Brevet FR2485751A1 — publié le 19811231

L'invention concerne un appareil de mesure ou de détection de phénomènes magnétiques tels que des champs, des objets ou des perturbations magnétiques, et elle a trait plus particulièrement à un appareil de repérage ou à un gradiomètre magnétique comportant une compensation magnétique réglable mécaniquement, destinée à rattraper les défauts d'alignement des axes des capteurs magnétiques. Les dispositifs de repérage ou des gradiomètres magnétiques à noyau saturé (sondes électromagnétiques) comprennent au moins deux détecteurs de champ accordés électriquement, montés sur une structure non magnétique de manière que leurs axes magnétiques soient théoriquement strictement parallèles ou confondus. Les signaux dé sortie des deux détecteurs ou capteurs sont produits de manière à être opposés mutuellement. Si là structure est orientée dans une direction quelconque dans un champ magnétique uniforme, les composantes du champ présentes sur chaque capteur sont égales, de sorte que l'ensemble des deux capteurs ne produit pas de signal résultant. Si un objet magnétique est présent dans la portée de détection de l'instrument, le champ magnétique dans lequel se trouve l'un des capteurs est en général plus fort que celui dans lequel se trouve l'autre capteur et, par conséquent, le signal de sortie d'un capteur est supérieur à celui de l'autre capteur, de sorte qu'il existe un signal net de différence indiquant la présence de l'objet. Pour accroître la précision du fonctionnement, les axes magnétiques des deux capteurs doivent être alignés avec précision. La précision demandée pour un tel aligne- ment est de l'ordre de 3 secondes d'arc si le signal d'erreur dû à un défaut d'alignement des axes magnétiques doit être inférieur à 1.10o9 weber/m2 dans un champ ma- -6 2 gnétique ambiant de 60.10 weber/m. Si les axes magné- tiques des deux capteurs ne sont pas alignés avec pré- cision, la composante du champ magnétique ambiant présente dans la direction de l'axe magnétique de l'un des capteurs n'est pas la même que celle présente dans la direction de l'axe magnétique de l'autre capteur. Par conséquent, la différence entre les signaux des deux capteurs n'est pas nulle et un signal erroné est obtenu par suite du dé- faut d'alignement mécanique des capteurs. Dans certains gradiomètres à sonde électromagné- tique de l'art antérieur, l'alignement des capteurs est obtenu par un réglage mécanique ou une flexion d'éléments de structure, par exemple un tube dans lequel les capteurs sont montésicomme décrit notamment dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 050 679. Dans ce montage, au bout d'un certain temps, la contrainte peut disparaître et l'alignement des capteurs peut se détériorer, entraînant des imprécisions et la nécessité de procéder à une reprise du réglage. Une autre solution essayée pour résoudre le problème du défaut d'alignement des capteurs consiste à équiper l'appareil d'un dispositif de compensation ou rattrapage d'alignement. Ainsi, le brevet des Etats- Unis d'Amérique N0 3 488 579 décrit un dispositif dans lequel les défauts d'alignement sont rattrapés électriquement. Bien que ce dispositif permette un rattrapage du défaut d'alignement avec une grande précision, son coût peut être supérieur à celui qui est justifié lorsqu'une telle précision n'est pas indispensable. On a également essayé de rattraper les effets magnétiques extérieurs et les noyaux mal alignés en montant de manière réglable des masses de matière. aisément aiman- table. à proximité d'un gradiomètre comme décrit, par exemple,dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique No 2 966 853, N' 3 012 191, N- 2 976 483, N' 3 487 459 et No 3 757 209. Le dispositif de compensation décrit dans le brevet N0 3 757 109 précité est particulièrement intéres- sant, car il s'agit d'un dispositif de compensation mé- canique qui est monté sur le tube détecteur lui-même, sans être relié en aucune manière au noyau du détecteur, ce qui minimise le risque d'apparition de contraintes dans le noyau, ces contraintes entraînant des erreurs de détection. En outre, du fait du montage d'un compensateur mécanique sur le tube détecteur, le dispositif convient à une utilisation avec des appareils portatifs de dé- tection. Dans une forme de réalisation de l'appareil de détection dans le brevet No 3 757 209 précité, le compen- sateur mécanique comprend un anneau non magnétique entou- rant le tube et auquel un corps magnétique est fixé. L'anneau peut être déplacé à la fois autour et le long du tube pour établir la position correcte du corps magné- tique afin de permettre l'obtention d'une compensation optimale. Dans une autre forme de réalisation de l'appa- reil, le compensateur mécanique comprend un bouchon non magnétique ajusté dans une première extrémité du tube détecteur, et comportant un corps magnétique fixé de ma- nière excentrée sur le côté intérieur de ce bouchon. La rotation du bouchon à l'intérieur du tube permet de régler la position du corps magnétique pour établir