Brevet FR2284122A1 — publié le 19760402

La présente invention concerne des rnagnétomotres du type couramment dénommé "sonde électromagnétique" et comportant un noyau avec plusieurs, en général trois, branches espacées angulairement rayonnant vers ltextérieur à partir dtun enroulement central dtexcitation. Lorsqutil est UtiliFX comme détecteur dans un compas, un tel magnétomètre est en général suspendu comme un pendule, les branches du noyau étant placées horizontalement, et un enroulement capteur ou transducteur est fixé autour de chaque branche du noyau.Les divers enroulements capteurs sont connectés, en général en étoile, à un circuit détecteur et les signaux de sortie des divers enroulements capteurs ont des amplitudes différentes en fonction de ltorien tation du magnétomètre par rapport au champ magnétique terrestre. Chaque branche du noyau comprend deux bras espacés en un matériau magnétique, qui se trouvent respectivement au-dessus et au-dessous de ltenroulement d'excitation et sont placés parallèlement l'un près de autre à l'intérieur de ltenroule- ment capteur correspondant. L'ensemble magnétique est ainsi équilibré et, en l'absence du champ magnétique terrestre , ne fournit théoriquement aucun signal de sortie provenant des enroulements transducteurs. Lors de l'ajustement pratique de ltensemble, il est nécessaire, pendant la construction, que cette condition soit suffisamment satisfaite et en particulier que les composantes des signaux aux fréquences fondamentale et du troisième harmonique soient réduites à une valeur suffisamment basse.Comme le noyau utilisé est saturé magnéti- quement, le champ terrestre produit dans chaque enroulemene capteur un signal de sortie proportionnel à la composante du champ terrestre parallèle à la branche correspondante du noyau et qui est en principe le second harmonique (en général à 800 hertz), de la fréquence d'excitation (en général 400 hertz) et ctest le second harmonique qui doit être théoriquement appliqué au circuit détecxteur, On a recours actuellement à une modification mécanique des bras du noyau pour réaliser une suppression-acceptable des fréquences fondamentale et du troisième harmonique.Les bras plans du noyau sont tordus ("torsion't), ou ils sont légèrement entaillés latéralement avec un outil de coupe convenable qui réduit leur section transversale. Chacune de ces opérations exige une grande habileté et est pratiquement irréversible de sorte que tout lrensemble est à mettre au rebut si la correction est mauvaise. L'invention concerne la suppression tout au moins en grande partie, des composantes de la fondamentale et du troisième harmonique qui proviennent du déséquilibre magnétique des branches du noyau dtune sonde électromagnétique, par un procédé nécessitant relativement peu dthabileté, et qui, étant donné que des tatonnements sont nécessaires, est réversible, si bien qu'unie correction peu satisfaisante au départ ne provoque pas la mise au rebut de ltensemble. Selon l'invention, la suppression tout au moins de la plus grande partie de la fondamentale et du troisième harmonique des signaux drun enroulement capteur drune sonde électromagnétique, afin que ces composantes soient réduites à un niveau acceptable, est réalisée par enroulement drun fil de connexion dtun enroulement autour d'un des deux bras de la branche du noyau qui passe dans cet enroulement. Ainsi, une ou plusieurs spires ou éventuellement une fraction de spire,sont effectivement ajoutées à ltenroulement intéressé, autour de lrun des bras du noyau correspondant seulement et ces spires sont tantôt additives, tantôt soustractives, suivant la correction nécessaire. L'invention est décrite plus en détail en référence à la disposition usuelle avec trois branches de noyaux séparées angulairement de 1200 et des enroulements capteurs branchés en étoile, bien que l'invention soit applicable à tout autre montage du noyau et des enroulements. Le circuit détecteur monté sur un compas peut comporter un capteur autosynchronisant de signaux ("SELSYN", marque déposée) ayant un stator