Brevet FR2311276A1 — publié le 19761210

La présente invention concerne essentiellement un dispositif de mesure de déplacement fournissant un signal électrique, par exemple sous forme de tension continue, proportionnei au déplacement rectiligne d'un organe, sur une course rea 1 tiverLIent inportante. Parmi les dispositif s connus de ce genre, du type inductif, c'est-à-dire r.ttant en oeuvre des variations de tension induite, soit par déplacement de fer, soit par déplacement de bobine, on connait les capteurs de déplacement à transfor.r,ateur différentiel. Dans un tel dispositif, un enroulement primaire central est alimenté à tension alternative constante. Deux enroulements secondaires sont disposés de part et d'autre de I 'enrouieraent primaire et sur le :eme axe. Un noyau magnétique de longueur égale à environ la moitié de la somme des longueurs des trois bobinages alignés, se déplace dans l'axe de ces bobinages. Suivant la position de ce noyau sur l'axe, la tension aux bornes de chacun des secondaires varie. La différence de ces deux tensions est proportionneile au déplacement du noyau. L ' enroulement primaire d'un tel capteur de déplacement à transformateur différentiel doit être alimenté par une source alternative à fréquence assez basse, car le flux est véhiculé par un noyau magnétique. Il en résulte qu > on ne peut pas mesurer des déplacements rapides. De plus, la linéarité de ce dispositif dépend principalement de deux facteur s - l'homogénéité de la structure magnétique du noyau, spécialement pour les valeurs importantes de déplacement à mesurer, de l'ordre de plusieurs centirnetres. - la régularité du bobinage des enroulements, ceux-ci devant avoir un grand nombre de spires régulièrement réparties. Il en résulte qu'il est difficile et onéreux d'obtenir une bonne linéarité de la réponse d'un dispositif de déplacement ainsi conçu. De plus, la longueur d > un tel capteur est au moins égale à trois fois la course utile de déplacement. La présente invention permet de résoudre les problèmes sus-mentionnés puisqu'il n'est plus nécessaire de faire appel à un noyau magnétique tandis que la fréquence d'alimentation du bobinage inducteur peut être notablement augmentée. L'invention consiste plus précisément à faire varier le couplage entre deux bobinages au moyen d'un écran métallique pouvant être déplacé entre ces deux bobinages. Si la fréquence d'alimentation du bobinage inducteur est assez élevée, il n'est plus nécessaire que l'objet métallique soit magnétique pour provoquer une variation de couplage, à cause de l'influence des courants de Foucault prenant naissance dans l'écran métallique. En d'autres terrines, l'invention concerne particulièrement un dispositif de mesure de déplacement caractérisé en ce qu > il comprend deux bobinages à spires allongées dont les surfaces sont disposées sensiblement face à face, respectivement un bobinage inducteur alimenté par un générateur de tension haute fréquence et un bobinage induit, et un écran plat au moins partiellement métallique adapté pour être déplacé dans son propre plan, situé entre lesdites surfaces parallèlement à celles-ci, suivant la direction de plus grande dimension desdites surfaces ; le déplacement dudit écran étant représentatif du déplacement à mesurer précité. Selon une autre particularité importante de l'invention, le dispositif de mesure de déplacement comporte un système de stabilisation de la tension induite par ledit bobinage inducteur, constitué essentiellement d'une boucle d'asservisse- ment incluant un bobinage auxiliaire conformé et/ou disposé pour recevoir dudit bobinage inducteur, un flux indépendant de la position dudit écran. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux au cours de la description explicative qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple, faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma du principe de base d'un dispositif de mesure de déplacement selon l'invention - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie du dispositif schématisé sur la figure I - la figure 3 est un schéma de principe qui montre une variante perfectionnée du dispositif de base représenté sur la figure I - la figure a est une vue en perspective d'une partie du dispositif de la figure 3 la figure 5 est un schéma d'une autre variante perfectionnée du