une compen- sation optimale pour le détecteur. Ce montage est moins volumineux que l'anneau décrit précédemment, mais il est moins souple, car il n'existe pas de moyens de réglage de la position du corps magnétique de compensation le long du tube. L'invention a pour objet un dispositif de dé- tection magnétique comportant un moyen mécanique de com- pensation des défauts d'alignement des capteurs, ces moyens associant les avantages présentés par un faible volume et une plage souhaitable de possibilité de réglage de compensation. L'invention a pour objet un appareil du type décrit dans le paragraphe précédent, évitant l'application de contraintes au noyau magnétique ou à la structure de support de ce dernier. L'invention concerne donc un appareil de dé- tection magnétique comprenant au moins deux éléments de détection montés sur un noyau à l'intérieur d'un tube nonnmagnétique, et des moyens permettant de compenser mécaniquement les défauts d'alignement de ces éléments. Les moyens de compensation comprennent un élément non magnétique porté par le tube afin de pouvoir tourner autour de l'axe de ce dernier, et un corps en matière aisément aimantable, porté par l'élément non magnétique de manière à pouvoir être réglé par rapport à cet élément non magné- tique. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention, l'élément non magnétique constitue un bouchon d'extrémité pour le tube détecteur, ou bien il est fixé sur le côté extérieur du bouchon d'extrémité, et le corps magnétique comprend un plongeur vissé dans un trou tra- versant radialement l'élément non magnétique. Ce montage permet d'effectuer des réglages de l'orientation en rota- tion du corps magnétique par rapport au tube par un posi- tionnement convenable du bouchon d'extrémité autour de l'axe du tube, et de la distance radiale du corps à l'axe du tube par des mouvements de réglage du corps magnétique dans le trou taraudé. Il est apparu que cette possibilité de régler la distance radiale du corps magnétique à l'axe du tube, inexistante dans l'appareil décrit par exemple dans le brevet N0 3 757 209 précité, augmente notablement la souplesse d'utilisation de l'instrument. De plus, il est possible d'accéder au corps magnétique de l'extérieur du tubede sorte que les réglages de ce corps et de l'élé- ment non-magnétique sont facilités. L'invention sera décrite plus en détail en re- gard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limi- tatifs et sur lequel - la figure 1 est une vue en plan d'une première forme de réalisation de l'appareil de détection magnétique selon l'invention; - la figure 2 est une coupe axiale partielle du tronçon extrême libre de l'appareil montré sur la figure 1 - - la figure 3 est une vue en bout, capuchon retiré, du tube montré sur la figure 2; - la figure 4 est une coupe axiale partielle d'une seconde forme de réalisation de l'appareil de dé- tection magnétique selon l'invention; et - la figure 5 est une vue en bout de l'appareil représenté sur la figure 4. La figure 1 représente un appareil 10 de détection magnétique, par exemple un appareil de repérage magnétique, comportant le dispositif de compensation selon l'inven- tion. Cet appareil de repérage qui peut être utilisé pour la localisation de canalisatiorrde service masquées, de repères de nivellement, etc., comprend un bottier cy- lindrique 12 contenant un circuit électronique,et un tube non magnétique 14 contenant un détecteur et faisant saillie du bottier 12. L'appareil est portatif en cours d'utilisation et l'extrémité libre du tube 14 peut être animée d'un mouvement alternatif de balayage le long de la surface du sol. Un signal distinctif est produit dans des écouteurs 16 lorsqu'un objet magnétique est localisé. Le tube 14, qui est réalisé en matière non magnétique telle que l'aluminium, par exemple, contient des capteurs A et B de champ magnétique, montés sur un noyau convenable ajusté à frottement dans le tube 14, de manière connue. Des capteurs du type à noyau saturé, convenant à l'appareil selon l'invention, sont décrits, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 2 981 885. Les capteurs et le circuit électronique qui leur est associé sont bien connus et ne seront donc pas décrits plus en détail. Un capteur convenable peut compor- ter, par exemple, un noyau magnétique tubulaire le long et à l'intérieur duquel sont bobinés des enroulements d'excitation, alors que des enroulements de détection sont bobinés circonférentiellement autour de ce noyau. Lors de l'utilisation, les enroulements d'excitation sont ali- mentés en courant alternatif par un oscillateur. Des flux de deuxième harmonique, induits dans les noyaux des capteurs par l'effet d'un champ magnétique extérieur agissant le long des axes des noyaux (parallèlement à la longueur de ces noyaux), croisent les enroulements de détection et y induisent des tensions de sortie de deuxième harmonique. Les tensions de sortie du détecteur sont appliquées de façon différentielle à un dispositif conve- nable de mesure de manière que, si les capteurs sont