triphasé alimenté directement par les enroulements capteurs de-la sonde électromagnétique, Le rotor autosynchronisant peut être couplé mécaniquement à la rose d'un compas gyroscopique et la tension du rotor qui indique l'erreur du compas peut être amplifiée par un amplificateur de signal de précession dont le signal de sortie corrige ladite erreur.Ainsi, la sonde électromagnétique et ltélément autosynchronisant peuvent etre utilisés pour 7a surveillance à long terme d'un gyroscope mécanique conservateur de cap, avec correction de la dérive propre à long terme du gyroscope. Dans une telle sonde électromagnétique, chaque enroulement capteur qui nécessite une modification supprimant les fréquen- ces parasites, est de préférence tel que le fil de connexion au centre du montage en étoile est convenablement enroulé autour dTun des bras du noyau correspondant. Dans un ensemble connu, le noyau et les enroulements sont montés sur une plaque d'assise, les bornes communes des extrémités intérieures des enroulements capteurs étant réunies et reliées à une borne de sortie commune. Dans une réalisation selon l'invention, la plaque d'assise comporte de préférence trois bornes additionnelles disposées symétriquement sur un cercle intérieur, un court fil de connexion partant de la borne intérieure de chaque enroulement capteur et aboutissant à l'une des trois bornes correspondantes qui sont reliées séparément à la borne de sortie commune. Si un essai initial indique qu'un enroulement nécessite une modification pour réduire l'importance des composantes parasites, il est facile de dessouder le conducteur correspondant et de l'enrouler autour d'un des bras du noyau de manière appropriée. En général, un des bras de chaque paire de bras du noyau, celui qui est le plus éloigné de la plaque d'assise, est plus facilement accessible que l'autre et c'est celui autour duquel le conducteur de l'enroulement correspondant est enroulé. Le sens de cet enroulement dépend de la modification nécessaire ainsi que de la phase des composantes indésirables des signaux par rapport au courant d'excitation. Ainsi, lors de l'exécution du procédé de suppression selon l'invention et après le montage initial, la sonde élec tromagnétique est excitée de préférence à la fréquence fondamentale (par exemple 400 hertz), et les composantes de la fondamentale et du troisième harmonique (s'ils sont présents) de chaque tension d'enroulement capteur sont déterminés par un analyseur haMmonique. Les composantes du signal d'un enroulement sont de préférence transmises successivement à un oscilloscope ou un autre comparateur de phase, avec irenroulement dtexcita tion, si bien que les phases relatives d-s composantes indési- rables peuvent être déterminées.L'opérateur peut ainsi définir le nombre probable de spires modificatrices nécessaires pour chaque enroulement , en général deux ou trois, et leur sens, c'est-à-dire si elles doivent s'ajouter aux spires normales de ltenroulement, ou s'en retrancher. Après une correction jugée appropriée des conducteurs d'un enroulement, un autre essai est effectué et toute modification ultérieure nécessaire est réalisée. Dans un compas utilisant un cter aucosynclironisant de signal, la suppression de la fondamentale et du troisième harmonique dans la tension du rotor synchrone est l'objectif à atteindre. On observe que les composantes indésirables se compensent l'une l'autre dans les divers enroulements capteurs dans une forte proportion, de sorte que bien que les signaux provenant de chaque enroulement puissent paraître inacceptables, la diminution réalisée concernant les signaux de sortie du rotor synchrone est comprise entre des limites acceptables. I1 faut donc avoir égard au fait que la procédure d'essai mesure pour chaque opération les composantes aux fréquences fondamentale et du troisièmeharmonique du signal de sortie du rotor. Si une modification est nécessaire, l'action entreprise repose sur les mesures des tensions individuelles des enroulements, mais, la constatation de sa nécessité ou de celle de modifications