Brevet FR2459537A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne le blindage électrostatique d'éléments conducteurs de l'électricité. Elle s'applique notamment mais non exclusivement au blindage des capteurs à enroulement des détecteurs in- ductifs qui peuvent être utilisés par exemple lors du triage automatique des minerais. Dans les installations de triage automatique de minerais, toutes les roches contenues dans un cou- rant doivent être caractérisées d'après la présence ou l'absence d'une propriété choisie. La propriété choisie pour le triage dépend de la nature du minerai traité, mais il existe certains minerais qui peuvent être triés d'après leur résistivité et/ou leur perméa- bilité. Par exemple, les minerais actifs et sulfurés de cuivre présentent une faible résistivité qui peut être utilisée comme critère d'un tri, et des minerais de fer ferromagnétiques peuvent être triés d'après leur perméabilité magnétique. La détection de ces ca- ractéristiques dans une installation de triage auto- matique nécessite un détecteur à distance qui est ex- trêmement sensible et qui peut répondre très rapidement à la présence de la propriété choisie dans une roche qui se déplace rapidement. Un type de détecteur à distance ou sans con- tact, possédant une grande sensibilité et convenant à l'application précitée, comporte un capteur à boucle ou enroulement, monté dans un circuit résonnant. Lors de l'utilisation du détecteur, ce circuit résonnant est excité pratiquement à sa fréquence de résonance et la présence d'un objet présentant une conductivité ou une perméabilité magnétique est détectée par une variation de l'amplitude, de la fréquence ou de la phase d'un signal circulant dans le circuit résonnant, ou par une combinaison de telles variations. Le brevet d'Afrique du Sud n0 78/3420, le brevet du Sud-Ouest Africain no 78/0067 et le brevet australien n0 40 858/78 décri- vent un détecteur particulier de ce type. La sensibilité des détecteurs à distance du type précédent peut être accrue par augmentation de la fréquence de fonctionnement du circuit résonnant. Ce- pendant, cette opération nécessite une réduction de la capacité totale du circuit, et on constate que de petites variations de la capacité totale, provoquées par la présence d'un objet quelconque, même non con- ducteur ou non magnétique, peuvent prendre suffisam- ment d'importance pour que des signaux parasites apparaissent. Ce problème peut être résolu par in- troduction d'un blindage électrostatique entre l'en- roulement et le courant d'objets à détecter. Une mince plaque métallique peut donner sa- tisfaction sous forme d'un blindage électrostatique lorsque la fréquence de fonctionnement est très faible. Lorsque cette fréquence augmente cependant, la création de courants de Foucault dans le blindage électrostati- que perturbe le champ magnétique de l'enroulement au point que le détecteur devient inutilisable. Dans le cas de détecteurs fonctionnant à une fréquence d'ex- citation de l'ordre de 100 kHz, ce problème peutêtre résolu en grande partie à l'aide de blindages formés par des toiles métalliques; mais, lorsque le fonction- nement a lieu à une fréquence élevée de plusieurs méga- hertz par exemple, les courants de Foucault formés dans les blindages sous forme de toiles réduisent le champ magnétique émis-à une valeur inacceptable. L'invention concerne un blindage électro- statique de type nouveau dans lequel l'effet des cou- rants de Foucault est très réduit et qui permet un fonctionnement fiable des détecteurs à des fréquences bien supérieures à celles qu'on a pu utiliser jusqu'à présent. - Plus précisément, l'invention concerne un blindage électrostatique destiné à un élément conduc- teur de l'électricité, et comprenant un arrangement en forme de feuille de conducteurs électriques allongés et très rapprochés, et un dispositif de connexion élec- trique d'une extrémité seulement de chacun des conduc- teurs à une source commune de potentiel. L'arrangement en forme de feuille des conduc- teurs allongés peut être plat ou courbe suivant la na- ture de l'élément conducteur à protéger. Dans le cas d'un arrangement plan, les conduc- teurs allongés d'une série plane au moins peuvent être connectés à une première extrémité de la série par