Brevet FR2502778A1 — publié le 19821001

L'invention concerne un transducteur pour mesurer les vibrations des machines. Les vibrations sont l'un des paramètres important qui caractérise la condition de marche des machines. La mesure des vibrations est spécialement importante pour des machines et installations tournant à grande vitesse, en particulier, pour des machines produisant de l'énergie et adaptées aux transports, telles que des turbines à gaz ou à vapeur, des machines à détente, des moteurs d'avion, etc... Dans ces installations, en particulier dans les moteurs d'avion et les installations produisant de l'énergie, les transducteurs à vibrations sont souvent soumis à de fortes températures, à une accélération de grande ampleur, atteignant pendant certains régimes de marche, des laveurs de plusieurs centaines de microns ou contraire, pendant la marche stabilisée normale, l'amplitude des vibrations est de quelques microns. En outre, les transducteurs, pour mesurer les vibrations, devraient avoir de faibles dimensions et un faible poids, et aussi avoir une caractéristique linéaire sur une large plage et entre résistants aux interférences électromagné tiques. A présent, les transducteurs de vibrations à induction sont d'un usage courant dans lesquels un aimant permanent est en équilibre sur une membrane élastique entre deux enroulements fixes et rigides. Quand le transducteur se déplace, une force électromotrice est induite dans les bobines, qui est amplifiée et mesurée à l'aide d'un appareillage approprié. De tels transducteurs à induction ont l'inconvénient de rompre leurs membranes dans des conditions difficiles, si l'amplitude des vibrations augmente largement. Un autre transducteur de vibrations à induction connu consiste dans un aimant permanent mobile, monté dans un coussinet et fixé à ses deux bouts par deux ressorts. Autour du coussinet, une bobine à induction est disposée. Quand l'aimant mobile se déplace, une force électromotrice est induite dans la bobine ; cette force est amplifiée, mesurée et évaluée par un moyen approprié. Cependant ce type de transducteur a une basse sensibilité due à son frottement dans le coussinet et à la force de torsion transmise à travers les ressorts de l'aimant permanent et poussant celui-ci vers les parois du coussinet. En outre, le poids et la fréquence propre du travail des ressorts limitent 1' remploi de tels transducteurs à une zone relativement étroite de fréquence et d'accelération. De plus, la fabrication des ressorts est très difficile. Une autre méthode de mesure est 11 emploi de transducteurs de vibrations piézo-électrique. Ces transducteurs utilisent la capacité de certains cristaux à transmettre des forces mécaniques à la force électrique, proportionnelle à l'accélération de la masse du transducteur piézo-électrique créée pendant les vibrations. Leur avantage est d'une part leur capacité à résister aux grandes accélérations et amplitudes des vibrations, et d'autre part leur petites dimensions. Leur désavantage est de donner de faibles signaux et en outre d'être très sensibles à une plage de température ambiante irrégulière. On connais aussi des transducteurs de vibrations à induction dans lesquels un aimant permanent mobile est placé dans un champ magnétique formé par deux corps aimantés orientés indirectement vers l'aimant mobile. L'aimant mobile se déplace dans le coussinet entouré par un enroulement pseudobifilaire d'une bobine à induction. Alors l'aimant mobile se déplace dans cette bobine ou une force électromotrice est induite qui est amplifiée et mesurée. De tels transducteurs à induction sont très fiables,de de petites dimensions, cependant il est très difficile de réduire leur diamètre en-dessous de 30 mm et leur longueur en-dessous de 60 im. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients. Selon l'invention le transducteur destiné à mesurer les vibrations comprend un aimant permanent, monté mobile, à travers au moins une bobine à induction et suspendu dans un champ magnétique créé par les corps aimantés dont les poles conséquents sont placés face à face dans le coussinet, ceux-ci étant disposés dans l'axe de l'aimant permanent mobile à piles inconséquents dans l'espace frontal commun desdits corps aimantés, à travers la Cavité dudit aimant permanent passant librement à travers une cage bobinée fixée sur les deux extrémités face à face aux corps aimantés, autour de laquelle est bobinée au moins une des bobines à induction. Les corps aimantés ont une forme torique. Le rapport de l'épaisseur du coussinet au diamètre extérieur de l'aimant permanent mobile est dans la proportion de 0,01 à 1 ,O. Le transducteur pour mesurer les vibrations, selon l'invention, a des dimensions lien plus petites que celles connues jusqu'à maintenant et résiste aux