Brevet FR2404201A1 — publié le 19790420

La présente invention concerne la construction des appareils de contrôle et de mesure et a notamment pour objet un convertisseur inductif. L'invention peut être utilisée dans les appareils de contrôle et de mesure dont le paramètre à mesurer, par exemple l'effort, le moment-de rotation, llaccélération, etc., est converti en différents genres de déplacements. Il existe des convertisseurs inductifs des déplacements en signal électrique, qui comportent une bobine d'excitation, une bobine de mesure et un écran magnétique. L'inductance mutuelle des bobines de ces convertisseurs varie lors du déplacement de l'écran magnétique, qui est réalisé sous la forme d'une plaque métallique reliée à un élément sensible à la variation de l'effort, du moment de rotation ou d'autres paramètres à contrôler. La bobine primaire (ou les bobines primaires, par exemple dans le cas d'un montage différentiel) est reliée à un générateur d'oscillations de fréquence élevée, tandis que la bobine (les bobines) secondaire est raccordée à un détecteur et à un indicateur. Entre les bobines reliées entre elles inductivement il y a un entrefer. Dans ces convertisseurs inductifs connus, le signal de sortie est fonction de la valeur de déplacement de l'écran magnétique dans l'entrefer des bobines et est en même temps fonction du paramètre à contrôler. On connait un convertisseur inductif se présentant sous la forme d'un écran diamagnétique profilé relié à l'un de deux éléments se déplaçant l'un par rapport à l'autre et disposé dans l'entrefer formé entre deux supports parallèles portant des noyaux ferromagnétiques dans lesquels sont disposées des bobines d'inductance. Les supports sont reliés à l'autre desdits éléments mobiles. Les bobines primaires installées sur l'un des supports sont insérées dans le circuit de générateur d'oscillations à fréquence élevée. La tension alternative des bobines primaires induit dans les bobines secondaires montées sur l'autre support une tension dont l'amplitude dépend du déplacement contrôlé de l'écran. La variation du paramètre à contrôler et, par -conséquent, de la disposition relative de l'écran et des bobines, entraine une variation du rapport des surfaces des bobines recouvertes par l'écran et par conséquent une variation des coefficients de transformation entre les bobinés, de sorte que la tension aux bobines de sortie diffère de la tension initiale. Ainsi, par suite du déplacement relatif de l'écran et du système magnétique formé par les bobines, on obtient à la sortie du montage un signal proportionnel à ce déplacement. Toutefois, ce convertisseur inductif connu n'assure pas l'obtention de fonctions entre le signal de sortie et deux ou plus de deux déplacements, et ne peut pas effectuer la modulation du signal de sortie si besoin est. Outre cela, lorsque ce convertisseur inductif est associé à des montages à brusque variation du signal de sortie, il n'assure pas la forme (raideur) voulue du signaltcar le signal de sortie de tels montages est proportionnel à la surface des bobines recouverte par l'écran et dont la valeur ne peut pas varier rapidement, comme cela peut être réalisé, par exemple, en modifiant le profil de l'écran. Ceci entrain une complication de l'appareillage pour former le signal de sortie voulu. Dans les cas où l'on doit obtenir un signal de sortie fonction de deux ou de plus de deux déplacements, ainsi que réaliser des opérations mathématiques sur ces fonctions, il faut utiliser plusieurs convertisseurs inductif s connus branchés conformément à l'opération à réaliser. En même temps, l'inconvénient que représente l'impossibilité de réaliser un signal de sortie variant rapidement demeure. Outre cela, lors de la fabrication, de l'ajustage et du réglage des convertisseurs inductifs connus, on pratique sur l'écran différentes découpes afin de lui donner la forme permettant d'obtenir la fonction appropriée entre la surface des bobines masquée par l'écran et la valeur du déplacement de ce dernier. Ceci complique considérablement la conception des écrans si l'on veut obtenir une fonction complexe, et l'exploitation du convertisseur soulève de grandes difficultés lorsqu'il faut le régler au sein du système compliqué dont il fait partie. Compte tenu des considérations qui précèdent, l'invention vise à mettre au point un convertisseur inductif permettant d'obtenir