Brevet FR2352307A1 — publié le 19771216

La présente invention est relative à un dispositif pour la mesure d'un champ magnétique au moyen d'un magnétomètre du type à barreau. Un tel dispositif peut être utilisé dans des réservoirs de stockage de toute nature, dans des trémies d'alimentation de systèmes de découpe de matériaux (ferraille) pour fours métallurgiques, dans tout type de four métallurgique ou dans des installations similaires. Selon l'invention, un nombre de magnétomètres est arrangé en ligne à des intervalles prédéterminés dans le carter d'un magnétomètre à barreau et un dispositif pour l'excitation magnétique d'une substance se trouvant autour du carter du magnétomètre est fixé autour d'un élément sensible du ma gnétomètre. Ainsi, on peut mesurer des informations concernant un changement de nature physique ou chimique accompagné de changements en fonction du temps et de la température,de la perméabilité, de la densité, de la quantité ou de la nature de la substance entourant le magnétomètre dans la direction de l'axe de détection magnétique de l'élément sensible au champ magnétique. Selon l'invention, plusieurs éléments sensibles au champ magné- tique et une excitatrice sont placés dans le carter d'un magnétomètre à barreau, de façon à placer chaque élément sensible dans le champ magnétique de chaque excitatrice. Des changements caractéristiques de la substance périphérique entourant chaque élément sensible sont convertis en changements d'une composante vectorielle du champ magnétique dans la direction de l'axe de la détection magnétique de l'élément sensible au champ magnétique et on mesure les caractéristiques locales ou concernant la masse totale de la substance périphérique à partir des informations correspondant aux valeurs indiquées par les éléments sensibles. Dans les dessins joints les figures la et lb sont des coupes longitudinales représentant schématiquement la construction du présent magnétomètre à barreau la figure 2 est un schéma de principe d'un élément sensible au champ magnétique ; la figure 3 représente un diagramme synoptique d'un dispositif pour la mesure du champ magnétique selon une réalisation de la présente invention ; et la figure 4 est une coupe d'un détail d'une autre réalisation de l'invention. La figure la représente la conception fondamentale d'un magnétomètre du type à barreau utilisé dans le dispositif de l'invention. Ce magnéto mètre comporte un élément sensible au champ magnétique 1 et une excitatrice 2 fixée dans le carter 4 à une distance prédéterminée. I1 comporte également un circuit partiel 3 relié à l'élément sensible 1 et commande élément sensi ble, ou bien traite un signal capté ou commande quelquefois l'excitatrice 2. De plus, lorsque le volume qu'occupe le circuit 3 devient important on le sépare de cette partie du magnétomètre et on l'attache au bout d'un câble 8 (figure lb). La référence 5 désigne un élément de connection pour le carter 4. Le magnétomètre représenté dans la figure lb comporte un élément de verrouillage 6 pour fixer le magnétomètre à barreau dans une installation dans laquelle on effectue des mesures. On utilise pour ce faire souvent une collerette ou un élément similaire. Le magnétomètre comporte également un élément terminal 7 qui relie une extrémité du cible 8 à une source d'énergie électrique ou a une ligne de transmission de signaux de chaque circuit 3 à l'élément terminal 7. Chaque partie du dispositif sera maintenant décrite en détail. L'élément sensible au champ magnétique 1 peut être n'importe quel élément ayant pour fonction de convertir une information provenant d'un champ électrique en un signal électrique, et une relation orthogonale, parallèle ou autre entre la direction de l'axe de l'élément 1 sensible au champ magnétique et la direction de l'axe d'excitation de l'excitatrice 2 ne pose aucun problème. Pour mesurer un champ magnétique de haute sensibilité on utilise en général un matériel magnétique en tant que noyau et on l'entoure d'un bobinage. L'excitatrice 2 a principalement pour fonction d'exciter par voie magnétique la substance entourant le magnétomètre 4, mais le changement de la composante vectorielle du champ magnétique relevé par l'élément 1 sensible au champ électrique prend une valeur notable lorsqu'on ajoute I'excitatrice 2. De plus l'excitatrice 2 peut fonctionner de façon satisfasisante uniquement avec un aimant permanent. Dans le cas où on utilise une excitatrice composée d'un aimant et d'un bobinage, il peut être suffisant de faire passer un courant direct ou alternatif dans le bobinage. Dans