dispositif selon l'invention ; - la figure 6 est une vue en perspective d'une partie du dispositif schématisé sur la figure 5 - la figure 7 est un schéma d'une autre variante perfectionnée du dispositif selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'une partie du dispositif schématisé sur la figure 7 - la figure 9 est un schéma dune autre variante du dispositif selon l'invention ; et - la figure 10 est une vue en perspective d'une partie du dispositif schématisé sur la figure 9. En se référant aux dessins, les figures 1 et 2 montrent le principe de base du dispositif de mesure de déplacement selon l'invention. Un générateur de tension haute fréquence 11, fonctionnant par exemple à une fréquence 1COkFz, alimente un bobinage inducteur 12. D'une façon caractéristique, ce bobinage inducteur est avantageusement constitué de spires 13 (isolées les unes des autres par un diélectrique) d'une bande métallique très fine enroulée sur elle-rrrême autour d'un noyau 14 non magnétique et isolant, à section rectangulaire. La largeur a de la bande métallique est aussi celle du noyau 14 de sorte que chaque couche du bobinage 12 ne comporte qu'unie seule spire 13. La structure du bobinage 12 est en fait la structure de base pour tous les bobinages inducteurs et induits, ainsi que lueurs variantes, qui seront décrits ci-dessous ; mais il est à noter qu'un type de bobinage plus classique peut parfaitement convenir, la structure précitée n'étant qu'une option technologiquement avantageuse. En utilisant des bandes métalliques de quelques microns d' épaisseur, on peut ainsi obtenir un bobinage peu encombrant, parfaitement régulier, comportant un grand nsmhre de spires. Selon une caractéristique importante de l'invention, ces spires sont très nettement allongées suivant une direction privilégiée.D'une façon typique, la longueur d de ces spires rectangulaires est au moins 10 fois et de préférence 15 fois supérieure à leur largeur c. Un bobinage induit 15, par exenple identique au bobinage 12 et notamment de même longueur, est disposé en regard du bobinage 12 de façon que les surfaces de leurs spires (surfaces rectangulaires sensiblement de longueur b et de largeur c) soient sensiblement parallèles et face à face. Un écran métallique plat 16, mobile,~pénètre dans l'espace 17 délirité par les parties en regard desdits bobinages 12 et 15. écran est susceptible d'être déplacé dans son propre plan, parallèle aux surfaces des spires des bobinages 12 et 15, suivant la direction de plus grande dimension (d) desdites surfaces. Dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, l'écran 16 est rectangulaire et de mêmes dimensions que les sections en regard des bobinages 12, 15. Bien entendu, le déplacement dudit écran 16 est représentatif du déplacement à mesurer, en particulier cet écran peut être relié par un moyen mécanique quelconque non représenté (une simple tige) à l'organe mobile dont on désire mesurer le déplacement. Un dispositif de conversion 18, connu en soi, est connecté au bobinage 15. Il permet de transformer une tension alternative haute fréquence développée dans le bobinage 15 en tension continue de valeur proportionnelle à laamplitude des oscillations haute fréquence. Cette tension continue peut être mesurée à la sortie S du dispositif. Le fonctionnement du dispositif représenté sur les figures 1 et 2 est des plus simples. Le bobinage 12 alimenté par le générateur haute fréquence 11 crée un chant électromagnétique qui est capté par le bobinage induit 15. La tension d'alimentation délivrée par le générateur haute fréquence 11 étant constante, le champ électromagnétique est lui-mêe constant. La tension développée dans le bobinage induit 15 est redressée et filtrée par le dispositif 18. Comme le champ électromagnétique créé par le bobinage 12 est constant, la tension induite dans le bobinage 15 est constante pour une position donnée de l'écran 16.En d'autres termes, il apparat clairement que le déplacement de l'écran 16 entre les bobinages 12 et 15 fait varier le flux qui traverse le bobinage 15 et par conséquent la tension induite dans celui-ci. Lorsque l'écran 16 ne pénètre pas du tout dans l'espace 17, la valeur du flux reçu par le bobinage 15 est maximum, tout comme la tension induite dans ce rliime bobinage et transformée par le dispositif 18. En