Brevet FR2399031A1 — publié le 19790223

La présente invention concerne un appareil de mesure de la qualité de la peau d'une âme de câble coaxial. Actuellement, pour évaluer la qualité d'une ame de câble coaxial et, en général, des torons de cAblesr on se borne à mesurer la résistivité en courant continu du matériau constituant l'sue ou le toron. On sait que, quand une âme ou un toron sont appelés à fonctionner à des fréquences élevées, c'est moins la résistivité en masse du conducteur qui présente de l'intérêt que les pertes au voisinage de sa surface, étant donné l'effet de peau dans les transmissions à fréquences élevées. L'épaisseur de la peau est d'autant plus réduite que la fréquence dtutilisation du conducteur est élevée.Donc, aux pertes ohmiques s'ajoutent, dtune part, des pertes dues aux défauts de géométrie du conducteur, dont le rayon peut varier suivant l'angle polaire ou suivant la position sur l'axe, et, d'autre part, des pertes dues à des défauts de surface, tels qu'une rugosité, des craquelures, des traces d'outils, une oxydation, etc. A titre d'indications, on rappelle que, si la fréquence de fonctionnement courante des câbles coaxiaux actuellement en service est de 12 MEz, des realisations sont prévues à 60 NHz, ce qui conduit à une épaisseur de peau de 8,5 pm, et des développements sont en cours pour fabriquer des câbles coaxiaux pouvant fonctionner à 300 NHz, ce qui conduira à des épaisseurs de peau de l'ordre de 3,8 wn. Ces épaisseurs de peau correspondent à des âmes en cuivre. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un appareil de mesure dans lequel on dispose un tronçon de conducteur et qui fonctionne à la fréquence d'utilisation prévue pour le conducteur ou éventuellement à une fréquence plus élevée. Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un appareil de mesure constitué par une cavité cylindrique dans laquelle on introduit coaxialement le tronçon de conducteur à mesurer, ladite cavité ayant une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde dans l'air correspondant à la fréquence centrale de mesure, ladite cavité comportant une antenne d'émission reliée à un générateur à fréquence variable autour de la fréquence centrale de mesure et une antenne de réception reliée à un détecteur suivi d'un appareil tel qu'un voltmètre, la fréquence du générateur variant de manière à mesurer à l'aide du voltmètre la surtension de la cavité en présence du tronçon de conducteur. Suivant une autre caractéristique, la cavité cylindrique est constituée par un cylindre, dont au moins la surface interne est en métal très bon conducteur, limité par deux faces d'extrémité comportant des moyens pour maintenir l'axe du tronçon de conducteur confondu avec l'axe du cylindre pendant la durée de la mesure. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une cavité de mesure, suivant l'invention, couplée à un générateur et un détecteur, et la Fig. 2 est une vue en coupe transversale de la cavité de la Fig. 1, suivant la ligne II-II de la Fig. 1. A la Fig. 1, la cavité 1 se compose d'un cylindre 2 terminé, à ses deux extrémités, par deux disques 3 et 4. Chaque disque 3 ou 4 présente, dans sa partie centrale, une ouverture conique 5, l'angle du cAone étant ouvert vers l'intérieur, dans laquelle se loge un noyau conique 6. Comme le montre la Fig. 2, chaque noyau conique 6 se compose en pratique de trois parties 6.t, 6.2 et 6.3 se raccordant suivant trois plans axiaux angulairement espacés de 1200. Ainsi, chaque noyau forme une sorte de pince présentant, quand elle est fermée, un passage central cylindrique à travers lequel passe l' me de câble ou le tron çon de conducteur 7. La partie externe de chaque noyau 6 qui fait saillie hors de l'ouverture 5 est cylindrique et filetée de manière que l'on puisse visser sur la partie externe de 6 un écrou 8.L'écrou 8 est par exemple moleté; il présente, en face de l'ouverture 5, une cuvette annulaire 9 dont le bord 10 définit une surface de portée de l'écrou 8 contre la surface extérieure du disque 3 ou 4. La cavité 1 est encore complétée