et, si nécessaire, de corriger un signal de sortie qui serait fonction de deux ou de plus de deux déplacements des objets mécaniques, et permettant en outre de moduler le signal d'entrée par un autre signal. Ce problème est résolu à l'aide d'un convertisseur inductif des déplacements d'objets mécaniques en signal électrique, qui comporte, reliées à l'un des objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre, des bobines primaires et secondaires associées à des noyaux et montées l'une en face de l'autre avec, entre elles, un entrefer dans lequel est disposé un écran principal relié à l'autre desdits objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre, ledit convertisseur comportant, selon l'invention, au moins un écran supplémentaire disposé dans ledit entrefer, pouvant se déplacer dans un plan parallèle à l'écran principal et assurant, en coopération avec l'écran principal, l'obten- tion d'une dépendance fonctionnelle déterminée du signal électrique vis-à-vis des déplacements desdits objets mécaniques. Au moins l'un des écrans supplémentaires peut être relié à l'objet mécanique correspondant se déplaçant relativement à l'autre. Il est également utile que l'écran principal soit relié cinématiquement à au moins un écran supplémentaire et à l'un des objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre. Ceci permet de moduler les signaux d'entrée et de rendre plus raide la pente de la courbe traduisant la fonction reliant le signal de sortie et les déplacements des objets mécaniques. Il est rationnel de réaliser l'écran principal et au moins un écran supplémentaire sous la forme de deux plaques superposées pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre et ensuite immobilisées relativement l'une à l'autre dans l'une de leurs positions. Ceci permet de corriger ladité fonction lors du fonctionnement du convertisseur inductif dans un système complexe. Il est possible qu'au moins un écran supplémentaire ait une forme différente de celle de l'écran principal L'utilisation de la présente invention permet d'améliorer les caractéristiques métrologiques, de rendre moins rigoureux les impératifs relatifs au montage des convertisseurs inductifs aux endroits de leur emploi, et de simplifier l'organisation de l'appareil. L'invention ressortira plus clairement de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation concrets mais non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un convertisseur inductif des déplacements mécaniques en signal électrique, selon l'invention; - la figure 2 représente un convertisseur inductif avec des bobines connectées en montage différentiel et des écrans reliés à différents objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre, selon l'invention; f - la figure 3 représente un convertisseur inductif avec un écran supplémentaire relié cinématiquement à l'écran principal, selon l'invention; - la figure 4 représente un convertisseur inductif dans lequel les écrans principal et supplémentaire forment un seul écran composite, selon l'invention;; - la figure 5 représente l'une des variantes de la configuration des écrans principal et supplémentaire, selon l'invention; - la figure 6 représente un diagramme du signal de sortie du convertisseur inductif doté des écrans représentés sur la figure 5, selon l'invention. Le convertisseur inductif des déplacements des objets mécaniques en un signal électrique comporte une bobine primaire 1 (figure 1) d'alimentation branchée sur une source de tension 2 (générateur d'oscillations sinusoidales de fréquence élevée) et une bobine secondaire 2 de mesure, raccordée à un instrument de mesure 4. Les bobines primaire 1 et secondaire 2 sont placées, respectivement, dans des noyaux 5, 6 en matériau ferromagnétique montés sur l'un (7) des objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre. Les bobines 1 et 3 sont séparées par un entrefer dans lequel est disposé un écran principal 8 réalisé sous la forme d'une plaque métallique dont la surface est parallèle aux plans des bobines 1 et 3. L'écran principal 8 est relié à un autre (9) des objets mécaniques mobiles et est déplacé par ce dernier, par exemple, d'un angle 4 .La configuration des bords utiles de l'écran 8 correspond à une fonction déterminée reliant le déplacement relatif des objets 7 et 9 et le signal électrique de sortie. Dans le même entrefer entre les bobines 1 