revanche, lorsque l'écran 16 occupe la position représentée sur la figure 2, le flux reçu par le bobinage 15 est à peu près nul ainsi que la tension induite détectée par le dispositif 18.La loi de variation de la tension induite en fonction de la pénétration de l'écran dans l'espace 17, est sensiblement linéaire sur la presque totalité de la course, et la forme allongée donnée aux bobinages permet de conserver cette bonne linéarité pour des valeurs assez importantes de déplacement à mesurer (7 à 8 cm) ce qui est assez difficile à réaliser avec des capteurs selon l'état antérieur de la technique, fonctionnant suivant un principe différent. On peut remarquer que l'écran 16 représenté sur la figure 2, de mêr.le surface que celle des plus grandes spires des bobinages 12 et 15, permet d'obtenir une excursion totale de la valeur de la tension induite dans le bobinage 15, depuis une tension induite pratiquement nulle, jusqu'à une tension maximum prédéterminée par construction, cette excursion de tension étant pratiquement linéaire sur une grande partie de la course. En fait, l'écran 16 pourrait avoir une forme ou des dimensions différentes et provoquer la r.ihme excursion totale de tension induite.Par exemple, dans le cas de la figure 2, il est clair que la largeur de l'écran pourrait être plus importante sans que les caractéristiques du dispositif en soient modifiées. On peut donc définir une surface utile pour l'écran, comme étant la surface métallique minimum nécessaire pour provoquer une excursion linéaire entre deux valeurs extrêmes de tension prédéterrinées, fournies par le bobinage induit. Sur la figure 2, l'écran 16 est donc réduit à sa surface utile pour le mode de réalisation considéré du dispositif selon l'invention. Bien entendu, la forme et les dimensions de cette surface utile sont susceptibles d'être modifiées, suivant les variantes de l'invention qui peuvent être inaginées, comme il apparaitra plus loin. Les figures 3 et 4 montrent une première variante perfectionnée du dispositif de base représenté sur la figure 1. Il est évident en effet, Que la linéarité de a réponse du dispositif dépend de la stabilité de la fréquence et de l'amplitude du courant haute fréquence délivré par le générateur 11. Pour éviter les dérives pendant le fonctionnement, on prévoit un bobinage auxiliaire 20 inséré dans une boucle d'asservissement 21, d > un type connu et permettant de stabiliser la tension induite par le champ créé par le bobinage 12.D'une façon classique, la boucle dsasservissement 21 comprend un dispositif de redressement et de filtrage 22 qui transforme la tension induite dans les bobinages 20, en tension continue, cette tension continue est comparée grâce à un amplificateur différentiel 23 à une tension de référence délivrée par la source 24 et le signal d'erreur ainsi élaboré par l'amplificateur 23 perlet de piloter correctement le générateur 11. Corne il apparait clairement sur la figure 4, le bobinage 20 est superposé coaxialement au bobinage inducteur 12 pour recevoir dudit bobinage inducteur, un flux indépendant de la position de l'écran 16. Ainsi, toute variation de l'amplitude ou de la fréquence des oscillations fournies par le générateur 11 est aussitôt compensée, quelle que soit la cause de cette variation. L'asservissement 21 peut piloter soit l'amplitude des oscillations du générateur 11, soit sa fréquence, soit ces deux paramètres simultanément. Les figures 5 et 6 montrent une autre variante où des perfectionnements ont été apportés au bobinage induit 15. Dans le cas précédent en effet, la tension de sortie S présente des non-linéarités aux extrémités de la course. I1 peut par exemple être souhaitable de ne conserver que 90% de la course totale en supprimant 5% à chaaue extrémité. Pour cela, il faut établir un faux zéro" de la sortie en retranchant du signal de sortie élaboré, une tension continue représentant la partie de la course qu'on veut Xnvalider à l'origine. L'établissement de ce "faux zéro" présente des inconvénients tels que les indispensables opérations de calibrage et aussi les dérives en fonction de la température eu au cours du temps. De plus, les variations de température peuvent provoquer des variations de résistivité de l'écran 16 ou des dilatations qui introduisent des erreurs. Le nouveau mode de réalisation, selon