par une petite antenne ou boucle d'émission il et une petite antenne ou boucle de réception 12. L'antenne d'émission 11 est orientée et positionnée classiquement pour exciter dans la cavité, soit un champ électrique, soit un champ magnétique. L'antenne de réception 12 est évidemment orientée en fonction de l'orientation de 11. La boucle 71 est reliée à la sortie d'un générateur de signaux à fréquence variable qui est de préférence un synthétiseur de fréquences, tel que 13. La boucle 12 est reliée à l'entrée d'un détecteur de signal 14 suivi d'un voltmètre 15. Les disques 3 et 4 sont évidemment solidaires du cylindre 2. La surface intérieure de la cavité, au moins, est constituée d'un métal très bon conducteur de l'électricité, tel que de l'argent par exemple. De mêmes au moins les faces des noyaux 6 tournées vers l'intérieur de la cavité sont en métal très bon conducteur. Le positionnement du tronçon 7 dans la cavite 1 peut se faire de la manière suivante. On desserre les écrous 8 de manière que les noyaux 6 se déplacent vers l'intérieur de la cavité en ouvrant leurs parties 6.1 à 6.3. On enfile alors le tronçon 7 successivement dans les noyaux 6 en le maintenant aussi rectiligne que possible. On visse ensuite les écrous 8 sur les parties filetées des noyaux 6 ce qui a- pour effet de déplacer les noyaux 6 vers l'extérieur puisque les portées 10 viennent buter sur les disques 3 et 4. Il en résulte une fermeture de chaque noyau ou pince 6 sur le tronçon 7 quand les surfaces coniques de 6.1, 6.2 et 6.3 viennent en contact avec la surface conique de 5, donc un serrage de chaque extrémité du tronçon 7.Sur une très courte distance, chaque extrémité est entratnée par son noyau vers l'extérieur de la cavité ce qui a pour effet de parfaire la rectitude du tronçon à l'intérieur de la cavité. La position finale de la face interne de chaque noyau 6 est telle que cette face soit dans le m8me plan que la face interne du disque 3 ou 4.et qu'il n'y ait aucun espace libre à la périphérie de 6 entre 5 et 6. Comme par ailleurs le tronçon 7 est serré dans la pince 6 et est droit, la cavité 1 a alors une géométrie cylindrique parfaite permettant d'y faire des mesures à haute fréquence significatives. A titre indicatif, le diamètre intérieur du cylindre 1 est de préférence égal à 3,6 fois le diamètre externe du conducteur 7. La longueur de la cavité entre les disques 3 et 4 est choisie égale à la demi-longueur d'onde dans l'air à la fréquence du signal émis par la boucle 11. A titre d'exemple, considérant que 7 est un tronçon d'une âme en cuivre de câble coaxial destiné à fonctionner à 60 MHz, on sait que l'épaisseur de la peau à cette fréquence est de 8,5 um. Si, de plus, on désire faire apparattre les défauts éventuels dans les trois premiers um de cette peau, il faut alimenter la cavité 1, par 11, avec un signal de fréquence voisine de 400 EpIz, ce qui conduit à une longueur de cavité de l'ordre de 40 cm. On sait qu'une cavité hyperfréquentielle se caractérise principalement par son coefficient de surtension, c'est à dire par le rapport de la fréquence de résonnance, fondamentale ou harmonique, à l'écart de fréquences entre les points à 3 dB du pic de surtension. Si l'on place dans la cavité un tronçon de conducteur de référence en mEme matériau, soit de préférence en argent, que le revttement de la surface interne de la cavité, on peut définir un coefficient de surtension de référence. Il faut évidemment que le conducteur de référence présente un polissage maximal, une absence totale de rayures et de déformations, etc. En remplaçant le conducteur de référence par le tronçon à évaluer, on mesure un coefficient de surtension, spécifique de la gaine de ce tronçon et qui diffère d'autant plus du coefficient de surtension de référence que l'état de surface du tronçon est plus mauvais. L'écart des coefficient: de surtension dépend également de la nature du métal du tronçon. Ainsi, pour un tronçon ayant un diamètre de 5,35 mm, on obtient avec un coefficient de surtension de 1389, 2 quand il est en argent massif et un