaces conductrices, successives suivant un axe, isolées les unes des autres, réparties respectivement sur un élément fixe et sur un élément mobile suivant le dit axe, de telle sorte que du mouvement de l'élément mobile résultent des variations de capacité des condensateurs formés par la mise en regard variable des dites surfaces conductrices réparties respectivement sur le dit élément fixe et le dit élément mobile. 2. Transducteur selon la- revendication 1, caractérisé en ce que l'élément fixe comprend suivant l'axe cinq surfaces conductrices isolées les unes des autres, la surface centrale et les surfaces extrêmes constituant les armatures fixes des condensateurs montés en pont, les deux surfaces intermédiaires disposées respectivement entre la dite surface centrale et chacune des dites surfaces extrêmes constituant les deux armatures fixes des deux condensateurs de sortie, tandis que l'élément mobile est formé suivant le dit axe de deux surfaces conductrices isolées l'une de l'autre constituant respectivement chacune la deuxième armature d1un des condensateurs fixes de sortie et les armatures mobiles des condensateurs du pont. 3. Transducteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces conductrices disposées respectivement sur l'élément fixe et sur l'élément mobile sont planes et disposées respectivement sur des plans parallèles. 4. Transducteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les surfaces conductrices disposées respectivement sur 11 élément fixe et sur l'élément mobile sont de forme cylindrique,le dit élément mobile étant monté coulissant à l'intérieur du dit élément fixe. 5. Transducteur selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend un élément mobile pourvu d'armatures planes,disposé entre deux éléments fixes pourvus d'armatures planes respectivement identiques et reliées respectivement entre elles.