Brevet FR2277325A1 — publié le 19760130

La présente invention concerne un dispositif pour la détection et la mesure des déformations d'un corps électriquement isolant, par exemple des matières plastiques monolithiques ou stratifiées des poudres propulsives etc. On connait déjà un tel dispositif comportant au moins une bobine électromagnétique déformable noyée dans ledit corps, un émetteur à haute fréquence variable susceptible d'induire une tension haute fréquence dans ladite bobine et un récepteur à haute fréquence susceptible de détecter la résonance du circuit oscillant bouchon formé par cette bobine et sa capacité répartie, éventuellement augmentée de celle d'un condensateur monté en parallèle sur la bobine. Un tel dispositif est décrit dans le brevet français nO 72.37461. Son idée de base est que les déformations du corps isolant entraînent des variations dimensionnelles de la bobine et, par suite, des variations de la fréquence de résonance du circuit oscillant bouchon. La présente invention a pour objet un dispositif de ce genre utilisant les variations dimensionnelles de la bobine du circuit oscillant destiné à tre embarqué à bord d'aéronefs ou d'engins spéciaux, afin de mesurer les déformations mécaniques subies par certaines parties de ceux-ci. A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour la détection et la mesure des déformations d'un corps électriquement isolant comportant une bobine électromagnétique déformable noyée dans ladite-corps et formant un circuit oscillant bouchon avec sa capacité répartie, éventuellement augmentée de celle d'un condensateur monté en parallèle sur ladite bobine > est remarquable en ce qutil comporte un oscillateur dont la fréquence est asservie par ledit circuit oscillant. Ainsi, cet oscillateur fournit directement à sa sortie les valeurs de la fréquence de résonance du circuit oscillant, avant et pendant les déformations. Le signal de sortie de ltoscillateur est donc directement exploitable par un système de mesure ou de télémesure n ayant pas de liaison matérielle avec le dispositif selon l'invention. On remarquera que par conception, le dispositif selon l'invention présente une grande bande passante et ne nécessite pas d'amplificateurs de bas niveaux, qui présentent une faible bande passante. Ainsi, il peut facilement être utilisé dans les engins spéciaux et les aéronefs. Un tel oscillateur peut être un oscillateur à circuit accordé, par exemple un auto-oscillateur du type COLPITTS, le circuit oscillant bouchon étant alors couplé au circuit résonnant de cet oscillateur. Selon un premier mode de réalisation de l'invention ledit oscillateur est extérieur au corps électriquement isolant, le couplage entre le circuit oscillant bouchon et le circuit résonnant de l'oscillateur se faisant à travers une face dudit corps. Selon un second mode de réalisation, l'oscillateur est intérieur au corps électriquement isolant et ledit dispositif comporte un récepteur extérieur à ce corps et recevant le signal dudit oscillateur. Dans ce cas, la bobine du circuit résonnant de l'oscillateur peut former la bobine du circuit oscillant bouchon. Afin de pouvoir alimenter l'os- cillateur incorporé au corps isolant, il est alors avantageux de prévoir un générateur laternatif extérieur audit corps, dont la fréquence est différente des fréquences possibles de l'oscillateur, le dispositif comportant un récepteur intérieur pour transformer le signal du général en énergie d'alimentation pour l'oscillateur. Les liaisons entre le générateur extérieur et le récepteur intérieur et entre l'oscillateur intérieur et le récepteur extérieur, peuvent être du type selfique ou capacitif. De préférence, ces deux liaisons sont formées par une liaison commune, des filtres permettant d'aiguiller les signaux du générateur et de l'oscillateur. Le signal de l'oscillateur peut être transformé, en vue de son traitement ultérieur, en signal analogique à l'aide d'un discriminateur. Toutefois, il est préférable qu'à cette fin il soit transformé en signal numérique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 illustre schématiquement le fonc tionnement d'an premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 montre le schéma d'un oscilltcur particulièrement approprié è être utilisé dans le dispositif selon l'invention. Les figures 3, 4 et 5 montrent schématiquement des variantes du dispositif selon l'invention. La figure 6 illustre schématiquement un système d'exploitation des signaux provenant du dispositif selon l'invention. