Brevet FR2426883A1 — publié le 19791221

La présente invention concerne les dispositifs convertisseurs de faibles déplacements linéaires en un signal électrique. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé, notamment, en tant queélément sensible pour des extensomètres mécaniques servant à mesurer des déformations relatives pour une base de mesure donnée. Tous les types connus d'extensomètres se rapportent, soit à des extensomètres à film, par exemple les extensomètres à élément résistant, soit à des extensomètres mécaniques à convertisseurs de différents types tels que pneumatiques, à induction, capacitifs, etc. Les extensomètres à films ont, en général, une faible inertie et résistent bien aux vibrations, mais leur stabilité thermique est faible. Les extensomètres mecaniques, qui sont plus résistants à l'action de hautes températures (supérieures à 3000C), ont des encombrements considérables et, par suite, une grande masse et une forte inertie. C'est pourquoi, il n'existe pas d'extensomètres capables de fonctionner d'une façon stable dans des conditions de hautes températures (supérieures à 300"C) et de vibrations. Il existe des convertisseurs de faibles déplacements li néaires en phase d'un signal de sortie dont le principe de fonctionnement est basé sur l'interaction par induction d'un enroulement récepteur avec au moins deux enroulements émetteurs alimentés en courant alternatif de mêmes fréquences et amplitude, mais étant en quadrature, les deux enroulements émetteurs etant disposés sur l'une des surfaces parallèles et l'enroulement ré- cepteur disposé sur l'autre surface, les deux surfaces parrallèles ayant une possibilité de déplacement relative, de façon que l'orientation mutuelle des surfaces et la distance entre elles restent à peu près constantes. Dans ces convertisseurs, les conducteurs principaux constituant les enroulements sont disposés perpendiculairement par rapport au sens du déplacement relatif, et leurs extrémités sont reliées à l'aide de conducteurs auxiliaires dits'tlon- gitudinaux". Le principe de fonctionnement des convertisseurs connus est basé sur la mesure d'un nombre discret de points de passage de la phase du signal de sortie par/n, où n est le nombre d'enroulements émetteurs, ce qui correspond à la distance minimale entre les conducteurs principaux constituant l'un des enroulements émetteurs et l'enroulement récepteur. Dans l'intervalle entre ces points, on réalise la mesure de la phase du signal de sortie, ces qui permet de mesurer le déplacement avec une sensibilité accrue. Cependant, par suite dtune interaction par induction entre les conducteurs raccordant les conducteurs principaux et formant une spire "longitudinale" il est difficile d'obtenir une variation linéaire de la phase du signal de sortie en fonction du déplacement relatif des enroulements, ce qui est particulièrement important pour l'obtention d'une précision micronique. Afin d ' obtenir une dépendance linéaire, les enroulements sont sectionnés et on tend à supprimer l'interaction par induction des spires longitudinales en réalisant un branchement en opposition des sections et en introduisant des spires et des enroulements de compensation. Cependant, de telles solutions entraient une augmentation notable de ltencombrement des convertisseurs, et, par conséquent, des extensomètres, ce qui réduit la précision et la stabilité de leur fonctionnement en cas de vibrations. En outre, l'introduction de connexions complexes entre les sections rend plus difficile la fabrication des convertisseurs. L'invention vise à procurer un dispositif convertisseur de faibles déplacemsnts linéaires en un signal électrique qui aurait une caractéristique linéaire et de faibles encombrements, ce qui permettrait d'élever la précision de la mesure de faibles déplacements dans des conditions caractérisées par de hautes températures et par des vibrations. le dispositif convertisseur de faibles déplacements linéaires en un signal électrique, selon l'invention, comporte deux surfaces pouvant se déplacer parallèlement l'une par rapport à l'autre, l'une de ces surfaces portant un enroulement constitué par un groupe de conducteurs principaux dont l'orien- tation