ultérieures repose sur des mesures des fréquences composantes des tensions de sortie du rotor, les trois enroulements capteurs étant reliés fonctionnellement au dispositif autosynchronisant d'essai. L'invention concerne un magnétomètre du type à sonde électromagnétique avec réduction de l'amplitude des signaux correspondant aux fréquences fondamentale et du troisième harmonique du capteur, de la manière décrite, ains-i qu'un compas comprenant un tel magnétomètre. L'invention sera décrite plus en détail, å titre d'exemple, en regard des dessins annexés, dans son application à un compas comportant une sonde électromagnétique classique et un capteur de signaux autosynchronisant; sur les dessins la figure 1 est une vue de dessous de la sonde électromagnétique; la figure 2 représente schématiquenent l'ensemble d'un noyau et d'un enroulement de cette sonde électromagnétique; la figure 3 est une coupe schématique suivant la ligne III-III de la figure 2; et la figure 4 représente schématiquement l'interconnexion de la sonde électromagnétique et d'un dispositif autosynehro- nisant, ainsi que le procédé de réduction de l'amplitude des signaux gênants selon l'invention. Le fonctionnement de la sonde électromagnétique, du dispositif autosynchronisant et de l'ensemble du compas sont bien connus des spécialistes et ne sont pas décrits en détail dans le présent mémoire. En particulier, on sait que lteffet d'un déséquilibre magnétique dans le noyau de la sonde électromagnétique est la production par les capteurs de signaux aux fréquences de la fondamentale et du troisième harmonique, en général 400 hertz et 1200 hertz, dont l'amplitude doit être réduite dans des limites précises, et que l'application du champ magnétique terrestre produit par "polarisation" magnétique du noyau un signal dans chaque enroulement du capteur à la fréquence d'un harmonique pair, ce signal étant proportionnel à la composante du champ parallèle à l'axe de cet enroulement. En référence aux figures I a 3, qui, pour plus de clarté, ne représentent pas les connexions des enroulements, la sonde électromagnétique 1 a une plaque d'assise 2 circulaire sur laquelle le sous-ensemble 3 ayant un noyau et un enroulement est monté. Le noyau 4 comporte trois branches feuilletées 5, 6 et 7 placées radialement et formant des angles égaux. En service, le noyau 4 est excité par un enroulement central 8 d'excitation å axe vertical, la plaque d'assise 2 étant suspendue å la manière d'un pendule, si bien que les branches 5, 6 et 7 sont orientées horizontalement pour capter la composante horizontale du champ terrestre. Comme l'indique la figure 3 pour la branche 6, chaque branche du noyau comprend des bras minces et plans supérieur et inférieur, tels que 6a et 6b, en une matière de haute perméabilité magnétique, telle que le "Permalloy". Les branches de chape paire sont près de leurs extrémités intérie= es, relati- vement largement écartées afin quelles encadrent et logent lten- roulement 8, àl:extérieur duquel elles sont coudées vers l'inté- rieur si bien qu'elles se rapprochent et sont parallèles entre elles, dans un enroulement capteur 9, 10 ou 11 correspondant et horizontal.Chaque enroulement capteur comporte une connexion 12, 13 ou 14 à une borne d'extrémité extérieure et une connexion 15, 16 ou 17 à une borne d'extrémité intérieure. Au moins une des carcasses de bobine supporte aussi une connexion commune de sortie 18, reliée aux -trois bornes communes 19 montées sur la plaque d'assise 2, sur un cercle intérieur. Pour augmenter la densité du flux du champ terrestre dans les branches 5, 6, 7 des collecteurs courbes 20, 21 sont fixés au contact des bras supérieur et inférieur, tels que 6a et 6b, de chaque branche 5, 6 ou 7 du noyau. Des organes de serrage 22 fixent les enroulements capteurs dans des positions correctes ajustées radialement sur les branches du noyau. En référence à la figure 4, les enroulements capteurs 9, 10 et 11 de la sonde électromagnétique 1 sont branchés en étoile et reliés directement aux enroulements 23, 24 et 25 des enroule