Brevet FR2557310A1 — publié le 19850628

La présente invention concerne un capteur pour matériaux ma- gnétisables comprenant un composant inductif et un circuit d'évalua- tion permettant de déterminer les variations d'inductance du compo- sant inductif, ainsi que les appareils dans lesquels ledit capteur est utilisé avec profit. La commande de processus industriels implique de déterminer des paramètres d'exploitation déterminants. Ceux-ci comprennent entre autres, position, déplacement angulaire et la vitesse de rotation. Ces paramètres sont souvent déterminés par des moyens optiques. La mise en oeuvre de techniques optiques ne peut toutefois être envisagée qu'en l'absence de toute pollution. Les paramètres peuvent également être déterminés au moyen d'aimants dont la position est détectée par des capteurs de champ magnétique. Toutefois, déterminer des positions avec précision à l'aide de tels capteurs revient très cher. Un incon- vénient typique de ce type de méthode réside dans le fait que les pièces dont il convient de déterminer la position doivent être repé- rées au moyen d'aimants permanents. Ces aimants permanents nécessitent des opérations particulières lors de la fabrication. Li but de la présente invention est de proposer un cap- teur permettant de déterminer avec une très grande précision la posi- tion de matériaux magnétisables. Ce but est atteint par les caractéristiques de la présente invention selon laquelle, le capteur comprend un composant inductif et un circuit d'évaluation permettant de déterminer les variations d'in- ductance du composant inductif. Le composant inductif est constitué de couches minces appliquées sur un substrat, l'une desdites couches étant réalisée dans une substance magnétisable et formant un circuit magnétique muni d'un entrefer.. En outre, des couches minces dispo- sées de manière appropriée forment une bobine qui entoure le circuit magnétique et qui en est isolée. L'inductance du composant inductif varie lorsqu'une substance magnétisable est placée à proximité de l'entrefer. Le circuit magnétique qui tient lieu de noyau peut lui aussi être entouré par une seconde bobine du même type dont les variations d'inductance mutuelle sont décelées par le circuit d'évaluation. Le circuit d'évaluation peut être mis en place, au moins partiellement, sur le même substrat que les couches du composant inductif. La sub- stance magnétisable du circuit magnétique est de préference un métal 2 255 7 310 ferromagnétique amorphe. Des métaux amorphes particulièrement appro- priés sont indiqués dans la description. L'entrefer du circuit magnétique ne doit pas être trop étroit pour que les substances ma- gnétisables placées à proximité puissent influer sur le comportement du circuit magnétique. Dans la mesure o, pour une réalisation con- forme à l'invention, le circuit magnétique est extrêmement mince, le capteur est très sensible même lorsque la largeur de l'entrefer est inférieure à dix fois l'épaisseur de lacouchedu circuit magnétique. Les positions peuvent donc être déterminées avec une très grande dé- finition. Cependant, la largeur de l'entrefer ne doit pas être infé- rieure à l'épaisseur de la couche.Des applications avantageuses du capteur entrent également dans le cadre de la présente invention. Les différents objets et caractéristiques de l'invention se- ront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent: - les figures la et lb, une vue de dessus et une vue en coupe trans- versale d'un composant inductif destiné à un capteur conforme à l'in- vention, - les figures 2a, 2b et 2c, deux vues en coupe et un composant de débitmètre comportant un capteur conforme à l'invention. Le capteur conforme à l'invention est constitué d'un compo- sant inductif 1 et d'un circuit d'évaluation (non représenté). Un composant inductif de ce type sera maintenant décrit en détails en référence à la figure 1. La figure la est une vue en coupe transver- sale d'un composant inductif 1 et la figure lb une vue de dessus; la coupe de la figure la correspond à l'axe A-A de la figure lb. Cet- te représentation n'est pas à l'échelle. Le support du composant 1 est un substrat 10 en verre. Le substrat peut être exécuté dans d'au- tres matériaux tels que le quartz, les semi-conducteurs ou la cérami- que. Un circuit magnétique 11 est mis en place sur le substrat 10 pour former un rectangle. Sur l'un des grands côtés du rectangle, le circuit magnétique 11 comporte un entrefer 12. Sur le côté opposé à l'entrefer, des bandes étroites de matériau électroconducteur sont disposées audessus et au-dessus du circuit magnétique 11 pour former une bobine 13 entourant le circuit magnétique 11. Au niveau de la bo- bine 13, le circuit magnétique 11 est isolé de ladite bobine 13 par 3 2557310 une couche intermédiaire supérieure 15 et une couche intermédiaire inférieure 14. La coupe de lafigure la montre clairement