accor- dés et si leurs axes sont parfaitement alignés, l'ins- trument de mesure affiche zéro dans un champ uniforme. Ce- pendant, si l'axe de l'un des noyaux présente un défaut d'alignement, un signal d'erreur apparaît par suite d'un tel défaut. L'invention n'a pas trait au mode précis de montage des capteurs et de leurs enroulements, ni au mode précis de détection des signaux provenant des capteurs à noyau saturé. Cependant, il est évident à l'homme de l'art que les capteurs A et B peuvent être montés sensi- blement coaxialement sur un noyau céramique comme décrit dans le brevet N0 3 487 459 précité, ce noyau pouvant être emmanché à force dans le tube 14 comme indiqué, des fils conducteurs provenant des capteurs respectifs passant dans le tube 14 et pénétrant dans le boîtier 12 (par l'inter- médiaire, le cas échéant, de connexions électriques à fiche et douille entre le tube et le boîtier, comme indi- qué), le boîtier contenant l'oscillateur, l'amplificateur, etc. Comme indiqué précédemment, l'alignement précis des axes longitudinaux des capteurs A et B constitue une opération coûteuse et difficile. Par conséquent, confor- mément à l'invention, des moyens sont prévus pour compen- ser mécaniquement les défauts d'alignement des axes des capteurs. A cet effet, le tube 14 comporte un bouchon extrême 18 en matière non magnétique, par exemple en ma- tière plastique synthétique dure, ce bouchon extrême con- tenant un plongeur 20 en matière aisément aimantable, par exemple en alliage du type "Permalloy". Une bague 22 d'étanchéité est ajustée entre le bouchon 18 et le tube 14 et oppose une certaine résistance à la rotation du bou- chon 18,de sorte que ce dernier reste dans une orienta- tion particulière dans laquelle il a été amené par rota- tion par rapport au tube 14. Le plongeur 20 se présente sous la forme d'une vis logée dans un trou taraudé 24 qui traverse diamétra- lement le bouchon extrême. Ainsi, la distance radiale du plongeur 20 à l'axe du tube 14 peut être réglée par vissage de ce plongeur vers l'intérieur ou vers l'exté- rieur par rapport au trou 24. Le bouchon extrême 18 pré- sente des trous extérieurs 26 permettant l'utilisation d'une clé ou autre outil pour faire tourner ce bouchon extrême par rapport au tube 14. Lors d'une utilisation, l'orientation du plon- geur 20 par rapport aux capteurs A et B peut être réglée par rotation du bouchon extrême 18 à l'intérieur du tube 14, et la distance radiale du plongeur à l'axe du tube peut être réglée par vissage du plongeur à l'intérieur du trou 24. Ces deux variables peuvent être utilisées pour l'obtention du positionnement correct du plongeur 20 afin d'établir une compensation optimale des défauts d'aligne- ment des capteurs A et B. La théorie permettant d'effectuer une telle compensation mécanique ne sera pas décrite en détail dans le présent mémoire et elle est traitée convenablement dans les brevets No 3 757 209 et N' 3 487 459 précité. Pour procéder à un réglage du méca- nisme de compensation selon l'invention afin qu'il réalise une compensation optimale des défauts d'alignement des capteurs A et B, on peut placer l'appareil 10 dans un gabarit (non représenté) afin qu'il puisse être tourné au- tour de l'axe du tube 14, dans un champ magnétique ambiant, perpendiculaire à cet axe. Si les axes des capteurs A et B ne coïncident pas exactement avec l'axe du tube 14 ou ne sont pas parallèles à cet axe, un signal est produit lorsque l'ensemble est tourné autour de l'axe du tube. La position du plongeur peut alors être réglée, soit radia- lement dans le trou 24, soit par rotation du bouchon 18, soit par ces deux manoeuvres, afin de minimiser le signal produit. Lorsque le positionnement optimal du - plongeur 20 est obtenu, ce plongeur peut être fixé dans le trou 24 par de la colle afin qu'il ne puisse tourner et un capuchon 28, en forme de coupelle et réalisé en matière élastique, par exemple en caoutchouc, est ensuite placé sur l'extrémité du tube 14 afin de recouvrir à la fois le bouchon et l'extrémité du tube. Une seconde forme de réalisation du dispositif de détection magnétique selon l'invention est représentée sur les figures 4 et 5 o les mêmes références numériques sont utilisées pour désigner les pièces de cette forme de réalisation correspondant à celles de la forme de réa- lisation décrite précédemment. Dans ce cas, le tube 14 comporte un bouchon d'extrémité 18a en matière plastique et une bague 22a d'étanchéité est disposée, comme précé- demment, entre ce bouchon et le tube 14. Le bouchon 18a peut être, dans ce cas, monté de manière à ne pas pouvoir tourner dans l'extrémité du tube. Cette forme de réalisation du dispositif de compensation mécanique se présente sous la forme d'une plaque cylindrique 30 en matière plastique, montée de manière à pouvoir tourner dans un évidement ménagé dans la face extérieure du bouchon extrême 18a et maintenue en place par des brides 32 fixées dans le bouchon d'extrémité par des vis 34. La plaque 30 est traversée, de même que précédemment, par un trou diamétral taraudé 