Brevet FR2537268A1 — publié le 19840608

La présente invention concerne un dispositif de mesure de position sans contact, basé sur un principe électrique/électronique ou magnétique/électronique et qui est approprié pour effectuer des mesures de position, non influencées mécaniquement et pouvant être évaluées électroniquement, d'une partie mobile ou immobile de l'indicateur de position, notamment également des mesures de longueurs, l'objectif particulier de l'invention étant d'établir, indépendamment d'influences de l'environnement et de varia- tions de paramètres électriques une relation définie entre un signal électronique et une position ( longueur), sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un étalonnage de grandeurs électriques en unités de position ou de longueur et la détection de position ou la définition de longueur de l'indicateur de position étant fournie immédiatement et sans étalonnage déjà lors de l'enclenchement de l'appareil. On connaît sous la désignation " transformateurs différentiels " des systèmes qui mesurent la profondeur de plongée d'un noyau dans une bobine ou dans une paire de bobines sous forme d'un signal électrique qui peut être converti, par l'intermédiaire d'un tableau d'étalonnage, en unités de longueurs Egalement des transformateurs diffé- rentiels fonctionnent sans contact mais ils présentent cependant l'inconvénient que le signal de sortie a également des effets sur la précision de mesure de longueur par sa grandeur absolue, dans laquelle interviennent naturellement toutes les influences de l'environnement comme la tempé- rature, une variation des paramètres électriques, un espace- ment de la ferrite par rapport aux bobines Il est notamment nécessaire, avec les transformateurs différentiels, d'effec- tuer un équilibrage électronique de zéro qui soit précis et qui définisse la position de zéro de la ferrite introduite entre les bobines. L'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'il est prévu sur une pièce mobile ou immobile et soumise à la détermination de position un élément servant d'indicateur de position, représentant un appareil de consom- mation dans un champ alternatif électromagnétique ou bien émettant des lignes de champ, et en ce que cet élément est associé, dans une position spatialement adjacente, à un support de détecteurs qui comporte plusieurs détecteursindir viduels électriquement et spatialement séparés l'un del 'autre, chacun desdits détecteurs individuels pouvant recevoir une tension continue ou une tension alternative, et en ce qu'il est prévu un dispositif d'interrogation et d'évaluation avec lequel chacun des détecteurs individuels peut être relié en vue de la détermination de son signal de sortie qui est fonction de la position de l'indicateur de position mobile ou immobile. Selon un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention, il est prévu que l'indicateur de position se compose d'une bobine et que le support de détecteurs soit constitué de différents enroulements de bobines séparés l'un de l'autre. Un autre mode de réalisation de l'objet de l'invention est caractérisé en ce que l'indicateur de position est un aimant permanent et en ce que le support de détecteurs comporte des détecteurs individuels se présen- tant sous la forme de détecteurs sensibles à un champ magné- tique. Selon une caractéristique particulière de l'in- vention, il est prévu un rotor mécanique ou un multiplexeur électronique, qui peuvent être reliés au détecteurs indi- viduels en vue d'une transmission séparée de leurs signaux de sortie et, à l'aide d'un dispositif d'évaluation élec- tronique approprié ( par exemple un système à microproces- seur), on détermine la caractéristique qui est en relation avec le processus, comme un maximum ou un minimum des valeurs des détecteurs combinés sous forme d'une courbe, cette caractéristique, et non la grandeur scalaire ( hauteur) constituant l'indice de définition de la position de l'indicateur de position. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est une représentation schématique du dispositif selon l'invention, la Fig 2 est un diagramme représentant la relation entre des signaux de bobines et la position de l'indicateur de position, la Fig 3 représente un schéma d'un détecteur de longueur comportant des diodes sensibles à un champ magnétique, et la Fig 4 représente un schéma d'un détecteur de longueur avec bobines. Sur la Figure 2, on a donné sur un diagramme les courbes représentant la relation entre les différents signaux inductifs, qui peut être obtenue avec l'agencement de la figure 1, et la position du détecteur de position. Sur la Figure 1, la bobine L O est placée avec sa résistance d'utilisation Ri dans une position adjacente ( opposée) aux bobines L 1 à L 21 La bobine L 1 est dis- posée sur un support ( par exemple en ferrite) et elle est fermée par l'intermédiaire de la résistance Ri ( par exemple la résistance du fil de bobine) La bobine L 1 représente ainsi un appareil de consommation placé dans un champ alter- natif