l'ordre selon le- quel sont appliquées les différentes couches du composant inductif 1. Ce sont d'abord les segments de la bobine 13 prévus sous le circuit magnétique 11 qui sont réalisés par vaporisation à travers un masque. Viennent ensuite la première couche intermédiaire isolante 14, le cir- cuit magnétique 11, la seconde couche intermédiaire isolante 15 et les segments restants de la bobine 13. Les couches peuvent être réa- lisées par vaporisation, mais aussi par évaporation. La réalisation sélective des différentes couches peut également s'effectuer au moyen de techniques photolithographiques. En tout état de cause, l'entrefer 12 doit être exécuté par une méthode permettant d'obtenir des arêtes vives et des dimensions reproductibles, par exemple par la photoli- thographie. La largeur de l'entrefer 12 est de préférence égale à environ une à dix fois l'épaisseur de la couche du circuit magnétique 11. Les matériaux particulièrement adaptés à la réalisation du circuit magnétique 1l sont des métaux ferromagnétiques amorphes. Ces métaux possèdent d'excellentes propriétés magnétiques et conviennent idéalement à la fabrication des couches minces. Les métaux amorphes que sont les alliages à base d'éléments de transition du groupe du fer présentent de bonnespropriétés ferromagnétiques. Le métal amorphe peut renfermer des métalloldes (B, C, Si, Ge, P) ainsi que du titane, du zirconium, de l'hafnium et/ou du niobium. Une proportion maximum de 5 % (pourcentage d'atomes) du métal amorphe peut être constituée d'autres éléments. Les métaux amorphes les mieux adaptés sont des al- liages à base Co-Fe, de préférence Co Fe B xy pour lequels 70 x x y 100-xy S 80 et 4 y tes intermédiaires 14 et 15 sont exécutées en quartz mais d'autres matériaux isolants d'utilisation courante, comme A1 203, Ta205 et TiO, peuvent également être utilisés. La bobine 13 est réalisée en or mais peut également être exécutée à partir de tout autre matériau conduc- teur couramment utilisé pour fabriquer les pellicules fines. Elle peut meme gtre fabriquée avec le même matériau que celui du circuit magné- tique 11. Le circuit d'évaluation peut être n'importe quel circuit ca- pable de détecter une variation d'inductance ou d'en déterminer la 4 2557310 valeur absolue. Le circuit d'évaluation ou une partie de celui-ci peut être appliqué sur le substrat 10 du composant inductif 1. Tout comme la bobine 13, une seconde bobine peut entourer le circuit magnétique 11. Dans ce cas, le circuit d'évaluation doit être conçu pour détecter les variations d'inductance mutuelle. Certaines applications de capteurs conformes à l'invention seront maintenant décrites. Un capteur conforme à l'invention peut être utilisé avec suc- cès pour détecter les mouvements de rotation d'un dispositif. Ainsi, dans une automobile, le mouvement de rotation d'un pignon d'entraine- ment peut être calculé pour déterminer la vitesse de déplacement du véhicule et le nombre de kilomètres parcourus. Le régime du moteur peut être déterminé de la même manière. Pour déterminer le mouvement de rotation, l'organe dont le mouvement de rotation doit être calculé, ou une pièce solidarisée audit organeest muni d'un élément en sail- lie exécuté dans un matériau magnétisable. Le composant inductif 1 du capteur est monté de façon que l'élément en saillie passe devant l'entrefer 12, tout près de ce dernier. De ce fait, la réluctance au niveau de l'entrefer 12 et, partant, l'inductance du composant induc- tif 1 sont modifiées. Dans un moteur de véhicule automobile par exem- ple, le pignon du démarreur constitue un organe idéal pour déterminer le mouvement de rotation du moteur. Ce pignon tourne à la même vites- se que le moteur et ses dents peuvent tenir le r6le des éléments en saillie nécessaires réalisés en matériau magnétisable. Il est donc possible de connaître avec une très grande précision la vitesse de rotation, mais aussi le déplacement angulaire correspondant. Ceci im- plique toutefois de déterminer la position zéro à l'aide d'un élément en saillie supplémentaire placé sur le pignon et à l'aide d'un cap- teur supplémentaire. Le dispositif décrit ci-dessus ou un dispositif analogue per- mettent de lancer électriquement des processus en fonction de l'angle de rotation dans un moteur à combustion interne. Les processus pou- vant être lancés électriquement sont l'allumage ainsi que l'ouvertu- re et la fermeture d'électrovannes. Une autre application d'un capteur conforme à l'invention se- ra maintenant décrite en référence à la figure 2. Les figures 2a et 2b représentent schématiquement deux sections transversales d'un dé- bimètre. Une roue à ailettes 41 est montée dans un carter 4 de façon 255 7 3 1 0 à être mise en mouvement par un écoulement de fluide. L'une des pa- rois latérales du carter 4 est également le substrat 10 du composant inductif 1 du capteur. La figure 2c montre