24a contenant le plongeur 20a en matière aisément aimantable. La pla- que 30 présente des parties extérieures 26a et 26b confi- gurées de manière à permettre à cette plaque d'être tour- née par rapport au bouchon 18a d'extrémité lorsque les brides 32 sont convenablement desserrées. Il convient de noter que les réglages du mé- canisme de compensation de cette forme de réalisation de l'invention s'effectue de la même manière qu'avec la forme de réalisation décrite précédemment. Ainsi, le plongeur 20a peut être vissé vers l'intérieur et vers l'extérieur dans le trou 24a pour régler sa distance ra- - diale à l'axe du tube 14, et il peut être maintenu en position par collage, comme précédemment. L'orientation du plongeur 20a par rapport au capteurs A et B peut être réglée par rotation convenable de la plaque 30 dans le bouchon extrême 18a, puis par serrage de la plaque en position au moyen des vis 34, comme précédemment. L'invention concerne donc un dispositif de compensation de défauts d'alignement destiné à un appa- reil de détection magnétiquece dispositif présentant une plage relativement grande de réglage tout en consti- tuant une structure peu volumineuse, ne modifiant pas in- térieurement l'appareil de détection et pouvant être aisémentadaptée au tube contenant un tel équipement. En outre, les réglages du dispositif de compensation peuvent être effectués en totalité de l'extérieur du tube sans qu'il soit nécessaire de retirer le bouchon d'extrémité de ce dernier, ce qui facilite son utilisation. Bien que l'invention s'applique en particulier à des gradiomètres du type portatif et autres, comme mon- tré sur la figure 1, elle n'est pas limitée à une telle application et le dispositif de compensation décrit peut être utilisé sur d'autres types d'appareils de détection magnétique comportant deux capteurs magnétiques placés dans un tube non magnétique. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple,le dis- positif de compensation selon l'invention peut, en variante, comprendre un anneau monté de manière à pouvoir exécuter un mouvement à la fois longitudinal et de rotation sur le tube 14 et présentant un trou radial taraudé destiné à recevoir un plongeur vissé en matière magnétique. Cette forme de réalisation de l'invention présente un axe supplémentaire de compensation par rapport aux formes de réalisation décrites précédemment, à savoir un axe orienté dans la direction longitudinale du tube 14, mais elle n'est pas aussi peu volumineuse que les formes de réali- sation décrites précédemment. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection magnétique comprenant un tube non magnétique allongé qui contient deux capteurs directionnels de champ magnétique, espacés longitudinale- ment dans le tube et présentant des axes magnétiques dis- tincts qui sont alignés approximativement avec l'axe longitudinal du tube, et un dispositif destiné à compenser les défauts d'alignement de l'axe de l'un ou l'autre des capteurs par rapport à l'axe longitudinal, ce dispositif de compensation comprenant un élément non magnétique porté par le tube, un corps en matière facilement aimantable porté par l'élément, et des moyens de réglage de l'orien- tation circonférentielle du corps par rapport à l'axe longitudinal, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte un élément (24, 24a) permettant de régler la dis- tance du corps (20, 20a)àl'axe longitudinal du tube (14). 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'élément de réglage de la distance du corps à l'axe longitudinal comprend un organe (24, 24a) per- mettant de régler radialement la position du corps (20, 20a) par rapport audit élément (18, 30). 3. Appareil selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'organe permettant de régler la position du corps par rapport audit élément comprend un trou ta- raudé (24, 24a) réalisé dans ledit élément (18, 30), le corps comprenant un plongeur fileté (20, 20a) vissé dans ce trou. 4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel ledit élément comprend un bouchon ajusté sur une extrémité du tube, caractérisé en ce que le trou (24, 24a) est réalisé dans une partie du bouchon dépassant du tube. 5. Appareil selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'il comporte un capuchon (28) en forme de coupelle qui enveloppe le bouchon et un tronçon extrême du tube. 6. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte un bouchon (18a) monté sur une extrémité du tube, l'élément (30) étant monté sur l'extérieur du bouchon afin de pouvoir être réglé en rota- tion par rapport au bouchon pour régler l'orientation circonférentielle du corps (20a) par rapport audit axe. 7. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que ledit élément (30) présente un trou taraudé radial (24a) et en ce que le corps comprend un plongeur fileté (20a) vissé dans ce trou. 8. Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte des brides amovi- bles (32) fixant l'élément (30) sur le bouchon (18a) pour régler en rotation ledit élément par rapport au bouchon.