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre un morceau 1 de matière électriquement isolante dans lequel a été nouée une bobine électromagnétique déformable 2. A l'extérieur du morceau de matière 1 est disposé un oscillateur 3 dc type à circuit accordé. Le circuit accordé de cet oscillateur est couplé magnétiquement, par l'intermédiaire d'un enroulement 4, à ladite bobine 2. Lcrsque l'oscillateur 3 fonctionne à haute fréquence, sa fréquence d'oscillation est, à cause du couplage magnétique entre l'enroulement 4 et la bobine 3 dépendante de la fréquence de résonance du circuit oscillant formé par la bobine 2 avec sa capacité répartie 5. Bien entendu, en cas de besoin la capacité 5 peut ëtre renforcée par un condensateur monté aux bores de la bobine 2. Par suite, lorsque ie morceau de platière 1 n'est soumis à aucune contrainte, le circuit résonnant 2, 5 présente une certaine fréquence propre qu'il impose a l'oscillateur 3. Aux bcrnes de sortie 6 et 7 de celui-ci, q obtient donc un signal de fréquence déterminée FR. Si, maintenant, on Soumet le morceau de matière 1 à des contraintes, la bobine 2 subit des déformations physiques et la valeur de son coefficient de self-induction change. Il on est est de même je la valeur d- sa capacité répartie . Par suite, le circuit résonnant 2,5 présent mie nouvelle fréquence propre. Ii apparaît donc, entre les bornes de sortie 6 et a de l'oscilla- teur 3, un signal dont la fréquence est maintenue égale FC, différente de FR. Ainsi, les valeurs de la fréquence de signal délivré par l'oscillateur 3 rnt représentatives des contraintes subies par la bobine, Q0û déformations du morceau de matière 1. La relation entre ces déformations et les valeurs des fréquences de l'oscillateur 3 peut être établie soit par étalonnage, soit par calcul. La figure 2 donne le schéma d'un oscillateur à circuit accordé pouvant outre utilisé comme oscillateur dans le dispositif de la figure 1, ainsi que dans les dispositifs montrés par les figures 3) 4 et 5. L'oscillateur 3 montré par la figure 2 comporte un transistor Q1, de type PNP, dont la base est reliée à la masse par une résistance R1 et à un point de potentiel positif IV par une résistance R2. La résistance R1 est découplée par un condensateur Ci. L'émetteur du transistor Q1 est relié à la masse à travers une self L1 de filtrage en haute fréquence et un condensateur C2. Le point commun à L1 et C2 est réuni au point de potentiel -V par une résistance R3. Une bobine 4 de circuit résonnant a une de ses extrémités reliée à la masse et l'autre d'une part au collecteur de Q1 par un condensateur CD, d'autre part à l'émetteur de Q1 par un condensateur C De plus, ledit collecteur est relié à la masse par une bobine de choc L2. On obtient ainsi un oscillateur du type COLPITTS. La bobine 24 est couplée d'une part au circuit résonnant 2,5, d'autre part à l'enroulement de sortie L3, dont les extrémités forment les bornes 6 et 7. La fréquence d'oscillation de l'oscillateur 3 de la figure 2 est donc déterminée par le circuit résonnant 2,5 Dans le dispositif montré par la figure 3, l'oscillateur 3 est, comme la bobine 2, incorporé au morceau de matière 1. Pour alimenter l'oscillateur 3 en énergie, on prévoit alors un générateur alternatif 8, extérieur à ladite matière, et émettant un signal électrique à une fréquence éloignée des fréquences propres possibles du -circuit résonnant 5,2. Ainsi, le signal du générateur 8 ne risque pas de perturber le signal de l'os- cillateur 3. Le générateur 8 alimente un enroulement 9, extérieur à la matière 1 et couplé magnétiquement avec un enrou liement 10 intérieur à ladite matière. Le signal aux bornes de l'enroulement 10 est redressé et filtré par un filtre-redresseur 11, enrobé dans le morceau de matière 1. Le signal ainsi redressé et filtré est ensuite appliqué à l'oscillateur 3 pour lui fburnir 1'énergie nécessaire a' son fonctionnement. Le signal représentatif des déformations du morceau de matière 1, émis de la façon décrite ci-dessus par l'oscillateur 3, sert à alimenter un enroulement 12, monté entre les bornes 6 et 7 et enrobé dans ledit morceau de matière. L'enroulement 12, transmet le signal de ltoscillateur 3 a' un enroulement 13, extérieur, avec lequel il est couplé magnétiquement. Le signal transmis est ensuite filtré par un filtre passebande 14, centré sur les fréquences possibles de l'oscillateur 3, puis par un filtre rejecteur 15, centré sur la fréquence du générareur 8. On obtient ainsi entre Ss bornes de sortie 16 et 17 du dispositif le signal émis par l'oscillateur 3. Sur la figure 3, on a représenté la bobine 2 couplée à l'oscillateur 3, par l'enroulement 4, comme sur les figures 1 et 2. I1 va de soi que dans ce cas, l'enroulement 4 pourrait jouer le role de la bobine 2, ce qui supprimerait une bobine. Le dispositif de la figure 4, est semblable à celui de la figure 3, à cela près que les bobines 9 et 10 ont été remplacées chacune par deux armatures de condensateurs, extérieures 18 et 19 et intérieures 20 et 21. Les armatures 18 et 20 d'une part, 19 et 21 d'autre part, forment des condensateurs de transmission du signal du générateur 8. I1 va de soi que, de façon analogue, les enroulements 12 et 15 