une vue de dessus de la paroi latérale formant le substrat 10. Elle représente le circuit ma- gnétique 11 ainsi que l'entrefer 12; la bobine 13 est représentée schématiquement. La figure 2b montre également sous forme schématique comment les connexions de la bobine 13 sont amenées vers l'extérieur sous la forme de couches minces. Au moins une des ailettes 42 de la roue à ailettes 41 renferme un matériau magnétisable. Le passage de ladite ailette 42 devant l'entrefer 12 peut donc être détecté. Un tel débitmètre peut, par exemple, être utilisé pour mesurer la consomma- tion de carburant d'un véhicule automobile. Un capteur conforme à l'invention peut également être utili- sé comme capteur de position pour des mouvements rectilignes, par exemple, comme contact dans un mécanisme de commande d'ascenseur. Certains liquides sont également plus ou moins ferro-électri- ques. Un capteur conforme à l'invention peut donc aussi être utilisé pour déterminer le niveau d'un liquide dans un réservoir. Grâce à une mesure en valeur absolue, le niveau peut être déterminé à l'aide d'un seul capteur. En mesurant les variations d'inductance, il est possi- ble de déterminer quand le niveau dépasse par excès ou pas défaut les limites requises. 6 2557310 REVENDICATIONS 1. Capteur pour matériaux magnétisables comprenant un compo- sant inductif et un circuit d'évaluation permettant de déterminer les variations d'inductance du composant inductif, caractérisé en ce que le composant inductif (1) est constitué de couches minces appliquées à un substrat (10), en ce qu'une desdites couches est exécutée dans une substance magnétisable et forme un circuit magnétique (11) muni d'un entrefer (12), en ce que d'autres couches, les unes passant au- dessus et les autres en dessous du circuit magnétique (11) en un point dudit circuit (11) éloigné de l'entrefer (12), forment une bobine (13) entourant le circuit (11), et en ce que le circuit (11) est séparé de la bobine (13) par des couches isolantes intermédiaires (14, 15). 2. Capteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique (11) est entouré d'une seconde bobine du même type, et en ce que les variations d'inductance mutuelle peuvent être détectées à l'aide du circuit d'évaluation. 3. Capteur conforme à'la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit d'évaluation est réalisé au moins sur une partie du substrat (10) du composant inductif (1). 4. Capteur conforme à l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le matériau magnétisable est un métal ferromagnéti- que amorphe. 5. Capteur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le métal amorphe est un alliage à base d'éléments de transition du groupe du fer. 6. Capteur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le métal amorphe renferme des métalloïdes (B, C, Si, Ge, P). 7. Capteur conforme à la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le métal amorphe renferme du titane, du zirconium, de l'haf- nium et/ou du niobium. 8. Capteur conforme à l'une des revendications 5 à 7, carac- térisé en ce que qu'une proportion maximum de cinq pour-cent (pour- centage d'atomes) du métal amorphe est composée d'autres éléments. 9. Capteur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le métal amorphe est un alliage à base Co-Fe. 10. Capteur conforme aux revendications 6 et 9, caractérisé en ce que le métal amorphe est du CoxFeyB100 xy pour lequel _ x 7 2557310 11. Capteur conforme à l'une des revendications 1 à 10, carac- térisé en ce que la largeur de l'entrefer (12) est égale à environ une à dix fois l'épaisseur de couche du circuit (11). 12. Dispositif permettant de détecter un mouvement de rotation à l'aide d'un capteur conforme à l'une des revendications 1 à 11, ca- ractérisé en ce que l'organe dont le mouvement de rotation doit être calculé, ou une pièce solidarisée audit organe, est muni d'un ou plu- sieurs éléments en saillie exécuté dans un matériau magnétisable, et en ce que le composant inductif (1) du capteur est placé de façon que la réluctance dans la région de l'entrefer (12) soit modifiée par les éléments en saillie lors de leur déplacement. 13. Moteur à combustion interne comprenant au moins un dispo- sitif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce que la dispo- sition des éléments en saillie et des entrefers (12) est prévue pour leur permettre de lancer des processus en fonction de l'angle de ro- tation. 14. Débitmètre comprenant un dispositif conforme à la revendi- cation 12, caractérisé en ce qu'un carter (4) renferme une roue à ai- lettes (41) transformant le mouvement d'un fluide en un mouvement de rotation, en ce qu'au moins une des ailettes (42) de la roue à ailet- tes (41) est exécutée dans un matériau magnétisable ou renferme la- dite substance, et en ce que l'une des parois latérales du carter (4) est forméepar le substrat (10) du composant inductif (1).