et 3, parallèlement à la plaque de l'écran principal 8, est disposée une plaque constituant un écran supplémentaire 10 qui forme, en coopération avec l'écran principal 8, un plan d'écran commun aux bobines 1 et 3. Sur la figure 2 on voit un convertisseur inductif qui comporte deux bobines primaires 1 et il et deux bobines secondaires 3 et 12. Les bobines primaires 1 et Il connectées entre elles en série sont branchées sur une source de tension 2. Les bobines secondaires 3 et 12 connectées entre elles en série forment un montage différentiel. Les bobines primaire Il et secondaire 12 sont placées dans des noyaux 13 et 14 montés sur l'un (7) des objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre. Un écran supplémentaire 10 est relié à un troisième objet mécanique 15, mobile par rapport aux deux premiers et qui le déplace, par exemple d'un angle ss. Sur la figure 3 on voit un convertisseur inductif dont l'écran supplémentaire 10 est cinématiquement relié à l'écran principal 8, par exemple à l'aide de roues dentées 16 et 17. Dans ce cas, la tension prélevée sur la bobine secondaire 3 est fonction du déplacement proprement dit (d'un angle par exemple, de l'objet mécanique 9 se déplaçant relativement aux autres objets, et en même temps ladite tension est fonction de cette fonction f (o) , soit # [&alpha;, # (&alpha;)]. On voit sur la figure 4 une représentation schématique en plan dtun convertisseur inductif qui comporte un guide 18 et un moyen de fixation 19 communs aux écrans principal 8 et supplémentaire 10 et permettant d'immobiliser les écrans 8 et 10 l'un par rapport à l'autre, en formant ainsi un seul écran composite. Sur la figure 5 on voit une variante de configuration et de disposition relative des écrans principal 8 et supplémentaire 10 par rapport aux bobines 1 et 3 et aux noyaux5, 6. Les écrans 8 et 10 peuvent tourner d'un angle et d'un angle 4 en fonction de la position relative des objets mécaniques 7, 9, 15 (figure 2) se déplaçant relative ment l'un à l'autre. Le signal de sortie 20 (figure 6) apparaissant à la sortie de la bobine secondaire 3 (figure 1) et dont le diagramme fait l'objet de la figure 6 représente la somme de deux signaux 21, 22. Le signal 21 correspond au déplacement de l'écran principal 8 et le signal 22 correspond au déplacement de l'écran supplémentaire 10 de sorte que le signal de sortie 20 est fonction du déplacement des deux écrans 8 et 10. Le convertisseur inductif fonctionne de la façon suivante. Lorsqu'on applique la tension sinusoIdale à la bobine primaire 1 (figure 1) ou aux bobines primaires 1 et il (figure 2), dans la bobine secondaire 3 (figure 1) ou dans les bobines secondaires 3 et 12 (figure 2) apparat une tension dont l'amplitude dépend de la surface masquée par l'écran des bobines primaires 1 et Il et des bobines secondaires 3 et 12. Le paramètre à contrôler (dépiacement, effort, moment de rotation, accélération) agit sur l'objet 9, qui peut être l'élément sensible d'un capteur approprié du paramètre à contrôler, et provoque son déplacement conjointement avec l'écran principal 8.L'autre objet 15 provoque le déplacement de l'écran supplémentaire 10, ce qui fait varier la surface masquée par les écrans des bobines 1, 3, 11, 12 en fonction du déplacement total des objets 9 et 15. La variation de la disposition relative des écrans 8 et 10 et des bobines 1, 11, 3 et 12 entrasse une variation correspondante de l'interaction entre les bobines primaires 1, 11 et les bobines secondaires 3, 12 du convertisseur inductif, ce qui a pour effet de faire varier la tension sur les bobines secondaires 3 et 12, ctest-à-dire le signal de sortie 20 (figure 6) du convertisseur inductif. Ainsi, pour un convertisseur inductif utilisant des écrans principal 8 (figure 2) et supplémentaire 10 dont la forme est représentée sur la figure 5, le signal de sortie 20 (figure 6) est fonction du déplacement des deux objets 9 et 15 (figure 2) d'un angle oU et d'un angle S par rapport à l'objet 7 relié aux bobines 1, 3, 11, 12. Comme on le voit, ce principe de fonctionnement permet de remplacer un appareillage électrique complexe réalisant l'opération d'addition des signaux 21 et 22 (figure 6) par un seul convertisseur inductif, c'est-à-dire de simplifier la construction de l'appareil sans altérer ses caractéristiques techniques0 En utilisant le convertisseur inductif proposé, on peut facilement