pourraient être remplacés par des liaisons capacitives. La figure 5 illustre une variante du dispositif Se la figure 5 dans laquelle les enroulements 9 et 15, d'une part, 10 et 12 d'autre Part sont remplacés par un seul enroulement 22 ou 23, respectivement. Le générateur 8 alimente l'enroulement extérieur 22 à travers un filtre 24, laissant passer la fréquence du signal dudit générateur mais bloquant les fréquences possibles de ltoscillateur 3. L'enroulement 22, couplé magnétiquement à l'enroulement intérieur 23, transmet donc le signal du générateur 8 à ce dernier, qui après filtrage en 25, l'applique sur le filtreredresseur 11. Ce filtre-redresseur 11 fournit donc sa tension d'alimentation à l'oscillateur 3.Celui-ci envoie à son tour son signal à l'enroulement intérieur 23, qui le transmet à l'en- roulement extérieur 22. A cause du filtre 24, le signal de l'oscillateur 3 ne peut perturber le générateur 8. I1 est appliqué sur les bornes 16 et 17, après filtrage par un filtre 26 qui laisse passer le signal de l'oscillateur 3, mais bloque celui du générateur 8. Le signal apparaissant entre les bornes 16 et 17 et dont la fréquence est représentative des contraintes subies par le morceau de matière 1, peut etre appliqué à un circuit discriminateur permettant d'obtenir une tension analogique représentative des variations de la fréquence F de l'osscillateur 3, autour de sa fréquence au repos FR Toutefois, il est souvent avantageux que le traitement de ce signal soit numérique. A cette fin, comme le montre la figure 6, le signal de l'oscillateur 3 est appliqué, éventuellement après changement de fréquence en 27 au moyen d'un oscillateur local 28, à un diviseur-digital 29. Le signal provenant des bornes 16 et 17 a pour fréquence F = F + A F. Par suite, en choisissant la fréquence de l'oscillateur local 28 égale à FR ~ ss FmaX , la fréquence du signal appliqué au diviseur 29 est#Fmax. # S F, ce qui réduit la fréquence du signal à traiter. Le contenu du compteur 30 est exploité par un système de télémesure par impulsions codées (PCM). Ce système interroge périodiquement le dispositif de mesure : à cet effet, il envoie vers le dispositif de mesure un signal d'initialisation qui provoque le transfert du contenu du compteur dans un registre à décalage 31 et remet le compteur 30 à zéro. Ensuite, le système PCM envoie un train d'impulsions vers le registre 31 qui transfère son contenu vers ledit système. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la détection et la mesure des déformations d'un corps électriquement isolant comportant une bobine électromagnétique déformable noyée dans ledit corps pour enivre au moins certaines déformations et formant un circuit oscillant bouchon avec sa capacité répartie, éventuellement augmentée de celle d'un condensateur monté en parallèle sur ladite bobine, caractérisé en ce qu'il comporte un oscillateur dont la fréquence est asservie par ledit circuit oscillant. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit oscillateur est du type à circuit accordé, ledit circuit oscillant étant couplé magnétiquement au circuit résonnant de l'oscillateur. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur est extérieur au corps électriquement isolant, le couplage entre le circuit oscillant série et le circuit résonnant de ltoscillateur se faisant à travers une face dudit corps. 4.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur est intérieur au corps électriquement isolant1 ledit dispositif comportant un récepteur extérieur à ce corps et recevant le signaldudit oscillateur. 5. - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la bobine du circuit résonnant de l'oscillateur forme la bobine du circuit oscillant série. 6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il ccmporte un générateur alternatif extérieur audit corps de fréquence différente des fréquences pcssibles de l'oscillateur, ledit dispositif comportant un récepteur intérieur à ce corps pour transformer le signal dudit générateur en énergie d1alimentation pour l'oscillateur. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins une des deux liaisons entre le générateur extérieur et le récepteur intérieur et entre i 'ir,cil- lateur intérieur et le récepteur cxtérieur est de type selfique. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce qu'au moiras une des deux liaisons entre le générateur extérieur et le récepteur intérieur et entre l'oscillateur intérieur et le récepteur extérieur est du type capacitif. 9.- Dispositif son l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé rn ce que les deux liaisons sont formées par ur.e liaison commune, des filtres permettant d'aigguiller les signaux de générateur et de l'oscillateur 10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de l'oscillateur est transforme en signal numérique an vue de son exploitation ultérieure.