Brevet FR2510805A1 — publié le 19830204

Dispositif de compensation des champs magnétiques pro- pres de corps mobiles. La présente invention se rapporte à un dispo- sitif de compensation des champs magnétiques propres d'un corps mobile en matériau magnétisable et/ou élec- triqiuement conducteur à l'aide de bobinages porteurs de courant électrique, situés à l'irtérieur ou à l'ex- térieur du corps et dont les moments magnétiques peu- vent être asservis, en valeur et en llure en fonction au temps, à des capteurs magnétiques. il est connu que les champs magnétiques propres extérieurs de corps magnétisables peuvent se compenser, à l'exception d'un faible champ résiduel, au moyen de bobinages porteurs de courant, si l'on affiche correctement l'intensité et la direction du courant dans une instal- lation de mesure Hais si un corps est mobile, dans le cas de corps non entièrement symétriques, -l'intensité et la direction du champ propre se modifie, puisque e corps modifie sa position par rapport au champ magnéti- o que terrestre On peut partiellement compenser, à l'aide d'autres bobinages, ce champ propre en fonction de la position du corps, si leurs intensités de bobinage sont adaptées aux signaux de mesure produits par des capteurs magnétiques liés au corps La valeur et la direction de la fonction linéaire établie entre les signaux ag capteurs et les intensités des bobinages sont égaleinernt affichées dans une installation de mesure Si le corps est en matériau conducteur, il y apparaît, lors d'un mouvement de rotation, des courants de Foucault dont les champs magnétiques s'ajoutent aux champs mentionnés précédemment Pour compenser ces champs magnétiques supplémentaires, on a jusqu'ici disposé d'autres bobi- nages, dont les intensités sont en valeur et en direc- tion fonction linéaire du quotient différentiel des signaux des capteurs magnétiques A nouveau l'affichage de la valeur et de la direction, en fonction de valeurs fixes, se fait dans une installation de mesure. ces procédés connus présentent en partie des déficiences importantes dont on mentionne quelques unes ci-dessous: a) Il n'est pas-possible de prendre en compte des modifications connues,fonction du temps, des carac- t 6 risti,1 ues magnétiques du corps. b) Il n'est pas possible de compenser des modi- fications des caractéristiques mảgnétitues du corps causées par des effets extérieurs. c) Il faut trois bobinages pour chaque direc- t'ion de l'espace. d) Une modifcation locale du corps sur des zones assez importantes compromet l'état de compensa- tion. e) Les champs des courants de Foucault ne sont pas suffisamment supprimés f) Les défaillances des capteurs magnétiques et/ou des bobinages compromettent l'état de compensa- tion. L'objectif qui se trouve à la base de l'inven- tion est donc d' éviter ces désavantages et de garantir une compensation des champs magnétiques propres indà- pendantes des conditions de lieu, de temps et de posi- tion. Selon l'invention, cet objectif est atteint par le moyen que les signaux de sortie des détecteurs ma- gnétiques arrivent, comme signaux d'entrée, à un dis- positif électrique qui contient un modèle mathématique qui prend en compte les mécanismes d'apparition des champs magnétiques propres du corps et les champs de compensation provoqués par les bobinages porteurs de courant électrique et qui fournit des signaux de sor- tie qui pilotent les intensités dans les bobinages au sens de réduire au minimum le champ magnétique extérieur propre du corps Le dispositif selon l'invention amélio- re sensiblement le processus de compensation et réduit notablement la dépense concernant les appareils et les bobinages à prévoir. Des compléments de l'invention se caractérisent comme suit: les paramètres des modèles mathématiques sont continuellement adaptés aux modifications des caracté- ristic Iues magnétiques du corps; les paramètres des modèles mathématiques sont adaptés, à des intervalles de temps prédéterminés, aux modifications des caractéristiques magnétiques du corps le modèle mathématique du dispositif électri- c.ue est un calculateur électronique; le modèle mathématique a une structure telle sue trois bobinages disposés orthogonalement l'un par rapport à l'autre servent à compenser le champ magné- tique propre du corps pour accroître la fiabilité, plusieurs dis- positifs électriques identiques sont montés en paral- lèle; le modèle mathématique ajuste l'effet de la défaillance d'un ou de plusieurs