Brevet FR2426268A1 — publié le 19791214

La présente invention concerne un appareil de mesure présentant une grande stabilité thermique et comprenant des dispositifs magnéto-électriques, et en particulier un tel dispositif comprenant des magnétomètres à domaine de courant. L'invention concerne un dispositif à semi-conducteur dans lequel une partie de transport de courant appelée domaine tourne lorsqdun champ magnétique est appliqué, avec une vitesse qui dépend de la densité du flux magnétique et d'une tension appliquée si bien qu'un signal de sortie a une fréquence représentative de cette densité de flux magnétique et de la tension appliquée. Le nom générique d'une telle structure, dans la suite du présent mémoire, est "magnétomètre à domaine de courant", mais on l'appelle aussi "dispositif à domaine de courant", comme décrit par exemple dans les articules de Gilbert, B. Electronics Letters, 1976, 12, p. 608-610, et de Manley, M.H. et al. Electronics Letters, 1976, 12, p. 610-611. Un magnétomètre à domaine de courant peut être fabriqué par un procédé bipolaire classique et peut être intégré sur une paillette,avec des circuits auxiliaires. Dans un exemple particulier, il comprend une structure bipolaire étendue réalisée de manière qu'une petite partie "le domaine1, conduise à un moment donné quelconque. Le domaine se forme spontanément étant donné une réaction positive entre un transistor circulaire npn et un transistor circulaire pnp. La position du domaine est détectée par plusieurs contacts placés autour de la région de collecteur de l'un des transistors. Un champ magnétique appliqué normalement au dispositif provoque l'action des forces de Lorentz sur les porteurs qui s'écoulent dans chaque transistor.L'effet de cette interaction magnétique est qu'un décalage circonférentiel est introduit dans la boucle de réaction entourant les deux transit ors si bien que le domaine tourne de façon continue autour du dispositif. Le sens de rotation correspond à la polarité du champ et la fréquence de rotation est proportionnelle à l'amplitude de la densité normale de flux magnétique et d'une tension appliquée.Dans les dispositifs couramment disponibles, il existe une limite inférieure de seuil pour le champ magnétique, au-dessous de laquel le le domaine "colle a une inhomogénéité quelconque du dispositif. I1 est aussi probable qu'il existe une limite supérieure, reliée éventuellement à la fréquence de transition fT du transistor le plus lent, mais on n'a pas encore indiqué la détermination d'une telle limite. L'invention convient particulièrement bien à la mesure des courants. L'aptitude à la mesure précise des courants est fondamentale et primordiale pour la protection et le réglage des circuits d'alimentation électrique et en conséquence ces mesures doivent être réalisées avec compensation des effets des variations de température dans les résultats. Ainsi, l'invention concerne un appareil de mesure com portantdeuxmagnétomètresà domaine de courant, placés l'un près de l'autre -afin qu'ils soient pratiquement à la même température, les deux magnétomètres recevant différemment un signal de polarisation et un signal à mesurer, et un dispositif de combinaison des signaux de sortie des deux magnétomètres afin qu'un signal de sortie formé soit indépendant de la température et représentatif de la valeur du signal à mesurer. De préférence, le signal de polarisation et le signal sont sous forme d'un flux magnétique de polarisation et d'un flux magnétique de signal respectivement. De préférence, un flux magnétique de polarisation de même amplitude et un flux magnétique de signal de même amplitude sont appliqués à chacun des magnétomètres, le flux magnétique de polarisation ou celui du signal étant appliqué aux magnétomètres dans des directions différentes. Dans un mode de réalisation particulier, le flux de polarisation est appliqué dans la même direction et dans le meme sens ou en sens opposés aux deux magnétomètres, et le flux du signal est appliqué à un magnétomètre en direction sensiblement parallèle au plan contenant le trajet de son domaine et à l'autre magnétomètre en direction pratiquement perpendiculaire au plan du trajet de son domaine. De préférence, les deux magnétomètres sont disposés de.maniere que les plans des trajets de leurs domaines soient pratiquement perpendiculaires si bien que le même flux magnétique de signal est appliqué aux deux magnétomètres. Le flux magnétique de polarisation est avantageusement appliqué à chaque magnétomètre en direction sensiblement perpendiculaire au plan du trajet du domaine. Dans un autre mode de réalisation particulier, le flux de polarisation est appliqué aux magnétomètres en sens opposés suivant une direction faisant un angle a avec le plan des trajets des domaines, et le flux du signal est appliqué aux magnétometres dans la même direction, faisant un angle ss avec le plan des trajets de domaines. L'angle a peut être égal à 900 pratiquement, et l'angle ss à 900 pratiquement, et dans ce cas, les diamètres sont avantageusement disposés de manière que les trajets des domaines soient pratiquement coaxiaux si bien que le meme flux de signal est appliqué aux deux magnétomètres. Dans une variante, l'angle a peut etre sensiblement égal a 450 et l'angle ss sensiblement égal à 450 et dans ce cas les magnétomètres sont de préférence disposés de manière que le même flux de signal soit appliqué aux deux. De préférence, lé dispositif de combinaison comprend deux compteurs disposés chacun afin qu'ils progressent sous la commande du signal de