Brevet FR2538100A1 — publié le 19840622

Capteur inductif de déplacement. La présente invention est relative à un capteur de déplacement utilisant les variations d'lnductance d'une bobine d'induction pour fournir un signal représentant un déplacement. Le choix d'un capteur de déplacement qui assure la liaison entre un système asservi et une commande est primordial pour permettre de convertir la course limitée d'un corps mobile en une grandeur électrique facilement exploitable. On connaît des capteurs du type potentiométrique qui présentent cepen dant l'inconvénient d'une usure Smportante. On a également déjà décrit des capteurs de déplacement inductif dans lesquels une bobine dtinduction est enroulée sur un noyau magnétique muni d'un ou plusieurs anneaux en court circuit rendus solidaires de l'organe en déplacement. Le mouvement de l'anneau en court-circuit sur le noyau magnétique modifie l'inductance de la bobine. Toutefois ces capteurs se révèlent peu pratique en raison notamment des difficultés de guidage de panneau le long des branches du noyau ma magnétique. La présente invention a pour objet un capteur inductif qui présente des caractéristiques améliorées de précision, de fidélité et de justesse en particulier dans un environnement a température variable dans une large gamme et qui soit en outre de construction plus simple et plus compacte que les dispositifs connus. Le capteur inductif de déplacement selon l'invention comporte une bobine pouvant etre alimentée en courant alternatif et des moyens pour faire varier l'inductance de la bobine. Un barreau plein réalisé en un matériau magnétique tel que la ferrite est solidaire d'une partie du capteur capable d'être déplacée par rapport au corps du capteur recevant la bobine. Le barreau de ferrite coulissant pénètre ainsi partiellement à l'intérieur de la bobine en fonction du déplacement que l'on désire mesurer. Le capteur inductif de l'invention comprend en outre un oscillateur fournissant à sa sortie un signal de fréquence variable en fonction du déplacement du barreau de ferrite coulissant. Pour éviter les effets des courants de Foucault dus aux tensions induites à l'intérieur du matériau du barreau de ferrite, l'oscillateur est de préférence tel que la fréquence de son signal de sortie reste superieure à la fréquence critique pour laquelle les lignes de champ du champ magnétique induit à l'intérieur du matériau du barreau le traversent .ur toute sa sec tion. Dans ces conditions, l'épaisseur de peau à llinterieur de laquelle se situent les lignes de champ est au moins égale au rayon du barreau de ferrite de forme générale cylindrique. L'oscillateur du capteur-de l'invention comprend de préférence un con densateur monté en série avec la bobine et une porte logique inverse montée aux bornes de la bobine. Un deuxième condensateur peul entre -avan tageusement monté à la sortie de la porte logique afin d'améliorer les ca ractéristiques de fonctionnement et en particulier la stab-lité de la fré quence d'oscillation du système. Ce deuxième condensateur pe-rr-et en outre à l'oscillateirr de fonctionner au moment de la mise sous tension du capteur inductif. Pour modifier la fréquence d'oscillation on peut envisager de monter en série avec la bobine d'induction une résistance de faible valeur, de préfé rence variable. Enfin, un circuit de mise en forme comprenant une deuxiPme porte logique inverseuse analogue à la première, branchée à la sortie de ladite premiere porte logique permet l'obtention de signaux carrés dont la ii-éuence dépend du déplacement du barreau de ferrite à l'intérieur de la bobine et qui peu vent ensuite être traités par un système numérique approprié. L'invention sera mieux comprise à 11 étude d'un mode de réalisation -particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : la fig. 1 est une vue en coupe schématique d'un captur inductif selon l'invention; et la fig. 2 est une vue schématique de l'ensemble du capteur selon l'in- vention montrant en outre l'oscillateur auquel il est assis = Tel qu'il est illustré sur la fig. 1, le capteur inductif de déplacement selon l'invention comporte un corps fixe 1 muni d'une prolongation cylin drique creuse 2 à l'intérieur de laquelle se trouve logée .re bobine d'induc tion 3 enroulée sur un support 4 non magnétique.La bobine 3- est noyée dans une résine 5 qui assure sa fixation et sa position convenable à l'interieur de la prolongation cylindrique creuse 2 du corps 1. Les fils de connexion 6 de l'enroulement de la bobine 3 peuvent traverser le corps 1 par un passage 7 parallèle à l'axe et débouchant à l'extérieur du manchon de raccordement fileté 8 solidaire du corps 1. Le capteur comprend en outre une partie mobile 9 présentant une ex trémité d'actionnement 10 faisant saillie à l'extérieur, d'un capot 11 fixé à la périphérie du corps 1. La.partie mobile 9 présente également un plateau 12 et une portion de guidage cylindrique 13 qui peut venir coulisser autour de la prolongation cylindrique 2du corps 1. Un ressort de rappel 14 vient prendre appui d'une part sur le plateau 12 de la partie mobile 9 et d'autre part sur un épaulement 15 du corps 1. Le plateau 12 peut venir en butée comme on peut le voir sur la fig. 1 sur le couvercle de fermeture rabattu 16 du capot 11. La partie mobile 9 est munie d'un barreau plein 17 de forme générale cylindrique réalisé en un matériau magnétique tel que la ferrite et disposé dans l'axe de l'extrémité d'actionnement 10. Dans la position extrême illus trée sur la fig. 1 où le plateau 12 est en butée sur le couvercle 16, l'ex- trémité libre du barreau 17 se trouve partiellement à l'intérieur de la bobine 3. Lorsque l'on agit sur l'extrémité d'actionnement 10 dans le sens qui rapproche la partie mobile 9 du corps 1, le ressort 14 se trouve comprimé et la portion de guidage 13 vient s'enfoncer autour de la prolongation cylin dorique 2 du corps 1. Dans ce mouvement, le barreau 17 pénètre en