électromagnétique. Les bobines L 1 à L 21 sont bobinées de la manière classique et sont également disposées sur des supports ( ferrites) Toutes les bobines L 1 à L 21 sont disposées en étant spatialement et électriquement séparées l'une de l'autre sur des ferrites différentes avec un agencement mécanique identique et un espacement défini. Lorsque maintenant une impulsion de tension ou bien une tension électromagnétique sont appliquées simulta- nément ou successivement aux différentes bobines, les signaux obtenus dans les différentes bobines L 1 à L 21 sont différents en fonction de la position dans laquelle la bobine L 0, servant d'indicateur de position, se trouve par rapport à une des bobines opposées Ainsi lorsque les différentes bobines sont interrogées au moyen de M 1 ( c'est-à-dire dans le cas le plus simple un rotor mécani- que et dans le cas plus favorable un multiplexeur élec- tronique), les différentes entrées de signaux fournissent directement une mesure de la position de L O Avec une disposition uniforme des bobines L l à L 21 ( les chiffres peuvent être choisis de façon quelconque), on peut déter- miner d'une façon simple la relation entre un signal élec- tronique et une position car la longueur totale des bobines ne doit être divisée que par leur nombre et chaque bobine définit ainsi avec précision une position par son signal. Une représentation plus schématique est donnée sur la figure 4 Les différentes bobines L 1, L 2 à L n sont alimentées par un générateur sinusoïdal et elles sont mises à la terre par l'intermédiaire des différentes résistances R 1, R 2 à R n Un multiplexeur analogique excite successivement les différentes bobines par l'inter- médiaire d'un amplificateur opérationnel ( OP'), d'un redres- seur ( diode), d'un circuit échantillonneur-bloqueur et d'un convertisseur analogique-numérique de manière à assurer la liaison avec un système à microprocesseur. Sur la figure 3, on a représenté un détecteur de longueur et de position comportant des magnéto-diodes. Pour obtenir une faible consommation de puissance avec les diodes sensibles à un champ magnétique branchées en parallèle, celles-ci sont mises individuellement à la masse par l'intermédiaire d'un démultiplexeur et par l'intermé- diaire de transistors Simultanément on détermine par l'in- termédiaire d'un multiplexeur analogique les chutes de tension dans les diodes sensibles à un champ magnétique par l'intermédiaire des résistances R 1 à R n. Les différents signaux de détecteurs ( capteurs) sont représentés sur-la figure 2 en fonction de la position des différents détecteurs N 1 à N 21 Comme on le voit, on obtient différents tracés de courbes pour les positions de l'indicateur de position Aux points P 1, P 2 o la tension de détecteur atteint son minimum, on obtient à chaque fois la position de l'indicateur de position Comme on peut le voir, ce n'est pas la caractéristique quantita- tive des points P 1, P 2 ( grandeur du signal de tension) qui caractérise la position de l'indicateur de position mais la partie, entrelation avec le processus ou phénomène, d'un minimum de cette courbe Le circuit électronique E 1 peut facilement évaluer ce phénomène et indiquer la position de l'indicateur de position directement en unités de longueur. Comme avantages du système, il faut préciser qu'on supprime des conducteurs d'alimentation aboutissant à la pièce mobile, et par conséquent également une utilisa- tion de contacts, une sollicitation de connexions entre conducteurs et des alimentations avec déplacement La même considération s'applique aux difficultés concernant des encrassements de contacts, qui ne jouent plus aucun rôle dans ce cas. L'invention permet une disposition géométrique exactement prédéterminée des éléments détecteurs en fonction de l'unité, par exemple la longueur et l'espacement, et également en fonction de la forme, par exemple une disposi- tion incurvée des éléments détecteurs, de sorte que l'indi- cations d'une position peut être effectuée en unités abso- lues On peut également représenter la position de l'indica- teur de position sur une voie circulaire ( position d'une porte,-position d'une pédale de frein, d'un dossier, indica- tion d'un angle et analogues). Enfin, comme argument avantageux tout à fait essentiel, il faut remarquer qu'on utilise un multiplexage qui permet entre autres d'obtenir, également dans la position de repos de l'indicateur de position et également lors de l'enclenchement du circuit électronique ( sans étalonnage), par anal-yse de la relation concernant le phénomène, une courbe définissant la position de l'indicateur, ce qui garantit que déjà lors de l'enclenchement de l'appareil, on puisse détecter la position définie d'une pièce, par exemple une valve. Un autre avantage de ce système consiste en ce qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer un réglage mécanique précis L'indicateur de position ne doit pas être placé par rapport aux détecteurs avec un espacement exactement prescrit et identique et il suffit que l'espacement de l'indicateur de position