l'invention, permet d'éliminer ces inconvénients. Ainsi, on adopte un montage différentiel du bobinage 15 qui se trouve constitué de deux enroulements de mesure 25, 26 identiques et disposés de part et d'autre du plan longitudinal médian P (perpendiculaire au plan de 1 'écran) de l'espace 17. Le bobinage 15 a cependant la même forme et les mêmes dimensions extérieures que précédemment. De plus, on utilise un nouveau type d'écran 27 se composant de deux régions métalliques rectangulaires 27a et 27b et de deux régions rectangulaires neutres 27C et 27d constituées d'un matériau isolant. Les régions 27a et 27b sont situées à la fois de part et d'autre du plan P et de l'axe transversal 28 de l'écran, commun auxdites régions métalliques. Les enroulements de mesure 25, 26 sont connectés en série de façon que les tensions induites se retranchent (figure 5). Avec une telle structure, le dispositif fonctionne de la manière suivante. Lorsque 1écran 27 pénètre entièrement dans l'espace 17 (figure 6) l'enroulement 25 reçoit une quantité de flux traversant le rectangle neutre 27d égale à celle que reçoit l'enroulement 26, à travers le rectangle neutre 27C. Les tensions induites correspondantes dans ces enroulements sont de même valeur et se retranchent à cause de 'interconnexion de ceux-ci. Le dispositif 18 ne délivre aucune tension à la sortie S. En revanche, si on déplace l'écran 27 (à droite ou à gauche sur la figure 6) il se produit un déséquilibre des tensions induites dans ces mêmes enroulements et la différence des tensions n'est plus nulle.Ainsi, on obtient un dispositif de mesure de déplacement qui, en fonction de la position de l'écran 27, fournit une tension dont l'excur sion linéaire est comprise entre une valeur négative maximum et une valeur positive maximum, ces deux valeurs étant prédéterminées par construction. I1 est à noter que, selon la définition indiquée plus haut, la surface utile de l'écran est constiutée dans ce mode de réalisation, par l'ensemble des deux rectangles métalliques 27a, 27b puisque les rectangles isolants 27c, 27d pourraient être supprimés si cela s'avérait technologiquement possible. L'avantage du dispositif différentiel qui vient d'être décrit réside principalement dans le fait que toutes les déformations ou perturbations provoqu ts par les causes les plus diverses sur le bobinage induit 15, se traduisent approximativement par les mêmes effets au niveau des enroulements 25 et 26, Par conséquent, si une variation de tension dans 1' enroulement 25 est provoquée par une autre cause que le déplacement de l'écran 27, une variation approximativement équivalente se produit en même temps dans l'enroulement 26. Etant donné ltinterconnexion en opposition des deux enroulements, ces deux variations parasites s'annulent presque complétrment. Les figures 7 et 8 montrent une autre variante qui associe les perfectionnements schématisés sur les figures 3 et 5. Ainsi, les perturbations qui s'exercent sur le circuit inducteur sont compensées par la boucle d'asservissement 21 tandis que les perturbations qui s' exercent sur le circuit induit sont atténuées par le montage différentiel. Enfin, les figures 9 et 10 montrent un dernier mode de réalisation où la boucle d'asservissement englobe le bobinage induit. Selon cette variante, le bobinage auxiliaire 20 est combiné au bobinage induit 15 et constitué de deux enroulements auxiliaires 30, 31, disposés de part et d'autre du plan longitudinal médian P de 1 'espace 17 et respectivement superposés coaxialement aux enroulements de mesure 25, 26. Ces enroulements auxiliaires 30, 31 sont connectés en série de façon que les tensions induites dans ceux-ci s'ajoutent. De plus, pour une mêne amplitude de déplacement de l'écran 27, celui-ci a une longueur doubie de celle des bobinages 12 ou 15. Le fonctionnement des enroulements de mesure 25, 26 est le Ji que pour 1 'exemple décrit en référence aux figures 5 et 6. En revanche, il apparait que la sortie des flux qui traversent les enroulements 30, 31, ne dépend pas de la position de l'écran 2, ainsi prolongé de part et d'autre de son axe 23. En d'autres termes, les variations de tensions induites qui peuvent se produire dans ie bobinage 20 sont indépendantes de la position de l'écran et ne peuvent provenir que de perturbations quail est alors possible de compenser en