mentis du stator en étoile du dispositif autosynchronisant 26. le rotor du moteur autosynchrone est relié à un amplificateur 28 de précession qui réagit à la fréquence du second harmonique et exige une suppression des fréquences indésirables fondamentale et du troisième harmonique.Il va de soi que le champ magnétique produit dans le stator du dispositif autosynchronisant est lié directement au cap d'un véhicule sur lequel le compas est monté et que si le rotor 27 qui est couplé mécaniquement à la rose est aligné sur le vecteur magnétique, aucun signal n'est appliqué à l'amplificateur. Chaque signal est utilisé pour une correction de dérive de manière à ramener le rotor à une position correspondant à l'absence de signal. Toutes les bornes 19 sont connectées ensemble pour définir le centre des enroulements 9, 10 et 11 et les bornes d'eztrémité intérieure de ces enroulements sont reliées aux bornes correspondantes 19 par des conducteurs 30, 31 et 32. Lors du montage initial de la sonde électromagnétique, ces conducteurs établissaient des liaisons directes avec les bornes 19 reliées à la borne 18 de sortie commune, et le procédé de suppression des fréquences fondamentale et du troisième harmonique selon l'invention, corrigeant le phénornéne indéslrable d'un déséqui- libre du noyau magnétique, est décrit ci-après. La sonde électromagnétique 1 est tout d'abord reliée à un montage d'essai comportant un dispositif autosynchronisant d'essai identique å celui 26 du compas et avec des interrupteurs 33, 34 et 35 dans les trois conducteurs de phase, partant des enroulements capteurs, comme indiqué en traits interrompus sur la figure-4. Dans ce montage d'essai, l'amplificateur 28 est remplacé par un analyseur harmonique et un comparateur de phase, et une liaison 36 représentée en pointillé est établie entre la borne 18 et le centre du stator du dispositif autosynchronisant monté en étoile.Avec une excitation à 400 hertz traversant l'enroulement 8, les interrupteurs 33, 34 et 35 sont fermés individuellement et successivement pour mesurer les tensions aux bornes des enroulements 9, 10 et 1 et répercu- tées dans le rotor 2b par l'analyseur harmonique.Pour chacune de ces mesures,on fait tourner le rotor 27 du dispositif autosynchronisant jusqu'à la position correspondant au signal maximal et on analyse ensuite la tension de sortie "étoilée" de la meme manière que les tensions individuelles des enroulements, mais avec tous les interrupteurs fermés.A ce stade, un groupe typique de résultats d'essais était le suivant Enroulement Signal à 400 Hz Signal à 1200 Hz 9 88,0 mV 50,0 mV 10 80,0 mV 42,5 mV il 60,0 mV 52,0 mV "Etoile " 22,5 mV 12,5 mV Ces composantes de la tension étoilée sont exagérément élevées et par conséquent une correction est nécessaire et est réalisée en quatre étapes avec vérification pour chaque étape, Enfin, une suppression suffisante est réalisée par dessoudage puis enroulement des conducteurs 30, 31 et 32 autour des parttgg coudées inclinéss des bras Sa, 6a et 7a du noyau pour réaliser la disposition des conducteurs représen*6s sur la figure 4. Ainsi, après la suppression, le conducteur 30 forme deux spiral s'opposant à celles de l'enroulement 9, le conducteur 31 trots spires s'opposant å celles de l'enroulement 10 et le conducteur 32 trois spires s'opposant a celles de l'enroulement 11. Pour cette sonde électromagnétique particulière, les lectures de l'essai final sont les suivantes : Enroulement Signal à 400 tL Signal à 1200 Hz 9 29,0 mV 36,5 mV 10 44,0 mV 42,0 mV il 41,5 mV 42,0 mV "ETOILE" 8,0 mV 7,5 mV Les tensions étoilées sont maintenant comprises entre des limites admissibles et la sonde électromagnétique peut etre montée dans le compas. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre illustratif mais nullement limitatif et qu'on peut lui apporter toutes modifications sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Magnéto.