le cas où la substance périphérique est un matière métallique non magnétique, il est préférable de faire passer un courant alternatif dans un bobinage d'excitatrice composé d'un bobinage et d'un noyau magnétique. I1 est préférable d'utiliser un carter 4 en matière non magnétique. Une telle matière est par exemple une résine synthétique, le bronze, l'aluminium, l'acier, l'acier inoxydable (SUS 304, 316, etc. . . ). L'élément de conne xion 5 peut être en matière non magnétique et sa partie ou surface intérieure doit etre munie d'un orifice laissant passer un cable relié à l'élément de cir cuit électrique. De plus, afin de simplifier l'élément de connexion une borne est montée sur une extrémité du carter 4 du magnétomètre, un élément récepteur est monté sur l'autre extrémité et on utilise un système de connexion pour réaliser la connexion mécanique du carter du magnétomètre et simultanément la connexion d'un circuit électrique, ce qui permet de simplifier l'élé- ment de connexion. De plus, il est possible de fabriquer le carter 4 du magnétomètre sans aucun élément de connexion, mais dans le cas où le nombre d'éléments sensibles est augmenté sa manipulation devient difficile de façon qu'on sépare un certain nombre d'éléments sensibles lorsqu'on utilise des éléments de est connex ion. Cettefaçon de procéder/efficace au point de vue de la mise en oeuvre du dispositif. En outre, lorsque le magnétomètre doit être introduit et fixé dans une conduite de refroidissement ou dans une enveloppe de protection d'une telle conduite, il est très important que l'élément de connexion soit flexible. La figure 2 représente un schéma de principe du circuit électrique du magnétomètre sous forme d'un système sensible multiple spécialement conçu pour le dispositif de la présente invention. Dans ce schéma on trouve un noyau magnétique 9 faisant partie de l'élément 1 émettant le champ magnétique et consistant en une matière magnétique à haute perméabilité. Le noyau magnétique 9 se trouve dans un état situé immédiatement sous celui d'une voie magnétique ouverte. Les bobinages 10 à 13 entourent le noyau magnétique 9. Les résistances 14, 15 sont ajoutées afin de créer facilement un phénomène d'oscillation magnétique initié par l'action en tant qu'interrupteur de l'élé- ment sensible 1, ainsi que les transistors 18 et 19, mais ces éléments peuvent être supprimés. Les résistances 16 et 17 assurent le maintien stable du phénomène d'oscillation magnétique. Les résistances 22, 23 convertissent l'oscilla- tion magnétique en une tension de sortie et le condensateur 24 stabilise la valeur moyenne de la tension de sortie. De plus une information concernant un signal magnétique révélée par l'élément sensible 1 est convertie en une valeur moyenne de sortie entre les bornes 25 et 26. Les bornes 20 et 21 sont reliées à une source d'énergie électrique, la borne 20 étant reliée à l'électrode positive de cette source. Dans la figure 2 les références 14 à 26 correspondent à l'élément de circuit 3 de la figure 1 et la figure 2 montre uniquement une réa Libation possible du circuit électriqrse du magnétomètre. La figure 3 est un diagramme synoptique d'un dispositif pour la mesure de champs magnétiques au moyen d'un magnétomètre du type à barreau dans le cas où on ajoute un dispositif à fonctionnement multiple et un circuit supportd'échantillon en tant que circuit pour le traitement de signal. La référence 27 représente un magnétomètre dans le cas où le carter 4 contient un nombre de magnétomètres de f 1 à # n. La référence 28 est un dispositif à fonctionnement multiple qui relie périodiquement une source d'énergie électrique 29 et l'un des magnétomètre en passant successivement de # I à 9 n au moyen d'un système de division temporelle.La source d'énergie électrique 29 peut être composée d'un nombre d'éléments n correspondant au nombre de magnétomètres27 de façon à former chaque fois une paire composée d'un élément source d'énergie électrique et d'un magnétomètre, bien qu'il soit également possible de la concevoir sous forme d'une source commune reliée à chaque magnétomètre par un dispositif d'interruption. De plus le dispositif à fonctionnement multiple 28 met périodiquement chaque ligne de signal du magnétomètre 27 en fonction parun système de division temporelle et fournit un signal de sortie de chaque magnétomètre au circuit 30. Ce cir duit 30 est alimenté à tour de rôle par chacun des magnétomètres27 ,*1 1 à # n. Ainsi le signal de sortie de chaque magnétomètre peut être transmis aux bornes de sortie de chaque circuit 30. En outre