est sensiblement perpendiculaire au sens du déplacement relatif des surfaces, et par des conducteurs auxiliaires reliant les extrémités des conducteurs principaux, alors que la deuxième surface prote au moins deux enroulements identiques, avec le meme nombre de conducteurs principaux, en interaction inductive avec le premier enroulement, ces enroulements étant déplacés l'un par rapport à llaute, dans le sens de déplacement des surfaces, le susdit convertisseur étant caractérisé par le fait que les bords latéraux de tous les enroulements se trouvent dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de disposition des conducteurs principaux, de façon que le couplage inductif entre les conducturfs auxiliaires de différents enroulements soit minimal, les prises des enroulements étant disposées sur leurs bords latéraux. L7invention sera mieux comprise encore à l'aide de la description donnée ci-après dvun mode de réalisation préféré, mais non limitatif, description se référant aux dessins ciannexés, sur lesquels Ia figure 1 représente, en perspective, un dispositif convertisseur de faibles déplacements linéaires en un signal électrique, ce dispositif étant onforme à l'invention la figure 2 représente la caractéristique de ce convertisseur de faibles déplacements linéaires Le conve-tisseur de faibles déplacements linéaires en un signal électrique, illustré fig. 1, comporte un enroulement récepteur 1 et deux enroulements émetteurs 2 et 3, dont chacun est bobiné en zigzags périodiques. Le nombre d enroulements émetteurs 2, 3 n'est pas limité.Les conducteurs principaux 4 des enroulements 1 à 3 sont sensiblement perpendiculaires au sens du déplacement relatif de ltenroulement 1 et des enroulements 2,3, indiqué par la flache A. Le nombre de conducteurs principaux 4 des enroulements 2, 3 est le me, et ils sont en interaction par induction avec les conducteurs principaux 4 de lvenroulement récepteur 1. Les enroulements 2 et 3 sont décalés l'un par rapport à l'autre dans le sens indiqué par la flèche A. Les bords latéraux 5 des enroulements 1 à 3, formés par ces conducteurs auxiliaires 6 et contenant des eléments de liaison 7, ainsi que les prises 8,9 des enroulements 1 à 3, sont disposés dans un plan approximativement perpendiculaire au plan des conducteurs principaux 4, le couplage inductif entre les conducteurs auxiliaires 6 des différents enroulements 1 à 3 étant minimal. Les prises 9 de l'enroulement récepteur 1 et les prises 8 des enroulements émetteurs 2,3, sont disposés sur les côtés opposés du convertisseur. Tous les-conducteurs princ- paux 4 des enroulements 1 à 3 sont disposés sur deux surfaces 10 et 11. La longueur L1 de l'enroulement i est supérieure à la longueur totale L2,3 des enroulements 2 et 3 de deux ou de trois spires complètes, cBest-à-dire7 d'une valeur dépassant de quatre à six fois la distance entre les axes des conducteurs principaux 4 de l'enroulement 1. Par exemple, pour un convertisseur dont la longueur totale L1tJ 32 mm, dont la hauteur est de 4 mm et dont le pas de bobinage est de 0,6 mrn, il est opportun de choisir une lon- gueur L2, 3 égale à 30 mm environ, de façon que le nombre de spires de l'enroulement 1 soit de cinquante trois, et le nombre total de spires des enroulements 2 et 3 soit égal à quarante neuf. Sur la figure 2, on a représenté la aractéristique du convertisseur illustré figure 1, caractéristique qui montre que la dépendance signal de sortie-déplacement est pratiquement linéaire. Le dispositif convertisseur venant d'être décrit fonctionne de la façon suivante. Si l'on prend comme position de départ la position où les conducteurs principaux 4 de l'enroulement 2 sont disposés à la distance minimale des conducteurs principaux 4 de l'enrou- lement récepteur 1, et y induisent une force électromotrice dont la phase, par rapport au courant, peut être considérée comme égale à -90 dans l'enroulement 2, les conducteurs principaux 4 de l'enroulement 3 sont alors disposés à une meme distance des spires voisines de l'enroulement récepteur 1 et le signal total induit par ces conducteurE principaux dans l'enroulement 1 est égal à zéro. Par conséquent, l'interaction inductive des conducteurs principaux 4 