un conducteur supplémentaire, transversal aux conducteurs de la série et compris dans le même plan général, ces conducteurs étant également répartis dans la série et se terminant, à leurs extrémités libres, au niveau de l'extrémité de la série qui est éloignée du conduc- teur supplémentaire. Dans un arrangement particulier, des conduc- teurs parallèles allongés peuvent former une seule série. Dans une variante, deux ou plusieurs séries de conducteurs parallèles peuvent former des groupes adja- cents placés dans un même plan général et comportant chacun un conducteur séparé de connexion des extrémités. L'arrangement des conducteurs allongés peut être formé sur une plaque isolante, par une technique de fabrication de circuit imprimé. Dans ce cas, le ou les conducteurs d'extrémité et l'élément conducteur électrique à protéger aussi peuvent être imprimés sur la même plaque isolante. L'invention concerne aussi un élément conduc- teur blindé, comprenant une plaque isolante de l'élec- tricité, un élémentconducteur de l'électricité, formé sur une première face de la plaque, et, sur l'autre fa- ce de cette plaque, un arrangement en forme de feuille, formé de conducteurs électriques allongés et rapprochés et d'un conducteur supplémentaire relié électriquement à une première extrémité seulement de chacun des con- ducteurs allongés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est un diagramme synoptique d'un circuit électrique d'un détecteur inductif; - les figures 2 et 3 représentent un exem- ple d'enroulement blindé qui peut être incorporé au détecteur; - la figure 4 représente une variante d'en- roulement blindé; et - les figures 5 et 6 représentent un autre type d'enroulement blindé. - Le détecteur inductif de la figure 1 comporte un circuit résonnant 10 formé par une self 12 et un condensateur 14 montés en parallèle, un circuit 16 d'entretien des oscillations, un circuit tampon 18, un circuit 20 détecteur d'amplitude, un amplificateur 24 et un oscillateur linéaire 26 commandé en tension. Le circuit 16 d'entretien des oscillations crée des impulsions de courantayant une amplitude constante et une fréquence très proche de la fréquence de résonance du circuit 10. La fréquence de ce circuit 16 est maintenue à la valeur de la fréquence de réso- nance du circuit 10 par un signal de réaction. La tension aux bornes du circuit résonnant 10 est contrôlée par un circuit 20 détecteur d'amplitude qui est sensi- ble à la tension de crête. Le circuit tampon 18 qui est un amplificateur à gain unité, à large bande d'entrée et à transistors à effet de champ, est monté entre le circuit 10 et le circuit détecteur 20 afin que ce dernier ne puisse pas surcharger le circuit accordé. Lorsqu'un objet ayant une faible résistivité apparente ou une perméabilité magnétique élevée se dé- place dans le champ électromagnétique de la self 12, l'impédance du circuit résonnant 10 chute à cause de l'augmentation des pertes électriques associées à la self 12. Comme le circuit 10 est piloté par des im- pulsions de courant d'amplitude constante provenant du circuit 16, la tension de crête à haute fréquence aux bornes du circuit 10 varie avec l'impédance ou les variations du facteur de surtension. La varia- tion de la tension de crête est détectée par le cir- cuit 20 et transmise à l'amplificateur 24. Une ten- sion de référence est aussi transmise à cet amplifi- cateur afin qu'il joue le rôle d'un amplificateur différentiel. Le signal de sortie de l'oscillateur 26 est un train d'impulsions dont la fréquence est propor- tionnelle à la tension appliquée à l'oscillateur 26. Lorsque la tension de référence est convenablement choisie, la fréquence de sortie de l'oscillateur 26 est proportionnelle à la variation de tension aux bornes du circuit résonnant. Dans une variante, on peut considérer que la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur 26 dépend de la réduction du facteur de surtension du circuit accordé qui se manifeste lors- qu'un objet se déplace dans le champ électromagnétique de la self 12. Les brevets précités d'Afrique du Sud n 78/3420, du Sud-Ouest Africain no 78/0067 et australien no 40858/78 comprennent un schéma complet et une description du circuit du détecteur inductif du type représenté sur la figure 