dans le cas où l'on transmet en continu les signaux de sortie de chaque magnétomètre, il peut être réalisé comme indiqué ci-dessus (figure 3) mais si le signal de sortie est transmis par intermittence avec une certaine fréquence, on utilise uniquement le circuit 30 et il est alors possible de sélectionner les signaux de sortie de chaque magnétomètre des bornes de sortie du circuit 30 et cela d'une façon séquence.Une raison pour l'utilisation d'un dispositif à fonctionnement multiple dans le présent dispositif est celle de pouvoir éliminer toute interférence entre les lignes de signal de chaque magnétomètre et d'activer simplement les magnétomèis par un système de division temporelle afin de simplifier la conception du circuit. I1 est évident que dans le cas où il se produit une interférence entre les lignes de signal pu les lignes d'alimentation électrique, le dispositif multiple 28 et le circuit 30 peuvent être supprimés en cas de besoin, et la sortie du magnétomètre 27 peut être immédiatement réglée à chaque circuit de traitement de signal Un changement dans la caractéristique de sensibilité pour la détection de champs magnétiques de chaque élément de détection est éventuellement confirmé par un magnétomètre à barreau lorsqu'une mesure est effectuée sur un objet,par exemple lorsqu'il est monté sur un four tel qu'un four à tube, et on ajuste alors ce changement de caractéristique au point zéro ou à Ia dévia- tion totale de l'instrument et on ajuste tous les points à la même caractéristique de façon que , comme il est montré à la figure 4, un bobinage de contrôle 31 est monté dans l'élément sensible et dans son axe de détection et on varie le courant amené vers cette bobine, ce qui permet l'essai de la caractéristique de sensibilité.La référence 32 représente un générateur de courant électrique. On utilise le dispositif de la présente invention par exemple dans des réservoirs de stockage de toute nature,dans des trémies d'alimentation d'un système de découpe de matériaux (ferrailles), dans des réacteurs chimiques et dans tous types de fours métallurgiques et similaires. Dans ce cas on introduit le magnétomètre du type à barreau dans une enveloppe de protection ou dans un tuyau,si le nombre de points de mesure magnétique est augmenté on peut naturellement fixer les deux extrémités ou la partie médiane de l'enveloppe de protection à l'installation sur laquelle on effectue la mesure. De plus, afin de détecter la partie où les propriétés de la substance périphérique ont changé, on met en position orthogonale la direction de l'axe de détection de l'élément de détection magnétique et la direction de l'axe de l'excitatri- ce et un accroissement subit de la tension de sortie correspond à la partie où s'est produit un changement momentané d'une propriété, ou la partie centrale de la propriété de la substance périphérique est établie parallèlement à la valeur de la tension accrue. Ainsi on peut imaginer de nombreuses variantes du dispositif de l'invention en fonction de l'usage qu'on veut en faire à l'aide de la description ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure d'un champ magnétique au moyen d'un magnétomètre du type à barreau caractérisé en ce qu'il comporte un carter de magnétomètre en forme de barreau, plusieurs magnétomètres dis posés en ligne à des intervalles prédéterminés dans ce carter, un dispositif pour exciter par voie magnétique un élément du magnétomètre sensible aux champs magnétiques, ainsi que la substance entourant ce magnétomètre, un élément de circuit pour le traitement électrique d'un signal magnétique appli qué à l'élément sensible pour champs magnétiques, au moyen duquel on me sure une information concernant les propriétés de la substance entourant le magnétomètre sous la forme d'un changement de la composante vectorielle d'un champ magnétique dans la direction de l'axe de détection dudit élément sensible aux champs magnétiques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément sensible aux champs magnétiques est composé d'un noyau en ma tière magnétique et d'une bobine entourant la périphérie du noyau magnétique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de circuit est composé d'une source d'énergie électrique, un dis positif à fonctionnement multiple, un circuit support d'échantillon et un cir cuit de magnétomètre. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de circuit est composé d'une source d'énergie électrique et d'un circuit de magnétomètre. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'excitatrice est un aimant permanent.