sortie de l'un des magnétomètres, et un dispositif de soustraction destiné à créer un signal de sortie représentatif de la différence entre les nombres des deux compteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de quatre appareils de mesure, faite enreférence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une partie d'un premier appareil de mesure sous forme schématique ; - la figure 2 est un schéma d'une partie d'un second appareil de mesure - la figure 3 est un schéma d'unepartie d'un troisième appareil de mesure ; - la figure 4 est un schéma d'une partie d'un quatrième appareil de mesure ; et - la figure 5 est un diagramme synoptique d'un dispositif de combinaison pouvant être utilisé avec l'un quelconque des quatre appareils de mesure précédents. On se réfère d'abord à la figure 1 qui indique qu'un appareil selon l'invention comprend deux magnétomètres 1 et 2 à domaine de courant. Chaque magnétomètre 1, 2 est polarisé de façon analogue par des signaux de courant et de tension convenables d'entrée, et est en outre polarisé du fait-de sa disposition dans le champ magnétique 3a, 4a d'un aimant permanent correspondant 3, 4. Les aimants 3 et 4 ont la même intensité magnétique et les magnétomètres I et 2 sont disposés de manière que les plans des trajets de leurs domaines soient perpendiculaires aux champs magnétiques 3a, 4a des aimants respectifs si bien que le même flux magnétique de polarisation est appliqué à chacun des magnétomètres, dans une même direction.Les magné tomètres 1, 2 et les aimants associés 3, 4 sont placés très près afin qu'ils soient pratiquement à la même température, et sont disposés de manière que les plans des trajets des domaines soient perpendiculaires.Le flux 5 de signal à mesurer est applique aux deux magnétomètres en direction parallele au plan du trajet du domaine du magnétomètre I et ainsi perpendiculairement au plan du trajet du domaine du magnétomètre 2. Il faut noter que, comme seul un flux magnétique ap pliqué perpendiculairement au plan du trajet du domaine d'un magnétomètre affecte la fréquence de son signal desortie, le signal de sortie du magnétomètre 2 contient une information de polarisation et une information sur le flux du signal en plus d'une information de température alors que le signal de sortie du magnétomètre 1 ne contient que l'information de polarisation et l'information sur la température. Ainsi, la différence entre les fréquences des signaux de sortie des deux magnétomètres est représentative uniquement du flux magnétique 5 du signal. Les signaux de sortie des magnétomètres parviennent au dispositif de combinaison (par exemple du type représenté sur la figure 5) qui forme la différence. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente un second appareil comprenant deux magnétomètres 11, 12. Chacun des deux magnétomètres est polarisé de la même manière par des signaux convenables de courant et de tension et il est polarisé en outre par disposition dans le champ magnétique 13a, 14a d'un aimant permanent correspondant 13, 14, agissant par l'intermédiaire d'armatures 16. Les aimants 13 et 14 ont la même intensité et les magnétomètres sont placés de manière que les trajets des domaines soient coaxiaux si bien qu'un champ magnétique de polarisation de même amplitude est ap pliqué aux deux magnétomètres. Cependant, le flux de polarisation est appliqué aux magnétomètres en sens opposés. Le flux magnétique 15 du signal est appliqué aux magnétomètres perpendiculairement au plan de leur trajet de domaine. I1 faut noter que le signal de sortie du magnétomètre 11 contient l'information de polarisation, plus l'information du flux du signal, plus une information de température alors que le signal de sortie du magnétomètre 12 contient l'information de polarisation moins l'information du flux du signal et plus l'information sur la température. Ainsi, la différence entre les fréquences des signaux de sortie des magnétonetres n'est représentative que du flux magnétique 15 du signal (doublé). Les signaux de sortie des magnétomètres parviennent au dispositif de combinaison (par exemple comme représenté sur la figure 5) afin que cette différence soit formée. Il faut noter que, dans le premier et le second appareil de mesure décrits, le flux magnétique 5, 15 du signal doit passer dans les aimants 3 et 4 et les armatures 16 respectivement et pose ainsi des problèmes d'atténuation. Ces problèmes sont supprimés dans le troisième et le quatrième appareil de mesure considérés maintenant. On se réfère à la figure 3 qui représente un troisième appareil de mesure qui comprend deux magnétomètres 21, 22. Chacun des magnétomètres à domaine de courant est polarisé de la même manière par des signaux de courant et de tension d'entrée convenables et est aussi polarisé par disposition dans un champ magnétique 23a, 24a d'un aimant permanent correspondant 23, 24. Ces aimants ont la même intensité et les magnétomètres sont disposés de manière que les plans des trajets des domaines soient parallèles et fassent un angle de 450 avec le champ magnétique correspondant.Le flux de polarisation est destiné à être appliqué auxmagnétomètresen sens opposés. Le flux 25 du signal est appliqué aux magnétomètres avec un angle de 450 par rapport au plan des trajets des domaines. Il faut noter que, comme dans le second appareil de mesure, la différence entre les fréquences des signaux de sortie des deux magnétomètres n'estreprésentative que du flux ma gnétique 25 du signal, bien que, dans ce cas, la différence soit représentative de ce flux magnétique