1. La self 12 est sous forme d'un enroulement. Dans le présent mémoire, le terme "enroulement" s'ap- plique aussi à une boucle plate ou à une partie de boucle qui constitue en fait un enroulement particu- lièrement avantageux. Les figures 2 et 3 représentent les faces opposées d'un exemple d'enroulement blindé 30 qui peut être incorporé au détecteur pour la formation de la self 12. Cet enroulement comporte une plaque plane 31, isolante de l'électricité et sur les deux faces de laquelle des conducteurs électriques ont été appliqués par une technique de fabrication de circuit imprimé. Plus précisément, la plaque 31 qui peut être en stratifié de fibres de verre, porte sur une première face un enroulement 32 sous forme d'un conducteur de cuivre disposé suivant une boucle plate et, sur sa face opposée, des conducteurs de cuivre formant un blindage électrostatique 33 de l'enroulement. Le blindage 33 comporte un arrangement de conducteurs allongés 34, analogue à une feuille plate, et un conducteur plat 35 de mise à la masse. Les con- ducteurs 34 sont sous forme de minces et longues lan- guettes, disposées parallèlement et très près les unes des autres du conducteur 35 de mise à la masse à des extrémités externes libres 36. Ce conducteur 35 est disposé transversalement aux conducteurs 34 et il connecte les extrémités adjacentes de ces conducteurs à une première extrémité longitudinale de la série des conducteurs. Les conducteurs 34 peuvent avoir une largeur de l'ordre de 0,25 mm et une épaisseur de l'ordre de microns. Ils doivent être aussi proches que possible sans former cependant des-points de contact électrique entre eux sur leur longueur. Par exemple, ils peuvent être séparés par une distance de 0,18 mm environ. On ne peut pas reproduire ces dimensions avec précision sur les dessins, et il faut noter que ces derniers sont schématiques dans la mesure o ils représentent la dis- position des conducteurs allongés mais non leur nombre total et leursdimensions et espacements réels. La distance séparant l'enroulement du blin- dage doit être supérieure à celle qui sépare les-con- ducteurs 34. Par exemple, l'épaisseur de la plaque 31 peut être d'environ 10 fois la largeur des espaces séparant les conducteurs. L'arrangement plat des conducteurs 34, en forme de feuille, recouvre totalement l'enroulement 32 et, lorsque l'élément blindé est monté dans le dé- tecteur, l'arrangement constitue un écran placé entre l'enroulement et les objets à détecter. Les conducteurs 34 sont mis à la masse par le conducteur 35. Grâce à cette disposition, le circuit capacitif formé de l'enroulement à l'objet à détecter, est shunté par les conducteurs 34 qui sont à la masse. Ainsi, les effets de la capacité des objets à détecter sont mi- nimaux. En outre, des courants intenses de Foucault ne peuvent pas se former dans les conducteurs indi- viduels 34 du fait de la faible largeur de ceux-ci, et le champ magnétique de l'enroulement n'est donc pra- tiquement pas affecté. La figure 4 représente une variante d'enroule- ment blindé dans lequel le blindage électrostatique comporte deux séries de conducteurs parallèles 34A, formant des groupes adjacents sur une face de la plaque isolante 31A, les groupes ayant des conducteurs séparés 35A de mise à la masse. Ces derniers sont for- més aux bords de la plaque isolante afin que des con- nexions de mise à la masse puissent être effectuées par contact avec un bottier ou coffret métallique contenant l'enroulement blindé. Dans la construction de la figure 4, les longueurs des conducteurs qui peuvent présenter un couplage avec l'enroulement sont fortement réduites et l'effet de blindage est donc accru. Les figures 5 et 6 représentent un autre mode de réalisation d'enroulement blindé dans lequel la totalité en pratique des conducteurs allongés du blindage électrostatique recoupe transversalement l'enroulement 32B si bien que le couplage capacitif entre les conducteurs et l'enroulement est minimal. Dans ce cas, l'arrangement comporte deux séries 41 de conducteurs rectilignes parallèles, formant des grou- pes adjacents qui recoupent la partie centrale de l'enroulement, deux séries 42 de conducteurs en forme Z45953? de L et une série supplémentaire 43 de conducteurs rectilignes parallèles, recoupant l'extrémité ouverte de l'enroulement, et deux séries 44 de conducteurs en forme de L recoupant l'extrémité fermée de l'en- roulement. L'incorporation de l'enroulement détecteur et du blindage électrostatique à un seul élément de circuit imprimé permet l'élimination de tout déplace- ment relatif de l'enroulement et du blindage. Il s'agit d'un avantage extrêmement important pour un fonctionnement à haute fréquence car, dans ces con- ditions, des déplacements relatifs même faibles de l'enroulement et du blindage peuvent induire dans le circuit oscillant des variations qui suffisent à la création de'signaux parasites. