Brevet FR2509851A1 — publié le 19830121

Capteur électronique de mesure. La présente invention a pour objet un capteur électronique de mesure comportant un palpeur mobile et un générateur de signal alternatif dont au moins une caractéristique est influencée par le déplacement du palpeur pour fournir un signal électrique de sortie analogique représentatif de la grandeur de la mesure effectuée. Les capteurs connus de ce genre sont généralement raccordés par un cabale à une unité de mesure comportant un indicateur analogique ou digital et dans laquelle sont intégrés les circuits de traitement et de conversion des signaux en provenance du capteur, ainsi que les éléments de calibrage de ce dernier. L'avantage principal de ces capteurs réside dans leurs dimensions réduites qui autorisent leur emploi, dans un espace restreint, par exemple autour d'une pièce mécanique dont on désire contrôler simultanément les cotes de plusieurs éléments de grandeurs distinctes à l'aide d'un nombre correspondant de capteurs disposés côte-à-côte sur un support approprié, la lecture des mesures effectuées se faisant à distance et dans les meilleurs conditions sur l'unité de mesure à laquelle chaque capteur est relié par un câble. Cependant, comme dans tout système de mesure analogique électronique, la courbe de réponse du signal de sortie de ces capteurs par rapport au déplacement de leur palpeur est susceptible de présenter des erreurs de linéarité plus ou moins importantes qui peuvent, dans le cas de mesures de grande précision, approcher dangereusement les limites de tolérances requises. D'autre part, cette courbe de réponse varie d'un capteur à un autre. L'invention a pour but de remédier à cet état de choses en proposant un moyen de redresser la courbe de réponse de chaque capteur du genre précité. A cet effet, le capteur électronique de mesure selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un connec teur d'alimentation et de sortie dans lequel sont intégrés un circuit de transformation du signal de sortie du générateur en signal analogique de tension continue proportionnelle au déplacement du palpeur, un convertisseur analogiquedigital dudit signal transformé, une mémoire reliée à la sortie de ce convertisseur et dans laquelle sont enregistrées un nombre déterminé d'erreurs de linéarité de la courbe de réponse à des adresses correspondant à un nombre équivalent de secteurs de mesure étendus le long de la course de mesure du palpeur et présentant respectivement lesdites erreurs, et un circuit de correction du signal de sortie du circuit de transformation, relié à la sortie de ce dernier et à celle de la mémoire et dans lequel la valeur non corrigée de la mesure du déplacement du palpeur, représentée par ce signal, est sommée à la valeur de erreur de linéarité correspondante enregistrée dans la mémoire. De la sorte, lors de l'étalonnage de chaque capteur il est possible de mémoriser les valeurs d'écart de linéarité d'un nombre choisi de secteurs de mesure à leurs adresses correspondantes dans la mémoire. Le choix du nombre de secteurs de mesure sera dicté par le dyré de précision recherché de la correction ainsi effectuée et déterminera la capacité de la mémoire à utiliser. L'ensemble capteur-connecteur forme ainsi une unité réglée dont la courbe de réponse signal-déplacement est redressée et dépourvue d'erreurs de linéarité sur l'ensemble des secteurs de mesure choisis. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi que trois variantes de ses circuits électriques. La figure 1 est une vue d'ensemble de la structure mécanique de la forme d'exécution. La figure 2 est un graphe illustrant un processus de mesure relatif à son réglage. La figure 3 est un schéma bloc de ses circuits électriques, Les figures 4 et 5 sont deux schémas électriques illustrant les deux premières variantes. La figure 6 est un schéma électrique illustrant la troisième variante. Le capteur représente figure 1 se présente sous l'aspect extérieur de deux éléments cylindriques l et 2 reliés par une jonction 3 assurée par un écrou moleté. L'élément l est le boîtier du capteur proprement dit, dans lequel est guidé en translation un palpeur mobile 4 dont l'extrémité extérieure porte un touche 5. Un soufflet extensible 6 protège des poussières et agents extérieurs un circuit électrique de détection disposé à l'intérieur du boîtier l et comportant de manière habituelle un générateur de signal alternatif dont au moins une caractéristique est influencée par le déplacement du palpeur pour fournir un signal électrique de sortie analogique représentatif dela mesure effectuée, c'est-à-dire représentatif de l'amp-litude de ce déplacement. L'élément 2 est un connecteur d'alimentation et de sortie présentant des broches de contact 7 à 10. Dans ce connecteur 2 sont intégrés les circuits électriques destinés à redresser la courbe de réponse du signal analogique de sortie du générateur du capteur l par rapport au déplacement du palpeur 4, qui est~reprEsenté figure 2. Sur cette courbe, pour