ètre du type a sonde électroagiétiQe cr;:r prenant un noyau à plusieurs branches espacées angulairement comportant chacune deux bras et rayonnant vers l'extérieur à partir d'un enroulement d'excitation central, un groupe à enroulement capteur semblable étant monté autour de chaque branche du noyau, caractérisé en ce qu'un conducteur de liaison partant d'au moins un des enroulements capteurs est enroulé autour d'un des deux bras de la branche du noyau correspondant de manière que les si2m?l- à fréquence fondamentale et du troisième harmonique circulant dans cet enroulement soient réduits à un niveau acceptable. 2 - Magnétomètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs bornes de liaison à un enroulement, reliées individuellement aux extrémités co-rrespondantes d'un groupe semblable à enroulement capteur et montées sur une plaque d'assise de la sonde électromagnétique, ledit conducteur de Maison étant raccordé à la borne correspondante de liaison aux enroulements, toutes ces bornes étant interconnectées et reliées à une borne de sortie commune également montée sur cette plaque d'assise. 3 - Magnétomètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bornes de liaison aux enroulements sont placées symétriquement sur un cercle centré autour du noyau. 4 - Magnétomètre selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le bras ou chaque bras autour duquel est enroulé un conducteur de liaison à une bobine est le bras de la branche correspondante qui est le plus éloigné de la plaque d'assise. 5 - Procédé de suppression au moins partielle de la fréquence fondamentale et du troisième harmonique indésirables dans le signal de sortie d'un magnétomètre à sonde électromagnétique, caractérisé en qu'il comprend l'excitation d'une bobine d'excitation du magnétomètre à la fréquence fondamentale2 la détermination de la fondamentale ou du troisième harmonique de la tension engendrée dans chaque enroulement capteur du magnétomètre à l'aide d'un analyseur d'harmonique, et la suppression tout au moins partielle aporo?riée de ces compo- santes dans au moins un des enroulements capteurs par enroulement d'un conducteur de liaIson de cet enroulement dans le sens approprié autour d'un des deux bras de la branche correspondante du noyau sur laquelle ledit enroulement capteurest monté. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet enroulement capteur est à son tour vérifié par rapport la bobine d'excitation à l'aide d'un comparateur de phase qui détermine la phase relative des ccmposantes indisérables et pernet ainsi à l'opérateur de choisir le s ens d'enroulement approprle . 7 - Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'ensemble des amplitudes de la fondamentale et du troisième harmonique du signal de sortie de la sonde électromagnétique excitée est déterminé à l'aide de l'analyseur d'harmoniques, premièrement avant la détermination des ccmpo- santes dans chaque enroulement capteur individuel et deuxième~ ment après que la suppression tout au moins partielle appropriée a été réalisée 8 - Procédé selon la rovendication 7, caractérisé en ce qu'une nouvelle suppressio-n tout au moins partielle est réalisée lorsque la détermination de l'ensemble des amplitudes du signal de sortie de la sonde électromagriétique indique que les compo- santes indésirables n'ont pas été réduites à une valeur acceptable 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les enroulements capteurs sont reliés par des fils comportant chacun un interrupteur au stator d'un dispositif autosynchrcne d'essai, par application de la tension de son rotor à l'analiyseur d'harmoniques et au comparateur de phase, le cas éoehéant, pour toutes les déterminations de composantes de la tension, le rotor de ce dispositif autosynchrone étant amené par rotation à la position créant un signal maximal dans le rotor, - - Procédé selon la revendication 9, caractérisé que le magnétomètre à sonde électromagnétique et le dispositif autosynchrone d'essai comportent des enroulements branchés en étoile, et le centre de l'étoile constitué par les enroulements capteurs est relié durant l'essai au centre de l'étoile'consti- tuée par les enroulements du stator du dispositif autosynchronev