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préfé- rentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. Ainsi, les conducteurs allongés du blindage électrostatique ne sont pas obligatoirement formés sur un circuit imprimé mais peuvent comprendredes fils-métalliques séparés. En outre, ils ne constituent pas obligatoirement un ar- rangement plat car ils peuvent former un arrangement en forme de feuille ayant une courbure cylindrique ou de toute autre configuration, dépendant de la nature de l'élément conducteur à blinder. 245953, REVENDICATIONS 1. Blindage électrostatique pour élément con- ducteur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un arrangement (33) en forme de feuille de conducteurs électriques (34) allongés et très rapprochés, et un dispositif (35) de connexion électrique d'une extrémité de chaque conducteur à une source commune de potentiel. 2. Blindage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arrangement (33) en forme de feuille des conducteurs allongés (34) est sensiblement plan. 3. Blindage selon la revendication 2, caractéri- sé en ce qu'il comporte au moins une série plane de conducteurs allongés (34) reliés à une première extré- mité de la série par un conducteur supplémentaire (35) disposé transversalement aux conducteurs de la série et dans le même plan général que ceux-ci, ces conduc- teurs de la série étant régulièrement espacés dans celle-ci et aboutissant, à leurs extrémités libres, à l'extrémité de la série qui est éloignée du conduc- teur supplémentaire (35). 4. Blindage selon la revendication 3, caractéri- sé en ce qu'il comporte au moins deux séries de conduc- teurs parallèles (34A) disposés en groupes adjacents dans un même plan général, chaque groupe ayant un con- ducteur séparé (35A) de connexion des extrémités. 5. Blindage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'arrangement de conducteurs allongés (34) est formé sur une plaque isolante par une technique de fabrication de circuits imprimés. 6. Blindage selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le conducteur (35) ou les conducteurs (35A) de connexion des extrémités et l'élément con- ducteur électrique (32) qui doit être protégé sont imprimés sur la même plaque isolante. 7. Elément conducteur blindé, du type qui com- prend un élément conducteur de l'électricité et un blindage électrostatique destiné à l'élément conducteur, 24S9537 caractérisé en ce que l'élément (32) conducteur de l'électricité est formé sur une première face d'une plaque isolante de l'électricité, et le blindage électrostatique comprend un arrangement (33) en forme de feuille de conducteurs électriques (34) allongés et très rapprochés, formés sur l'autre face de la pla- que isolante, et un conducteur supplémentaire (35) re- lié électriquement à une première extrémité seulement de chacun des conducteurs allongés. 8. Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément conducteur (32) a la forme d'une boucle ou d'un enroulement, notamment de forme géné- rale rectangulaire, et les conducteurs électriques allongés (34) sont disposés de manière que la majorité d'entre eux recoupe transversalement une partie de l'enroulement ou de la boucle. 9. Elément selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la distance séparant l'élément conducteur supplémentaire (32) et l'arrangement (33) de conducteurs (34) est supérieure à la distance sépa- rant les conducteurs (34) de l'arrangement. 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de-la plaque isolante est supé- rieure de plusieurs fois à la dimension des espaces séparant les conducteurs (34) de l'arrangement.