par rapport aux éléments détecteurs soit compris dans une plage définie de tolérances En outre le système ne nécessite aucun étalonnage de point zéro. Il suffit, lorsque le système est enclenché ( par exemple par un bouton poussoir) que la position P 2 corresponde au point zéro Le circuit électronique peut mémoriser cette valeur et il peut indiquer tous les écarts par rapport à cette valeur aussi bien dans le sens positif que dans le sens négatif avec un signe correct sous la forme d'écarts de position Le point zéro peut ainsi être choisi à volonté. La précision du système est essentiellement déterminée par le nombre possible de bobines différentes à placer sur une unité de longueur Lorsqu'on choisit des procédés appropriés de fabrication pour les détecteurs, comme cela est classique dans le domaine technique des semiconducteurs, la précision de détermination de position peut être élevée La longueur de la mesure de déviation peut être librement choisie dans de larges domaines et elle dépend essentiellement seulement du nombre de connexions de connecteurs à effectuer. Un autre avantage déjà indiqué consiste en ce que, lors de l'enclenchement du système, on obtient immé- diatement, sans qu'il doive se produire un mouvement de l'indicateur de position, la position de l'indicateur de position Cela est particulièrement avantageux lors du fonctionnement de valves pour lesquelles, pendant le processus d'enclenchement, on ne connaît fréquemment pas quelle position la valve occupe. On voit que, avec ce système, il est possible de déterminer facilement, en unités absolues de longueur, des déviations de valves, de transporteurs oscillants et de pièces déplacées de façon semblable O Par l'intermédiaire du circuit électronique, on mesure la longueur et on commande le système déplacé, au moyen d'un moteur d'actionnement, d'une commande à partage de phases ( alimentation en énergie à régulation finale) en fonction de la position qu'il doit observer. REVENDICATIONS l Dispositif pour une mesure de position sans contact, caractérisé en ce qu'il est prévu sur une pièce mobile ouimmobile et soumise à,la détermination de position un élément servant d'indicateur de position ( L O), repré- sentant un appareil de consommation dans un champ alterna- tif électromagnétique ou bien émettant des lignes de champ, et en ce que cet élément est associé, dans une position spatialement adjacente, à un support de détecteurs ( L 1, L 21) qui comporte plusieurs détecteurs individuels électrique- nent et spatialenoent séparés l'un de l'autre, chacun desdits détec- teurs individuels pouvant recevoir une tension continue ou une tension alternative, et en ce qu'il est prévu un dispo- sitif d'interrogation et d'évaluation ( M 1, E 1) avec lequel chacun des détecteurs individuels ( L 1 L 21) peut être relié en vue de la détermination de-son signal de sortie qui est fonction de la position de l'indicateur de position mobile ou immobile. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur de position se compose d'une bobine ( L O) et en ce que le support de détecteurs comporte différentes bobines ( L 1 L 21) séparées l'une de l'autre. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indicateur de position est formé d'une matière ayant une perméabilité magnétique relative, par exemple une ferrite. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu sur l'indicateur de position ( L O) un aimant permanent et en ce que le support de détecteurs comporte des détecteurs individuels se présentant sous la forme d'éléments hall, ou bien de diodes sensibles à un champ magnétique, ou bien de résistances sensibles à un champ magnétique, ou bien de transistors sensibles à un champ magnétique, ou bien de capacités sensibles à un champ magnétique, ou bien d'inductances sensibles à un champ magnétique. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un rotor mécanique ou un multiplexeur électronique, auxquels peuvent être reliés les différents détecteurs en vue d'une application séparée de leurs signaux de sortie à un dispositif d'évaluation. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif électronique d'évalua- tion définit, indépendamment de la grandeur du signal de détecteur correspondant, à chaque fois le point caracté- ristique du minimum ou du maximum des signaux de détecteurs interpolés ou bien un autre point caractéristique des signaux de détecteurs interpolés comme la position définis- sant le lieu de l'indicateur de position, et ainsi égale- ment des relations de positions entre les différents éléments détecteurs. 7 Dispositif selon l'une des revendicatîons'l à 6, caractérisé en ce que les éléments détecteurs sont disposés, suivant des unités normalisées de longueurs, sur une ligne droite ou sur une ligne courbe et en ce que la détermination de position est, sans moyens additionnels, une détermination de longueur étalonnée ou bien une détermination d'angle étalonnée. 8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce immobile et la pièce mobile sont permu- tables l'une avec l'autre.