fixer les idées, sont portés en abcisses un nombre déterminé de secteurs de mesure L1, L2, L3.. .L n correspondant à des déplacements effectifs du palpeur 4 étendus le long de la course de mesure, et en ordonnées les erreurs de linéarité E1, E2, E3...En du signal correspondant à chacun de ces secteurs. Ce connecteur 2 comporte, selon le schéma de la figure 3 - un circuit de transformation il du signal de sortie du générateur. du capteur l en signal analogique de tension continue proportionnelle au déplacement Ll...Ln du palpeur 4, - un convertisseur analogique-digital 12 du signal transformé de sortie du circuit de transformation il, - une mémoire 13 reliée à la sortie de ce convertisseur et dans laquelle sont enregistrées les erreurs de linéarité E1...E n de la courbe de réponse à des adresses correspondant aux secteurs de mesure L1...Ln présentant respectivement ces erreurs, - un circuit de correction 14 du signal de sortie du circuit de transformation, relié à la sortie de ce dernier et à celle de la mémoire 13 et dans lequel la valeur non corrigée de la mesure du déplacement L1...Ln du palpeur représentée par ce signal, est sommée à la valeur de l'erreur de linéarité correspondante E1...En enregistrée dans la mémoire. Le signal de sortie de ce dispositif de correction 14, qui est ainsi représentatif de la valeur réelle effective du déplacement du palpeur 4, est dirigé sur un appareil indicateur ou une unité de classification, selon l'emploi, par le moyen d'un cordon conducteur relié au connecteur 2 par les broches de contact de ce dernier, ce cordon comportant également les conducteurs d'alimentation du circuit de détection du capteur 1 et des circuits précités. Le convertisseur analogique-digital 12 et la mémoire 13 seront choisis en fonction du degré de précision recherché. Ainsi plus le nombre de secteurs L1. ..L n choisi sera grand, plus précise sela la correction. Or ce nombre est fonction du nombre de bits du convertisseur analogique-digital et celui-ci détermine la capacité minimale de la mémoire. Pour donner un exemple, lorsque le nombre de bits du convertisseur est N=8, le nombre maximal de secteurs de me sure que l'on peut choisir est 2N 28 = 256. Pour une course de mesure de + 2560 microns de part et d'autre du zéro du capteur, les secteurs en question L1...Ln seront séparés d'un pas égal à 5120 = 20 microns. 256 Là mémoire doit dans ce cas comporter un minimum de 256 adresses et l'on mémorisera sur chacune d'elles la valeur de l'erreur correspondante E1...En. Cette valeur d'erreur sera détermine par comparaison lors de l'étalonnage du capteur, a chaque secteur correspondant. La valeur de correction, qui doit être aussi proche que possible de cette valeur d'erreur, dépend également de la capacité de la mémoire. Dans cet exemple, le nombre de pas de la correction est aussi égal à 2N = 28 = 256 et la valeur de ce pas dépend de l'erreur totale à corriger. Par exemple si celle-ci est égale à + 25,6 microns, le pas de correction sera égal à 51,2 256 = > 2 microns. Le circuit de correction 14 du signal de sortie du circuit de transformation 11 peut être réalisé de d-ifférentes manières dont deux sont représentée figures 4 et 5. Dans la première variante représentée figure 4, ce circuit de correction 14 se compose d'un convertisseur digitalanalogique 15 relié à la mémoire 13 et d'un amplificateursommateur 16 dont une entrée est reliée à la sortie dudit convertisseur 15 et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du circuit de transformation 11. De cette manière, la correction est obtenue par sommation de deux signaux analogiques, de tension continue. Dans la seconde variante représentée figure 5, ce circuit de correction est constitué par un amplificateur à gain variable 17 dont l'entrée est reliée au circuit de transformation 11 et dont l'élément de réglage du gain est relié directement à la mémoire 13. De cette manière, la correction est obtenue par modification du gain de l'amplification d'un signal analogique de tension continue. L'alimentation du capteur peut se faire directement en courant alternatif et le signal analogique de sortie de tension continue du circuit de correction 14 peut être transformé en signal alternatif dans le connecteur 2. Cependant il est avantageux de profiter de l'existence de cette sortie en tension continue pour alimenter également le capteur en courant continu, afin de le rendre pratiquement insensible aux parasites ambiants. La troisième variante représentée figure 6 montre de manière détaillée pour ce cas intéressant le circuit d'alimentation du générateur du capteur 1 qui est ici pour l'exemple un capteur inductif, ainsi que les composants d'un circuit de transformation 11 approprié. Le générateur du capteur 1 est ici constitué par une bobine fixe 18 dans laquelle se déplace un noyau ferromagnétique 19 entraîné par le palpeur 4 auquel il est fixé rigidement. Les deux bornes de cette bobine sont reliées à un oscillateur 20 du type sans bobine comportant par exemple une résistance