coulissant de façon plus importante à l'intérieur de la bobine 3 provoquant ainsi une - variation de son inductance. Comme on le sait en effet, 1-' introduet ion d'un matériau magnétique à l'intérieur d'un solenotde a pour effet de modifier la perméabilité relative à l'intérieur de la bobine du solénoSde. Cette modification dépend de la profondeur d'enfoncement du barreau magnétique 17 à l'intérieur de la bobine 3.. Le déplacement linéaire permet d'obtenir une information qui est ensuite transformée en un signal électrique au moyen du système électronique illustré schématique sur la fig. 2. Sur cette figure, on retrouve la bobine 3 dont l'inductance est variable comme indiqué par la flèche sur la fig. 2, la variation d'inductance prove nant d'un déplacement issu par exemple d'un comparateur référencé 4. Les bornes de sortie de la bobine 3 sont reliées par les connexions 18 et 19 à un oscillateur 20 comprenant principalement un condensateur 21 relié à la masse d'une part et à la connexion 19 d'autre part ainsi qu'une porte logique inverseuse 22 montée aux bornes de la bobine 3. On notera que la porte logique 22 peut être considérée en réalité comme un amplificateur de gain égal à 1 et de déphasage égal à -1809. Pour assurer le bon fonctionnement de I'oscillateur 20, ce dernier comprend en outre un deuxième condensateur 23 branché à la sortie de la porte logique 22 et connecté par ailleurs à la masse. Un circuit de mise en forme du signal constitué par une deuxième porte logique inverseuse 24 complète l'oscillateur 20 et permet l'obtention de signaux carrés dont la fréquence dépend du déplacement du barreau de ferrite 17 å l'intérieur de la bobine 3. Le signal de sortie peut alors être traité par un système de gestion informatique 25. La pulsation d'oscillation du système-ainsi défini est une fonction de l'impédance de la bobine 3 et de la capacité du condensateur 21. La capacité du condensateur 23 agit sur le coefficient d'amortissement du système oscil lant. Pour un état donné des différents composants électroniques utilisés pour la réalisation de l'oscillateur 20, on obtient une fréquence d'oscillation donnée. Si l'on désire décaler cette fréquence, il suffit de mettre en série avec la bobine d'induction 3 une résistance de faible valeur non illustrée sur les figures, ce qui a pour effet de modifier le' coefficient d'amortis sement ainsi que la pulsation propre d'oscillation du système. L'utilisation d'une résistance variable permet de modifier à volonté la fréquence d'oscil lation. On notera qu'il convient d'éviter les effets des courants de Fouceult dus aux tensions induites à l'intérieur du matériau du barreau 17. On sait que pour caractériser l'action des courants de Foucault, on définit une fréquence critique au-dessous de laquelle leur effet est peu prononcé. Selon l'invention, on fait de préférence en sorte que la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur 20 reste supérieure à la fréquence critique pour laquelle les lignes de champ du champ magnétique induit à l'intérieur du matériau du barreau 17 le traversent sur toute sa section. Autrement dit, l'épaisseur de peau, laquelle est inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence, est alors au moins égale au rayon du barreau 17 de forme cylindrique circulaire. Le capteur de l'invention peut entre utilisé dans toutes les applications nécessitant une bonne précision sur un déplacement de l'ordre de 10 mm. Il présente un rapport qualité-prix intéressant et son encombrement est minimal. La fiabilité du capteur est bonne, le frottement mécanique entre les pièces coulissantes pouvant être aisément minimisé. Par ailleurs, les essais en étuve ont montré que l'influence des variations de température sur l'oscil- lateur était faible. Ce type d'oscillateur associé au capteur de déplacement de l'invention permet donc d'obtenir un ensemble simple et bon marché compatible avec un système de gestion numérique tel qu'un microprocesseur et pouvant être utilisé dans des milieux hostiles comportant un environnement humide, visqueux, etc... REVENDICATIONS 1. Capteur inductif de déplacement comportant une bobine (3) pouvant être alimentée en courant alternatif et des moyens pour faire varier l'inductance de la bobine, caractérisé par le fait qu'un barreau plein (17) réalisé en ferrite est solidaire d'une partie (9) du capteur capable d'être déplacée par rapport au corps (1) dudit capteur recevant la bobine (3), le barreau de ferrite (17) pénétrant partiellement à l'intérieur de la bobine (3). 2. Capteur inductif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un outre un oscillateur (20) fournissant à sa sortie un signal de fréquence variable en fonction du déplacement du barreau de ferrite (17). 3. Capteur inductif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'oscillateur (20) est tel que la fréquence de son signal de sortie reste supérieure a une fréquence critique pour laquelle les lignes de champ du champ magnétique induit à l'intérieur du matériau du barreau (17) le traversent sur toute sa section. 4. Capteur inductif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'oscillateur (20) comprend un condensateur (21) monté en série avec la bobine (3) et une porte logique inverseuse (22) montée aux bornes de la bobine (3). 5. Capteur inductif selon la revendication 4, caracterisé par le fait qu'un deuxième condensateur (23) est monté à la sortie de la porte logique inverseuse (22) afin d'améliorer la stabilité du système oscillant. 6. Capteur inductif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait qu'une résistance variable est montée en série sur la bobine (3) afin de modifier la fréquence d'oscillation du système oscillant (20). 7. Capteur inductif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un circuit de mise en forme incluant une deuxième porte logique inverseuse (24) branchée à la sortie de la première porte logique inverseuse (22).