bobinages de compensa- tion par une modification des intensités qui passent dans les autres bobinages de compensation, au moyen d'une adaptation des paramètres du modèle le modèle mathématique ajuste l'effet de la défaillance d'un ou plusieurs palpeurs magnétiques au moyen d'une adaptation des paramètres du modèle; des paramètres significatifs du modèle mathé- matique sont déterminés, totalement ou partiellement, dans une installation de mesure et transmis au disposi- tif de commutation par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de données ou d'une liaison de données les valeurs des champs magnétiques propres au corps mobile sont déterminées dans une installation de mesure et les valeurs correspondantes des champs sont transmises au dispositif de commrnutation par une ligne de transmission de données ou une liaison de données; l'affichage des paramètres significatifs du modèle mathématique ou des paramètres du système se fait à l'aide d'un clavier alphanumérique pour représenter les paramètres significatifs du modèle mathématique et l'état de compensation du corps magnétisable on utilise un écran. _ D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins sur lesquels: la figure 1 représente un corps de forme cylin- drique, magnétisable et conducteur, placé dans un champ homogène; et, la figure 2 représente un circuit. Selon la figure 1, un corps cylindrique creux 1, en matériau magnétisable d'une magnétisation perma- nente I 41 dans la direction de l'axe du cylindre se trouve dans un champhomogène Ha Autour du corps 1 est disposé un bobinage de compensation 2 parcouru par un courant i(t) La figure 1 représente de plus un cap- teur magnétique 3. L'effet magnétique du cylindre 1 peut se décri- re approximativement par un dipole magnétique de moment mp en direction z mp = p Vp V représentant le volume du cylindre Si le cylindre se trouve dans un champ magnétique Ha et s'il a une per- méabilité relative 4 r f 1, on peut représenter appro- ximativement son action magnétique au moyen d'un autre dipole de moment mi -mi =('r 1) Ha V 1 + -j) N étant le facteur de cemagnétisation. Dans le cas d'un mouvement de rotation d u corps selon l'angle, comme cela est représenté au-dessus du cylindre sous forme d'un diagramme vectoriel, selon la loi des courants induits, il est induit un courant' d'intensité i, qui s'écoule, dans la paroi du cylindre, circulairement par rapport CI son axe on peut également représenter approximativement l'action magnétique de ce courant au moyen d'un dipole de moment magnétique Mi, mi Mw Az Az étant la section du cylindre Comme valeur de l'in- tensité i, on a, en première approximation, si L est le coefficient d'auto-induction du cylindre 1 et si R est sa résistance en direction circulaire, ) ÀLa dt i = sin 8 (t)exp t i dt L dt R P(ui t Au contraire des moments de dipole mp et m. le moment de dipole m est une fonction du temps fonction de la vitesse de modification angulaire. A l'aide de ces expressions mathématiques, on peut décrire sous forme de modèle mathématique le mécanisme de l'apparition des champs magnétiques pro- pres He du corps. 1.m cos a He r -2 ' r 3 __ in a He 4 3 Si le bobinage de compensation est alimenté avec un courant d'intensité i, par un générateur on obtient, en assimilant approximativement l'effet magné- tique à celui d'un dipole de moment M. -5 X us cos O H - H Es _ _ _ s g Air r 3. Avec m = isv AS As étant la surface du bobinage Le bobinage de compensation supprime complète- ment le champ propre du corps si H Hs r= H -H - Ce qui est exprimé ci-dessus peut se repré- senter, selon la figure 2 par un diagramme par blocs comportant trois parties, à savoir l'élément de mesure 4, le dispositif électrique 5 et l'élément de position- nement 6 L'élément de mesure 4 contient des capteurs magnétiques 3 qui saisissent le champ extérieur Ha et fournissent un signal -d'entrée x au dispositif 5 Ce dispositif comporte une unité d'entrée 7, une entrée de sortie 8 ainsi qu'un dispositif de commutation à modèle mathématique 9 monté entre les deux Du dispositif électrique 5 des signaux y passent dans une unité de pilotage de l'intensité 10 et produisent le courant i pour les bobinages 11 de l'installation Les bobinages 11 porteurs du courant produisent un champ magnétique qui réduit au minimum le champ propre du corps. En tenant compte d'une fonction linéaire entre le champ extérieur Ha et le signal d'entrée x du dispositif électrique 5 