produit, dans l'enroulement récepteur i, une force électromotrice dont la phase est égale à 900. Lorsque les enroulements 2 et 3 se déplacent par rapport à l'enroulement 1 dans le sens indiqué par la flèche A, les enroulements 2 et 3 cnangent de rôle et, dans l'enroulement i, est induite une force électromotrice dont la phase est égale à 00. Lors du déplacement ultérieur, la phase change périodiquement. Si le changement de la phase obéit, non.seulementà la loi périodique, mais également à la loi harmonique, la dépendance entre la phase du signal de sortie et le déplacement est linéaire. On sait cependant que certaines causes perturbent la linéarité, ce qui est le cas notamment du couplage inductif entre les éléments reliant les conducteurs principaux, ctest-à-dire le couplage inductif entre les spires longitudinales. L'invention permet de réduire sensiblement ce couplage inductif, du fait que la distance entre les spires longitudinales disposées sur les bords latéraux des enroulements perpendiculaires au plan des conducteurs principaux dépasse largement la distance entre les surfaces portant les enroulements récepteur et émetteurs. Ainsi, dans le convertisseur où la distance entre lesdites surfaces est égale à 0,1 mm et la hauteur est de 4 mm, la distance entre les conducteurs longitudinaux est de quarante fois supérieure environ à la distance minimale entre les plans des conducteurs principaux, ce qui affaiblit le couplage inductif entre les spires longitudinales de quarante fois environ. Lorsque les deux enroulements-se déplacent relativement dans le sens indiqué par la flèche A, le couplage inductif entre l'enroulement émetteur 2 et l'enroulement récepteur 1 croit dans une certaine mesure si leurs longueurs sont définies à cause de l'effet de bord, et le couplage entre l'enroulement émetteur 3 et l'enroulement récepteur 1 faiblit pour la même raison. Ceci perburbe également la dépendance linéaire signal de sortiedéplacement Cet effet négatif peut être affaibli par l'augmentation de la longueur de l'enroulement récepteur, mais un tel procédé entraîne une augmentation indésirable de l'encombrement du convertisseur.Le demandeur a mis en évidence le fait que la perturbation, due à l'effet de bord, demeure dans des limites admissibles lorsque le nombre N de conducteurs principaux de l'enroulement récepteur est de l'ordre d'une centaine et la longueur de cet enroulement récepteur 1 est supérieure à la longueur totale des enroulements émetteurs de deux à trois pas, l'étendue de mesure du déplacement ne dépassant pas un pas de spire. La caractéristique du dispositif convertisseur représentée sur la figure 2, où S est la pas complet, ctest-à-dire une distance double entre les axes des conducteurs principaux de l'enroulement récepteur, démontre que, lorsque S = 0,6 mm, la distorsion non linéaire totale due au couplage inductif des spires longitudinales et à l'effet de bord constitue, grâce à l'application de l'invention, 1% seulement du pas environ, c'est-à-dire qu'elle est de l'ordre de 6 Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS Dispositif convertisseur de faibles déplacements linéaires en un signal électrique, comportant deux surfaces pouvant se déplacer parallèlement l'une à l'autre, l'une de ces surfaces portant un enroulement constitué par un groupe de conducteurs principaux dont l'orientation est sensiblement perpendiculaire au sens du déplacement relatif des surfaces, et par des conducteurs auxiliaires reliant les extrémités des susdits conducteurs principaux, alors que la deuxième surface porte au moins deux enroulements identiques avec un nombre égal de conducteurs principaux en interaction inductive avec le premier enroulement, ces enroulements étant décalés l'un par rapport à l'autre dans le sens du déplacement des surfaces, le susdit dispositif convertisseur étant caractérisé par le fait que les bords latéraux de tous les enroulements se trouvent dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de disposition des conducteurs principaux, de façon qu'un couplage inductif entre les conducteurs auxiliaires de différents enroulements soit minimal, les prises des enroulements étant disposées sur leurs bords latéraux.