agissant sur le générateur 11 par l'intermédiaire de la boucle d'asservissement 21.Le fait de disposer le bobinage 20 près du bobinage induit permet de corriger par lXasservisse- ment, les dérives et décalages qui étaient dus à ce bobinage induit et qui n'étaient pas censées par le montage différentiel. Bien entendu, l'invention n'est nullement liniitée aux .odes de réalisation qui viennent d'être décrits. Ainsi, la variante de la figure 9 pourrait être simplifiée en n'utilisant que deux enroulements (par exemple 25, 26) pour les bobinages 15 et 20 combinés et en réalisant la somme et la différence des signaux développés dans ces enroulements par des moyens électroniques distincts ; la différence étant utilisée pour la mesure proprement dite et la somme pour l'asservisse- nuent du générateur haute fréquence. C'est dire que l'invention comprend-tous les équivalents techniques des raoyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans ie cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de déplacement, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobinages à spires allongées dont les surfaces sont disposées sensiblement face à face, respectivement un bobinage inducteur alimenté par un générateur de tension haute fréquence et un bobinage induit, et un écran plat au moins partiellement métallique adapté pour être déplacé dans son propre pian, situé entre lesdites surfaces parallèlement à celles-ci, rivant la direction de plus grande dimension desdites surfaces ; le déplacement dudit écran étant représentatif du déplacersent à mesurer précité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit écran et les spires des bobinages précités sont rectangulaires. 3.Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un système de stabilisation de la tension induite par ledit bobinage inducteur, consituté essentiellement d'une boucle d'asservissement incluant un bobinage auxiliaire conformé et/ou disposé pour recevoir dudit bobinage inducteur, un flux indépendant de la position dudit écran. 4. Dispositif selon la revendication'-3, caractérisé en ce que ledit bobinage auxiliaire est superposé coaxialement audit bobinage inducteur. 5. Dispositif selon l'une des revendocations 2 à 4, caractérisé en ce que le bobinage induit précité comporte deux enroulements de mesure, sensiblement identiques et disposés de part et d'autre du plan longitudinal médian, perpendiculaire à celui dudit écran, de l'espace situé entre les parties en regard des deux bobinages précités et qu' unie partie au moins de 1' écran est constituée par deux régions métalliques rectangulaires distinctes situées à la fois de part et d'autre dudit plan longitudinal médian et adjacentes à celui-ci et d'un axe transversal dudit écran commun auxdites régions métalliques. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits enroulements de mesure sont connectés à un moyen de mesure engendrant un signal électrique obtenu à partir de la différence des tensions apparaissant aux bornes desdits enroulements de mesure. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits enroulements de mesure sont connectés en série de façon que les tensions induites dans ceux-ci se retranchent. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, et la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bobinage auxiliaire est combiné audit bobinage induit et constitué de deux enroulements auxiliaires sensiblement identiques disposés de part et d'autre dudit plan longitudinal médian et, de prEférence, respectivement superposés coaxialement auxdits enroulements de mesure. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits enroulements auxiliaires sont connectés en série de façon que les tensions induites dans ceux-ci s'ajoutent. 10. Dispositif selon lune des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un au moins des bobinages précités est constitué de spires isolées d'une bande métallique enroulée sur elle-même autour d'un noyau non magnétique et isolant. 11. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que la longueur des spires desdits bobinages est au moins 10 fois et ee préférence 15 fois supérieure à leur largeur. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du courant alimentant le bobinage inducteur est supérieure à 50 kIft et de préférence sensiblement égale à 100 khi.