multiplié par Les signaux de sortie des magnétomètres parviennent au dispositif de combinaison (par exemple du type représenté sur la figure 5) qui forme cette différence. On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente un quatrième appareil de mesure qui est une variante du troisième appareil de mesure dans laquelle les magnétomètres 31, 32 sont placés dans le champ magnétique 33a d'un même aimant permanent 33. I1 faut noter que le magnétomètre 32 doit être tourné de 1800 autour d'un;axe parallèle à la direction du flux magnétique 35 du signal afin que les angles et sens des champs magnétiques appliqués soient conservés par rapport aux magnétomètres. Ainsi, les signaux de sortie des magnétomètres 31 et 32 sont les mêmes que ceux des magnétomètres 21 et 22 du troisième appareil de mesure. La figure 5 représente un dispositif de combinaison convenant avec l'un quelconque des quatre appareils de mesure décrits précédemment, et il comprend deux compteurs 41, 42 qui reçoivent les signaux de sortie 1 et 02 2 des deux magnétomètres 1, 2 ou 11, -12 ou 21, 22 ou 31, 32. Chaque compteur 41, 42 est destiné à progresser sous l'action de chaque impulsion de sortie du magnétomètre. Les nombres des deux compteurs sont échantillonnés pcriodiquementpuis transmis à un circuit 43 de soustraction avant remise à zéro.Le circuit 43 forme un signal S représentatif de la différence entre les deux nombres qu'il reçoit et représentatif ainsi du flux magnétique du signal 5, 15, 25 ou 35, appliqué aux magnétomètres. Les nombres échantillonnés des compteurs 41 et 42 peuvent aussi être appliqués à un additionneur 44 destiné à former une signal représentatif T de la température seule ou de la polarisation additionnée de la température des magnétomètres, suivant l'application de l'appareil. Il faut noter que, bien que tous les appareils de mesure décrits précédemment concernent la mise en oeuvre du flux magnétique comme variable d'entrée, l'invention s'applique aussi lorsque les autres signaux d'entrée des magnétomètres, par exemple la tension, constituent la variable d'entrée. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend deuxmagnétomètres à domaine de courant (1, 2 ; 11, 12 ; 21, 22 31, 32) placés très près l'un de l'autre afin qu'ils soient pratiquement à la même température, les deux magnétomètres recevant différemment une polarisation (3a, 4a ; 13a, 14a 23a, 24a ; 33a) et un signal (5 ; 15 ; 25 ; 35) à mesurer, et un dispositif de combinaison (41-44) des signaux de sortie des deux magnétomètres, destiné à former un signal (S) de sortie qui est indépendant de la température des magnétomètres et qui est représentatif de la valeur du signal à mesurer. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la polarisation et le signal sont sous forme d'un flux ma gnétique-de polarisation et d'un flux magnétique de signal respectivement. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un fux magnétique de polarisation pratiquement de même ara- plitude et un flux magnétique de signal pratiquement de même amplitude sont appliqués aux deux magnétomètres, le flux de polarisation ou le flux du signal étant appliqué aux deux magnétomètres avec des directions ou des sens différents. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flux magnétique de polarisation (3a, 4a) est appliqué dans le même sens ou en sens opposés aux magnétomètres, et le flux (5) du signal est appliqué à un premier magnétomètre (1) en direction pratiquement parallèle au plan du trajet de son domaine et à l'autre magnétomètre (2) en direction sensiblement perpendiculaire au plan du trajet de son domaine. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que les deux magnétomètres (1, 2) sont placés de manière queles plans des trajets de leurs domaines soient pratiquement perpendiculaires si bien que le flux magnétique du signal est appliqué aux deux magnétomètres. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le flux magnétique de polarisation est appliqué aux deux magnétomètres en direction sensiblement paral lèle au plan du trajet du domaine de chaque magnétomètre. 7. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le flux magnétique de polarisation (13a, 14a ; 23a, 24a ; 33a) est appliqué aux magnétomètres en sens opposés, suivant un angle a avec le plan des trajets des domaines, et le flux magnétique du signal (15 ; 25 ; 35) est appliqué aux magnétomètres dans la même direction en faisant un angle ss avec le plan des trajets des domaines. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle a est sensiblement égalà 90" et l'angle ss est sensiblement égal à 900. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les magnétomètres Q1, 12) sont disposés de manière que les trajets des domaines soient pratiquement coaxiaux si-bien qu'un même flux magnétique de signal (15) est appliqué aux deux magnétomètres. 10. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle a est pratiquement égal à 450 et l'angle ss est pra tquement égal à 450. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que les magnétomètres (21, 21 ; 31, 32) sont disposés de ma nière qu'un même flux magnétique de signal (25 ; 35) est appliqué aux deux magnétomètres. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de combinaison comprend deux compteurs (41, 42) destinés chacun à progresser sous la commande de l'un des signaux de sortie ( 1' 02) des magnétomètres, et un dispositif de soustraction (43) destiné a former un signal de sortie (S) représentatif de la différence entre les nombres des deux compteurs.