coefficient de surtension de 1355,2 quand il est en cuivre massif. Le générateur de fréquences 13 est de préférence un synthétiseur très précis dont la fréquence de sortie peut varier Hz par Hz autour de la fréquence centrale de 400 MHz, dans une bande de fréquences relativement étroite de moins de 7ao kHz. Il est alors aisé d'enregistrer la tension du volmètre 15 afin de déterminer le pic de surtension pour les fréquences d'entrée variant Hz par Hz. On peut également utiliser la cavité en effectuant des mesures à une fréquence sous-harmonique, telle que 200 MHz, qui permet un examen de la peau du conducteur sur une plus grande épaisseur. Il apparaît également à la Fig. 2 que l'on a prévu un cylindre 2 formé de deux demi-cylindres 2a et 2b qui comportent chacun des rebords 16 permettant de solidariser les deux demi-cylindres le long d'un plan diamétral, au moyen de vis 17 montées dans des trous 18. Les disques 3 et 4 sont également séparés en deux demi-cercles chacun se raccordant dans le meme plan diamétral. La cavité devient alorsdémontable. Les écrous 8 présentent une fente radiale dont la largeur est légèrement supérieure au diamètre du conducteur 7. Ainsi, il est possible, sans avoir à couper l'âme de câble 7, ni à recourir à des manoeuvres d'enfilage hasardeuses risquant d'endommager la surface interne de la cavité, de pouvoir monter la cavité en n importe quel point d'une âme de cible à la sortie d'une filière et donc de pouvoir contrôler la fabrication de l'âme au fur et à mesure. A titre d'information, en ce qui concerne le centrale en continu de torons de câbles, on pourra se reporter à l'article technique de I. Seidel paru dans la revue "Le Tréfilé" de juillet/aot 1976, pages 141 à 145 et intitulé "Installation de mesure et de réglage de la résistance électrique des torons pendant le cSblage". En particulier, comme dans l'installation prévue dans cet article, on peut monter la cavité I sur la partie d'âme sortant de la filière, laisser la cavité accompagner l'amie pendant la mesure du coefficient de surtension, puis démonter la cavité et la ramener sur une autre partie de l' me à proximité de la filière. En fonction des résultats de mesure, on peut donc d'une façon quasi-continue influer sur des paramètres de fabrication. REVENDICATIONS 1) Appareil de mesure de la qualité de la peau d'un conducteur cylindrique électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une cavité cylindrique dans laquelle on introduit coaxialement le tronçon de conducteur à mesurer, ladite cavité ayant une longueur égale à la moitié de la longueur d'onde dans l'air correspondant à la fréquence centrale de mesure, ladite cavité comportant une boucle d'émission reliée à un générateur à fréquence variable autour de la fréquence centrale de mesure et une boucle de réception reliée à un détecteur suivi dtun appareil tel qu'un voltmètre, la fréquence du générateur variant de manière à mesurer à l'aide du voltmètre la surtension de la cavité en présence d'un tronçon de conducteur. 2) Appareil de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité cylindrique est constituée par un cylindre, dont au moins la surface interne est en métal très bon conducteur, limité par deux faces d'extrémité comportant des moyens pour maintenir l'axe du tronçon de conducteur confondu avec l'axe du cylindre pendant la durée de la mesure. 3) Appareil de mesure suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par deux pinces fendues montées respectivement dans les parties centrales des faces d'extrémité de la cavité et traversées en leurs centres par ledit conducteur, chaque pince pouvant être déplacer dans sa face associée vers l'extérieur de la cavité de manière à pincer la partie adjacente de conducteur en rendant la cavité hermétique et à tendre le conducteur dans l'axe de la cavité. 4) Appareil de mesure suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cavité est constituée de deux demi-cylindres démontables de manière à pouvoir être montée autour d'un conducteur à mesurer sans avoir à enfiler celui-ci dans la cavité.