réaliser la corrélation mutuelle des signaux 21 et 22 correspondant aux déplacements des objets 9 et 15 (figure 2).Ainsi, si les écrans principal 8 et supplémentaire 10 en mouvement ne se recouvrent pas, les signaux respectifs 21 et 22 (figure 6) sont additionnés. Si les écrans 8, 10 (figure 5) sont rapprochés l'un de l'autre suivant l'axe horizontal, ce qui, à un certain angle 4 et un certain angle g de rotation des écrans 8 et 10, assure leur recouvrement, on obtient entre les signaux 21, 22 une corrélation dont la valeur dépend du degré de recouvrement mutuel des écrans 8, 10 (figure 5). Dans une série de cas, lorsqu'il faut rendre plus raide la pente du-signal de sortie 20 (figure 6) et que ceci ne peut pas être obtenu avec le profil donné de l'écran principal 8 (figure 5), l'écran supplémentaire 10 est cinématiquement relié à l'écran principal 8. Leur déplacement simultané provoqué par l'objet 9 crée un écran dont la forme change en fonction de l'angle de rotation S grâce à quoi on obtient une dépendance fonctionnelle déterminée du signal de sortie (figure 6) à l'égard des déplacements des objets 9, 7 (figure 3). Dans les cas où, en raison de la nécessité d'accorder, d'ajustér ou de corriger la dépendance fonctionnelle du signal de sortie 20 (figure 6) vis-à-vis des déplacements relatifs des objets 7,9, 15 (figure 2), ces opérations doivent être faites directement dans le système de mesure, on utilise un écran supplémentaire 10 (figure 4) (ou l'un des écrans supplémentaires) qui peut se déplacer par rapport à l'écran principal 8 suivant les guides 18, être mis en position requise et être fixé dans cette position par le moyen 19. Un tel écran composite reçoit ensuite son mouvement à partir d'un des objets 9 ou 15 (figure 2) se déplaçant relativement l'un à l'autre Entre les bobines primaire 1 (figure 1) et secondaire 3 reliées entre elles inductivement, il y a un entrefer assez grand pour que les déplacements (transversaux) noncontrôlés des écrans 8 et 10 ne provoquent pas de variations du signal de sortie 20 (figure 6). La configuration du champ des bobines 1, 3 (figure 1) reliées entre elles inductivement permet l'utilisation d'écrans 8 et 10 dont les bords utiles peuvent avoir ntimportehuel profil désiré. Le champ magnétique n'embrasse que les bobines 1, 3 et est absent dans la zone des autres bobines (non représentées?. Le système magnétique de ces convertisseurs permet de disposer dans des positions déterminées des bobines sans liaison inductive entre elles et d'assurer la possibilité de leurs déplacements par ajustage du mesureur, par modification de ses caractéristiques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Convertisseur inductif des déplacements relatifs d'objets mécaniques en signal électrique, du type comportant, reliées à l'un desdits objets mécaniques se déplaçant relativement l'un à l'autre, des bobines primaires et secondaires associées à des noyaux et montées l'une en face de l'autre de manière à former entre elles un entrefer dans lequel est disposé un écran principal relié à un autre desdits objets mécaniques, caractérisé en ce qusil comprend au moins un écran supplémentaire disposé dans ledit entrefer de manière à pouvoir sty déplacer dans un plan parallèle à l'écran principal, et assurant, en coopération avec l'écran principal, l'obtention d'une fonction déterminée reliant entre eux le signal électrique et les déplacements relatifs des objets mécaniques. 2. Convertisseur inductif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'un des écrans supplémentaires est relié à l'objet mécanique correspondant se déplaçant par rapport à l'autre. 3. Convertisseur inductif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'écran principal et au moins un écran supplémentaire sont reliés cinématiquement l'un à l'autre et à l'un des objets se déplaçant relativement l'un à l'autre. 4. Convertisseur inductif conforme à l'une des revendications 1- à 3, caractérisé en ce qu'au moins un écran supplémentaire a une forme différente de celle de l'écran principal. 5. Convertisseur inductif conforme à l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que l'écran principal et au moins un écran supplémentaire sont réalisés sous la forme de deux plaques superposées pouvant être déplacées l'une par rapport à l'autre et ensuite immobilisées relativement l'une à l'autre dans l'une de leurs positions.