fortes accélérations et aux grandes amplitudes de vibrations. Les températures irréculières n'ont pratiquement pas d'influence sur leur caractéristique. Le rapport de l'épaisseur du coussinet au diamètre extérieur de l'aimant permanent mobile, dans la proportion de 0,01 à 1,0 garantit une bonne diminution magnétique de l'amplitude de cet aimant. Le corps en matériau ferrique protège les bobines d'induction contre les interférences électromagnétiques. Un mode de réalisation de l'invention est montré dans l'unique dessin annexé et représente une coupe axiale d'un transducteur. le transducteur consiste dans un corps cylindrique fermé 1 1 dans lequel sont montéesune face frontale 7 et une face frontale 8 vissées ensembles par une cage 8 sur laquelle sont enroulées deux bobines à induction 5,6. La cage 3 et les bobines à induction 5,6 sont placées dans la cavité 12 de l'aimant permanent mobile 1 muni d'une enveloppe antifriction 2. Des corps aimantés 9,10 montés fixement en forme torique sont orientés non résultants vers l'aimant permanent mobile 11. Cette orientation mutuelle non-résultante des deux corps aimantés 9,10 vers l'aimant permanent mobile, crée des forces axiales de répulsion pour que le champ magnétique agisse comme des organes élastiques de poussée avec une caractéristique très avantageuse. Dans une quelconque position stationnaire, les forces de répulsion empêchent le contact direct de l'aimant permanent mobile 1 avec les aimants montés fixes 9, 10. Dans le mode de réalisation décrit, l'enveloppe anti-friction 2 est en chrome doublé en laiton et le coussinet en acier inoxydable antimagnétique. Sur la cage 3 se trouvent des bobines à induction 5,6 pseudobifilaires. Le corps 11 du transducteur est en matériau ferromagnétique. Comme les bobines à induction 5,6 sont à l'intérieur de 1' aimant permanent mobile 1 et placées dans un même champ magnétique avec une forte densité de lignes de force, il est induit dans lesdites bobines à induction 5,6, un signal électrique relativement fort pendant le déplacement de l'aimant permanent mobile 1. Ce fait rend alors possible la réduction du nombre des enroulements des bobines à induction 5,6, réduisant ainsi les dimensions du transducteur et son poids L'exécution robuste du transducteur garantit un service fiable. Les signaux électromagnétiques intervenant de l'extérieur, sont effectivement barrés par le corps ferromagnétique 11. Le rapport de l'épaisseur du coussinet 4 du matériau antimagnétique au diamètre extérieur de l'aimant permanent mobile 1, dans la proportion de 0,01 à 1,0 rend possible d'enfermer le circuit magnétique dudit aimant au travers du corps 11 du matériau ferritique. Le circuit magnétique ainsi fermé, amortit effectivement l'oscillation indésirée de l'aimant permanent mobile et donne simultanément une sensibilité suffisante au transducteur. Quand le transducteur est fixé à un corps oscillant, tel que le palier de base d'une turbine à gaz, l'aimant permanent commence à se déplacer à trawers la cage 3 gracie aux bobines à induction 5,6 à travers le coussinet 4 et vers les aimants montés fixes 9, 10. Pendant ce déplacement, les lignes de forces de l'aimant permanent mobile I coupent l'enroulement des bobines à induction 5,6 dans lesquelles est induite la force électromotrice, amplifiée et mesurée par un équipement approprié. Grâce à l'enroulement pseudobifilaire des bobines à induction 5,6, la force électromotrice résultante est la somme des forces électromotrices partielles induites dans les bobines isolées à induction 5,6. La résistance aux forces magnétiques du déplacement de l'aimant permanent mobile 1 ne doit pas permettre une forte amplitude de celui-ci, si la fréquence des vibrations de la machine renferme la propre fréquence du transducteur ou des multiples harmoniques plus élevés. REVENDICATIONS 10) Transducteur pour mesurer des vibrations, caractérisé en ce qu'il comprend un aimant permanent (1) monté mobile dans au moins une bobine à induction (5,6) et suspendu dans un champ magnétioue créé par des corps aimantés (9,10) aux pôles conséquents, placés face à face dans un coussinet (2) ceux-ci étant disposés dans l'axe de l'aimant permanent mobile à pôles inconséquents dans l'espace frontal commun desdits corps aimantés à travers la cavité dudit aimant permanent passant librement à travers une cage bobinée(3)fixée sur les deux extrémités face à face aux corps aimantés (9,10), autour de laquelle est bobinée au moins une des bobines à induction (5,6). 20) Transducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les corps aimantés (9,10) fixés sont en forme torique. 30) Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de l'épaisseur du coussinet (2) au diamètre extérieur de l'aimant permanent mobile (1) est dans la proportion de 0,01 à 1,0.