et un condensateur. Excité par le courant continu d'alimentation, cet oscillateur délivre à la bobine 18 un signal alternatif de tension stable. Le point médian des spires de la bobine 18 est relié au circuit de transformation 11 qui comprend ici un amplificateur alternatif 21 et un démodulateur synchrone 22 relié par l'intermédiaire d'un transformateur de signal 23 à l'os- cillateur 20. Dans ses déplacements, le noyau ferromagnétique 19 influence l'impédance de la bobine 18 et le déséquilibre de tension ainsi créé par rapport au point médian de la bobine est amplifié dans l'amplificateur 21 puis démodule dans le démodulateur synchrone 22 qui délivre un signal continu analogique proportionnel au signal modulé de mesure en provenance de la bobine 15. Ce signal est dirigé sur le convertisseur analogique-digital 12, la mémoire 13 et le circuit de correction 14 déjà décrits. Le capteur comporte les éléments de réglage et d'équilibrage habituels tels que, pour l'exemple précédent, une résistance réglable 24 destinée au calibrage du gain de l'amplificateur 21 et un potentiomètre 25 destiné à l'équi- librage du zéro de l'inductance. Dans ce schéma de la figure 6 sont représentées également les broches 7 et 8 par lesquelles le courant continu d'alimentation est introduit et dont les tensions + et sont filtrées chacune par une résistance 26 et une capacité 27 reliée à la masse, ainsi que la broche 10 reliée à la sortie du circuit de correction de manière à constituer la sortie du signal-corrigé, et la broche 9 reliée à la masse. L'invention permet également la correction des erreurs de symétrie, de la même manière que les erreurs de linéarité, par mémorisation des erreurs de symétrie. D'autres variantes, non représentées, pourront être apportées. Ainsi dans les cas d'un emploi dans un espace trop restreint dans la direction de la prise de mesure le connecteur 2 pourra être orienté et disposé latéralement sur le boîtier du palpeur 1 ou bien encore relié à celui-ci par une courte liaison blindée. Enfin l'invention est applicable aussi bien aux capteurs capacitifs qu'aux capteurs inductifs, ces capteurs souffrant des mêmes inconvénients inhérents à la nature analogique de leur signal de sortie. REVENDICATIONS 1. Capteur électronique de mesure comportant un palpeur mobile et un générateur de signal alternatif dont au moins une caractéristique est-influencée par le déplaceinent du palpeur pour fournir un signal électrique de sortie analogiquereprésentatif de la grandeur de la mesure effectuée et dans lequel la courbe de réponse du signal analogique de sortie par rapport au déplacement du palpeur est susceptible de présenter des erreurs de linéarité, caractérisé en ce qu'il comporte un connecteur d'alimentation et de sortie (2) dans lequel sont intégrés un circuit de transformation (11) du signal de sortie du générateur en signal analogique de tension continue proportionell-e au déplacement (Ll...Ln) du palpeur, un convertisseur analogique-digital (12) dudit signal transformé, une mémoire (13) reliée à la sortie de ce convertisseur et dans laquelle sont enregistrées un nombre déterminé d'erreurs de linéarité (Eî..En) de la courbe de réponse à des adresses correspondant à un nombre équivalent de secteurs de mesure (Ll...Ln) étendus le long de la course de mesure du palpeur et présentant respectivement lesdites erreurs, et un circuit de correction (14) du signal de sortie du- circuit de transformation, relié à la sortie de ce dernier et à celle de la mémoire et dans lequel la valeur non corrigée de la mesure du déplacement (L1...L n )représen- tée par ce signal est sommée à la valeur de l'erreur de linéarité correspondante (E1.. En) enregistrée dans la mémoire. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de correction (14) se compose d'un convertisseur digital-analogique (15) relié à la mémoire (13) et d'un amplificateur-sommateur (16) dont une entrée est reliée à la sortie dudit convertisseur et dont l'autre entrée est reliée a la sortie du circuit de transformation (11). 3. Capteur selon la revenaication 1, caractérisé en ce que le circuit de correction (14) est constitué par un amplificateur à gain variable (17) dont l'entrée est reliée au circuit de transformation (11) et dont l'élément de ré glage du gain est relié à la mémoire (13). 4. Capteur selon la revendication 1, dont le générateur de signal alternatif est du type inductif (18) dont l'imp6- dance est 'influencée par le déplacement d'un noyau ferromagnétique (19)fixé au palpeur (4), caractérisé en ce que le connecteur (2) est alimenté en courant continu et en ce qu'il comporte un oscillateur (20) alimenté par ledit courant continu, relié aux bornes du générateur inductif (18) et délivrant à ce dernier un signal alternatif de tension stable, et en ce que le circuit de transformation (11) du signal de sortie de ce générateur comprend un amplificateur alternatif (21) et un démodulateur synchrone (22) relié par 11in- termédiaire d'un transformateur de signal (23) à lJoscilla- teur (20).