et également entre l'intensité i de l'unité de pilotage 10 et la valeur de sortie y de l'installation électrique 5, il faut bâtir, comme algo- rithme à résoudre, dans le dispositif de commutation 9, un modèle mathématique de la forme M As 1 + (/À 1) N A L 4: i L d * exp t dt) exp ( _ t J Jj L dit R R Les paramètres de cette fonction modèle peuvent se déterminer comme constantesfonction du matériau ou de la géométrie et peuvent suivre les modifications connues de ces valeurs Pour compenser les champs pro- pres du corps dans tout l'espace il faut étendre le modèle aux axes Et adapter en conséquence les para- mètres Cette adaptation peut se faire de façon con- tinue ou à des intervalles de temps donnés. Le modèle mathématique du dispositif de commu- tation 9 peut se réaliser sous forme d'un calculateur électronique Pour assurer la fiabilité de l'instal- lation de compensation on peut prévoir de monter en parallèle plusieurs dispositifs électriques identiques 5. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exem- ple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de compensation des champs magné- tiques propres d'un corps mobile-en matériau magnétisa- ble et/ou électriquement conducteur à l'aide de bobina- ges porteurs de courant électrique', situés à l'intérieur ou à l'extérieur du corps-et dont les moments magnéti- ques peuvent être asservis, en valeur et en allure en fonction du temps, à des capteurs magnétiques, carac- térisé en ce que les signaux de sortie des détecteurs magnétiques arrivent, comme signaux d'entrée, à un dis- positif électrique-qui contient un modèle mathématique qui prend en compte les mécanismes d'apparition des champs magnétiques propres du corps et les champs de compensation provoqués par les bobinages porteurs de courant électrique et qui fournit des signaux de sortie qui pilotent les intensités dans les bobinages au sens de réduire au minimum-le champ magnétique extérieur propre du corps. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les paramètres des modèles mathémati- ques sont continuellement adaptés aux modifications des caractéristiques magnétiques du corps. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les paramètres des modèles mathémati- ques sont adaptés, à des intervalles de temps prédéter- minés, aux modifications des caractéristiques magnéti- ques du corps. 4 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le modèle mathématique du dispositif électrique est un calculateur électronique. Dispositif selon l'ensemble des revendica- tions l à 4, caractérisé en ce cue le modèle mathéma- tique a une structure telle que trois bobinages dispo- sés orthogonalement l'un par rapport à l'autre servent à compenser le champ magnétique propre du corps. 6 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que pour accroître la fiabilité, plusieurs dispositifs électriques identiques sont montés en paral- lèle. 7 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le modèle mathématique ajuste l'effet de la défaillance d'un ou de plusieurs 'obinages de compen- sation par une modification des intensités qui passent. dans les autres bobinages de ccmpensn- tion, au moyen d'une adaptation des paramètres du modèle. 8 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le modèle mathématique ajuste l'effet de la défaillance d'un ou de plusieurs palpeurs magnétiques au moyen d'une adaptation des paramètres du modèle. 9 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des paramètres significatifs du modèle mathématique sont déterminés, totalement ou partielle- ment, dans une installation de mesure et transmis au dispositif de commutation par l'intermédiaire d'une ligne de transmission de données ou d'une liaison de données. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les valeurs des champs magnétiques pro- pres au corps mobile sont déterminées dans une instal- lation de mesure et les valeurs correspondantes des champs sont transmises au dispositif de commutation par une ligne de transmission de données ou une liaison de données. 11 Dispositif selon la revendication 1, caract 4- risé en ce vue l'affichage des paramètres significatifs du modèle mathématique ou des paramètres du système se fait à l'aide d'un clavier alphanumérique. 12 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que pour représenter les paramètres signifi- catifs du modèle mathématique et l'état de compensation du corps magnétisable on utilise un écran.